無功補償MATLAB仿真

1、一 課題的意義目的：? 為使學(xué)生能更好地了解無功補償裝置的特性，基于 Matlab 和電力 電子知識， 使學(xué)生加深對理論知識的理解，同時結(jié)合仿真驗證所學(xué)知 識。二 設(shè)計的來源及背景：? 隨著電力系統(tǒng)中非線性用電設(shè)備，尤其是電力電子裝置應(yīng)用的日 益廣泛，電 力系統(tǒng)中的諧波污染問題也越來越嚴重， 而大多數(shù)電力電 子裝置功率因數(shù)較低， 也給電網(wǎng)帶來額外負擔，并影響供電質(zhì)量。因 此抑制諧波和提高功率因數(shù)已成 為電力電子技術(shù)和電力系統(tǒng)研究領(lǐng)域 所面臨的一個重大課題，正在受到越來越 多的關(guān)注。?解決電力電子裝置產(chǎn)生的諧波污染和低功率因數(shù)問題不外乎兩種途徑 :一種是裝設(shè)補償裝置，如有源濾波器、無功功率補償器

2、等， 設(shè)法對諧波進行抑制和對 無功進行補償 ;另一種是對電力電子裝置本 身進行改進， 使其不產(chǎn)生諧波也不消 耗無功功率，或根據(jù)需要對其 功率因數(shù)進行調(diào)節(jié)。后一種方法需要對現(xiàn)有電力 電子設(shè)備進行大規(guī) 模更新，代價較大，并且只適用于作為主要諧波源的電力電 子裝置， 因此有一定的局限性。 而前一種方法則適用于各種諧波源和低功率 因 數(shù)設(shè)備，并且方法簡單，己得到廣泛應(yīng)用。三 無功補償?shù)淖饔茫? (1)增加設(shè)備容量。無功功率的增加，使總電流增大，以及視在功率增大，從而使發(fā)電機、變壓器及其它電氣設(shè)備容量增加。 ? (2)設(shè)備及線路損耗增加。無 功功率增加，使總電流增大，因而 使設(shè)備及線路的損耗增加。 ?

3、(3)使線路壓降 增大。如果是沖擊性無功功率負載還會引起電壓 劇烈波動，導(dǎo)致供電質(zhì)量嚴重 降低。 ? (4)功率因數(shù)降低，設(shè)備容量利用少。四 無功功率補償?shù)幕纠碚? 4.1 無功功率補償?shù)幕驹? 補償功率因數(shù)的方法有很多，下面僅以改善電壓調(diào)整的基本功能 為例，對無 功功率動態(tài)補償?shù)脑碜骱喴榻B。？圖4. la所示為系統(tǒng)、負載和補償器的單相等效電路圖。其中U為系統(tǒng)線電壓;R和X分別為系統(tǒng)電阻和電抗。設(shè)負載 變化很小，故有 U遠小于U。則假定R遠小于X時，反映系統(tǒng)電壓與無功功 率關(guān)系的特性 曲線如圖2.1b中實線所示，由于系統(tǒng)電壓變化不大，其橫坐標也 可換 為無功電流。 可以看出， 該特性

4、曲線是向下傾斜的， 即隨著系統(tǒng)供給 的無 功功率 Q 的增加，供電電壓下降。(a)單相電路(b)動態(tài)補償原理圖4.1無功功率動態(tài)補償?shù)脑?可見，無功功率的變化將引起系統(tǒng)電壓成比例地變化。投入補償器之后，系統(tǒng)供給的無功功率為負載和補償器無功功率之和，即Q = QL + Qr?因此，當負載無功功率 QL變化時，如果補償器的無功功率 Qr總能 彌補QL 的變化，從而使Q維持不變，即 Q=0則AU也將為0,供電電 壓保持恒定， 這就是對無功功率進行動態(tài)補償?shù)幕驹?。圖2.1b示出了進行動態(tài)的無功補 償,并使系統(tǒng)工作點保持在 Q-QA常數(shù)的示意圖。當使系統(tǒng)的工作點保持在 Q=0處，即圖中的C點時，就

5、實現(xiàn)了功率因數(shù) 的完全補償?？梢娧a償功率因數(shù)的功 能可以看作是改善電壓調(diào)整功能的特例。4.2靜止無功補償裝置(SVC的原理：?在電力系統(tǒng)中，電壓和頻率是衡量電能質(zhì)量的兩個最基本、最重要的指標。為確保電力系統(tǒng)正常運行，供電電壓和頻率必須穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)。頻率的控制與有功功率的控制密切相關(guān)，而電壓控制的重要方法之一是對電力系統(tǒng)的無功功率進行控制。?靜止無功補償裝置主要有以下三大類型：一類是具有飽和電抗器的靜止無功補 償裝置(SR: Saturated Reactor);第二類是晶閘管控制 電抗器(TCR: Thyristor Control Reactor), 晶閘管投切電容器(TSC: Thy

6、ristor Switch Capacitor)，這兩類裝置通稱為SVC (Static Var Compensator);第三類就是采用自換相變流技術(shù)的靜止無功補償置一動態(tài)無功補償器(SVG)。下面簡要說明SR和SVC勺原理。? 4.2.1 具有飽和電抗器的無功補償裝置(SR) ?飽和電抗器分為自飽和電抗器 和可控飽和電抗器兩種，相應(yīng)的無功補償裝置也就分為兩種，具有自飽和電抗器的無功補償裝置是依靠 電抗器自身固有的能力來穩(wěn)定電壓，它利用鐵心的飽 和特性來控制發(fā)出或吸收無功功率的大??；可控飽和電抗器通過改變控制繞組 中的工 作電流來控制鐵心的飽和程度，從而改變工作繞組的感抗，進一步控 制 無功

7、電流的大小。422晶閘管控制電抗器(TCR)4.2.2晶閘管控制電抗器(TCR) 兩個反并聯(lián)的晶閘管與一個電抗器相串聯(lián)，其單相原理圖如圖4.2兩個反并聯(lián)的晶閘管與一個電抗器相串聯(lián)，其單相原理圖如圖4.2?其三相多接成三角形，這樣的電路并入到電網(wǎng)中相當于交流調(diào)壓器電路接電感性負載，此電路的有效移相范圍為 90180。當觸發(fā)角a=90時，晶閘 管全導(dǎo)通，導(dǎo)通角& =180,此時電抗器吸收的無功 電流最大。圖4.2 TCR補償器原理圖TCR補償器原理圖？ TCR的三相接線形式大都采用三 角形聯(lián)結(jié)，也就是所謂支路控制 三角形聯(lián)結(jié)三相交流調(diào)壓電路的形式，如圖4.3 所示，這種接線形比 其他形式線電流中諧

8、波含量要小。圖4.3 TCR的三相接線形式TCR的三相接線形式?單獨的TCR由于只能吸收感性的無功功率，因此往往與并聯(lián)電容 器配合使用， 并聯(lián)上電容器后，使得總的無功功率為 TCR與并聯(lián)電容器無功功率抵消后的凈 無功功率，因而可以將補償器的總體無功電 流偏置到可吸收容性無功的范圍內(nèi)。 另外，并聯(lián)電容器串聯(lián)上小的調(diào)諧電抗器還可兼作濾波器，以吸收 TCR產(chǎn)生的諧波電流。？ 2.2.3晶閘管投切電容器(TSC) ?為了解決電容器組頻繁投切的問題，TSC裝置 應(yīng)運而生。其單相 原理圖如圖4.4所示，兩個反并聯(lián)的晶閘管只是將電容器并 入電網(wǎng)或?從電網(wǎng)中斷開，串聯(lián)的小電抗器用于抑制電容器投入電網(wǎng)運行時可能

9、產(chǎn)生的沖擊電流。圖4.4 TSC補償器原理圖？選取投入時刻總的原則是，TSC投入電容的時刻， 也就是晶閘管 開通的時刻，必須是電源電壓與電容器預(yù)先充電電壓相等的時刻。因為根據(jù)電容器的特性，當加在電容上的電壓有階躍變化時(若電容器 投入的時刻電源電壓與電容器充電電壓不相等就會發(fā)生這樣的情況），將產(chǎn)生沖擊電流，則很可能破壞晶閘管或給電源帶來高頻振蕩等不利影響。五 MATLAB/Simulink 簡介 MATLAB/Simulink 簡介隨著電力工業(yè)的發(fā)展，電力系統(tǒng)規(guī)模越來越大，特別是隨著互聯(lián)電網(wǎng)的出現(xiàn)，系統(tǒng)的節(jié)點數(shù)由原來的幾十個上升到幾百個甚至上千個。對于如此大的電力網(wǎng)絡(luò)想用原來的手算方法進行電力

10、系統(tǒng)的分析和計算已是不可能，我們必須借助于先進的計算機技術(shù)和強大的系統(tǒng)仿真軟件進行電力系統(tǒng)的分析和計算，從而加深我們對電力系統(tǒng)的理解，進一步指導(dǎo)我們在電力系統(tǒng)的工作。？在MATLAB 中，電力系統(tǒng)模型可以在Simulink環(huán)境下直接搭建，也可以據(jù)所研究對象物理 模型建立其數(shù)學(xué)模型，并進行封裝和自定義為用戶自己的模塊庫，充分顯現(xiàn)了其仿真平臺的優(yōu)越性。同時更重要的是，MATLAB提供了豐富的工具箱資源。以及大量的實用模塊，在Simulink環(huán) 境下，不僅可以進行電力系統(tǒng)的仿真計算， 還可以實現(xiàn)復(fù)雜的控制方法 ？仿真，使得我們更加深入地研究電力系統(tǒng)的行為 特性。六無功補償裝置的MATLA的建模與仿真

11、無功補償裝置的MATLA的建模與仿真 圖6-1無功補償裝置Simulink仿真模型無功補償裝置Simulink仿真模型 6.1模型建立T3C21SC3 魚I MV汕攵如TSC3TM PnfrL&fclFtrMiurrcta lirei?圖6-1為無功補償裝置simulink的仿真模型，現(xiàn)試分析圖4-1的建 模過程。 ? （ 1）在Simulink窗口下的File 菜單中選擇New命令創(chuàng)建一個untitled 空 白文件窗口。 ？ （2）雙擊Simulink的SimPowerSystems模塊庫，打開Electronics Sources模塊庫，將三相可編程電壓源 Three-Phase Pro

12、grammableVoltage Source模塊從該模塊庫窗口拷貝到 untitled 窗口，并將其命 名為 Programmable Voltage Source，其屬性參數(shù)設(shè)置對話框如圖 6-2所示：？ （3） 其它模塊的調(diào)用和參數(shù)的設(shè)置與步驟（2）相似，在這里不 做過多闡述。hr ee-Fhase Proeraraat le Voltaee Source isask. link*th-addition. twos ! accss；ibi via input 1 N； of th* block, and fx3.uncy of th fun.日yn.t豐二 zan harsnniCE c

13、an b butiapsd on th*Not; Fox Phasor si;not alloT-ad. SpecifyF匕魚二色日皂_Fositive*seuenee :Asciitude A：Brss Ph-PhAss Li tads vj*du :模塊的屬性參數(shù)Three-圖 6-2 Three-Phase Programmable Voltage Source6-2無功補償裝置的仿真 ?建立好圖6-1所示的Simulink模型后，將參數(shù)設(shè)置好 便可進行仿 真。仿真結(jié)果如圖6-3、所示：6-3 SVC仿真波形SVC仿真波形6.3仿真波形分析?仿真結(jié)果表明：無功功率補償器能夠很好地補償無功功率，使補償后的功率因數(shù)接近1,達到