《MATLAB在静止无功补偿中的应用(共38页).doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《MATLAB在静止无功补偿中的应用(共38页).doc（38页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、精选优质文档-倾情为你奉上摘 要本文主要介绍MATLAB在静止无功补偿设计中的应用。总结了几种常见的无功补偿装置，并比较了其优点及缺点。研究了静止无功补偿器（SVC)在提高电网电压稳定性中的应用，对静止无功补偿器SVC的功能进行了说明。阐述了各种静止无功补偿技术的原理、优点、缺点以及其在电力系统中的应用情况。阐述了一种TCR-TSC型无功补偿装置（SVC)设计，对系统级模型进行理论分析，采用MATLAB对模拟系统进行了仿真。仿真结果表明加入SVC装置的系统可以有效改善电网系统电压变化，能显著改善电网系统中电压质量。关键词：静止无功补偿装置,功率因数，MATLAB仿真ABSTRACTThis p
2、aper describes the MATLAB application in the design of Static Var Compensator.It summarizes several common reactive power compensation,their strengths and weaknesses are compared.The application of static var compensator to improve voltage stability of power grid was studied. The function of static
3、var compensator(SVC) was explained .The principle,advantageous and drawback of various static var compensator and there application in the electric system were expounded.A TCR-TSC static var compensator (SVC) is designed in this paper.It is theoretically Analysis the SVC system-level model. Then the
4、 model system is simulated by using MATLAB.The simulation results show that the SVC device can effectively improve the power system voltage changes can significantly improve the voltage quality in the grid system.Keywords：Static Var Compensator(SVC)，Power factor，MATLAB Simulation目录1. 引言1.1课题背景在电力系统中
5、，供电的质量、电网运行的安全可靠性和经济性是最根本的问题。快速合理地调节电网无功功率，对交流电网的电压稳定和系统电压的调节，合理分配潮流及限制电网过电压方面有着十分重要的意义。随着电力工业的高速发展，超高压、特高压电网相继投入运行，人们对供电质量及可靠性的要求越来越高。由此产生了一系列问题：超高压大电网的形成及负荷变化加剧，要求大量快速响应的可调无功电源来补偿系统所缺无功，进而调整电压，维持系统无功潮流平衡，减少损耗，提高供电可靠性。电力系统中，异步电动机和变压器等设备要消耗大量的无功功率。这些无功功率如果不能及时地得到补偿，会对电网安全、稳定运行产生不利影响：(1)降低发电机有功功率的输出。
6、(2)降低输、变电设备的供电能力。(3)造成线路电压损失增大和电能损耗的增加。(4)造成低功率因数运行，使电气设备容量得不到充分发挥。另外，无功储备的不足会导致电网电压水平的降低。如果是冲击性的无功功率的负载，还会使电压产生剧烈的波动，例如电弧炉、轧钢机等大型设备会产生频繁的无功功率冲击，使电网的供电质量更加恶化。当前，人们对电能质量的要求越来越高，保持适量的无功裕度是电网安全、稳定、经济运行的重要保障。鉴于以上所述种种危害，如何快速有效地补偿电力系统中的无功缺额，具有重要的现实意义。从发电机和高压输电线供给的无功功率，远远满足不了负荷的需要，所以在电网中要设置一些无功补偿装置来补充无功功率，
7、以保证用户对无功功率的需要，这样用电设备才能在额定电压下工作。从电力系统的诞生开始，并联补偿技术就开始在电力系统中应用，传统的无功补偿设备有并联电容器、调相机和同步发电机等，由于并联电容器阻抗固定，不能动态地跟踪负荷无功功率的变化；而调相机和同步发电机等补偿设备又属于旋转设备，其损耗、噪声都很大。所以这些设备已经越来越不适应电力系统发展的需要。SVC是目前电力系统中应用最多、最为成熟的并联补偿设备，IEEE将静止型无功补偿器(SVC)定义为一种并联型的静止无功发生器或者吸收器，其输出可以调节以交换容性或者感性电流，从而维持或者控制电力系统中的某些特定参数(一般为母线电压)。现今所指的静止无功补
8、偿装置一般专指使用晶闸管的无功补偿设备，主要有以下三大类型：自饱和电抗器(SR)，晶闸管投切电容器(TSC)，晶闸管控制电抗器(TCR)。由于SR型静止无功补偿装鼍不能附加其他控制信号，因此控制灵活性较差，运行噪声大，为降低噪声对环境的影响，有时要专门为饱和电抗器建造一个隔音室。不能分相调节，不能直接与超高压连接，由于自饱和电抗器在额定电压时铁芯需要工作于饱和状态，磁通密度较高，铁芯截面积比普通变压器要小，所以单位容量损耗大，且散热较难，制作要求高。自然相对来说价格较高。晶闸管投切电容器(TSC)是用晶闸管代替普通开关对多组电容器进行投切，补偿方式为分级补偿，优点是效率高(995997)，不产
9、生谐波，多用于低压电系统。缺点是不能连续调节，同时因为电容应在系统电压与电容残压相等时才投入，所以响应速度较慢。晶闸管控制电抗器+固定电容器(TCR+FC)是目前最理想的SVC补偿方式。独的TCR由于只能提供感性的无功功率，因此往往与并联电容器配合使用。并上电容器后，使得总的无功功率为TCR与并联电容器无功功率抵消后的净无功率，因而可以将补偿器的总体无功电流偏置到可吸收容性无功的范围内。另外，联电容器串上小的调谐电抗器还可兼作滤波器，以吸收TCR产生的谐波电流。过控制与电抗器串联的反并联晶闸管的导通角，既可以向系统输送感性无功电，又可以向系统输送容性无功电流。由于该补偿器响应时问快(小于半个周
10、波)，活性大，而且可以连续调节无功输出，所以目前在我国的输电系统和工业企业中用最为广泛。又由于其具有连续调节的性能且响应迅速，使得它在校正动态无功荷的功率因数、改善电压调整、提高电力系统的静态和动态稳定性、阻尼功率振、降低过电压、阻尼次同步振荡、减少电压和电流的不平衡方面都有较好的作用，且维护简单、成本较低。虽然近几年基于变流器的STATCOM比起SVC具有更好的动态补偿性能，但经济性、装置容量、技术现状、可靠性和发展趋势等各方面综合考虑，在未来相长的一段时间内，SVC仍将是大量采用的动态无功补偿技术。所以，SVC的理论研究及工程设计仿真将是本文的重点。由于电力系统非线性特点以及对系统安全运行
11、要求的不断提高，常规的SVC控制方法已经无法满足电力系统发展的需要，而新一代的SVC控制系统的研究才刚刚起步，对一个经存在的庞大的电力系统，SVC面向不同的补偿对象控制策略也是不一样的。为充分发掘TCR型SVC的潜在能力，有必要对其控制方式进行深入的分析，本文对TCR型控制策略进行分析，找出适合的控制方法，并在MATLAB上进行电力统建模仿真，分析其结果。1.2国内外研究现状和研究意义目前广泛应用于国内外输配电系统的SVC在无功补偿、改善电压不平衡度、抑制电压闪变等多方面性能优良，性价比和技术开发难度适合我国国情，是国内应用此类装置的理想选择。目前世界上几个著名的电气生产商(如瑞士ABB公司、
12、德国西门子公司、法国阿尔斯通公司、美国通用电气公司以及日本东芝、三菱等公司)在SVC装置的研制方面都具有较为成熟的技术和经验。国内的理论研究及探讨的文章不少，但国产化产品的开发、生产缺少实质性的工作。原机械部于1985年从瑞士BBC公司引进SVC制造技术，水冷却、光电触发。但控制器仍采用模拟技术，未能得到广泛推广。鞍山荣信公司于90年代引进乌克兰TCR型SvC技术，采用热管散热、电磁触发，控制器采用单片机等一系列技术，由于总体技术落后，但其价格较低、机制灵活，在国内钢铁行业推出得到了较广泛的应用。1999年中国电科院在原国家电力公司的资助下开始了“静止无功补偿器实用化技术的研究”，并在2002
13、年推出了TCR平台，采用了全数字化控制、封闭式纯水冷却、综合自动化、光电触发等技术，并将其成功运用于电弧炉的治理工程。但就输电网而言，对于高压大容量的SVC国内尚不具备制造能力，特别是关键技术的系统集成能力。目前国内一些产家也推出了自己的TCR型SVC产品，但大多仍以低压产品为主，主要的生产产家有鞍山荣信公司、北京金白天正公司、中国电力科学研究院、保定三伊公司、西安电力电子研究所、深圳波宏公司等。但总体来看，国内对无功和电压进行实时、动态补偿和自动调节的技术还相对落后，国内对高压TCR装置研制和生产还处于起步阶段。SVC在实际工程实践中主要有以下应用：(1)输电线路：在高压输电系统中SVC具有
14、改善电压控制、提高稳定性、增加电能力、阻尼系统振荡、降低工频过电压等功能。电网负荷中心枢纽点电压关系至系统电压的稳定性和广大用户的电压质量，用SVC技术能有效解决电压控制问题，早己被国内外大量工程实践所证实，但产SVC(TCR型)在我国电网中的成功应用仅开始于2004年。在远距离输电系统的末端和中间站设置svc装置，只要容量和技术性能(Up应速度与灵敏度等)合适，一般可在该处建立电压支撑点。这些电压支撑点可把线分成若干段，每段各自按照近于90。的传输功率角输电。加拿大魁北克水电局将该省拉格兰德河和拉剖第河上的16000MW水电送至负荷中心蒙特利尔，原方需架设10回735kV输电线，现方案只有6
15、回735kV输电线，另外在4个变电站别安装8组300Mvar总计2400Mvar的SVC装置，取得了很好的经济效益，而且定性也很好。电力输送的能力会受系统阻尼不足的限制，改进阻尼的方法可以采取在发电机的励磁系统中装设对阻尼有适当控制的SVC。SVC可以装设在电力系统的任何地点，这就是说可选择最有利的安装地点，能做到瞬时控制无功功率，控制程度能选择，既能提高暂态稳定性，又能加强阻尼，SVC可以同时兼作不同的用途，只要选择不同的优先次序及不同的控制方式即可实现，不论电网经受何种干扰，也不论振荡频率是多少，均可获得对电网的最佳效果。高压自流输电是一种与交流输电相辅相成的先进输电方式。自流输电系统有时
16、需要采用SVC来解决以下问题：补偿无功。整流站及逆变站各需40-60的补偿无功，这些无功应通过交流滤波器、并联电容器、并联电抗器、同步补偿机及SVC等按具体情况进行配合来满足，吸收谐波，调整电压，抑制过电压，降低绝缘要求。电弧炉作为非线性及无规律负荷接入电网，将会对电网产生一系列不良影响，其中主要问题是：导致电网三相严重不平衡，产生负序电流，产生高次谐波，其中普遍存在如2，4偶次谐波与3，5，7次等奇次谐波共存的状况，使电压畸变更为复杂化，存在严重的电压闪变，功率因数低。SVC具有快速的动态响应速度的特点，它可向电弧炉快速提供无功电流并且稳定母线电网电压，最大限度地降低闪变的影响，SVC具有的
17、分相补偿功能可以消除电弧炉造成的三相不平衡，滤波装置可以消除有害的高次谐波并通过向系统提供容性无功来提高功率因数。(3)轧机及其他大型电机对称负载引起电网电压降及电压波动，严重时使电气设备不能正常工作，降低了生产效率，使功率因数降低；负载在传动装置中会产生有害的高次谐波，主要是以5，7，ll，13次为代表的奇次谐波及旁频，会使电网电压产生严重畸变。安装SVC系统可解决上述问题，保持母线电压平稳。 (4)城市二级变电站(66KV-IIOKV)：在区域电网中，一般采用分级投切电容器组的方式来补偿系统无功，改善功率因数，这种方式只能向系统提供容性无功，并且不能随负载变化而实现快速精确调节，在保证母线
18、功率因数的同时，容易造成向系统倒送无功，抬高母线电压，危害用电设备及系统稳定性。TCR结合固定电容器组FC(fixed capacitor)或者TCR+TSC可以快速精确的进行容性及感性无功补偿，稳定母线电压、提高功率因数。并且，在改造旧的补偿系统时，在原有的固定电容器组的基础上，只需增加晶闸管相控电抗器(TCR)部分即可,用最少的投资取得最佳的效果，成为改善区域电网供电质量的最有效方法。(5)电力机车供电：电力机车运输方式在保护环境的同时也对电网造成了严重的“污染”，因电力机车为单相供电，这种单相负荷就造成了供电网的严重三相不平衡及低的功率因数，目前世界各国解决这一问题的唯一途径就是在铁路沿
19、线适当位置安装SVC系统，通过SVC的分相快速补偿功能来平衡三相电网，并通过滤波装置来提高功率因数。显然，SVC技术对解决上述问题具有相当重要意义。当然，具体的最佳解决方案应通过深入细致分析，作技术经济比较后才能得到。随着SVC技术国产化的成功，SVC在国内电网中的应用有广阔前景。因此，SVC具有较高的研究价值和较好的市场应用前景。1.3论文工作介绍本文主要介绍静止无功补偿的基本原理。1.介绍无功功率和无功补偿基本概念以及无功补偿在电力系统中的作用。2.介绍SVC的工作原理以及SVC在无功功率补偿中的重要作用，着重介绍TCR型和TSC型的SVC基本原理、运行特性。3.通过MATLAB自带的Si
20、mulink仿真环境，结合具体事例建立仿真模型以及对仿真结果的分析。4.通过MATLAB仿真对比FC-TCR和TSC-TCR在静止无功补偿中的作用5.对全文工作进行总结，并对今后的工作进行了展望，提出需要进一步改进和完善之处。2. 无功功率及无功补偿概述2.1 无功功率交流电网以及接在交流电网上的设备一单通电，就会产生一个与所加交流电压相关的时变电场，同时会产生一个与所流经电流相关的时变磁场。当这些电场和磁场建立起来时，能量就会被储存起来，而当这些电场和磁场消失时，能量就被释放出来。除了在电阻元件上的消耗，所有能量耦合设备，包括变压器和能量转换装置（例如电动机和发电机），都根据它们储存和释放能
21、量来运行的。对于图2.1a所示的交流电路，从电压源到负荷的瞬时功率可以由瞬时电压v和瞬时电流i计算得出 （2.1）在稳态时，因此 （2.2）其中，V和I分别是v和i的均根值（rms)。式（2.1）和式（2.2）可以用图形来表示，如图2.1b所示。式（2.2）包含有两个倍频（2）分量，第一项平均值为，其倍频分量的峰值为，这一平均值就是从电源流向负荷的有功功率P；第二个倍频的分量的峰值为，其平均值为零。如果用向量来表示，图2.1a网络中的复功率可以表示为： （2.3）式中，P是有功功率，单位为瓦特（W），Q称为无功功率，单位为乏（Var）。比较式（2.3）和（2.2）可以看出，式（2.2）中瞬时功
22、率第二个倍频分量的峰值就是无功功率。为了产生所需要的耦合电场和磁场，无功功率是必须的。它是电路中电压和电流负载的一个组成部分，但它不产生有功功率消耗。事实上无功功率是所有交流电网的一个重要组成部分。在大功率电网中，有功功率和无功功率的单位分别为兆瓦和兆乏。图2.1 交流电网中的电气参数电磁型设备将能量储存在它们的磁场中，这些设备吸收滞后的电流，从而产生正值Q，因此通常被称为无功功率吸收器。静电型设备将能量储存在电场中，这些设备吸收超前电流，从而产生负值Q，因此被看做是无功功率的发出器。官方定义：国际电工委员会给出的无功功率的定义是：电压与无功电流的乘积为无功功率。其物理意义是：电路中电感元件与
23、电容元件活动所需要的功率交换称为无功功率。电网中电力设备大多是根据电磁感应原理工作的，他们在能量转换过程中建立交变的磁场，在一个周期内吸收的功率和释放的功率相等。电源能量在通过纯电感或纯电容电路时并没有能量消耗，仅在负荷与电源之间往复交换，在三相之间流动，由于这种交换功率不对外做功，因此称为无功功率。从物理概念来解释感性无功功率：由于电感线圈是贮藏磁场能量的元件，当线圈加上交流电压后，电压交变时，相应的磁场能量也随着变化。当电压增大，电流及磁场能量也就相应加强，此时线圈的磁场能量就将外电源供给的能量以磁场能量形式贮藏起来；当电流减小和磁场能量减弱时，线圈把磁场能量释放并输回到外面电路中。交流电
24、感电路不消耗功率，电路中仅是电源能量与磁场能量之间的往复转换。从物理概念来解释容性无功功率：由于电容器是贮藏电场能量的元件，当电容器加上交流电压后，电压交变时，相应的电场能量也随着变化。当电压增大，电流及电场能量也就相应加强，此时电容器的电场能量就将外电源供给的能量以电场能量形式贮藏起来；当电压减小和电场能量减弱时，电容器把电场能量释放并输回到外面电路中。交流电容电路不消耗功率，电路中仅是电源能量与电场能量之间的往复转换。无功功率分类：1.感性无功：电流矢量滞后于电压矢量90 如电动机、变压器、晶闸管变流设备等2.容性无功：电流矢量超前于电压矢量90 如电容器、电缆输配电线路等3.基波无功：与
25、电源频率相等的无功（50HZ）4.谐波无功：与电源频率不相等的无功2.2无功补偿的意义与作用2.2.1无功补偿概述 电力系统中，不但有功功率要平衡，无功功率也要平衡有功功率、无功功率、视在功率之间的相量关系功率三角形，由式cos=P/S可知，在一定的有功功率下，功率因数cos越小，所需的无功功率越大。为满足用电的要求，供电线路和变压器的容量就需要增加。这样，不仅要增加供电投资、降低设备利用率，也将增加线路损耗 。为了提高电网的经济运行效率，根据电网中的无功类型，人为的补偿容性无功或感性无功来抵消线路的无功功率。2.2.2无功补偿的意义与作用随着我国国民经济的飞速发展，电网规模的逐渐增大，工业电
26、弧炉、轧钢机、 电力机车等冲击性负荷在工业应用领域中大量使用，这些负荷功率因数低，无功变化大且急剧，运行时会造成低压配电网电压的急剧波动，从而恶化电能质量和造成大量线路损耗，而且在系统中注入了大量的高次谐波，严重影响了系统供电的电能质量，使用户的正常工作受到不同程度的影响。如何对上述负荷的供电采取有效的补偿，快速地提供其在动态过程中所需的无功，从而抑制其引起的电压波动和闪变，在国内越来越引起供电部门和工业用电大户的关注。因此，提高供电的可靠性和电能质量，提高配电网的经济运行水平具有重要的价值，这也是推动电力工业技术进步的要求。 无功补偿的主要作用就是提高功率因数以减少设备容量和功率损耗、稳定电
27、压和提高供电质量，在长距离输电中提高输电稳定性和输电能力以及平衡三相负载的有功和无功功率。安装并联电容器进行无功补偿，可限制无功功率在电网中的传输，相应减少了线路的电压损耗，提高了配电网的电压质量。具体如下：1提高电压质量把线路中电流分为有功电流Ia和无功电流Ir，则线路中的 电压损失: 式中： P有功功率，KW Q无功功率，Kvar U额定电压，KV R线路总电阻， Xl线路感抗，因此，提高功率因数后可减少线路上传输的无功功率Q，若保持有功功率不变，而R、Xl均为定值，无功功率Q越小，电压损失越小，从而提高了电压质量。2提高变压器的利用率，减少投资 功率因数由提高到提高变压器利用率为： 由此
28、可见，补偿后变压器的利用率比补偿前提高S%，可以带更多的负荷，减少了输变电设备的投资。3减少用户电费支出 （1）可避免因功率因数低于规定值而受罚。 （2）可减少用户内部因传输和分配无功功率造成的有功功率损耗，电费可相应降低。4.提高电力网传输能力有功功率与视在功率的关系式为： 可见，在传输一定有功功率的条件下，功率因数越高，需要电网传输的功率越小。2.3无功补偿基本事项2.3.1 无功补偿的原则从电力网无功功率消耗的基本状况可以看出，各级网络和输配电设备都要消耗一定数量的无功功率，尤以低压配电网所占比重最大。为了使电网补偿能取得最佳的综合效益，要综合比较各种无功补偿的经济效益和最优分布方案，应
29、按照“全面布局，分级补偿，就地平衡”的原则，合理布局。国家电力系统电压和无功电力技术导则规定，无功补偿与电压调节应以下列原则进行：a.总体平衡与局部平衡相结合；b.电力补偿与用户补偿相结合； c.分散补偿与集中补偿相结合；d.降损与调压相结合，以降损为主。无功补偿的技术原则：无功补偿应尽量分层(按电压等级)和分区(按地区)补偿，就地平衡，避免无功电力长途输送与越级传输（详见：国家电网公司电力系统无功补偿配置技术原则）。无功补偿在实际应用中应当就地、分级实行，避免这一级的谐波污染影响到他用电等级。2.3.2无功补偿的方式 配电网无功补偿的主要方式有五种：变电站补偿、配电线路补偿、随机补偿、随器补
30、偿、跟踪补偿。后三者属于低压配电网的补偿方式。下面简要介绍一下这五种补偿方式的优缺点：变电站补偿：针对电网的无功平衡，在变电站进行集中补偿，补偿装置包括并联电容器、同步调相机、静止补偿器等，主要目的是平衡电网的无功功率，改善电网的功率因数，提高系统终端变电所站的母线电压，补偿变电站主变压器和高压输电线路的无功损耗。这些补偿装置一般集中接在变电站10kV母线上，因此具有管理容易、维护方便等优点，缺点是这种补偿方式对10kV配电网的降损不起作用。配电线路补偿：线路无功补偿即通过在线路杆塔上安装电容器实现无功补偿。线路补偿点不宜过多；控制方式应从简，一般不采用分组投切控制；补偿容量也不宜过大，避免出
31、现过补偿现象；保护也要从简，可采用熔断器和避雷器作为过流和过压保护。线路补偿方式主要提供线路和公用变压器需要的无功，该种方式具有投资小、回收快、便于管理和维护等优点，适用于功率因数低、负荷重的长线路。缺点是存在适应能力差，重载情况下补偿不足等问题。随机补偿：随机补偿就是将低压电容器组与电动机并接，通过控制、保护装置与电机同时投切。随机补偿适用于补偿电动机的无功消耗，以补偿励磁无功为主，此种方式可较好地限制用电单位无功负荷。随机补偿的优点：用电设备运行时，无功补偿投入；用电设备停运时，补偿设备也退出，而且不需频繁调整补偿容量。具有投资少、占位小、安装容易、配置方便灵活，维护简单、事故率低等。随器
32、补偿：随器补偿是指将低压电容器通过低压保险接在配电变压器二次侧，以补偿配电变压器空载无功的补偿方式。配变在轻载或空载时的无功负荷，主要是变压器的空载励磁无功。配变空载无功是用电单位无功负荷的主要部分，对于轻负载的配变而言，这部分损耗占供电量的比例很大，从而导致电费单价的增加。随器补偿的优点：接线简单、维护管理方便、能有效地补偿配变空载无功，限制低压电网无功基荷，使该部分无功就地平衡，从而提高配变利用率，降低无功网损，具有较高的经济性，是目前补偿无功最有效的手段之一。跟踪补偿：跟踪补偿是指以无功补偿投切装置作为控制保护装置，将低压电容器组补偿在大用户04kV母线上的补偿方式。适用于lOOkVA以
33、上的专用配变用户，可以替代随机、随器两种补偿方式，补偿效果好。跟踪补偿的优点是运行方式灵活，运行维护工作量小，比前两种补偿方式寿命相对延长、运行更可靠。但缺点是控制保护装置复杂，首期投资相对较大。但当这三种补偿方式的经济性接近时，应优先选用跟踪补偿方式。2.3.4 配电网无功补偿存在的问题无功倒送问题：无功倒送会增加线路和变压器的损耗，加重线路供电负担。固定补偿部分容量过大，也容易出现无功倒送。三相不平衡问题：系统三相不平衡同样会增大线路和变压器的损耗。对三相不平衡较大的负荷，比如机关、学校等单相负荷多的用户，应考虑采用分相无功补偿装置。谐波的问题：谐波含量过大时会对电容器的使用寿命产生影响，
34、甚至造成电容器的过早损坏；并且由于电容器对谐波的放大作用，将使系统的谐波干扰更加严重。因此做无功补偿时必须考虑谐波治理，在存在较大谐波干扰，又需要补偿无功的地点，应考虑增加滤波装置。优化的问题：目前无功补偿的出发点往往放在用户侧，只注意补偿用户的功率因数。然而要实现有效的降损，必须从整个电力系统出发，通过计算全网的无功潮流，确定配网的补偿方式、最优补偿容量和补偿地点，才能使有效的资金发挥最大的效益。2.4无功补偿发展历程无功功率补偿装置先后经历了早期调相机，到目前广泛采用的并联电容器、并联电抗器、各种类型的SVC，以及新出现的新型静止无功发生器(STATCOM)。下面分别介绍各种无功功率补偿的
35、特点。1、同步调相机调相机是电网中最早使用的无功补偿装置。调相机的基本原理与同步发电机没有区别，它不发有功功率只输出无功电流，因此不需要原动机拖动，没有启动电机的调相机也没有轴伸，实质就是相当于一台在电网中空转的同步发电机。调相机的工作是通过改变激磁电流的大小来实现无功功率的调节。当增加激磁电流时，其输出的容性无功电流增大。当减小激磁电流时，其输出的容性无功电流减小。当激磁电流减小到一定程度时，输出无功电流为零，只有很小的有功电流用于弥补调相机的损耗。当激磁电流进一步减小时，输出感性无功电流。在系统电压偏低时，过励磁运行供给无功功率而将系统电压调高；在系统电压偏高时，欠励磁运行吸收系统多余的无
36、功功率而将电压调低。调相机容量大、有较大的过负荷能力、对谐波不敏感、可以双向、连续调节：能独立地用调节励磁来调节无功的大小；并且具有当电网电压下降时输出无功电流自动增加的特点。但其价格高，效率低，运行成本高；起动、运行、维修复杂；动态调节响应慢：不适应太大或太小的补偿；发生失磁故障时将加重系统的电压波动。2、并联电容器补偿并联电容器补偿是目前应用最广的一种无功补偿方式，其电压等级和补偿容量可以通过电容器的串联、并联来实现，理论上可以达到任何的电压等级和补偿容量。由于没有旋转部件，因此运行时基本上没有噪声。并且目前随着无功补偿电容器技术的发展，高压电容器的损耗率已降至O05以下，而调相机的有功损
37、耗满载时占额定功率的1855，50额定负载时占299，25额定负载时高达515，而且自愈式电容器其自身都有自愈能力使得其可靠性大大提高。1999年底全国电网调相机与并联电容器容量之比已达l：256左右。由于电容器阻抗与频率成反比，因此对于系统中的高次谐波呈现低阻抗，易于系统阻抗形成串并联谐振，对系统中的谐波进行放大。同时由于大量谐波的流入易引起电容器的过负荷运行，使电容器发热超过设计值，减少电容器的使用寿命。并联电容器补偿具有功率损耗小、投资少、可自动投切、维护简易、容量可任意选择等特点，但不能连续调节、负荷调节特性差，这是由于当无功负荷增大，电容器的补偿容量与电压的平方成正比因电压下降而无功
38、输出减小，故调压效果下降：对系统中的高次谐波有放大作用，在谐波电流过大时，可能引起内部过热，严重时甚至引起爆炸。3、并联电抗器并联电抗器调压主要用在超高压(330kV及以上)系统的线路上，其主要功能是：吸收容性电流，补偿容性无功，使系统达到无功平衡；削弱电容效应，限制系统的工频电压升高及操作过电压。其不足之处是容量固定的并联电抗器，当线路传输功率接近自然功率时，会使线路电压过分降低，且造成附加有功损耗，但若将其切除，则线路在某些情况下又可能因失去补偿而产生不能允许的过电压。4、静止无功补偿器静止无功补偿器(SVC)是用户电力技术(CustomerPower，CusPow)的一种，是20世纪70
39、年代初期发展起来的新技术。“静止是针对旋转的同步调相机而言的，国内多称其为动态无功补偿器，这是针对固定电容器组(FixedCapacitor，FC)而言。SVC是通过控制晶闸管的导通角来快速调节并联电抗器的大小或投切电容器组。它对调节负荷功率因数、稳定和平衡系统电压、消除流向系统的高次谐波电流、平衡三相负荷等有显著的作用。将它装设于高压输电系统可用以控制长距离输电线路甩负荷、空载效应等引起的动态过电压，改善系统的暂态稳定性，抑制系统的无功功率及电压振荡。它具有价格适中，性能可靠等特点。SVC最基本的两种类型结构为晶闸管相控电抗器型(TCR)和晶闸管投切电容器型(TSC)。TCR和TSC可以相互
40、之间组成TCR+TSC，或者与FC组成TCR+FC和TCR+TSC+FC等混合型结构，对于负载补偿绝大多数采用TCR+FC型。5、静止无功发生器静止无功发生器(Static var Generator，SVG)也被称为静止同步补偿器(STATCOM)161，是在20世纪80年代以来出现的更为先进的静止无功补偿装置。图3.3为SVG的基本构成，它由直流电容、电压型变流器和与系统连接的变压器构成。装置中6个可关断晶闸管(GTOIGBT)分别与6个二极管反向并联，适当控制GTOIGBT的通断，可以把电容器C上的直流电压转变成为与电力系统电压同步的三相交流电压，装置的交流侧通过电抗器或变压器并联接入系
41、统。适当控制逆变器的输出电压就可以灵活地改变SVG的运行工况，使其处于容性负荷、感性负荷或零负荷状态。与SVC相比，SVG的响应速度更快，运行范围更宽，谐波电流含量更小，尤其重要的是，电压较低时SVG仍可向系统注入较大的无功电流。在稳态情况下，SVG的直流侧和交流侧之间没有有功功率交换，无功功率在三相之间流动，因此它的直流储能元件(电容器)只需要较小容量的电容即可。图3.3SVG系统原理图和电压电流特性曲线与SVC相比，SVG的调节速度更快且不需要大容量的电容、电感等储能元件，谐波含量小，同容量占地面积小，在系统欠压条件下无功调节能力强。此外，SVG装置用铜和铁较少，且有优良的补偿特性，因此是
42、新一代无功补偿装置的代表，有很大的发展前途。综合上述我们可以得出各无功补偿的方法的优缺点如表11所示。项目装置同步调相机（SC）SVC或FC+SVCTSCTCR+TSC或TCR+MSCSVG响应速度慢较快较快较快快吸收无功连续连续分级连续连续控制简单较简单较简单较简单复杂谐波电流无大无大小分相调节有限可以有限可以可以损耗大中小小很小噪声大小小小很小表11 各种无功功率动态补偿装置的优缺点专心-专注-专业3. 静止无功功率补偿器3.1概述静止无功功率补偿器（Static Var CompensatorSVC）是指其输出随电力系统特定的控制参数而变化的并联连接的静止无功功率发生装置或无功功率吸收装
43、置。这里的“静止”是专指SVC没有运动或旋转部件。与同步调相机相比较，SVC 是完全静止的设备。但它的补偿过程是动态的，即可根据系统无功功率的需求或电压的变化自动跟踪补偿。SVC的一个重要特征是主要依靠晶闸管等电力电子器件完成调节或投切功能，它可以频繁地调节和投切，其动作速度是毫秒级的，远比机械设备的动作速度要快。SVC的称呼也有一个统一的过程。在静止无功功率补偿应用的初期，它还没有明确的定义，因而称呼也很多。在国外，除了称之为SVC外，还被称为静止电压并联稳定装置（SVS）、静止并联稳定装置（SSS)。国内在70年代末开始引入静止无功功率补偿时称之为动态无功功率补偿装置，后来又称其为静止无功
44、功率系统和SVC。在1986年幼国际大电网会议组织（CIGRE）第38专业委员会（电力系统分析和技术）统一规定为SVC后，才在国内外统一称为SVC。SVC的基本作用是连续而迅速地控制无功功率，并通过发出货吸收无功功率来控制所连接的输电系统的节点电压。因此SVC的显著特点是能快速、平滑调节容性或感性无功功率，实现动态补偿。静止无功功率补偿系统中的各种无功功率补偿器都是用无功功率器件（电容器和电抗器）产生武功功率，兵器根据需要调节容性或感性电流，这种调节可以采用联系调节或投切的方法进行。目前，由于它的两大特点：一是静止型，其主要部件是无转动部分；二是动态补偿，其反应速度很快，能及时跟踪无功功率快速
45、变化做出变化、调节性能好、运行损耗和维护费用低，并且可作为多方面应用等优点。所以，SVC被广泛应用，而且颇具有发展潜力。与传统的电容器及同步调相机相比，它的唯一缺点是设计制造相对比较复杂。目前，静止无功功率补偿器已广泛用于输电系统、工业网系统。在输电系统，控制长距离输电线甩负荷、空载效应等引起的过电压（动态）；改善系统的暂态稳定抑制系统的无功功率及电压振荡；维持输电线的电压，提高线路输送有功的能力，特别是由于它的快速反应，使其能对故障引起的系统扰动提供较好的阻尼。在工业网系统中，能使电压闪变削弱到规定值范围以内；调节负荷功率因数，限制无功功率向系统倒流，减少无功功率引起的损耗，提高输电网的输送
46、有功功率的能力，稳定和平衡系统电压；限制流向系统的谐波电流；平衡三相负荷，减少工业网对通信系统的干扰，提高用电质量。3.2 SVC分类常见的SVC有四种形式：SR(自饱和型电抗器型)、TCR(晶闸管控制电抗器)、TCT(晶闸管控制高漏抗变压器)、TSC(晶闸管投切电容器)。国际大电网会议将SVC分为：机械投切电容器型(MSC)、机械投切电抗器型(MSR)、自饱和电抗器型(SR)、晶闸管控制电抗器型(TCR)、晶闸管投切电容器型(TSC)、晶闸管投切电抗器型(TSR)、自换相或电网换相器型(SCCLCC)7种。3.3 SVC动态补偿原理SVC对电力系统中的无功功率进行快速的动态补偿，可以实现对动
47、态无功负荷的功率因数的校正、改善电压调整、提高电力系统的静态和动态稳定性、阻尼系统振荡、降低过电压、减少电压闪烁、阻尼次同步振荡、减少电压和电流的不平衡。应当指出的是，以上这些功能虽然是相互关联的，但实际的静止无功不差装置往往只是对其中某一条或者某几条为直接控制目标，其控制策略也因此不同。因此，这些功能有的属于对一个或者几个在一起的负载的补偿效果（负载补偿），有的则是以整个输电系统性能额改善和传输能力的提高为目的（输电补偿），而改善电压调整，提高电压稳定度，则可以看作是两者的共同目标。在不同的应用场合，对补偿装置容量要求也不一样，要求的容量较小，而以电力系统性能为直接控制的系统用无功补偿装置，则要求较大的容量。下面以改善电压调整的基本功能为例对无功功率动态补偿的原理作简单介绍。图3.1(a)所示为系统、负载和补偿器的单相等效电路图。其