TSC靜止無功補(bǔ)償提高系統(tǒng)電壓理論研究畢業(yè)論文

1、摘要近年來，由于電網(wǎng)容量的增加，對電網(wǎng)的無功要求也與日增加，同時(shí)對電能質(zhì)量的要求也越來越高。傳統(tǒng)無功補(bǔ)償裝置很難達(dá)到單位功率因數(shù)的補(bǔ)償，電網(wǎng)無功功率不平衡將導(dǎo)致系統(tǒng)電壓的巨大波動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致用電設(shè)備的損壞，出現(xiàn)系統(tǒng)電壓崩潰和穩(wěn)定破壞事故。tsc是目前廣泛使用的無功補(bǔ)償方式，具有結(jié)構(gòu)簡單、費(fèi)用較低的優(yōu)點(diǎn);論文首先介紹了無功功率補(bǔ)償?shù)囊饬x和現(xiàn)狀，無功功率的作用。介紹了tsc基本結(jié)構(gòu)和原理，建立了的數(shù)學(xué)模型，對穩(wěn)定性進(jìn)行了分析。其次，在分析tsc特點(diǎn)后，確定了整體控制策略:tsc以無功功率為主要控制目標(biāo)，而大部分無功功率由tsc補(bǔ)償，本文重點(diǎn)介紹tsc靜止無功補(bǔ)償穩(wěn)定系統(tǒng)電壓的研究。為驗(yàn)證本文研究

2、的控制策略的有效性，在matlab/simi link環(huán)境下對tsc進(jìn)行了仿真研究。對tsc系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，仿真。結(jié)果驗(yàn)證了該控制算法的有效性，能增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減少電容器動(dòng)作的次數(shù)。通過simulink建立了tsc仿真模型，對仿真波形圖進(jìn)行了分析，結(jié)果表明tsc型靜止無功補(bǔ)償在提穩(wěn)定系統(tǒng)電壓方面能滿足要求，顯示出該無功補(bǔ)償方式具有較大的應(yīng)用價(jià)值。關(guān)鍵詞： 無功功率 靜止補(bǔ)償 穩(wěn)定電壓 abstractin recent years, due to the increase of power capacity, the reactive power demands of electricit

3、y, and with increasing more and more is also high quality requirements. traditional reactive compensation device is difficult to achieve unit power factor compensation, grid reactive power imbalance will cause the system voltage fluctuation, the huge will cause serious damage to the electric equipme

4、nt, appear system voltage collapse and stable destruction accidents. tsc is currently the extensive use of reactive compensation methods, has simple structure, low cost advantages;it firstly introduces the significance of power compensating reactive power and status quo, and reactive power function.

5、 introduces the basic principle and structure, tsc, the mathematical model was established for stability is analyzed, and discusses the method of harmonic restrain themselves. secondly, in the analysis, determines the tsc characteristics in overall control strategies: tsc of reactive power as the ma

6、in control goal, but most of the reactive power compensation by the tsc, this paper puts emphasis on the introduction of tsc static reactive compensation stable system voltage research. in order to validate this paper studies the effectiveness of the control strategy, in matlab/simi link environment

7、 tsc simulations were performed. tsc system design, the simulation. results verify the effectiveness of the control algorithm, can increase the stability of system, reduce the number of capacitor action. established by simulink.this simulation model for simulation tsc fluctuations, analyzed, the res

8、ults showed that the tsc type static reactive compensation in the voltage stabilizing system can meet demands, which shows that the reactive power compensation methods it has great practical value. 顯示對應(yīng)的拉丁字符的拼音key words: reactive power static compensator stable voltage畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾

9、：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 使用授權(quán)說明本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或

10、其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)校可以公布論文的部分或全部內(nèi)容。作者簽名： 日 期： 目錄摘要iabstractii1 前言11.1 課題背景11.2 國內(nèi)外在該方面的研究現(xiàn)狀及分析21.3 本文所做的工作52 tsc型靜止無功補(bǔ)償器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理62.1 tsc 的基本原理62.2 tsc主電路選擇和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)72.3 tsc 投入時(shí)刻選取分析82.4本章小結(jié)113 tsc靜止無功補(bǔ)償穩(wěn)定系統(tǒng)電壓123.1 tsc控制策略123.2 九區(qū)圖法控制原理123.3 tsc控制方式143.4 tsc應(yīng)用現(xiàn)狀、問題及解決方案163.5 本章小節(jié)184 tsc工作原理的仿真研究19

11、4.1 關(guān)于matlab仿真軟件194.2 建立仿真模型194.3tsc仿真分析204.4本章小結(jié)22結(jié) 論23參考文獻(xiàn)24致 謝26 1 前言本章主要說明無功功率補(bǔ)償?shù)哪康?、意義與國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，無功功率與系統(tǒng)電壓變化的關(guān)系；1.1 課題背景能源是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，而能源緊缺是一個(gè)世界性的嚴(yán)峻問題。合有效地利用能源，最大限度地節(jié)約能源對人類的可持續(xù)發(fā)展具有深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略義。因此，被稱為“第五能源”的節(jié)能技術(shù)引起了世界各國的高度重視。電能國家的支柱能源和工業(yè)經(jīng)濟(jì)的命脈，既是最重要的能源，又是消耗其它能源產(chǎn)的能源產(chǎn)品，所以節(jié)約電力資源是節(jié)能的重要內(nèi)容。近年來，由于電網(wǎng)容量的增加，對電網(wǎng)無功要求也與

12、日增加。解決好電無功補(bǔ)償問題，提高功率因數(shù)，以降低線損，節(jié)約能源，挖掘發(fā)供電設(shè)備的力，是當(dāng)前各國電網(wǎng)發(fā)展的趨勢。目前我國城網(wǎng)、農(nóng)網(wǎng)無功補(bǔ)償不足，調(diào)節(jié)段落后，造成電壓偏低，損耗較高，2004年全國平均線損率高達(dá)6.9。與些發(fā)達(dá)國家相比，約高出23個(gè)百分點(diǎn)，這對日供電量以百萬度甚至千萬度的城市來說，這個(gè)數(shù)字是不可低估的。因此中國節(jié)能技術(shù)政策大綱明確出要降低線損和配電損失,增加無功補(bǔ)償容量。在電網(wǎng)中，大多數(shù)負(fù)載(如電機(jī)、電弧爐等)和網(wǎng)絡(luò)元件(如變壓器、傳線等)的運(yùn)行不僅需要電源為其提供有功功率，而且還需提供相應(yīng)的無功率。這些無功功率如果都要由發(fā)電機(jī)提供并經(jīng)過長距離傳送顯然是不合理的也是不可能的。合理

13、的方法是在需要消耗無功功率的地方產(chǎn)生無功功率這就是無功補(bǔ)償。無功補(bǔ)償對供電系統(tǒng)和負(fù)荷的運(yùn)行都具有十分重要的意義其作用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：無功功率的增加，會(huì)導(dǎo)致電流的增大和視在功率的增加，從而使導(dǎo)線發(fā)電機(jī)、變壓器及其它電氣設(shè)備容量的增加。而進(jìn)行無功功率補(bǔ)償提高供用系統(tǒng)及負(fù)載的功率因數(shù)，對電網(wǎng)來說可以挖掘發(fā)供電設(shè)備潛力，降低設(shè)備量，減少設(shè)備及線路的功率損耗，對用戶來說不但避免了因功率因數(shù)低于規(guī)值而受罰，而且減少了用戶內(nèi)部因傳輸和分配無功功率造成的有功功率損耗從而減少了電費(fèi)的支出。因此無功補(bǔ)償是電力系統(tǒng)及工礦企業(yè)節(jié)能降耗的重手段；電網(wǎng)的無功容量不足，會(huì)造成負(fù)荷端的供電電壓低，影響正常生產(chǎn)和活用電

14、；反之，無功容量過剩，會(huì)造成電網(wǎng)的運(yùn)行電壓過高，電壓波動(dòng)率大。而沖擊性的無功負(fù)載會(huì)使電網(wǎng)電壓產(chǎn)生劇烈的波動(dòng)，使供電質(zhì)量嚴(yán)重低，對無功功率進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償可以穩(wěn)定受電端，提高供電質(zhì)量；在長距離輸電線中合適的地點(diǎn)設(shè)置動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置還可以改善輸電統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高輸電能力等等；對電力系統(tǒng)的發(fā)電設(shè)備來說，無功電流的增大，對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的去磁應(yīng)增加，電壓降低，如過度增加勵(lì)磁電流，則使轉(zhuǎn)子繞組超過允許溫升，為保證轉(zhuǎn)子繞組正常工作，發(fā)電機(jī)就不允許達(dá)到預(yù)定的出力。此外，原動(dòng)機(jī)的率是按照有功功率衡量的，當(dāng)發(fā)電機(jī)發(fā)出的視在功率一定時(shí)，無功功率的增加，會(huì)導(dǎo)致原動(dòng)機(jī)效率的相對降低。 無功補(bǔ)償是維持現(xiàn)代電力系統(tǒng)的穩(wěn)定與經(jīng)濟(jì)運(yùn)

15、行所必需的，它對供電系和負(fù)載的運(yùn)行都是十分重要的。網(wǎng)絡(luò)組件和負(fù)載所需要的無功功率必須從網(wǎng)某個(gè)地方獲得，因?yàn)檫@些無功功率由發(fā)電機(jī)提供并經(jīng)過長距離傳送是不合的，通常也是不可能的。因此，合理的方法應(yīng)當(dāng)是在需要消耗無功功率的地產(chǎn)生無功功率，即進(jìn)行合理的無功補(bǔ)償。1.2 國內(nèi)外在該方面的研究現(xiàn)狀及分析從電力系統(tǒng)的誕生開始，補(bǔ)償技術(shù)就開始被應(yīng)用，隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，各種補(bǔ)償裝置不斷出現(xiàn)，如采用機(jī)械投切的電容器和電抗器對系統(tǒng)進(jìn)行的無功功率補(bǔ)償，改善系統(tǒng)的電壓水平。但由于機(jī)械投切會(huì)造成較大沖擊，人們開始在負(fù)荷中心安裝同步調(diào)相機(jī)，調(diào)相機(jī)可以平滑的調(diào)劑無功功率，而且既可以吸收也可以發(fā)出無功功率，因此具有較強(qiáng)的補(bǔ)償

16、控制功能，對調(diào)節(jié)負(fù)荷中心的無功功率平衡和維持負(fù)荷中心的電壓水平有重要的作用。隨著社會(huì)的發(fā)展，對于電能質(zhì)量的要求不斷提高。電力系統(tǒng)瞬時(shí)的不平衡可能導(dǎo)致安全穩(wěn)定問題，因而只有補(bǔ)償裝置得具有快速響應(yīng)的能力，才能用于處理系統(tǒng)問題。機(jī)械調(diào)相機(jī)由于其機(jī)械投切裝置慣性大，動(dòng)作時(shí)間在秒級，已經(jīng)無法滿足電力系統(tǒng)的要求。20世紀(jì)70年代，晶閘管的身影開始出現(xiàn)在補(bǔ)償裝置中，采用高壓大容量快速的電子開關(guān)代替機(jī)械開關(guān)應(yīng)經(jīng)成為趨勢。一系列的晶閘管投切的補(bǔ)償裝置，如tsc、tsr、tcr及綜合補(bǔ)償裝置svc，成為當(dāng)今主流。而傳統(tǒng)的機(jī)械投切裝置由于是旋轉(zhuǎn)設(shè)備，運(yùn)行維護(hù)都很復(fù)雜，響應(yīng)速度也較慢，且隨著負(fù)荷中心地區(qū)對環(huán)境要求的提

17、高，旋轉(zhuǎn)帶來的噪聲等問題也使得居民越來越不滿意，因此同步調(diào)相機(jī)也逐漸被svc等補(bǔ)償裝置所取代。晶閘管投切或控制的補(bǔ)償裝置徹底的改變了機(jī)械投切速度慢的特點(diǎn)，控制速度快、維護(hù)簡單、成本較低，因此在電力系統(tǒng)得到十分廣泛的運(yùn)用。但這種病例補(bǔ)償裝置本身也存在一定問題，如晶閘管控制的裝置只能以斬波方式工作，而產(chǎn)生較大的諧波，其次這些裝置接入系統(tǒng)后改變暈系統(tǒng)的阻抗特性，過多安裝設(shè)備可能導(dǎo)致出現(xiàn)諧波。因此在系統(tǒng)電壓偏低或偏高時(shí)，阻抗型裝置的特點(diǎn)（如電壓低時(shí)電流減小，導(dǎo)致補(bǔ)償裝置容量裕電壓平方成比例下降）會(huì)影響補(bǔ)償效果。20世紀(jì)80年代，高壓大容量關(guān)斷器件的發(fā)展，如igbt、gto等。開始出現(xiàn)基于可判斷器件的電

18、壓源或電流源變流器的并聯(lián)補(bǔ)償裝置，由于此類裝置的特性完全脫離了組抗性裝置的特點(diǎn)，成為完全可控的電壓源或電流源，使得補(bǔ)償性能得到較大的提升。體積變小、調(diào)節(jié)速度快（可達(dá)到10ms）等優(yōu)點(diǎn)可以將其做成模塊，根據(jù)電力系統(tǒng)需求靈活運(yùn)用。其典型代表有statcom和apf裝置。從20世紀(jì)90年代起，基于變流器的補(bǔ)償裝置獲得廣泛的應(yīng)用。目前世界上像abb、西門子、阿爾斯通等著名大公司都推出了自己的此類型的產(chǎn)品。同時(shí)我國清華大學(xué)也研制了基于變流器的20mvarstatcom準(zhǔn)裝置，目前正在河南電力系統(tǒng)運(yùn)行。2003年8月14日美國東部大停電事件進(jìn)一步的使人們意識到電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要性，特別值得我們注意的是相

19、控技術(shù)、脈寬調(diào)制技術(shù)和四象限變流技術(shù)相結(jié)合，產(chǎn)生的柔性交流輸電系統(tǒng)facts。其中facts的多個(gè)類型都具有諧波抑制和無功補(bǔ)償能力，代表著今后的研究和使用方向。而出于環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略考慮，基于新能源(如風(fēng)能、太陽能等)的技術(shù)正在得到廣泛的關(guān)注和逐步的應(yīng)用。我們要知道電力電子器件技術(shù)本身高速發(fā)展，未來的功率器件開關(guān)容量會(huì)逐步升高，價(jià)格則相應(yīng)下降，而利用有源濾波器的諧波抑制和facts技術(shù)的無功功率補(bǔ)償將成為未來電力自動(dòng)化系統(tǒng)的主流。而如何充分利用系統(tǒng)原有電容、電抗和變壓器設(shè)備與新技術(shù)相融合，也將是一個(gè)十分重要的研究課題。根據(jù)連接方式不同，無功功率補(bǔ)償可以分為并聯(lián)補(bǔ)償、串聯(lián)補(bǔ)償和混聯(lián)補(bǔ)償三種。

20、而由于并聯(lián)補(bǔ)償方式接入和切除都很方便，因此，在電力系統(tǒng)中得到最為廣泛的應(yīng)用。以下是并聯(lián)補(bǔ)償具有的特點(diǎn)：1 并聯(lián)補(bǔ)償只需要電力系統(tǒng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)，并聯(lián)補(bǔ)償?shù)牧硪粋€(gè)為大地或懸空的中性點(diǎn)，因此并聯(lián)裝置可以容易地接入電力系統(tǒng)。2 并聯(lián)補(bǔ)償不會(huì)改變電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，接入方式簡單，可以將并聯(lián)補(bǔ)償接入造成的影響盡量減小到最小，許多情況下可以做到無沖擊投入運(yùn)行和無沖擊退出運(yùn)行。3 由于電力系統(tǒng)本身具有較大的短路容量，并聯(lián)補(bǔ)償裝置與接入點(diǎn)的短路容量相比通常較小，因此并聯(lián)補(bǔ)償對節(jié)點(diǎn)的控制能力通常較弱，它主要通過注入或吸收電流改變系統(tǒng)中的電流分布。因此并聯(lián)補(bǔ)償裝置適應(yīng)于補(bǔ)償電流，對于電壓的補(bǔ)償能力相對較弱。4 由于并聯(lián)補(bǔ)償中

21、能控制接入點(diǎn)的電流，而電流進(jìn)入電力系統(tǒng)后如何分布系統(tǒng)本身確定，因此并聯(lián)補(bǔ)償產(chǎn)生補(bǔ)償效果后通?？梢允垢浇膮^(qū)域受益，適合于電力部門采用，而串聯(lián)補(bǔ)償可以針對特定用戶，因而對特定用戶的補(bǔ)償采用串聯(lián)補(bǔ)償更加合適。5 并聯(lián)補(bǔ)償裝置需要承受全部的節(jié)點(diǎn)電壓，而輸出電流要么是后所承受的電壓決定的，要么是可以控制的。因此并聯(lián)補(bǔ)償裝置通常受系統(tǒng)電壓的限制。通過并聯(lián)補(bǔ)償可以方便地向系統(tǒng)注入或吸收無功功率或者有功功率，控制電力系統(tǒng)無功功率的平衡。并聯(lián)系統(tǒng)在實(shí)際中的廣泛應(yīng)用，將大大提高電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性，供電可靠性和運(yùn)行效率，同時(shí)大大提高電能質(zhì)量。但由于并聯(lián)補(bǔ)償裝置也存在很多形式，對此，我們對并聯(lián)補(bǔ)償做更進(jìn)一步的分類

22、。 根據(jù)并聯(lián)補(bǔ)償裝置器件分類： 機(jī)械投切阻抗裝置：如斷路器投切電抗器、電容器； 晶閘管投切阻抗裝置：如svc等； 基于變流器的可控型有源補(bǔ)償裝置：如apf等。 根據(jù)補(bǔ)償對象不同無功補(bǔ)償技術(shù)分類： 負(fù)荷補(bǔ)償裝置； 系統(tǒng)補(bǔ)償裝置。 根據(jù)補(bǔ)償?shù)姆磻?yīng)速度分類： 靜態(tài)補(bǔ)償裝置：如同步調(diào)相機(jī)等；動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置：如tsc補(bǔ)償裝置等。 在實(shí)際情況中，大多數(shù)都是感性負(fù)載，需進(jìn)行大量的無功補(bǔ)償。電力企業(yè)通常采用并聯(lián)電容器的方法進(jìn)行補(bǔ)償。然而并聯(lián)電容器可以安裝正在全系統(tǒng)的各個(gè)點(diǎn)上，根據(jù)安裝位置的不同，得到的效果也就不同。以下是幾種不同位置補(bǔ)償方式介紹：就地補(bǔ)償它就是根據(jù)個(gè)別用電設(shè)備對無功功率的需求量將單臺(tái)或多臺(tái)電容器

23、組分散地與用電設(shè)備并聯(lián)。其特點(diǎn)是：用電設(shè)備運(yùn)行時(shí)，無功功率補(bǔ)償投入，用電設(shè)備停止運(yùn)行時(shí)，補(bǔ)償設(shè)備也退出，因此不會(huì)造成無功功率倒送；同時(shí)還具有投資少、占地小、安裝容易、配置方便靈活、維護(hù)簡單、事故率低等優(yōu)點(diǎn)。個(gè)別補(bǔ)償分為低壓個(gè)別補(bǔ)償和高壓個(gè)別補(bǔ)償。低壓個(gè)別補(bǔ)償適用于補(bǔ)償個(gè)別大容量且連續(xù)運(yùn)行的無功功率消耗。其特點(diǎn)在于補(bǔ)償效益大，不僅能減少高壓線路中的無功功率，同時(shí)也減少了低壓線路中的無功功率，減少電器設(shè)備的容量和導(dǎo)線的截面，降低電能的損耗。但對于不經(jīng)常使用的設(shè)備，所安裝的無功功率補(bǔ)償器利用率很低，大量低壓設(shè)備沒有安裝或不適宜安裝補(bǔ)償器而引起的電能損耗得不到有效改善。而采用高壓個(gè)別補(bǔ)償除了具有低壓個(gè)

24、別補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)外，而且更能有效地降低設(shè)備啟動(dòng)的沖擊性，減少變壓器容量裕度。集中補(bǔ)償集中補(bǔ)償是指并攏電容器接在匯流母線上，根據(jù)母線上的無功負(fù)荷而直接控制電容器的投切。其優(yōu)點(diǎn)是方便安裝，有利于控制電壓水平，且易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)投切、運(yùn)行可靠、利用率高、維護(hù)方便、能減少配電網(wǎng)和用戶變壓器的無功負(fù)荷和電能損耗；其缺點(diǎn)在于當(dāng)設(shè)備不連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)或輕負(fù)荷，又無自動(dòng)控制裝置時(shí)，會(huì)造成過補(bǔ)償，使運(yùn)行電壓抬高，電壓質(zhì)量變差，因此，補(bǔ)償裝置需要較頻繁投切；不能減少電力用戶內(nèi)部各配電線路的無功負(fù)荷補(bǔ)償和電能損耗。集中補(bǔ)償同樣可分為低壓集中補(bǔ)償和高壓集中補(bǔ)償。低壓集中補(bǔ)償是根據(jù)低壓母線上的無功負(fù)荷而直接控制低壓無功功率補(bǔ)償裝置的投

25、切。此時(shí)由于電容器的投切是按組進(jìn)行，并不能做到平滑調(diào)節(jié)。特點(diǎn)是接線簡單、運(yùn)行維護(hù)工作量小、無功功率就地平衡，從而提高配變電利用率，降低網(wǎng)損，具有較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性，是目前無功功率補(bǔ)償中最常用手段之一。而高壓集中補(bǔ)償一般直接裝在610kv高壓母線上。主要特點(diǎn)：在減少高壓母線線路的無功功率損耗的同時(shí)，提高本變電所的供電電壓質(zhì)量；可根據(jù)負(fù)荷的大小自動(dòng)投切，從而合理地提高了用戶的功率因數(shù)，避免功率因數(shù)降低導(dǎo)致電費(fèi)的增加；提高供電能力、減少線損穩(wěn)定電壓。但這種補(bǔ)償方式只能補(bǔ)償高壓母線前面所有線路上的無功功率，而高壓母線后面的無功功率得不到補(bǔ)償。分組補(bǔ)償分組補(bǔ)償方式基本集中安裝在變壓器低壓側(cè)的母線或輸電線路中，

26、減少了電力系統(tǒng)到用戶線路上的高線線損和變損，克服了集中固定補(bǔ)償容量較大時(shí)的涌流過大等問題，并能有效的增大配電線路的供電能力，節(jié)電效果好。此外，在低負(fù)荷時(shí)，可以相應(yīng)停運(yùn)數(shù)個(gè)電容器組，以防止過補(bǔ)，投資較為經(jīng)濟(jì)。但是需要人工頻繁投切，可能出現(xiàn)投切不及時(shí)而到時(shí)少補(bǔ)或過補(bǔ)的現(xiàn)象。這種補(bǔ)償方式具有集中補(bǔ)償?shù)膸缀跛袃?yōu)點(diǎn)，但在無功功率補(bǔ)償容量和范圍相對較小些，效果明顯，因而也得到了較為普遍的運(yùn)用?；旌涎a(bǔ)償混合補(bǔ)償就是相對于大容量的低壓負(fù)荷和高負(fù)荷采取個(gè)別補(bǔ)償，同時(shí)在低壓母線或高壓母線上安裝電容器，集中補(bǔ)償大容量高低負(fù)荷的無功功率需求。這種補(bǔ)償方式避免了全面?zhèn)€別補(bǔ)償所帶來的安裝、控制、保護(hù)、運(yùn)行時(shí)的麻煩和無功

27、功率傳輸距離長、無功功率傳輸容量大、功率損耗大的缺點(diǎn)，因此在電力系統(tǒng)中，混合補(bǔ)償在實(shí)踐中被廣泛運(yùn)用。隨器補(bǔ)償與跟蹤補(bǔ)償隨器補(bǔ)償與跟蹤補(bǔ)償是兩種不叫特殊的補(bǔ)償方式，也是目前最有效的手段之一。隨器補(bǔ)償是指將低壓電容器通過低壓保險(xiǎn)接在配電變壓器二次側(cè)，以補(bǔ)償配電變壓器空載無功功率的補(bǔ)償方式。其優(yōu)點(diǎn)在于接線簡單、維護(hù)管理方便，能限制電網(wǎng)無功功率基荷，使該部分無功功率平衡，從而提高配電變壓器利用率，降低網(wǎng)損。跟蹤補(bǔ)償是指以無功功率補(bǔ)償投切裝置作為控制保護(hù)裝置，將低壓電容器組補(bǔ)償在大用戶母線上的補(bǔ)償方式。其優(yōu)點(diǎn)在于運(yùn)行方式靈活，運(yùn)行維護(hù)工作量小，比隨器補(bǔ)償方式壽命相對延長、運(yùn)行更可靠。但是控制保護(hù)裝置復(fù)雜

28、，首期投資較大，一般被一些大型用電企業(yè)所采用。1.3 本文所做的工作本文首先簡述了無功功率相關(guān)概念以及研究的意義，提出研究無功功率的必要性和重要性。通過介紹無功補(bǔ)償技術(shù)的歷史及現(xiàn)狀使我們了解未來的發(fā)展趨勢，讓我們把握住主流技術(shù)，重點(diǎn)講述tsc靜止補(bǔ)償技術(shù)提高系統(tǒng)電壓。1 闡述無功功率補(bǔ)償?shù)哪康?、意義與國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，說明無功功率與系統(tǒng)電壓變化的關(guān)系。2 tsc型靜止無功補(bǔ)償器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理。3 tsc靜止無功補(bǔ)償器穩(wěn)定系統(tǒng)電壓，減少波動(dòng)的研究。4 用matlab對tsc靜止無功補(bǔ)償進(jìn)行仿真，分析波形圖。5 總結(jié)全文。2 tsc型靜止無功補(bǔ)償器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理2.1 tsc 的基本原理

29、2.1.1 晶閘管的接線方式晶閘管只是起將電容器并入電網(wǎng)或從電網(wǎng)斷開的作用，而串聯(lián)的小電感只是用來抑制電容器投入電網(wǎng)時(shí)可造成的沖擊電流，有時(shí)這個(gè)小電感并不畫出來。晶閘管通常有兩種接線方式：2個(gè)晶閘管反并聯(lián)和1個(gè)晶閘管和1個(gè)二極管反并聯(lián)。兩者都是投切電容器的開關(guān)，所不同的是，前者晶閘管承受最大反向電壓低，為電源電壓峰值，但投資較大，控制復(fù)雜；后者投資小，控制簡單，但晶閘管承受的最大反向電壓高，為電源電壓峰值的2倍，所以在選擇使用哪種連接方式時(shí)，應(yīng)根據(jù)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較來確定。2.1.2 tsc電壓-電流特性本文采用如圖2-1 所示的晶閘管和二極管反并聯(lián)的結(jié)構(gòu)，為便于分析，以單相為例如圖2-1a）所示

30、。當(dāng)電容器投入時(shí)，tsc的電壓-電流特性就是該電容的伏安特性，如圖2-1c）中的0a所示。 圖2-1 tsc基本原理 在實(shí)際應(yīng)用中，一般電容器三相(如圖 2-1b 所示)，每一相都可由晶閘管投切，這樣就可以根據(jù)實(shí)際的無功需求投切相應(yīng)組數(shù)的電容器，也可以說tsc 就是斷續(xù)可調(diào)的吸收容性無功功率的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償器，其電壓-電流特性按照投入電容器組數(shù)的不同可以使圖 2-1c 中的 0a、0b 或 0c。電容器分組的具體方法比較靈活，一般希望能組合產(chǎn)生的電容值級數(shù)越多越好，常見的分組方法有等容分組和不等容分組 2 種。前者易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，但補(bǔ)償級差大，后者利用較少的分組就可獲得較小的補(bǔ)償級差，但不易控

31、制。在實(shí)際中也有采用二者的折中，例如采用 n-1 個(gè)電容值均為 c 的電容，和一個(gè)電容值為 c/2 的電容，這樣系統(tǒng)從零到最大補(bǔ)償量的調(diào)節(jié)則有2n級。tsc 系統(tǒng)應(yīng)用形式非常靈活，可按電壓等級劃分和按補(bǔ)償對象劃分。按電壓等級劃分：低壓補(bǔ)償，該補(bǔ)償方式適用于 1kv 及其以下電壓的補(bǔ)償；高壓補(bǔ)償，即 6-35kv的補(bǔ)償。按補(bǔ)償對象劃分為：面向系統(tǒng)補(bǔ)償，該補(bǔ)償方式是維持系統(tǒng)電壓在一定的范圍內(nèi)變化，該補(bǔ)償方式一般為高壓補(bǔ)償方式；面向負(fù)荷補(bǔ)償，該方式直接針對某一負(fù)荷進(jìn)行補(bǔ)償。2.2 tsc主電路選擇和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)2.2.1 晶閘管和電容器的連接方式tsc的主電路按照晶閘管和電容器的連接方式，可以大致分為

32、4種類型: 星形有中線、星形無中線;角外接法、角內(nèi)接法。其中前兩者統(tǒng)稱為星形接法，后兩者統(tǒng)稱為三角形接法。(1)星形有中線 這種接法優(yōu)點(diǎn)在于，晶閘管電壓定額降低，可以進(jìn)行分相投切；但由于中線存在，對二倍次諧波無抑制作用，所以晶閘管電流定額增大，因此該接線方式適合系統(tǒng)電壓波形畸變率很小且電網(wǎng)負(fù)荷三相不平衡的情況。為了限制涌流和抑制諧波，通常在中線上加裝限流電抗器(見圖 2-2a)。(2)星形無中線 與星形有中線相比，該接線方式由于取消了中線，對三倍次諧波有抑制作用，對系統(tǒng)無污染；但需兩相電容才能形成回路，不能進(jìn)行分相投切，因此，該方式適合補(bǔ)償電網(wǎng)負(fù)荷三相不平衡的情況(見圖2-2b)。(3)角外接

33、法 晶閘管處于電容器三角形的外部。按照電工理論中的“y”變換原理，在電容器總?cè)萘肯嗟鹊那闆r下，角外接法和星形無中線對外電路所表現(xiàn)的特性都是一樣的。實(shí)際中，多采用三角形接法。角外接法對三倍次諧波也有抑制作用；與角內(nèi)接法相比，體積小，但不易控制，投切時(shí)暫態(tài)過程較長。適合于三相平衡負(fù)載(見圖2-2c)。(4)角內(nèi)接法 晶閘管處于電容器三角形的內(nèi)部。該接法對系統(tǒng)無污染，相對另外 3 種接法，晶閘管電流定額小，只有相電流的 58%，但晶閘管電壓定額較大(見圖2-2d)。 a) 星型有中線 b）星型無中線c)角外接法 d）角內(nèi)接法圖2-2 tsc主電路拓?fù)鋱D2.3 tsc 投入時(shí)刻選取分析2.3.1 ts

34、c理想投切時(shí)刻tsc 投入電容的觸發(fā)時(shí)刻選取的總原則是，晶閘管開通的時(shí)刻，必須是電源電壓與電容器殘壓的幅值和相位相同，也就是晶閘管兩端電壓為零的時(shí)刻。無論電容器殘壓是多少，其往往都是不易測量的，所以必須通過其他一些方法來解決電容器殘壓測量的難題。一般來講，希望電容器預(yù)先充電電壓為電源電壓峰值，而且將晶閘管的觸發(fā)相位也固定在電源電壓的峰值點(diǎn)。因?yàn)楦鶕?jù)電容器的特性方程 (2-1) 圖2-3 tsc理想投切時(shí)刻原理圖圖 2-3 所示為兩個(gè)晶閘管反并聯(lián)的結(jié)構(gòu)，設(shè)電源電壓為，在本次導(dǎo)通開始以前，電容器的端電壓己通過上次導(dǎo)通時(shí)段最后導(dǎo)通的晶閘管充電至電源電壓的峰值，且極性為正。本次導(dǎo)通開始時(shí)刻取為和相等的

35、時(shí)刻,給以觸發(fā)脈沖而使之開通，電容開始導(dǎo)通其電流。以后每半個(gè)周波發(fā)出脈沖輪流給和,直到需要切除這條電容支路。如在時(shí)刻，停止發(fā)脈沖，為零，則關(guān)斷，因未獲觸發(fā)而不導(dǎo)通，電容器電壓保持為導(dǎo)通結(jié)束時(shí)的電源電壓負(fù)峰值，為下次投切電容器做了準(zhǔn)備。如果在導(dǎo)通前電容器充電電壓也等于電源電壓峰值，則在電源峰值點(diǎn)投入電容時(shí)，由于在這一點(diǎn)電源電壓的變化率（時(shí)間導(dǎo)數(shù)）為零，因此，電流即為零，隨后電源電壓（也即電容電壓）的變化率才按正弦規(guī)律上升，電流即按正弦規(guī)律上升。這樣，整個(gè)投入過程不但不會(huì)產(chǎn)生沖擊電流，而且電流也沒有階越變化。這就是所謂的理想投入時(shí)刻。圖2-3以簡單的電路原理圖和投切的波形對此作了說明。晶閘管和二極

36、管反并聯(lián)的結(jié)構(gòu)同兩個(gè)晶閘管反并聯(lián)結(jié)構(gòu)類似，二極管可以給電容器充電，直到其電壓為電源電壓峰值為止，一旦電容電壓比電源電壓峰值低，二極管就會(huì)將其充至峰值電壓。 2.3.2 無涌流電容器投切時(shí)刻分析下面分析如圖2-4所示的含有抑制涌流電感的電容器無涌流投入時(shí)刻。圖2-4 單相tsc等效電路由圖可得電路的方程 (2-2)設(shè)電源電壓 ，投切時(shí)刻相角為，電感的初始電流，電容的初始電壓為，解方程可得 （2-3）式中為電路振蕩頻率，為電流穩(wěn)態(tài)峰值。要使電流不出現(xiàn)暫態(tài)過渡過程，應(yīng)同時(shí)滿足電容預(yù)充電和投切初相角條件 (2-4) 電容器必須預(yù)充電至 。當(dāng)時(shí)可以認(rèn)為電容器需預(yù)充至電源峰值電壓。可控硅必需在正弦電源電壓

37、到達(dá)峰值導(dǎo)通，且導(dǎo)通時(shí)電源電壓與電容電壓極性相同。當(dāng)這兩個(gè)條件滿足時(shí)，電流由零值直接進(jìn)入穩(wěn)態(tài)，無過渡過程。 （2-5） 同時(shí)滿足無過渡過程投入的兩個(gè)條件，在實(shí)際中是很困難的。由于系統(tǒng)電壓波動(dòng)變化，以及電容上的殘壓等因素，在實(shí)際中很難保證無過渡投入條件中的電容預(yù)充電條件。當(dāng)投入電容器瞬間晶閘管兩端電壓差為零時(shí)，前述公式可以簡化為 （2-6） 可以看出如投入電容器瞬間晶閘管兩端壓差為零，即可保證暫態(tài)電流峰值不超過穩(wěn)態(tài)電流峰值的 2 倍；且當(dāng)投入相位為士 90時(shí)，恰好滿足了無過渡投入電容器的條件。因此將“晶閘管兩端電壓為零”作為晶閘管無沖擊性涌流投入電容器的判據(jù)。2.3.3常見的觸發(fā)方式 基于以上分

38、析，常見的觸發(fā)方式有以下兩種： 過零觸發(fā) 當(dāng)電源電壓與電容器的殘壓相等時(shí)，晶閘管上電壓為零，此時(shí)觸發(fā)可保證晶閘管平穩(wěn)導(dǎo)通。當(dāng) tsc 投入指令撤銷時(shí)，晶閘管在電流過零時(shí)斷開，直到下次發(fā)出投入指令，tsc才會(huì)在零電壓時(shí)重新投入。 反壓觸發(fā) 一般來講，無論電容器殘壓多高，總是小于等于電源電壓幅值，在一個(gè)周期內(nèi)，晶閘管總有處于零壓或反壓的時(shí)刻。利用這一點(diǎn)，在晶閘管承受反壓時(shí)，觸發(fā)脈沖序列升始，這樣當(dāng)晶閘管由反向轉(zhuǎn)為正向偏置時(shí)就自動(dòng)進(jìn)入平穩(wěn)導(dǎo)通狀態(tài)。對于由 2 只晶閘管、1 只二極管組成的y-連接的三相投切開關(guān)的“2+1”電路，就可以應(yīng)用這種觸發(fā)方式，“2+1”電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2-5所示。 圖2-5

39、2+1電路和相位觸發(fā)示意圖2.4本章小結(jié)本章分析了tsc的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，并給出了系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。對tsc的補(bǔ)償特性進(jìn)行了深入分析。對晶閘管和電容器的連接方式進(jìn)行了說明，對采取的晶閘管和二極管反并聯(lián)的方式進(jìn)行分析。3 tsc靜止無功補(bǔ)償穩(wěn)定系統(tǒng)電壓3.1 tsc控制策略對于tsc，由其基本結(jié)構(gòu)和原理可知，兩個(gè)反并聯(lián)晶閘管只是起將電容器并入電網(wǎng)或從電網(wǎng)斷開的作用，串聯(lián)的小電感只是用來抑制電容投入電網(wǎng)時(shí)可能造成的沖擊電流，在工程實(shí)際中一般將電容器分成組，每組都可由晶閘管投切，因而可根據(jù)電網(wǎng)的無功需求投切電容器，tsc實(shí)際上就是斷續(xù)可調(diào)的發(fā)出無功功率的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置。tsc雖然不能連續(xù)補(bǔ)償無功

40、，且只能輸出容性無功，但憑借其成本低，運(yùn)行時(shí)不產(chǎn)生諧波，自身能耗小等優(yōu)點(diǎn)，近10年以來，在世界范圍內(nèi)其市場一直在迅速而穩(wěn)定的增長。其主要缺點(diǎn)是對配電系統(tǒng)電能質(zhì)量補(bǔ)償能力弱隨著計(jì)算機(jī)測控技術(shù)的迅速發(fā)展，先后出現(xiàn)了多種tsc無功補(bǔ)償?shù)目刂撇呗?，主要可以分為兩種。單一功能的控制策略這類控制包括：按功率因數(shù)大小控制；按母線電壓曲線控制；按無功功率變化控制；按晝夜時(shí)間段控制；按負(fù)載電流大小控制；按電壓電流相位差控制等。此類控制策略的方法較簡單，以無功功率變化控制策略為例簡要說明，其余控制策略這里不再贅述。無功功率控制是指根據(jù)測得的電壓、電流和功率因數(shù)等參數(shù)，計(jì)算出應(yīng)該投入的電容容量，然后在電容組合方式中

41、選出一種最接近但又不會(huì)過補(bǔ)償?shù)慕M合方式，電容器投切一次到位。如果計(jì)算值小于最小一組電容器的容量(下限值)，則應(yīng)保持補(bǔ)償狀態(tài)不變。只有當(dāng)所需容量大于或等于下限值時(shí)，才執(zhí)行相應(yīng)的投切。綜合控制功能的控制策略這類控制器包括：按電壓、功率因數(shù)綜合控制；按電壓、時(shí)間綜合控制；按電壓、無功功率綜合控制。以電壓、功率因數(shù)綜合控制策略為例簡要闡述，其他幾種只是控制目標(biāo)不同，這里不再說明。電壓、功率因數(shù)控制是指根據(jù)預(yù)先設(shè)定的整定功率因數(shù)，由檢測到的電網(wǎng)實(shí)際功率因數(shù)控制所需的補(bǔ)償電容容量，電容器組投入后，只有當(dāng)且電壓不超過允許值時(shí)，才能運(yùn)行于穩(wěn)定區(qū)。3.2 九區(qū)圖法控制原理對tsc的控制策略，傳統(tǒng)的方式是采用九區(qū)

42、圖法。九區(qū)圖控制法是將電壓和無功的區(qū)域結(jié)合起來，組成一個(gè)平面，在該平面內(nèi)分為9個(gè)區(qū)域。分別為:電壓無功合格區(qū)，電壓越上限、無功越上限，電壓越上限、無功合格，電壓越上限、無功越下限，電壓合格、無功越下限，電壓合格、無功越上限，電壓越下限、無功越下限，電壓越下限、無功合格，電壓越下限、無功越上限9個(gè)區(qū)域。每個(gè)分區(qū)有不同的控制規(guī)則，以這樣的策略來 圖3-1 九區(qū)圖法控制原理圖控制電壓和無功。九區(qū)圖控制法原理圖如圖3-1所示，和是電壓偏差的上、下限值，是標(biāo)準(zhǔn)電壓值，下限是功率因數(shù)偏差下限值(無功上限值)，上限是功率因數(shù)偏差上限值(無功下限值)，圖3-1中縱坐標(biāo)是電壓，電壓偏差的上、下限由變電站的運(yùn)行要

43、求決定;無功功率的上、下限值則由補(bǔ)償電容器的容量以及電網(wǎng)是否要求該站向電網(wǎng)輸送無功功率來決定。根據(jù)控制要求劃分，各個(gè)區(qū)的常規(guī)控制策略如下:o區(qū):電壓合格，無功功率合格，不操作。1區(qū):電壓合格，無功越下限(過補(bǔ)償)。發(fā)切除電容的指令。若電容己切完，無功仍然越下限，停發(fā)切電容指令，發(fā)降壓指令。2區(qū):電壓越上限，無功越下限(過補(bǔ)償)。先發(fā)切除電容指令，到無功補(bǔ)償合適時(shí)，若電壓還高，轉(zhuǎn)發(fā)降壓指令。3區(qū):電壓越上限，無功合格。發(fā)降壓指令，直到電壓降低至合格為止。4區(qū):電壓越上限，功率因數(shù)越下限(無功越上限)。先發(fā)降壓指令，待電壓降至合格后，再發(fā)投電容器組指令，直到電容器合適為止。若電容器己投完，無功仍然

44、越上限值，則停發(fā)投電容器指令。5區(qū):電壓合格、功率因數(shù)越下限(無功越上限)。發(fā)投電容器組指令，投入電容器組直至無功補(bǔ)償合適為止。若電容投完，則停發(fā)投電容指令，發(fā)升壓指令。6區(qū):電壓越下限、功率因數(shù)越下限(無功越上限)。發(fā)投電容器組指令，投入電容器組直至無功補(bǔ)償合適為止。若電容投完，則停發(fā)投電容指令。7區(qū):電壓越下限、無功合格。發(fā)升壓指令，直到電壓升至合格為止。8區(qū):電壓越下限、無功越下限(過補(bǔ)償)。先發(fā)升壓指令，待電壓升至合格后，再發(fā)切電容指令，切至無功補(bǔ)償合適為止，若電容己切完，無功仍越下限值，也自動(dòng)停發(fā)切電容指令。九區(qū)圖控制原理存在的問題主要是:控制策略是基于固定的電壓無功上下限而未考慮無

45、功調(diào)節(jié)對電壓的影響及相互協(xié)調(diào)的關(guān)系：用于運(yùn)算分析的信息由分散性和隨機(jī)性的特點(diǎn)，造成了控制策略的盲目和不確定性，實(shí)際表現(xiàn)為設(shè)備頻繁調(diào)節(jié)。如圖3-1所示，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行于第7區(qū)的運(yùn)行點(diǎn)時(shí)，無功合格、電壓偏低，這時(shí)應(yīng)該是調(diào)節(jié)變壓器分接頭，使電壓升高。可是電壓和無功是互相影響的，電壓升高，功率因數(shù)會(huì)變大，這時(shí)運(yùn)行點(diǎn)有可能進(jìn)入1區(qū)在點(diǎn)運(yùn)行。1區(qū)電壓合格、無功越下限，應(yīng)該切電容，如果這時(shí)已經(jīng)沒有電容器可切除則降壓電壓，這樣的策略又會(huì)影響電網(wǎng)中的無功功率，有可能使運(yùn)行點(diǎn)回到點(diǎn)。因此造成升壓降壓升壓降壓這樣的操作指令，使運(yùn)行點(diǎn)在1區(qū)和7區(qū)之間來回振蕩，反之也是同樣。這樣的情況在運(yùn)行點(diǎn)點(diǎn)和點(diǎn)之間也會(huì)存在，具體是如果

46、運(yùn)行點(diǎn)在3區(qū)的點(diǎn)，這時(shí)應(yīng)該執(zhí)行的操作是降低電壓，這樣會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)中的無功功率升高，運(yùn)行點(diǎn)有可能進(jìn)入5區(qū)在點(diǎn)運(yùn)行。這時(shí)根據(jù)5區(qū)的策略應(yīng)該投電容器，如果沒有電容器可以投入的話應(yīng)該升高電壓。因此造成了降壓升壓降壓升壓的操作指令，使運(yùn)行點(diǎn)在3區(qū)和5區(qū)之間來回震蕩，反之也是同樣。以九區(qū)圖為控制策略的裝置在實(shí)際運(yùn)行中，其缺點(diǎn)主要表現(xiàn)在當(dāng)電網(wǎng)（變電站）在某些運(yùn)行區(qū)域（九區(qū)圖中的區(qū)域）時(shí)，會(huì)增加電容器的動(dòng)作次數(shù)，提高檢修頻率，影響電器設(shè)備的使用壽命。3.3 tsc控制方式針對tsc的控制方式一般有兩種，即開環(huán)控制和閉環(huán)控制。開環(huán)控制即通常說的前饋控制，響應(yīng)迅速，但控制精度低，控制策略相對比較簡單，多用于負(fù)載補(bǔ)償

47、。閉環(huán)控制即反饋控制，響應(yīng)速度較慢，控制的精度很高，該控制策略相對比較復(fù)雜。tsc在進(jìn)行負(fù)荷補(bǔ)償時(shí)，主要用來抑制電壓波動(dòng)與閃變，響應(yīng)迅速是起控制器的最基本要求，因此開環(huán)控制方式也就成為減小電壓閃變的常用控制方式。但是，由于開環(huán)控制方式對受空變量的信息無反饋回路，所以一切的邊界條件皆需要預(yù)先考慮，一旦遇到不可預(yù)見的條件出現(xiàn)，其控制效果將大打折扣，因此是一大難點(diǎn)。文獻(xiàn)3中對開環(huán)控制系統(tǒng)的一般構(gòu)成進(jìn)行了較為詳細(xì)的解釋，在次不再贅述。另外，國外abb和alstom等公司經(jīng)過大量tsc設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的積累，較好的實(shí)現(xiàn)了開環(huán)控制方式來抑制電壓波動(dòng)和閃變的tsc控制器設(shè)計(jì)。tsc在進(jìn)行系統(tǒng)補(bǔ)償時(shí)，其控制目標(biāo)通常是

48、調(diào)節(jié)系統(tǒng)電壓，此時(shí)高的控制精度則是控制系統(tǒng)的最基本要求，故以采用閉環(huán)控制方式居多。另外，這種控制方式同樣適用于實(shí)現(xiàn)tsc的恒無功、恒功率因數(shù)等控制目標(biāo)。但為了充分利用兩種控制方式各自的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)多重控制的目的，也常常將這兩種控制方式聯(lián)合起來使用。該控制方式下穩(wěn)定系統(tǒng)電壓時(shí)，控制器所需信號為系統(tǒng)線電壓和線電流。如果用于補(bǔ)償系統(tǒng)無功功率或校正系統(tǒng)功率因數(shù)，只需將電壓設(shè)定值改為相應(yīng)的無功設(shè)定值或功率因數(shù)設(shè)定值即可。控制規(guī)律采用可變參數(shù)的pi調(diào)節(jié)器，其算法簡單、可靠，而且易實(shí)現(xiàn)。tsc應(yīng)用于電力系統(tǒng)中對系統(tǒng)產(chǎn)生的影響有：1，增強(qiáng)系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。tsc安裝于長距離輸電線路中點(diǎn)可以改善系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性，

49、其p-特性曲線給故障后電機(jī)提供的減速面積和暫態(tài)裕量比沒有補(bǔ)償?shù)那闆r下要大。2，有力的支持系統(tǒng)電壓，防止電壓崩潰。系統(tǒng)發(fā)生故障或者負(fù)荷電流（尤其是無功電流）急劇增高的瞬間，tsc能夠?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行瞬間的無功補(bǔ)償來支撐電壓以抑制電壓崩潰的趨勢。3，有效的阻尼系統(tǒng)震蕩。tsc可以用極高的速度平滑地調(diào)節(jié)無功和電壓，具有調(diào)制狀態(tài)工作的可能。它可以在一個(gè)與工頻50hz不同的頻率下作適當(dāng)浮動(dòng)，如果浮動(dòng)與系統(tǒng)搖擺或振蕩頻率相同而相位相反，就可以增大系統(tǒng)系統(tǒng)的阻尼而抑制振蕩。4，補(bǔ)償不平衡負(fù)荷。負(fù)荷不平衡時(shí)，tsc不平衡控制策略可以補(bǔ)償系統(tǒng)使供電電流變成三相平衡，能夠使單相負(fù)荷變成三相平衡負(fù)荷而沒有無功分量。5抑制

50、負(fù)荷側(cè)電壓波動(dòng)和閃變，校正功率因數(shù)。當(dāng)然，tsc也有其自身的弱點(diǎn)，它是阻抗型補(bǔ)償，隨著電壓的降低其無功輸出也會(huì)與電壓成平方關(guān)系降低，若采用基于電壓源逆變器的statcom將會(huì)取得更好的效果。無功傳輸對配電網(wǎng)的影響，一是會(huì)導(dǎo)致電力用戶電壓水平的惡化，二是會(huì)造成線損的上升。為了降低無功傳輸帶來的不利影響，可以在配電網(wǎng)無功負(fù)荷集中處安裝一定容量的svc由svc向負(fù)荷點(diǎn)就近提供無功功率，以減少系統(tǒng)流入的q，這樣不僅可使網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的壓降u變小，同時(shí)也可使網(wǎng)絡(luò)的線損減小。當(dāng)在配電網(wǎng)絡(luò)中并入容量為的svc之后，網(wǎng)絡(luò)的壓降和線損為 （4-1） （4-2）由以上兩式可見，增大，壓降u就會(huì)變小，即降損的效果就會(huì)增大

51、；當(dāng)=0時(shí)，由無功傳輸帶來的壓降損失和線損為0，其改善電壓和降損的效果達(dá)到最佳；如果q，則會(huì)出現(xiàn)無功倒流入系統(tǒng)的情況，這時(shí)壓降損失反而會(huì)增大，降損的效果也會(huì)逐步開始惡化。所以，配網(wǎng)側(cè)svc在一定條件下不僅可以改善配網(wǎng)用戶的用電質(zhì)量，同時(shí)還可以降損節(jié)電。tsc型svc，以及其他類型的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置如statcom和dstatcom等在輸電網(wǎng)、配電網(wǎng)、大型工礦企業(yè)中應(yīng)用廣泛，起到了電壓支撐、無功補(bǔ)償、抑制閃變等關(guān)鍵作用。隨著技術(shù)的發(fā)展以及電網(wǎng)安全和電力用戶的需要，動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置將會(huì)得到更為廣泛的應(yīng)用，且應(yīng)用的方式也將隨著使用場合的不同而靈活采用不同的無功補(bǔ)償方式，或者同時(shí)綜合采用多種無功補(bǔ)償技

52、術(shù)。國外從60年代就已經(jīng)開始應(yīng)用svc，七十年代末開始用于輸電系統(tǒng)的電壓控制，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，不僅將靜止無功補(bǔ)償器，用于輸電系統(tǒng)的電壓控制，也用于配電系統(tǒng)的補(bǔ)償和控制，還可用于電力終端用戶的無功補(bǔ)償-電壓控制，例如電氣化鐵路、電弧爐等負(fù)荷波動(dòng)大、無功功率頻繁變化的場所。我國平頂山至武漢鳳凰山500kv變電站引用進(jìn)口的無功補(bǔ)償設(shè)備就是tsc型。3.4 tsc應(yīng)用現(xiàn)狀、問題及解決方案將電容器與網(wǎng)絡(luò)感性負(fù)荷并聯(lián)是補(bǔ)償無功功率的傳統(tǒng)方法。在 svc 的發(fā)展歷程中，先后出現(xiàn)了同步調(diào)相機(jī)、自飽和電抗器等產(chǎn)品，但都因其性能及生產(chǎn)工藝上的不足漸漸淡出了人們的視野。新一代的 tsc 技術(shù)及其相關(guān)的無功補(bǔ)償裝置

53、在實(shí)際生產(chǎn)生活中得到了很好的應(yīng)用。按照應(yīng)用范圍分類，其主要分為日常民用系統(tǒng)和工業(yè)用系統(tǒng) 2類。 民用系統(tǒng)中的 tsc 主要應(yīng)用在城市低壓配電系統(tǒng)及居民電力用戶端裝置中的相關(guān)無功補(bǔ)償設(shè)備中。在以城市 10 kv中壓配電系統(tǒng)為代表的民用配電網(wǎng)中，居民及小商業(yè)用戶端負(fù)荷日益加劇，且日負(fù)荷隨用電的峰、谷時(shí)段變化較大。加之普通低壓配電變壓器載容較低，從而大量增加了電網(wǎng)的無功損耗，造成電網(wǎng)電壓不穩(wěn)、線路損耗增大、功率因數(shù)大多在 0.60.8 之間的情況，這將直接威脅電網(wǎng)及用戶用電設(shè)備的安全。經(jīng)試運(yùn)行測算，網(wǎng)損在10%以上的10 kv配電線路在加裝tsc動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置后可降損 5%10%，且在三相負(fù)載平衡

54、處，其功率因數(shù)可達(dá)到 0.95 以上，不會(huì)出現(xiàn)無功倒送，同時(shí)在優(yōu)化電能質(zhì)量的基礎(chǔ)上也提高了配電設(shè)備容量的利用率。由于絕大多數(shù)的大功率、沖擊性及非線性負(fù)載廣泛存在于工業(yè)生產(chǎn)中，因此必要的無功補(bǔ)償設(shè)備在不同的行業(yè)均具有重要的應(yīng)用價(jià)值。tsc 補(bǔ)償裝置具有很強(qiáng)的自適應(yīng)性和通用性，在各種工業(yè)用系統(tǒng)中都能發(fā)揮出很好的工作特性，并在冶金、采礦、石油化工、電氣化鐵路等領(lǐng)域中取得了較好的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。在實(shí)際應(yīng)用過程中，tsc 技術(shù)仍存在補(bǔ)償電容器的投切振蕩、暫態(tài)過程、晶閘管投切的誤觸發(fā)等問題，現(xiàn)簡述如下： 補(bǔ)償電容器的投切振蕩問題。在采用按功率因數(shù)控制投切時(shí)，當(dāng)各分組電容器之間的容量設(shè)置得不合理可能會(huì)出現(xiàn)如下情況

55、：當(dāng)負(fù)載變動(dòng)使功率因數(shù)低于預(yù)設(shè)補(bǔ)償?shù)南孪拗禃r(shí)，控制器發(fā)出指令投入一組電容。但由于這組電容器電容量過大，一經(jīng)投入便將功率因數(shù)補(bǔ)到了上限之上，于是控制器又發(fā)出指令切除一組電容。電容切除后，功率因數(shù)又變得低于預(yù)設(shè)補(bǔ)償?shù)南孪拗?。于是如此循環(huán)不已就形成了投切振蕩。投切振蕩很容易造成控制設(shè)備和電容器的損壞，必須予以避免。 經(jīng)試驗(yàn)計(jì)算證明，采用適當(dāng)?shù)碾娙萜鞣纸M方式、投切判斷標(biāo)志及考慮自然功率因數(shù)都是解決投切振蕩的有效途徑。另外，選用不同的控制方案以及采用運(yùn)用軟件程序設(shè)置標(biāo)志性單元的方法來判斷是否存在振蕩性投切，都是很好的輔助手段。補(bǔ)償電容器投切時(shí)的暫態(tài)過程問題。電力電容器作為一種儲(chǔ)能元件，在其通斷過程中存在暫態(tài)過程，嚴(yán)重影響了電容器的投切控制。一般情況下，電容器投切暫態(tài)過程引起的合閘