静止无功补偿器的研究

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专业: 电气工程及其自动化

题目: 静止无功补偿器的研究

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2014 年 5 月

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题目：静止无功补偿器的研究

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目次

１绪论 (1)

1.1 本文的研究背景 (1)

1.1.1 研究背景 (1)

1.1.2 静止无功补偿技术的发展趋势 (3)

1.2 静止无功补偿的工程应用 (4)

1.2.1 国际上的SVC应用 (4)

1.2.2 国内的SVC应用 (5)

1.3 本课题的研究内容 (7)

2 静止型电力系统无功补偿 (8)

2.1 具有饱和电抗器的无功补偿器(SR) (8)

2.1.1 自饱和电抗器型静止无功补偿器 (8)

2.1.2 可控饱和电抗器型静止无功补偿器 (10)

2.2 晶闸管控制电抗器(TCR) (11)

2.3 晶闸管投切电容器(TSC) (11)

2.4 新型静止无功发生器(SVG) (12)

2.5 本章小结 (13)

3 基于MATLAB的静止无功补偿器的仿真研究 (14)

3.1 SVC的工作原理 (14)

3.2 MATLAB及SIMULINK的介绍 (15)

3.2.1 MATLAB的介绍 (15)

3.2.2 Simulink的简介 (15)

3.3 基于晶闸管的静止无功补偿装置仿真 (16)

3.3.1 基于MATLAB仿真模型的建立 (16)

3.3.2 SVC仿真结果及分析 (23)

3.4 本章小结 (24)

结论 (25)

致谢 (26)

参考文献 (27)

１绪论

1.1 本文的研究背景

1.1.1 研究背景

随着电力系统中电力电子设备越来越多的投入使用，谐波污染也逐渐变成了很严重的问题，因为很多电力电子设备功率因数很低，给电网造成了多余的压力，对供电质量也有很大的影响,所以我们必须更加关注无功功率和谐波问题。谐波的抑制，无功功率的补偿就都是我们需要去研究的重点项目，很多人都对此比较关心，成为近年来各方面关注的热点之一[1-3]。

无功功率和谐波会产生很多问题和危害。越来越大的无功功率会致使视在功率和电流变大，变压器、发电机、电气装置容量都会变大，线路和设备的消耗也会变大,而且电力用户的起动和控制设备以及测量仪表的规格和尺寸同样要变大。谐波会导致电网中使用的装置产生额外的消耗，用电装置效率的降低，经过中性线的3次谐波过多时可能会造成很严重的后果，所有电气装置的正常工作都会被谐波严重影响，它还会导致电网中某些部分产生串联和并联谐振，会将谐波放大，这样会使谐波对装置的损害越来越大，以至于引发及其严重的事故。谐波会致使继电保护和自动装置产生误动作，还会导致电气测量仪表计量有误差[20]。

通常可以用两种方法来处理电力电子设备产生的谐波污染和低功率因数问题,一种是改造设备本身，令它不产生谐波也不消耗无功功率，或者按要求调整它的无功功率；另一种是加装补偿设备，补偿无功功率[4]。前一种方法要大面积的换掉和改进已有的设备，需要比较大的代价，而且仅适合比较重要的谐波源设备，从而有不小的局限性。相比而言，后者的方法则适合所有低功率因数的设备和各种谐波源，方法实现比较简单，已经得到了大量的应用，并且具有非常广阔的应用前景。

装设无源滤波器与无功补偿电容器是通常的补偿谐波与无功功率的重要措施，该措施的优点是有比较清楚的结构，不仅可以对无功功率进行补偿，还可以对谐波进行有效的抑制，获得了大量的使用,它们只能用于补偿固定频率的谐波，很难对电网动态变化的谐波和无功功率进行十分有效的补偿[4]。

同步调相机如图1.1所示，是一种老式的无功功率动态补偿设备，它曾经在电力系统无功功率控制中起到了很重要的作用,不过因为它是旋转电机，所以有很大的噪声和消耗，反应比较慢，在许多状况下已无法快速的进行无功功率控制了，静止无功

补偿器开始逐渐取代了同步调相机，现在有不少国家都已经不再使用同步调相机了[4]。它是静止的，反应较快,还有很多毛病，也无法分相调节来达到平衡负荷的目的，因此一直未能够占据静止无功补偿装置的主流。

图1.1 同步调相机

由于电力电子技术的不断进步，快速地对谐波进行无功补偿是十分必要的。自1970起，由于电力电子技术的出现和发展，动态的控制谐波和无功功率设备才有了可能。最近这些年，电力电子技术在电气拖动方面有了大量的使用，积累了大量的实用经验，技术也越来越成熟。晶闸管得到普遍应用以后，以晶闸管投切电容器和晶闸管控制电抗器为代表的静止无功补偿设备有了充分的发展，可以对不断变化的无功功率进行动态补偿[4]。

最近这些年，电力电子器件由不可控器件、半可控器件及全控器件发展到了智能化的功率器件，出现的新设备令电力电子变换电路自身和控制系统发生了非常大的变化，由传统的整流器跨入了以直流逆变变成各种频率的交流逆变器时代，所有形式的变流器才有了在交流系统中的使用的可能[4]。

自1980起，因为瞬时无功功率理论的提出和电力电子技术的不断发展，所以研究出了一种更加先进的使用自换相变流电路的静止无功补偿器。在谐波抑制方面，则研究出了电力有源滤波器，它从补偿目标中测出谐波电流，补偿设备会随之产生一个

与这个谐波大小相等而极性相反的补偿电流，令电网电流仅含基波分量，它和新型静止无功补偿设备有一样的基本原理[4]。图1.2就是电力有源滤波器。

图1.2 电力有源滤波器

1986年美国电力科学研究院博士提出了FACTS的概念，它的目标是，使用电力电子技术去革新交流输电的系列技术，控制交流电的电抗和无功，因此能显著提高交流输电系统的稳定性，使常规的交流输电系统更加灵活，确保电力系统的运行安全与经济,FACTS技术已得到了很大的发展，陆续出现了很多的FACATS设备。事实上SVC、STATCOM等都是“柔性交流输电系统”中的设备[4]。

1.1.2 静止无功补偿技术的发展趋势

电力电子技术的不断发展和各学科的相互影响，静止无功补偿有以下几个方面的发展趋势：

(1)在网络改革中，运行单位一般都要求在配电变压器的低压侧同时加装配电综合测试仪和无功补偿控制器，于是提出了配电综合测试仪和无功补偿控制器的一体化的问题[4]。

(2)对系统的无功功率参数进行迅速精确地测量，提高反应时间，快速投切电容器，克服工作条件不佳时的状况。由于智能控制理论与计算机数字控制技术的不断发展，不妨在无功补偿中加入少许先进的控制方法。传统的模拟调节器也将逐渐被数字化的调节器所取代。

(3)当前无功补偿技术主要应用于低压系统。高压系统因为受晶闸管和二极管耐