1 绪论
1.1 课题背景
近30年来，由于超高压远距离输电系统的发展，电网中无功功率的消耗也日益增大。低压电网中，随着居民生活水平的提高和家用电器的普及，以及小工业用户的增多，电网的功率因数大都比较低，尤其是电力电子装置的应用日益广泛，而大多数电力电子装置的功率因素很低，造成电网供电质量下降，也给电网带来额外负担。因此，利用无功补偿技术正成为当前世界各国电力设计及决策人员的共识，无功补偿装置的投资己被列入电力投资的整体规划中，成为一个不可缺少的环节。
现在，美国电力主网设备的功率因素已接近于1，原苏联法律规定功率因素应大于0.92，日本等国还建立了全国性的无功管理委员会，研究无功补偿方面的技术经济政策。从实际情况看，世界上工业比较发达的国家，其电网功率因数都比较高。因此，大力提高电网功率因素，降低线损，节约能源，挖掘发电设备的潜力，是当前电力网发展的趋势。
1.2 课题研究的目的和意义
目前，低压电网中的负荷大部分是感性负载，因此在电网中安装并联电容器可以供给感性电抗消耗的部分无功功率。并联电容器补偿简单经济，灵活方便。但当今电力系统中存在着大量如轧钢机、电弧炉、电气化铁道等无功功率频繁变化的设备，这就要求补偿装置能够根据负荷的变化进行动态补偿。而并联电容器只能补偿固定无功，容易造成过补或欠补，无法满足电力系统的实际需要，还有可能和系统发生并联谐振，导致谐波放大。因此，能根据负荷无功功率的变化对分组的补偿电容器组进行自动投切以实现对无功功率动态补偿的装置，目前在国内外得到广泛应用。解决电网中有功功率损耗大、压降大的最切实可行的办法就是采用高性能的无功功率补偿装置，就地补偿负载的感性无功功率。因此，寻求一种能综合现有多种补偿装置的优点，且成本较低的无功功率补偿装置，使其能实时检测供电系统需要补偿的无功功率，对系统进行跟踪补偿，是低压电网改造和建设中迫切需要解决的问题。本课题就是在此基础上提出的。
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1.3 无功补偿的分类
无功补偿可以分为串联补偿和并联补偿。串联补偿的目的在于控制线路的阻抗参数，欧美一些国家普遍采用串联补偿来提高输电线的传输能力。而我国大多采取并联补偿的方式来补偿系统无功，并联补偿的目的在于控制线路的电压参数。
并联补偿按补偿对象不同可分为系统补偿和负荷补偿两大类。 系统补偿通常指对交流输配电系统进行补偿，目的是维持电网枢纽点处的电压稳定，提高系统的稳定性，增大线路的输送能力以及优化无功潮流、降低线损等。
负荷补偿通常是指在靠近负荷处对单个或一组负荷的无功功率进行补偿，目的是提高负荷的功率因数，改善电压质量，减少或消除由冲击性负荷、不对称负荷、非线性负荷等引起的电压波动、电压闪变、三相电压不平衡及电压和电流波形畸变等危害。负荷补偿可分为静态补偿和动态补偿。
静态补偿是根据三相负荷的平衡化原理，通过在负荷点串、并入无功导纳网络，把三相不对称负荷补偿成对供电系统来说是三相对称的。该方法优点是结构和控制简单、造价低，缺点是对工业电弧炉、电焊机等动态负荷难以达到理想的补偿效果。
真正意义上的不对称负荷动态补偿是从1977年Grandpierre提出分相控制的静止无功补偿器SVC(Static Var Compensatory)的方法后开始的。分相控制的SVC能根据系统的实际情况，通过调整可控硅触发角来改变SVC的各相补偿度，从而达到补偿负荷负序分量和调整负荷功率因数的目的。因此，该方法一提出就受到了普遍关注。
1.4 国内外研究现状及趋势
目前，在城市配电网公用变压器低压侧，由于用户家用电器感性负载的不断增加，使得其功率因数较低，导致公用变压器低压侧线路损耗大，供电电压指标不能满足用户要求。因此，在公用变压器低压侧进行无功功率补偿已成为目前研究的另一个热门。
国外，城市、农村电网是否安装户外无功补偿已成为衡量配电网性能的主要指标之一。在日本，配电网系统户外补偿电容器的自动投切率已达
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86.4%；在美国，许多城市道路旁的电线杆上装有并联电容器组，并采用自动装置控制。
国内，无功补偿主要采用变电站集中补偿和企业就地补偿两种形式。据统计，当前，国内典型城乡配电网无功损耗情况如下：按电压等级划分，0.4k级损耗占50%，10kV级占30%，35kV以上占20%。在农村，长距离供电较为普遍，10kV线路损耗较大；在城网中，配网损耗主要在0.4kV侧，因此，做好10kV等级电压以下的无功补偿具有重要意义。
近年来，由于计算机技术的发展，无功补偿技术已得到很大的改进，无功补偿装置的发展已进入一个新的阶段。然而，许多电网仍存在补偿不足，调节手段落后，电压偏低，损耗增大等问题。
1.5 本文研究的主要内容
第一章 绪论
对本文的研究背景和无功补偿技术的发展进行概述，并提出了本文的主要研究内容和各章的安排。
第二章 无功补偿原理
对无功补偿原理进行分析的同时，也对无功补偿器带来的降损节能和经济效益等问题展开讨论。
第三章 无功补偿控制器的硬件设计
对此无功补偿控制装置的硬件系统进行较详尽的解析 第四章 控制器的软件设计
对控制器的几个主要功能模块进行分析，并作出程序流程图。 第五章 结论
对全文的总结以及展望
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2 无功功率补偿原理
电力网中的变压器和电动机是根据电磁感应原理工作的，磁场具有的磁场能是由电源供给的。电动机和变压器在能量转换过程中建立交变磁场，在一个周期内吸收的功率和释放的功率相等，这种功率称为感性无功功率。接在电流 电网中的电容器，在一个周期中上半周的充电功率和下半周的放电功率相等，这种充电功率叫做容性无功功率。所以无功功率被使用于建立磁场和静电场，他存储于电感和电容只能感，通过电力网往返于电源饿电感，电容之间。无功功率在电力网元件中流动，将会在电力网元件中引起电压损耗和功率损耗。降低电网的电压质量，增加电网的线损率。
2.1 无功功率补偿原理
将电容器和电感并联在同一个电路中，电感吸收能量时，正好电容器释放能量，而电感放出能量时，电容器却在吸收能量，能量在它们之间相互转换，即感性负荷所吸收的无功功率，可由电容器所输出的无功功率中得到补偿。因此，把由电容器组成的装置称为无功补偿装置。此外，调相机，同步电动机等也可以作为无功补偿装置。
无功补偿的作用和原理可由图2.1来解释 设电感性负荷许要从电源吸收的无功功率为
Q，装设无功补偿装置
后，补偿的无功功率为Qe，使电源输出的无功功率减少为Q`=Q-Qe，功率因数由cosΦ提高到cosΦ`，视在功率 S减少到S`。
图2.1无功补偿原理示意图
视在功率的减少可相应减少供电线路的截面和变压器的容量，降低公用电设备的投资。例如一台1000千伏安的变压器，当符合的功率因数为0.7时，可供700千瓦的有功负荷，当负荷的功率因数为0.9时，可供900千瓦的有功功率符合。同一台变压器，因为负荷的功率因数的提供可供200
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