低压无功补偿控制系统的研究与设计

论文摘要

在电力系统中,无功功率是影响电压稳定的一个重要因素,它关系到整个电力系统能否安全稳定的运行。无功补偿是保证电力系统高效可靠运行的有效措施之一。本文在分析无功补偿的工作原理的基础上,设计了一种TSC型低压无功补偿控制系统。在硬件方面,本文主要介绍了控制器及其外围电路、电压互感器电路、电流互感器电路、信号调理电路、投切控制电路、串口电路。其中控制器采用SiliconLabs公司的C8051F120芯片,系统充分利用了它速度快、功能强大的特点。电压互感器电路、电流互感器电路分别选用了兵字公司的高精度电压互感器、电流互感器。信号调理电路主要是对电压互感器电路、电流互感器电路处理过的信号进行电压提升、滤波、嵌位,以便于单片机内部A/D的采集和提高FFT运算的准确性。投切控制电路选用了晶闸管,采用过零触发电路投切电容,抑制投切涌流。串口电路提供了标准的RS232、RS485接口。在软件方面,本文主要介绍了数据采集模块、FFT数据处理算法、投切控制算法、串口数据处理模块以及对X5043的编程模块。其中数据采集模块是利用C8051F120自带的12位A/D实现的。投切控制算法采用了基于无功功率的控制策略。串口数据处理模块主要介绍了串口数据处理的一种思想。对X5043的编程模块包括了看门狗的使能、读写X5043自带的存储器。其中着重介绍了FFT数据处理算法。目前,移动通信基站网络覆盖面很广,有全国范围的网络,传输速度快,可靠性高,抗干扰能力强,运行费用相对低廉,有很强的实用性。GPRS是一种简单而方便的数据通信方式,不需要依附其它比较庞大的数据终端设备,只需要一个GPRS模块和一台PC机即可实现点对点的数据传输,特别适用于需远距离传输数据的领域。GPRS业务由移动运营商维护,可以节省专网、专线的投资,而且减少了日常维护工作量。本系统采用了Telit公司的GPRS模块,用于系统实时数据的传输。测试结果表明,该TSC型低压无功补偿控制系统软硬件设计合理可行、性能稳定可靠,达到了预期的功能要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景与意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 有关静止无功补偿器（SVC）的研究
• 1.2.2 有关静止同步补偿器（STATCOM）的研究
• 1.3 论文主要内容
• 第2章 无功补偿原理
• 2.1 无功补偿的基本思想
• 2.2 无功补偿的基本方式
• 2.3 晶闸管和电容器的连接方式
• 2.4 无功补偿的控制策略
• 2.5 Fourier分析原理
• 2.5.1 快速傅里叶变换（FFT）
• 2.5.2 Fourier分析应用的注意事项
• 第3章 无功补偿控制系统的设计与实现
• 3.1 总体设计
• 3.1.1 功能要求
• 3.1.2 系统框架设计
• 3.1.3 主控制器芯片的选取
• 3.2 系统硬件设计与实现
• 3.2.1 C8051F120及其外围电路
• 3.2.2 信号采集电路
• 3.2.3 投切电路
• 3.2.4 通信电路
• 3.3 下位机软件设计与实现
• 3.3.1 主程序
• 3.3.2 数据采集软件
• 3.3.3 采集数据处理软件
• 3.3.4 投切控制软件
• 3.3.5 串口数据处理软件
• 3.3.6 X5043编程
• 3.4 上位机软件设计与实现
• 第4章 系统测试与分析
• 4.1 测试方案
• 4.2 测试结果
• 4.2.1 对功率因数的测试
• 4.2.2 对投切响应时间的测试
• 4.3 测试分析
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录
• 附录1 C8051F120及其外围电路
• 附录2 电压、电流、电网频率采集电路
• 附录3 电源电路
• 附录4 投切电路
• 附录5 串口电路和X5043电路
• 附录6 FFT算法源代码
• 附录7 串口数据处理源代码
• 附录8 投切控制算法源代码
• 附录9 攻读硕士学位期间发表学术论文情况