17线路串联电容器实现电力系统电压控制1详解.docx
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17线路串联电容器实现电力系统电压控制1详解
辽宁工业大学
电力系统自动化课程设计(论文)
题目:
线路串联电容器实现电力系统电压控制
(1)
院(系):
电气工程学院
专业班级:
电气112
学号:
110303057
学生姓名:
李晓东
指导教师:
姜丕杰
起止时间:
2014.12.01—12.12
课程设计(论文)报告的内容及其文本格式
1、课程设计(论文)报告要求用A4纸排版,单面打印,并装订成册,内容包括:
①封面(包括题目、院系、专业班级、学生学号、学生姓名、指导教师姓名、、起止时间等)
②设计(论文)任务及评语
③中文摘要(黑体小二,居中,不少于200字)
④目录
⑤正文(设计计算说明书、研究报告、研究论文等)
⑥参考文献
2、课程设计(论文)正文参考字数:
2000字
周数。
3、封面格式
4、设计(论文)任务及评语格式
5、目录格式
①标题“目录”(小二号、黑体、居中)
6、正文格式
①页边距:
上2.5cm,下2.5cm,左3cm,右2.5cm,页眉1.5cm,页脚1.75cm,左侧装订;
②字体:
一级标题,小二号字、黑体、居中;二级,黑体小三、居左;三级标题,黑体四号;正文文字,小四号字、宋体;
③行距:
20磅行距;
④页码:
底部居中,五号、黑体;
7、参考文献格式
①标题:
“参考文献”,小二,黑体,居中。
②示例:
(五号宋体)
期刊类:
[序号]作者1,作者2,……作者n.文章名.期刊名(版本).出版年,卷次(期次):
页次.
图书类:
[序号]作者1,作者2,……作者n.书名.版本.出版地:
出版社,出版年:
页次.
课程设计(论文)任务及评语
院(系):
电气工程学院教研室:
电气工程及其自动化
学号
学生姓名
专业班级
课程设计题目
线路串联电容器实现电力系统电压控制
(1)
课程设计(论文)任务
电力系统图如图:
1.励磁可调节发电机:
PN=300MW,cosφN=0.80,UN=10.5KV,Xd=Xq=1.7;
2.变压器T1:
SN=300MVA,Uk%=12,Pk=1.5MW,I0%=3,P0=0.8MW,变比K1=242±8×1.25%/10.5KV.
3.变压器T2:
SN=300MVA,Uk%=15,Pk=1.5MW,I0%=3,P0=0.8MW,变比K2=220±8×1.25%/11KV.
4.每回线路:
L=250KM,X1=0.42Ω/KM,R=0.07Ω/KM,b1=2.8×10-6S/KM.
5.末端最大负荷:
S=250MVA.最小负荷:
S=120MVA.功率因数均为0.8。
任务要求:
1计算各元件的参数,并画出系统的等值电路。
2对给定的系统(变压器为主分接头,发电机电压额定),计算各点电压。
3采用线路中串联电容器的调压方法,确定串联电容器的容量,使发电厂220KV母线电压不超过240KV,变电所10KV母线电压在9.4KV到10.8KV之间。
5利用单片机(或PLC等)实现对串联电容器的实时控制。
4对调压结果进行分析总结。
进度计划
1、布置任务,查阅资料,理解电压调整的基本方法和原理。
(1天)
2、系统等值电路绘制及参数计算。
(1天)
3、变压器取主分接头,发电机取电压额定,计算各点电压(1天)
4、采用线路中串联电容器的调压方法,计算电容值,完成电压调整要求。
(2天)
5、利用单片机(或PLC等)实现对电容器的实时控制。
(3天)
6、对结果进行分析总结。
(1天)
7、撰写、打印设计说明书(1天)
指导教师评语及成绩
平时:
论文质量:
答辩:
总成绩:
指导教师签字:
年月日
注:
成绩:
平时20%论文质量60%答辩20%以百分制计算
摘要
保证供给用户的电压与额定电压值的偏移不超过规定的数值,是电力系统运行调整的基本任务之一,因此电力系统电压控制对于电力系统的稳定运行具有十分重要的意义。
线路串联电容器是实现电力系统电压控制的常用方法之一,可以直接减少输电线路的电压损耗以提高输电线路末端电压的水平。
本课设采用线路中串联电容器的调压方法,确定串联电容器的容量,使发电厂220KV母线电压不超过240KV,变电所10KV母线电压在9.4KV到10.8KV之间,计算各元件的参数,并画出系统的等值电路,利用单片机(或PLC等)实现对串联电容器的实时控制。
关键词:
串联电容器;电压控制;电压损耗;控制系统
第1章绪论1
1.1电力系统电压调整概况1
1.2本文主要内容2
第2章补偿前系统电压计算3
2.1系统等值电路3
2.2系统参数计算3
2.3系统电压计算4
第3章采用电力电容器并联补偿的电压调整计算5
3.1采用电力电容器的电压调整原理与方法5
3.2串联补偿容量的计算5
3.3串联电容器的选择6
第4章控制系统设计8
4.1输入通道设计8
4.2输出通道设计9
4.3最小系统设计9
第5章课程设计总结11
参考文献12
第1章绪论
电力系统电压调整概况
电力系统中的有功功率电源是集中在各类发电厂中的发电机;而无功功率电源除发电机外,还有调相机、电容器和静止补偿器等,它们分散装在各个变电所。
由于电网中的线路以及变压器等设备均以感性元件为主,因此系统中无功功率消耗远远大于有功功率消耗。
电力系统正常稳定运行时,全系统频率相同。
电力系统的电压和频率一样,都是电能质量的重要指标。
保证供给用户的电压和额定电压值的偏移不超过规定的数值,是电力系统运行调整的基本任务之一。
电力系统电压降低时,发电机的定子电流将因其功率角的增大而增大。
如果发电机定子电流本已达到额定值,则因系统电压降低,会使发电机输出电流超过额定值。
为了使发电机定子绕组不致过热,不得不减少发电机所发有功功率。
电力系统电压降低时,各类负荷中占比重最大的异步电动机的转差率将增大。
因而,电动机各绕组中的电流也将增大,温升将增加,效率将降低,寿命会缩短。
电压质量对电力系统本身也有影响。
电压降低时,会使电网中的有功功率消耗和能量损耗增加,电压过低还会危及电力系统运行的稳定性;而电压过高,各种电气设备的绝缘会受到损坏,在超高压输电线路中还会增加电晕损耗。
在电力系统
无功功率平衡中,为了保证系统有较高的电压水平,必须要有充足的无功功率电源。
但是要使所有用户处的电压质量都符合要求,还必须采用各种调压手段。
要想控制和调整负荷点的电压,可以采取以下的控制方式:
(1)控制和调节发电机励磁电流,以改变发电机端电压U
;
(2)控制变压器变比K1及K2调压;
(3)改变输送功率的分布P+jQ(主要是Q),以使电压损耗减小;
(4)改变电力系统网络中的参数R+jX(主要是X),以减小输电线路电压的损耗。
在各种电压控制措施中,首先应该考虑发电机调压,用这种措施不需要增加附加设备,从而不需要附加任何投资。
对无功功率电源供应较为充裕的系统,采用变压器有载调压,既灵活又方便。
尤其是电力系统中个别负荷的变化规律相差悬殊时,不采用有载调压变压器调压几乎无法满足负荷对电压质量的要求。
本文主要内容
在输电线路上串联接入电容器,利用电容器上的容抗补偿输电线路中的感抗,使电压损耗计算式中的QX/U分量减小,从而提高输电线路末端的电压,减少输电线路有功功率损耗。
本课设要求采用线路中串联电容器的调压方法,确定串联电容器的容量,使发电厂220KV母线电压不超过240KV,变电所10KV母线电压在9.4KV到10.8KV之间。
计算各元件的参数,并画出系统的等值电路。
利用单片机(或PLC等)实现对串联电容器的实时控制。
第2章
补偿前系统电压计算
2.1系统等值电路
图2.1系统等值电路
2.2系统参数计算
变压器T1的各参数值:
变压器T2的各参数值:
线路参数:
末端最大负荷:
末端最小负荷:
2.3系统电压计算
作为初步估算,先用符合功率计算变压器绕组损耗和线路损耗。
所以,
利用首端功率求出最大负荷是降压变压器归算到高压侧的低压母线电压,电压值为:
按最小负荷时电容器全部退出运行来选择降压变压器变比,则有
规格化后,取220
分接头,即K=220/11=20
第3章采用电力电容器并联补偿的电压调整计算
采用电力电容器的电压调整原理与方法
电容器只能发出感性无功功率,以提高电网电压;而不能吸收感性无功功率,以降低电网电压。
变电所会在重负荷的条件下发生电压偏移、轻负荷条件下发生电压偏高现象。
因此,为了充分利用无功功率补偿容量,电容器需要在重负荷时投入,轻负荷时全部退出,也就是说,变压器的变比应该按照最小负荷时电容器全部退出运行时来选择。
变压器变比选定以后,再按最大负荷时变压器低压母线要求的电压确定应该设置的电容器容量,这样可以充分利用电容器的设备容量,能够在满足负荷对控制电压要求的前提下,设置的电容器最少。
电容器在原理上相当于产生容性无功电流的发电机。
其无功补偿的原理是把具有容性功率负荷的装置和感性功率负荷并联在同一电容器上,能量在两种负荷间相互转换。
在输电线路上串联接入电容器,利用电容器上的容抗补偿输电线路中的感抗,使电压损耗计算式中的QX/U分量减小,从而提高输电线路末端的电压,减少输电线路有功功率损耗。
串联补偿容量的计算
利用串联电容器控制电压,在输电线路上串联接入电容器,利用电容器上的容抗补偿输电线路上的感抗,使电压损耗计算式中的QX/U分量减小,从而提高输电线路末端的电压,如图所示:
图3.2串联电容器控制调压
未接入串联电容器补偿前有:
电路串联电容器补偿后有:
假如补偿前后输电线路首端电压维持不变,即
如果近似认为
接近线路的额定电压
,则有
高压网中X>>R,用串联电容器的方法改变线路电抗以减少电压损耗(P、Q一定时)。
式中△U——经串联电容补偿后输电线路末端电压需要抬高的电压增量数值。
所以可以根据输电线路末端需要升高的数值来确定串联电容补偿的电抗值。
补偿所需要的容抗值Xc和被补偿输电线路原有感抗值Xl之比称为补偿度,用Kc来表示
Kc=Xc/Xl
在输配电线路中以调压为目的的串联电容补偿,其补偿度常接近于1或大于1,一般在1-4之间。
对于超高压输电线,串联电容补偿主要用于提高输电线路的输电容量和提高电力系统运行的稳定性。
由上述公式可得
串联电容器的选择
串联电容补偿是提高输电系统稳定极限以及经济型的有效手段之一。
在输电线路中加入串联电容能够减小线路的电抗,加强两端的电气联系,缩小两端的的相角差,从而获得较高的稳定限额,传输较高的功率。
串联电容补偿装置按照保护电容器的设备的不同可以分为固态式(FSC)和动态(或称可调、可变式)式(TCSC)两种。
在不改变原有输电网结构基础的前提下,利用TCSC装置是一种较为有效的方法。
TCSC的基本结构如图,由固定的串补电容,并联一个有晶闸管的电抗器,金属氧化物压敏电阻,晶闸管阀及旁路开关等元件组成。
TCSC具有以下优点:
1.快速连续的调节输电线路串联补偿度。
2.动态控制输电线路潮流,优化电网潮流分布和减少网损;
3.通过控制线路潮流,阻尼功率震荡
4.能提高线路串联补偿度并抑制SSR
5.能提高电力系统的静态和暂态稳定性。
6.有助于调节母线电压,缓解电压不稳定问题。
7当线路的输送功率相同时,即使串联电容器每千乏的成本由于其较高的运
行
电压时并联电容器的两倍,串联电容器补偿的总体成本要比并联补偿低一些。
图3.3TCSC基本结构图
第4章控制系统设计
输入通道设计
典型的模拟量输入电路的结构框图如图所示,主要包括电压形成回路,低通滤波电路,采样保持,多路转换开关及A/D变换芯片五部分。
图4.1输入通道设计
电压形成电路:
RTU要从电流互感器和电压互感器取得信息,但这些互感器的二次侧电流或电压量不能适应模数变化器的输入范围要求,故需对它们进行变换。
低通滤波:
为了使信号被采样后不失真,需要在采样前用一个模拟低通滤波器将高频分量滤去。
根据采样定理,电力系统在故障的暂态期间,电压和电流含有较高的频率成分,为了使高次谐波成分不失真,就要提高硬件的速度及采样率。
但事实上大多数的模拟量输入回路都在采集之前将最高的信号频率分量限制在一定频带以内,即限制最高频率,降低采样频率。
采样保持器:
采样保持器的基本原理是:
A/D转换器完成一次完整的转换需要一段时间,在这段时间里,模拟量不能变化,必须引入采样保持电路。
多路转换开关:
多路开关也称采样切换器,是一种受CPU控制的高速模数转换器,只有被选中的一路才可以通过多路开关进入A/D,其余各量则需要等待下一次选择。
模数转换器:
在各种方法中,应用最广泛的是逐次逼近法。
输出通道设计
模拟量输出电路的作用是把微型机系统输出的数字量转换成模拟量输出,这任务主要由数模转换器来完成,其作用是将二进制的数字量转换为相应的模拟量。
如图所示,由于转换器需要一定的转换时间,在转换期间,输入待转换的数字量应该保持不变,而微型机在数据总线上稳定的时间很短,因此该转换器必须用锁存器来保持数字量的稳定,经过转换器得到的模拟信号,一般要经过低通滤波器,时器输出波形平滑,同时为了能驱动受控设备,可用、功率放大器作为模拟量输出的驱动电路。
D/A转换器的作用是将二进制的数字量转换为相应的模拟量。
图4.2输出通道设计
最小系统设计
89C51具有一定的优势它是面向控制的8位CPU由中央处理器,片内数据存储器,片内程序存储器,输入输出接口,可编程串行口,定时/计数器,中断系统及特殊功能寄存器组成,根据任务书的要求,选择89C51为CPU.
单片机的复位是靠外部复位电路来实现的,在时钟电路之后,只要单片机的RESET引脚上出现24个时钟振荡脉冲(两个机器周期)以上的高电平,单片机就能实现复位。
为了保证系统可靠复位。
在设计复位电路时,一般使RESET引脚保持10ms以上的高电平,单片机就可以可靠地复位。
当RESET从高电平变为低电平以后,单片机从0000H地址开始执行程序。
在复位有效期间,ALE和PSEN引脚输出高电平。
时钟电路用于产生单片机工作所需的时钟信号。
89C51单片机内部有一个高增益反向放大器(及与非门的一个输入端编程为常有效时),用于构成片内振荡器,引脚XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端。
在XTAL1和XTAL2两端跨接晶体或陶瓷谐振器,就构成了稳定的自激振荡器,其发出的脉冲直接送入内部时钟发生器。
图4.3最小系统设计
第5章课程设计总结
本文为线路串联电容器实现电力系统电压控制,在输电线路上串联接入电容器,利用电容器上的容抗补偿输电线路中的感抗,使电压损耗计算式中的QX/U分量减小,从而提高输电线路末端的电压,减少输电线路有功功率损耗。
课设过程中首先根据给定的数据对变压器和线路的参数进行计算,画出等值电路图,然后根据参数选择电容器规格,并通过单片机实现对其的控制。
软件设计包括输入通道设计和输出通道设计以及最小系统设计。
通过此次课设,对于电力系统电压控制有了进一步的了解,增强了自己的动手能力,但也遇到了一些困难,比如补偿容量的计算,调压范围不易确定,由于粗心大意,最小系统设计频繁出现差错,还有待完善。
在此,感谢姜丕杰老师的认真指导以及同学的帮助!
参考文献
[1]商国才.电力系统自动化.天津大学出版社,2000
[2]王葵等.电力系统自动化.中国电力出版社,2007.1
[3]何仰赞等.电力系统分析.华中科技大学出版社,2002.3
[4]于海生.微型计算机控制技术.清华大学出版社,2003.4
[5]王士政.电网调度自动化与配网自动化技术.中国水利水电出版社,2007.3
[6]梅丽凤等.单片机原理及接口技术.清华大学出版社,2009.7
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