基于TCR+FC型SVC的电力系统动态无功补偿应用研究

基于TCR+FC型SVC的电力系统动态无功补偿应用研究
摘要:在配电系统中,大量的感性负荷会消耗大量的无功功率,使电压下降,功率因数降低,从而影响电能质量,因此必须对无功功率进行补偿。

动态无功补偿具有良好的补偿效果,可无级平滑地调节功率因数。

文章对TCR+FC型SVC在电力系统无功补偿中的应用进行了研究,通过仿真结果和实验结果的对比分析,验证了该方法对于电力系统动态无功补偿的优越性。

关键词:无功补偿;SVC;MATLAB仿真
电能是影响我国工业发展的关键因素之一,电力节能在我国建设节约型社会的进程中将占有越来越重要的地位。

配电网的无功补偿对于配电网的稳定、经济运行具有重要的作用。

配电系统中广泛存在的感性负荷会消耗大量的无功功率,降低电网功率因数,造成线路电压损失加大和电能损耗增加,严重者甚至会引起整个系统解列。

因此,对无功功率进行补偿就显得尤为重要。

目前,通常采用并联电容器组的方法实现无功补偿,虽然成本低廉,但该方法响应速度慢、动态性能较差,容易发生过补偿或欠补偿,已越来越不适应电力系统的快速发展。

日益发展的动态无功补偿响应速度快、可平滑无级地进行动态补偿,是无功补偿的重点发展方向,具有很好的应用前景。

1SVC动态无功补偿
静止无功补偿器SVC (Static Var Compensator)是典型的动态无功补偿装置,既可以提供无功功率也可以消耗无功功率,能快速实现无功补偿的连续平滑调节,在系统主要站点装设SVC,不仅可以补偿无功功率,调节节点电压,还可以增强系统的阻尼以抑制功率振荡,提升输电线路输送功率,改善系统静态和暂态稳定性,降低系统过电压。

SVC主要分为晶闸管控制电抗器(TCR)、晶闸管投切电抗器(TSC)、两者的混合(TCR+TSC)、晶闸管控制电抗器和固定电容器的混合(TCR+FC)等。

其中,TCR+FC型SVC成本较低,使用最为广泛。

2TCR+FC型SVC
TCR+FC型SVC的基本原理图如图1所示。

TCR一般与固定电容器组(FC)配合使用,固定电容器组提供容性无功补偿功率QC,系统无功功率为Q,负载无功功率为QL,晶闸管控制的电抗器在计算单元的控制下,输出的感性无功功率为QTCR,通过调节QTCR,可以实现无功功率的实时调节,为了保证SVC装置与用电负荷并联后,其并联阻抗呈阻感负载以利于系统
稳定而添加了一个△Q,如下式所示: Q=QL-QC+QTCR+△Q
在实际运行中,Q不断变化,只要通过改变QTCR与之相匹配,就能使Q为一常数或零,同时也可以使功率因数保持恒定,系统电压几乎不波动。

u 为交流电压,两个晶闸管反并联,控制这两个晶闸管在一定范围内导通,就可控制电抗器的电流i。

具体分析过程如下:
设母线电压为标准余弦信号:u(t)=Umcosωt
正半波时:α≤ωt≤π-α
iL(t)=(sinωt-sinα)
当ωt=π-α时,由于电流下降到0,晶闸管自动关断。

负半波时:π+α≤ωt≤2π-α
iL(t)[sinωt-sin(π+α)]
通过控制触发延迟角,就可以控制支路上的电流连续变化,根据上式可得电感电流的波形为如图2所示。

TCR运行时会产生大量的谐波,所以要和FC配合使用,以减少谐波,此外还可以通过多脉冲方法来减少谐波,像六脉冲,十二脉冲等。

3基于TCR+FC型SVC的仿真
在MATLAB/SIMULINK环境下对电力系统TCR+FC型SVC进行仿真。

以配电系统中由110/11 kV及10/0.4 kV变压器、10 kV等级电缆输电线及负载等组成的变电站为例。

其中SVC装置接入点母线的系统电压为400 V,系统频率为50 Hz。

仿真前功率因数如图3所示,仿真后功率因数如图4所示。

图3表明投入TCR+FC前,配电网电压波形和电流波形不能重和,它们之间的相位差非常明显,电网功率因数较低,仅为0.7左右,严重影响了供电质量,不能满足客户供电要求。

图4表明投入TCR+FC后经过短时超调,配电网电压波形和电流波形基本上可以重合,功率因数接近1,达到了预期的补偿效果。

仿真结果表明,用TCR+FC方法进行无功补偿反应速度快,响应时间短,可以满足电力系统中无功平衡的要求,能够减少损耗,是电力系统无功补偿的适宜方法,在电力系统无功补偿方面具有很强的优越性。

4实验验证
使用BDC-5型模拟变电站电能质量检测系统对基于TCR+FC型SVC的动态无功补偿进行实验分析。

实验负载为一个5 kW的感应电机。

结果如下图5及图6所示。

电能质量检测系统显示,投入TCR+FC前功率因数较低,仅为0.778,且电流波形畸变严重,损耗也较大。

投入TCR+FC后功率因数提高到0.97,电流波形也得到显著改善,供电质量得到进一步提高,有利于系统稳定。

实验结果表明,TCR+FC型SVC可以平滑无级地对功率因数进行动态调节且响应速度快,能达到我们预期的补偿效果。

5结语
TCR+FC型SVC由于与FC配合使用,减少了晶闸管的数量,降低了成本,可无级平滑地对电网的功率因数和电压波动进行动态调节,显著改善电能质量,减少损耗,可以很方便的对无功功率进行补偿和控制,有利于电力系统的稳定、安全和高性能的控制,在电力系统无功补偿方面具有很好的优越性,有很好的应用前景。

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