基于PSCAD TCR+TSC混合型SVC的設(shè)計(jì)與仿真 電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)

基于PSCADTCR+TSC混合型SVC的設(shè)計(jì)與仿真設(shè)計(jì)說(shuō)明隨著家用電及工業(yè)網(wǎng)負(fù)荷的增加，造成電壓和電流波形畸變、引起功率因數(shù)降低、因此電能損耗增大等問(wèn)題日益突出。為了解決這個(gè)問(wèn)題，設(shè)計(jì)一種TSC+TCR混合型SVC是針對(duì)無(wú)功補(bǔ)償和諧波抑制是及有效的方式?；卺槍?duì)若干單獨(dú)型SVC在工作過(guò)程中的基本原理，進(jìn)行相對(duì)深入的細(xì)致分析，并深入比較后，可基于現(xiàn)有的實(shí)際需求，針對(duì)TCR+TSC型SVC在工作過(guò)程中的基本原理，進(jìn)行科學(xué)合理的綜合研究，如其電壓電流特性，協(xié)調(diào)控制原理，運(yùn)行特性和損耗特性。因?yàn)門(mén)CR的原因，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生諧波，因此需要添加濾波器來(lái)對(duì)諧波進(jìn)行處理。根據(jù)需求再制定設(shè)計(jì)方案，完成主電路及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和主要參數(shù)設(shè)定。最后，用PSCAD軟件建立了該SVC模型通過(guò)運(yùn)行得到TCR觸發(fā)角，TSC投切情況及PCC端電壓得到仿真圖，可看到電壓在波動(dòng)時(shí)，SVC進(jìn)行動(dòng)作以滿足電網(wǎng)需求。關(guān)鍵詞：無(wú)功補(bǔ)償；TCR+TSC型SVC；PSCAD仿真1緒論靜止無(wú)功補(bǔ)償器原理SVC概述通常情況下，對(duì)于靜止無(wú)功補(bǔ)償器而言，當(dāng)其處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，實(shí)則即可看作為某特定的相對(duì)旋轉(zhuǎn)設(shè)備，而其相對(duì)是與發(fā)電機(jī)及調(diào)相機(jī)等設(shè)備來(lái)定義。靜止無(wú)功補(bǔ)償器能快速改變無(wú)功功率消耗，對(duì)電力系統(tǒng)所涉及的動(dòng)態(tài)供電過(guò)程，給予充足的無(wú)功調(diào)節(jié)能力。假設(shè)系統(tǒng)的實(shí)際電壓并不高，并且需要承載過(guò)高的負(fù)荷，則在此情況下，應(yīng)當(dāng)保持容性無(wú)功運(yùn)行；也承認(rèn)是，假設(shè)系統(tǒng)的實(shí)際電壓很高，那么輕負(fù)載感性無(wú)功電流將在一定范圍內(nèi)進(jìn)行補(bǔ)償。靜止無(wú)功補(bǔ)償器可經(jīng)過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)無(wú)功功率來(lái)抑制沖擊負(fù)荷引起電網(wǎng)電壓波動(dòng)的不穩(wěn)定狀態(tài)。SVC所含有的基礎(chǔ)特征詳細(xì)如下：由于并未設(shè)置旋轉(zhuǎn)部件，故而便于進(jìn)行維護(hù)。可以控制尤為顯著的響應(yīng)速度。能夠進(jìn)行按相控制。無(wú)需耗費(fèi)過(guò)高的損耗。表現(xiàn)出相對(duì)良好的可靠性。不會(huì)對(duì)系統(tǒng)所含有的短路容量，產(chǎn)生一定程度的影響。當(dāng)同時(shí)存在TSC以及TCR的情況下，SVC將會(huì)形成相應(yīng)的諧波。飽和電抗器型（SR）的SVCSR型補(bǔ)償器該系統(tǒng)內(nèi)置張力控制，可直接對(duì)末端電壓的變化進(jìn)行響應(yīng)反饋且無(wú)需遙控器或晶體管開(kāi)關(guān)來(lái)調(diào)節(jié)電壓。SR型補(bǔ)償器使用的是鐵心結(jié)構(gòu)，因此其內(nèi)部過(guò)電流可承受容量為3-4pu。使得對(duì)短時(shí)的過(guò)電壓控制非常契合。即便如此，SR的過(guò)負(fù)荷能力，也會(huì)受到來(lái)源于斜率校正電容器的種種局限。一旦出現(xiàn)過(guò)電壓現(xiàn)象，火花間隙將不得不放棄自身的電壓調(diào)節(jié)功能，轉(zhuǎn)而針對(duì)電容器進(jìn)行精準(zhǔn)的校正。值得一提的是，某特定的商用SVC，并未配備斜率校正電容器，然而卻表現(xiàn)出尤其迅猛的實(shí)際速度。除此之外，斜率校正電容器實(shí)則并非表現(xiàn)出尤為顯著的響應(yīng)速度，通常情況下，響應(yīng)時(shí)間將位于1.5周期至2周期的區(qū)間當(dāng)中。晶閘管控制電抗器型（TSC）的SVC一般情況下，單相TCR在工作過(guò)程中的基本結(jié)構(gòu)示意圖，詳見(jiàn)圖2-1。其重點(diǎn)涵蓋固定電抗器以及相應(yīng)的雙面?zhèn)鲗?dǎo)閥，兩者通過(guò)串聯(lián)組成回路。現(xiàn)如今，關(guān)閉閥門(mén)所需的電壓一般維持在3-10kV，電流維持在3-6kA。當(dāng)進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用的情況下，往往會(huì)將若干閥門(mén)之間進(jìn)行串聯(lián)，以此來(lái)切實(shí)滿足電相TCR所需滿足的容量需求，以及相應(yīng)的電壓需求。值得一提的是，串聯(lián)閥門(mén)必須在同一時(shí)間內(nèi)，進(jìn)行觸發(fā)導(dǎo)通，然而，一旦處于電流過(guò)零的情況下，將會(huì)自動(dòng)阻斷。圖2-1TCR基本結(jié)構(gòu)示意圖對(duì)于TCR而言，其在實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程當(dāng)中，當(dāng)電壓處于峰值點(diǎn)至到零點(diǎn)的范圍中，即每個(gè)周期的最后正負(fù)半周四分之一，觸發(fā)并執(zhí)行低于零的晶體管，電抗器此時(shí)進(jìn)入導(dǎo)通。一般使用觸發(fā)延時(shí)角ɑ表示閥門(mén)的的激活時(shí)間，它決定了反應(yīng)器中從電壓峰值到激活時(shí)間的有效電流值。TCR旨在基于TSC分組投入亦或?yàn)橥顺龅那闆r下，據(jù)此進(jìn)行略微的調(diào)整。對(duì)于TCR而言，其中尤為關(guān)鍵的部分即為和雙向晶閘管保持串聯(lián)的某特定電抗器。值得一提的是，導(dǎo)通角θ和TCR當(dāng)中流經(jīng)的電流，將能基于晶閘管所表現(xiàn)的控制角α，進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。如果在電源電壓已經(jīng)到達(dá)峰值的情況下，晶閘管將會(huì)處于導(dǎo)通狀態(tài)。與此同時(shí)，當(dāng)脈沖觸發(fā)相角α正好為垂直角的情況下，晶閘管將會(huì)處于完全導(dǎo)通狀態(tài)，在此情況下，回路電流將完全相當(dāng)于晶閘管在短路情況下所涉及的電流值，并且電流將近遲于電壓90°。在此期間，由于晶閘管以及相應(yīng)的電抗器，均產(chǎn)生有功損耗，故而將會(huì)造成些許同向分量的產(chǎn)生。此外，當(dāng)ɑ處于90°~180°的情況下，晶閘管將會(huì)處于部分導(dǎo)通狀態(tài)，此時(shí)，若i<90°，則需要遵循下述公式進(jìn)行計(jì)算：2-1在上述公式中，U--TCR主要代表端電壓交流的有效值；-旨在代表電抗器所表現(xiàn)出的基頻電抗，;Α-旨在代表晶閘管導(dǎo)通角；通過(guò)借助于傅里葉級(jí)數(shù)來(lái)進(jìn)行推導(dǎo)，可獲得i所含有的基頻分量如下：2-2故而回路基頻電流實(shí)則由ɑ的調(diào)整來(lái)決定。對(duì)于基波來(lái)說(shuō)，可以通過(guò)用作受控電網(wǎng)的晶體管電阻來(lái)控制，其中等效的控制角度值ɑ與電納值的關(guān)系為：2-3控制角α必須處于0°-180°的區(qū)間當(dāng)中才能有效調(diào)節(jié)。通過(guò)公式2-3，將能獲得垂直角時(shí)，等效電納值的極大值：=。此外，還能獲得180°角時(shí)，等效電納值的極小值：=0。其和輸出導(dǎo)納之間的關(guān)系曲線，詳見(jiàn)圖2-2。圖2-2輸出導(dǎo)納特性圖晶閘管投切電容器型（TSC）的SVC通常情況下，尤為典型的單相TSC，重點(diǎn)涵蓋電容器以及雙面導(dǎo)軌等基本元件。其原理結(jié)構(gòu)圖為圖2-3，限流電抗器的作用是因?yàn)殄e(cuò)誤操作而限制晶閘管產(chǎn)生峰值電流，而這種誤操作是由于錯(cuò)誤操作在不準(zhǔn)確的時(shí)間導(dǎo)致電容器進(jìn)行投入。同時(shí)防止電容器和限流電抗器使交換系統(tǒng)的電阻在一定頻率上發(fā)生參數(shù)匹配。圖2-3TSC原理結(jié)構(gòu)圖TSC有兩種活動(dòng)狀態(tài)，即中斷和進(jìn)入狀態(tài)。，雙向晶閘管（或反并聯(lián)晶閘管）之一在啟用狀態(tài)時(shí)工作，電容器起作用，TSC給出無(wú)功功率的容量；在中斷時(shí)，雙向晶閘管（或反并聯(lián)晶閘管）被阻塞，TSC支路不起作用，也不會(huì)產(chǎn)生更多的無(wú)功功率。晶閘管控制的高阻抗變壓器型（TCT）的SVC此類SVC旨在借助于高阻抗變壓器的作用，來(lái)替換傳統(tǒng)的電抗器，使其自身和反并聯(lián)晶閘管之間進(jìn)行串聯(lián)，詳見(jiàn)圖2-4。在這之中，高阻抗變壓器所表現(xiàn)出的漏抗，一般處于33%~100%的范圍內(nèi)。若將其作為高壓電網(wǎng)的元件，則為切實(shí)滿足較為嚴(yán)苛的絕緣要求，其通常會(huì)借助于星形-三角形的組合形狀來(lái)進(jìn)行聯(lián)結(jié)，以此來(lái)保持良好的獨(dú)立性。圖2-4TCT原理結(jié)構(gòu)圖從本質(zhì)上而言，此類裝置即將以往TCR內(nèi)部的電抗器，與某特定的耦合變壓器之間進(jìn)行相連，從而實(shí)現(xiàn)良好應(yīng)用。它基本上像TCR一樣工作，需要固定電容器支路來(lái)提供容性無(wú)功功率，同時(shí)兼作于濾波器，因?yàn)楦咦杩棺儔浩鞯拇渭?jí)電壓非常低。由于在單個(gè)晶閘管器件的工作電壓下，因門(mén)級(jí)電路及主電路的安裝簡(jiǎn)便，且這些器件的成本平均低于同容量的TCR，因此廣泛應(yīng)用于中型和小型SVC中。特性比較將上述四種分立式SVC的特征進(jìn)行概括，總結(jié)成表2-1。在實(shí)際情況的應(yīng)用中，單一SVC并不能滿足無(wú)功補(bǔ)償各方面的需求，因此需將他們之間結(jié)合成一種混合型SVC進(jìn)行使用。例如：MSC-TCR型SVC;FC-TCR型SVC，TSC-TCR型SVC。表2-1分立式SVC的特性比較性能SRTCRTCTTSC無(wú)功輸出連續(xù)連續(xù)連續(xù)分級(jí)響應(yīng)時(shí)間/ms約10約10約10約10~20分相調(diào)節(jié)不可可以可以有限自身諧波含量小有有無(wú)噪聲大小大小損耗較大中較好小控制的靈活特性差好好好限制過(guò)電壓能力很好中等中等無(wú)運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單復(fù)雜較復(fù)雜復(fù)雜TCR+TSC型SVC的基本原理TCR+TSC型SVC是通過(guò)TCR做感性無(wú)功相控細(xì)調(diào)，以及通過(guò)容性無(wú)功分級(jí)粗調(diào)，來(lái)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定不間斷的無(wú)功調(diào)節(jié)。事實(shí)上，此類補(bǔ)償器能夠賦予設(shè)備極為迅猛的響應(yīng)速度，以及高質(zhì)量的低諧波，使得無(wú)功效果可以被快速修改，存在較強(qiáng)的無(wú)功調(diào)節(jié)能力迅速提供動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償，提供動(dòng)態(tài)電壓支持，以便更快地恢復(fù)臨時(shí)電壓和穩(wěn)定的系統(tǒng)電平。詳見(jiàn)圖2-5，一般情況下，TSC+TCR補(bǔ)償器主要涵蓋n個(gè)TSC單元，此外還涉及到單個(gè)TCR，將兩者之間進(jìn)行并聯(lián)即可形成。通常情況下，TCR容量?jī)H為1/n的SVC容量。正因如此，電容器才能實(shí)現(xiàn)分級(jí)投切，并達(dá)到良好的調(diào)節(jié)效果。圖2-5TSC+TCR型SVC裝置基本示意圖此類SVC研發(fā)的根本因素，在于切實(shí)降低研發(fā)穩(wěn)態(tài)運(yùn)情況下，所造成的不必要損耗，并有效提高補(bǔ)償器在受到大擾動(dòng)的情況下，還可保持運(yùn)行靈活性的能力。一旦電壓急劇震蕩，并且放棄負(fù)荷的情況下，將會(huì)出現(xiàn)的最壞結(jié)果是諧振共振。在這種情況下，TSC+TCR型SVC可快速移除補(bǔ)償器的所有電容器，以防止共振。在TCR和TSC的配合中，若系統(tǒng)中投入電容后欠補(bǔ)償，這時(shí)再次投切電容，可能會(huì)產(chǎn)生兩周情況。一為恰好補(bǔ)償?shù)轿?，二為稍微一點(diǎn)過(guò)補(bǔ)償。當(dāng)稍微一點(diǎn)過(guò)補(bǔ)償時(shí)，此時(shí)微調(diào)節(jié)TCR，補(bǔ)償狀態(tài)將達(dá)到恰好。SVC的電壓電流特性圖2-6為系統(tǒng)與TSC+TCR的電壓-無(wú)功功率(電流)V-Q(I)特性曲線。圖2-6SVC與電力系統(tǒng)電壓電流特性曲線圖圖3-2中折線CABD為T(mén)SC+TCR的V-Q特性曲線，在這之中，補(bǔ)償器所涉及的正常運(yùn)行范圍，即為A-B段。斜率Xr通常設(shè)定為0.02～0.05。而系統(tǒng)端口所表現(xiàn)出的網(wǎng)絡(luò)特性，則將通過(guò)斜線1以及斜線2的形式呈現(xiàn)出來(lái)。其中，斜線1主要代表電源和負(fù)荷彼此之間，所存在的無(wú)功功率平衡現(xiàn)象。而斜線2則主要代表負(fù)荷需求遠(yuǎn)遠(yuǎn)及不上電源所持續(xù)輸出的無(wú)功功率。斜線2所涉及的基本公式如下：2-4經(jīng)由上述公式，將可求解得知電壓控制目標(biāo)ΔV，詳細(xì)如下：Δ2-5通過(guò)設(shè)計(jì)出性能優(yōu)良的電壓調(diào)整器，將可使得上式左右兩邊相等，以此來(lái)規(guī)避擾動(dòng)條件的影響。TSC-TCR型SVC的協(xié)調(diào)控制原理投入或切除TSC，通過(guò)調(diào)控容性補(bǔ)償電流IC的值。對(duì)TCR進(jìn)行相控，可連續(xù)控制感性電流IL的大小，以此連續(xù)調(diào)控整個(gè)SVC向電網(wǎng)輸出的等效的感性補(bǔ)償電流的性質(zhì)和大小。若數(shù)值IC>IL時(shí)，ISVC為向電網(wǎng)輸出感性的補(bǔ)償電流；當(dāng)丨IL丨>丨IC丨時(shí)，ISVC為負(fù)值，即從電網(wǎng)向補(bǔ)償器輸入感性電流。若負(fù)載感性無(wú)功電流為感性IF，要補(bǔ)償感性負(fù)載電流，需使補(bǔ)償器總的等效輸出補(bǔ)償電流ISVC為感性，用以補(bǔ)償負(fù)載感性電流IF。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行時(shí)負(fù)載感性無(wú)功電流IF的大小和系統(tǒng)運(yùn)行對(duì)輸電線末端感性無(wú)功電流的要求值IQ，可以得到所需的總的等效感性輸出補(bǔ)償電流ISVCref。ISVCref（感性）=IF（感性）-IQ（感性），適當(dāng)?shù)倪x定TSC的投入或切除的數(shù)目，即投入或切除MSC，TSC中的一個(gè)或幾個(gè)，再同時(shí)調(diào)控TCR的觸發(fā)延遲角，連續(xù)調(diào)控IL的大小，即可連續(xù)調(diào)控總的補(bǔ)償電流ISVC跟蹤指令值ISVCref，并且在達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)ISVC=ISVCref=IF-IQ。如果負(fù)載的等效無(wú)功電流IF已是容性電流，則應(yīng)斷開(kāi)MSC，關(guān)斷TSC，僅調(diào)控TCR的IL，使IL與IhC的差值跟蹤指令電流ISVCref。根據(jù)無(wú)功負(fù)載電流IF和要求的線路無(wú)功IQref，確定補(bǔ)償指令I(lǐng)SVCref的大小和性質(zhì)（容性還是感性），計(jì)算投入幾個(gè)TSC，以及TCR的延遲觸發(fā)角ɑ。為了使投入TSC使暫態(tài)過(guò)程盡量短，沖擊電流小，電容電壓震蕩小，檢測(cè)TSC中晶閘管兩端電壓VT，使VT=vs-VC0=0使觸發(fā)晶閘管；對(duì)TCR的觸發(fā)延遲角ɑ的控制也應(yīng)采取措施防止誤觸發(fā)。此類SVC所涉及的控制系統(tǒng)，表現(xiàn)出的基本原理示意圖，詳見(jiàn)圖2-7。整體而言，其涵蓋下述基本功能?；趹?yīng)當(dāng)滿足的補(bǔ)償無(wú)功電流決定值，可針對(duì)性選擇恰當(dāng)適宜的TSC支路數(shù)量以及TCR支路數(shù)量。對(duì)于某些處于控制投入狀態(tài)的TSC而言，其所表現(xiàn)出的暫態(tài)過(guò)渡最不顯著。一旦輸入電壓已經(jīng)滿足極大值，則電容所表現(xiàn)的正剩余壓力將遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及該值，從而使得晶閘管保持在導(dǎo)通狀態(tài)，有效縮短過(guò)渡過(guò)程。當(dāng)針對(duì)TCR所表現(xiàn)出的觸發(fā)延遲角，進(jìn)行恰當(dāng)適宜的調(diào)整，可以和由于TSC投入而出現(xiàn)的部分冗余容量無(wú)功功率，進(jìn)行互相抵消，以此來(lái)滿足設(shè)點(diǎn)值。圖2-7TSC+TCR組合無(wú)功補(bǔ)償裝置的協(xié)調(diào)控制原理TSC-TCR的運(yùn)行特性由于涉及到晶閘管的控制問(wèn)題以及后期維護(hù)問(wèn)題，故而TSC組數(shù)需要秉持簡(jiǎn)潔的基本準(zhǔn)則。通常情況下，電容器所表現(xiàn)出的并聯(lián)組數(shù)，僅需達(dá)到3-4組即可。其中，極限發(fā)出電納公式如下：2-6式2-6中，Bɑ是變壓器的電納；是三組電容器之和。此外，極限吸收電納公式如下：2-7在上述公式中，BL旨在代表TCR支路當(dāng)存在的電納。一旦在TSC已經(jīng)正式投入至系統(tǒng)的情況下，需要向其注入如下無(wú)功功率：2-8在此過(guò)程中，TCR型SVC可以自系統(tǒng)當(dāng)中獲得的無(wú)功功率，詳細(xì)如下：2-9通過(guò)上述兩個(gè)公式，將可得知TSC+TCR型SVC，可以賦予系統(tǒng)的無(wú)功功率，詳細(xì)如下：2-10當(dāng)進(jìn)行取值的過(guò)程中，正因上述過(guò)程所涉及的無(wú)功功率，得以保持穩(wěn)定不間斷的基本特性，故而一旦系統(tǒng)電壓不可控，則將相對(duì)于恒定的電抗。SVC運(yùn)行時(shí)的損耗特性一般情況下，TSC+TCR型SVC，在實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程中，所表現(xiàn)出的損耗特性，詳見(jiàn)圖2-8。其中，TSC所表現(xiàn)出的電氣損耗，通常取決于電容器容量的改變。而TCR旨在針對(duì)TSC所含有的過(guò)補(bǔ)部分，進(jìn)行適當(dāng)補(bǔ)償，并且其所表現(xiàn)出的電氣損耗，通常取決于導(dǎo)通角的調(diào)整。由此可知，SVC所表現(xiàn)出的電氣損耗實(shí)則蘊(yùn)含一定的離散性質(zhì)，故而適用于投切電容器應(yīng)用較多的領(lǐng)域，可有效降低SVC的損耗。圖2-8TSC+TCR型SVC的損耗特性諧波分析與抑制對(duì)TCR的工作過(guò)程原理分析得出，當(dāng)TCR的延遲觸發(fā)角不為0°，電抗器的電流波形圖將不在是正弦波。即TCR正常工作時(shí)，不可避免的引入諧波電流。通過(guò)對(duì)TCR中諧波電流用傅里葉級(jí)數(shù)公式計(jì)算，如下式2-11，可得到第n次諧波與觸發(fā)角ɑ的關(guān)系為：，n=2k+1，k=1,2,3，...2-11基波所含有的諧波電流，和觸發(fā)角ɑ彼此之間呈現(xiàn)出的實(shí)際關(guān)系曲線，詳見(jiàn)圖2-9。在此之中，I1旨在代表基波的電流幅值，并在ɑ=0°的情況下，達(dá)到極大值I1=1.0。圖2-9TCR電流諧波含量和觸發(fā)延遲角彼此之間的基本關(guān)系示意圖經(jīng)由上圖可知，TCR出現(xiàn)的核心諧波為次諧波，其和若干觸發(fā)導(dǎo)通角，所呈現(xiàn)出的內(nèi)在關(guān)系，詳見(jiàn)表2-2。在進(jìn)行實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程中，由于TCR的作用，電網(wǎng)中將會(huì)存在一定數(shù)量特征諧波。在此情況下，將能借助于下述基本方式加以緩解：多脈沖TCR基于三角形的形狀，將任意三個(gè)單相TCR進(jìn)行緊密相連，并且借助于6組觸發(fā)脈沖的作用，來(lái)針對(duì)晶閘管進(jìn)行深入的精準(zhǔn)控制。調(diào)整并聯(lián)TCR的依次順序基于多樣化需求，來(lái)投入相應(yīng)的容量，以此來(lái)促進(jìn)n組TCR當(dāng)中蘊(yùn)含的n1組，盡數(shù)保持全導(dǎo)通狀態(tài)，與此同時(shí)，n2組盡數(shù)保持全關(guān)斷狀態(tài)，由此可知，n1+n2=n-1。故而當(dāng)且僅當(dāng)只存在某特定的觸發(fā)延遲角，基于當(dāng)中可不間斷控制。并聯(lián)濾波器LC濾波器通常采用LC無(wú)源濾波器，針對(duì)相應(yīng)的諧波電流進(jìn)行有效緩解，并將其和諧波源進(jìn)行并聯(lián)。一般情況下，LC濾波器通常又被人們稱之為無(wú)源濾波器，其主要涵蓋電感以及電阻等，其中所含的有效處理器，能夠有效預(yù)防諧波徑直進(jìn)入系統(tǒng)資源當(dāng)中。LC濾波器的參數(shù)調(diào)節(jié)失諧問(wèn)題對(duì)于任何電力系統(tǒng)而言，其在運(yùn)行的過(guò)程當(dāng)中，所涉及的頻率和額定值，均存在不可避免的偏差，究其根本，在于諧波頻率并非一致。在此情況下，假設(shè)系統(tǒng)和濾波器的頻率不完全一致時(shí)，濾波器所表現(xiàn)出的阻抗將自行設(shè)定為最小值，不利于發(fā)揮出其自身的效果。這就是所謂的濾波器偏差。并聯(lián)諧振問(wèn)題并聯(lián)諧振對(duì)諧振頻率下的諧波源具有高阻抗。從系統(tǒng)方面考慮，系統(tǒng)與濾波器發(fā)生諧振的幾率更大。由于系統(tǒng)阻抗很難精準(zhǔn)衡量，故而通常借助于系統(tǒng)最大阻抗角的作用來(lái)進(jìn)行描述。無(wú)功補(bǔ)償問(wèn)題當(dāng)n1次諧波表現(xiàn)為理想濾波的情況下，即存在=0，表現(xiàn)出一定阻性。如果在n2>n1的情況下，則>0。表現(xiàn)為一定感性。如果在n2<n1的情況下，則<0。表現(xiàn)為一定的容性。由此將能進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，從而獲得基頻環(huán)境下的無(wú)功功率，詳細(xì)如下：2-12在計(jì)算的過(guò)程中，將能借助于已經(jīng)成功測(cè)量的Us以及IL，來(lái)求解獲得功角。如果其相對(duì)較大，即可針對(duì)電容值進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)，以此來(lái)達(dá)到補(bǔ)償無(wú)功的效果。參數(shù)調(diào)節(jié)基本準(zhǔn)則通過(guò)上述公式，將能針對(duì)電容器所能達(dá)到的最大容量，進(jìn)行細(xì)致計(jì)算：2-13其次，確定L值以及R值：2-14濾波支路電阻為：2-152-16其中r為內(nèi)阻，Q為最優(yōu)調(diào)諧銳度。3TSC+TCR型SVC的設(shè)計(jì)TSC+TCR型SVC的設(shè)計(jì)TCR+TSC型SVC的設(shè)計(jì)主電路的設(shè)計(jì)通過(guò)任務(wù)書(shū)設(shè)計(jì)出一種可提供動(dòng)態(tài)無(wú)功電源及調(diào)節(jié)系統(tǒng)電壓的SVC裝置電路圖，其有電壓源，濾波器，電阻，混合型SVC和負(fù)荷。如圖3-1示：圖3-1主電路圖設(shè)計(jì)流程圖協(xié)調(diào)控制及無(wú)功計(jì)算的設(shè)計(jì)SVC為T(mén)SC投切數(shù)量和TCR投切判斷角進(jìn)行動(dòng)作。當(dāng)TSC的電氣損耗隨著電容器的變化而逐個(gè)發(fā)生變化，即TSC通過(guò)觸發(fā)脈沖進(jìn)行投切或退出的通斷控制，使TSC進(jìn)行動(dòng)作。TCR是在TSC分組退出或投入之后作出細(xì)微調(diào)節(jié)，通過(guò)改變晶閘管的控制角α，當(dāng)脈沖觸發(fā)相角α是90°時(shí)導(dǎo)通。如圖3-2示，SVC的協(xié)調(diào)控制設(shè)計(jì)。根據(jù)測(cè)得的SVC輸出無(wú)功功率Qsvc的標(biāo)幺值計(jì)算代表線路壓降的標(biāo)幺值，得到實(shí)際測(cè)得電壓，濾波器作用濾除由TCR產(chǎn)生的諧波，用參考電壓減去實(shí)際測(cè)得電壓電壓，通過(guò)PI校正環(huán)節(jié)，得到SVC輸出無(wú)功的指令。如圖3-3所示，SVC無(wú)功指令計(jì)算電路。圖3-2電路中SVC的協(xié)調(diào)控制設(shè)計(jì)圖3-3無(wú)功指令電路TCR+TSC型SVC的計(jì)算SVC的主要參數(shù)設(shè)置為：總TCR無(wú)功容量100Mvar，總TSC無(wú)功容量167Mvar，共分2級(jí)。SVC變壓器電壓為120kV/12.65kV，總正序漏抗0.17p.u。交流系統(tǒng)電壓125kV。TSC+TCR元件根據(jù)輸出的無(wú)功指令計(jì)算TCR電抗的電納標(biāo)幺值和根據(jù)參考信號(hào)計(jì)算得到TCR應(yīng)當(dāng)輸出的參考電納標(biāo)幺值。其中，TCR電抗所涉及的該項(xiàng)數(shù)值，應(yīng)當(dāng)經(jīng)由下述公式進(jìn)行求解：3-1在上述公式中：TMVA主要代表SVC變壓器的容量；Xt主要代表SVC變壓器所表現(xiàn)出的正序漏抗。其中，對(duì)于TSC電容而言，其在每級(jí)的該項(xiàng)數(shù)值，應(yīng)當(dāng)經(jīng)由下述公式進(jìn)行求解：3-2其中：MTSC為T(mén)SC的總無(wú)功容量；N為T(mén)SC的總級(jí)數(shù)。TCR需輸出的參考電納標(biāo)幺值的計(jì)算公式為:3-3其中=-5.883-4計(jì)算出TCR電抗的電納標(biāo)幺值BL（圖中對(duì)應(yīng)的信號(hào)Bind）和TCR需輸出的參考電納標(biāo)幺值BTCR后，根據(jù)如下邏輯確定TSC的電容投切。若BTCR>0，則發(fā)出投入一級(jí)TSC電容的信號(hào)（高電平）Cap_on。若BTCR<BL（對(duì)應(yīng)于XTCR<XL），則發(fā)出切除一級(jí)TSC電容的信號(hào)（高電平）Cap_off。這兩個(gè)信號(hào)連同TSC當(dāng)前已投入的電容組數(shù)信號(hào)NCAPS一起，送入TCR/TSC元件，產(chǎn)生TSC電容投切信號(hào)Capsw（1表示投入一級(jí)，-1表示切除一級(jí)）。對(duì)BTCR信號(hào)進(jìn)行標(biāo)幺化處理（基值為BL），根據(jù)該標(biāo)幺值通過(guò)下式計(jì)算TCR的觸發(fā)角：3-5也可寫(xiě)為3-6上式中的ɑ為電壓峰值至TCR晶閘管觸發(fā)時(shí)刻的角度，而PSCAD中則以電壓過(guò)零為計(jì)算觸發(fā)角的起始點(diǎn)，因此需將計(jì)算出的角度加上90°。 4基于PSCAD的仿真結(jié)果分析基于PSCAD的仿真及結(jié)果分析PSCAD簡(jiǎn)介對(duì)于PSCAD技術(shù)而言，其一般在企業(yè)、咨詢機(jī)構(gòu)以及軍方等領(lǐng)域中進(jìn)行應(yīng)用，重點(diǎn)適用于規(guī)劃、設(shè)計(jì)以及教學(xué)等多樣化領(lǐng)域當(dāng)中，詳細(xì)如下：其中重點(diǎn)涵蓋旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)、調(diào)速器以及電纜等的事故研究。其次，涉及到繼電保護(hù)配合方面。此外，還會(huì)針對(duì)變壓器飽和情況所帶來(lái)的實(shí)際影響進(jìn)行研究。涉及到變壓器以及避雷器等元件彼此之間的絕緣配合。具有電動(dòng)機(jī)、架空輸電線以及HVDC系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的次同步諧振研究仿真模擬主電路通過(guò)PSCAD將圖4-1設(shè)計(jì)的電路具體化，得到如圖4-1仿真模擬主電路。圖4-1仿真模型主電路SVC的TSC的電容投切信號(hào)csw及TCR觸發(fā)角信號(hào)AORD是由SVC的控制電路產(chǎn)生，對(duì)于當(dāng)前投切的電容器組數(shù)信號(hào)CAPS_ON則是由SVC元件輸出至SVC控制電路。封鎖或者解封信號(hào)KB控制SVC在仿真后0.4s投入，這個(gè)信號(hào)也會(huì)同時(shí)送至SVC的控制電路，以此達(dá)到需求。在PSCAD軟件中的SVC如下圖4-2，濾波器快速吸收SVC中因TCR而產(chǎn)生的諧波電流，TCR及TSC支路的控制元件都是晶閘管。由于相關(guān)器件能夠良好控制TSC支路，故而其中的電容器將可表現(xiàn)為并聯(lián)狀態(tài)亦或?yàn)橥顺鰻顟B(tài)。圖4-2PSCAD中的SVCSVC的主要參數(shù)設(shè)置為：總TCR無(wú)功容量100Mvar，總TSC無(wú)功容量167Mvar，共分2級(jí)。SVC變壓器電壓為120kV/12.65kV，總正序漏抗0.17p.u。交流系統(tǒng)電壓125kV，SVC協(xié)調(diào)控制及無(wú)功計(jì)算的仿真無(wú)功指令計(jì)算電路仿真下圖4-3為SVC輸出無(wú)功指令的計(jì)算電路。模型中根據(jù)測(cè)得的SVC輸出無(wú)功功率Qsvc的標(biāo)幺值計(jì)算代表線路壓降的標(biāo)幺值（0.03Isvc），但實(shí)際測(cè)量得到的就是PCC點(diǎn)電壓，故本仿真中將0.03改為0。即直圖4-3SVC無(wú)功指令計(jì)算電路接對(duì)PCC點(diǎn)電壓有效值進(jìn)行濾波處理。用電壓參考值Vref減去實(shí)際測(cè)得電壓后，通過(guò)PI校正環(huán)節(jié)，得到SVC輸出無(wú)功的指令?？刂齐娐贩抡鎴D4-4為T(mén)SC電容投切控制及TCR觸發(fā)角計(jì)算電路。圖4-4SVC控制電路仿真結(jié)果分析根據(jù)上述仿真電路進(jìn)行運(yùn)行，得到下圖所示的仿真波形結(jié)果。圖4-5TCR觸發(fā)角波形圖4-6投入所需的TSC電容組數(shù)圖4-7SVC端電壓與PCC處參考電壓如圖，可得到1s內(nèi)TCR，TSC及參考電壓。（1）為T(mén)CR觸發(fā)角波形；（2）為投入所需的TSC電容組數(shù)；（3）為SVC端電壓與PCC處參考電壓。在SVC封鎖之前，由于電源點(diǎn)至PCC處線路上的無(wú)功損耗將會(huì)使PCC點(diǎn)電壓低于1pu（120kV基準(zhǔn)值）SVC的TCR觸發(fā)角一直保持為180°，不投入TSC。當(dāng)解除SVC封鎖后，將會(huì)迅速連續(xù)的投入2級(jí)TSC電容，PCC處電壓上升。在TCR觸發(fā)角達(dá)到90°限制后，根據(jù)需求將切除了一級(jí)TSC電容，TCR觸發(fā)角自動(dòng)調(diào)節(jié)使得PCC電壓達(dá)到1.0pu。在1.0后投入電阻，PCC電壓將下降，TCR觸發(fā)角增大，繼續(xù)維持PCC電壓為1.0pu。由于此時(shí)觸發(fā)角未達(dá)到180°限制，不會(huì)增加投入一級(jí)TSC電容器，維持在1.0pu基準(zhǔn)。下圖為SVC持續(xù)運(yùn)行時(shí)TSC，TCR，無(wú)功功率及參考電壓的運(yùn)行狀態(tài)。在系統(tǒng)電壓失去穩(wěn)定的時(shí)候，TSC與TCR協(xié)調(diào)配合，迅速提供電壓支撐，使PCC電壓保持接近于1pu。圖4-8靜止無(wú)功補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功功率Q_SVC和參考無(wú)功功率Q_SVC_ref圖4-9靜止無(wú)功補(bǔ)償器的有效電壓和系統(tǒng)輸入?yún)⒖茧妷簣D4-10TCR觸發(fā)角及TSC投切總結(jié)總結(jié)靜止無(wú)功補(bǔ)償器擁有更好的調(diào)節(jié)無(wú)功能力，因此可以快速改變已發(fā)出的無(wú)功功率，為電力系統(tǒng)提供動(dòng)態(tài)無(wú)功電源及調(diào)節(jié)系統(tǒng)電壓?？梢钥焖俚摹⑵交{(diào)節(jié)感性或容性的無(wú)功功率，達(dá)到動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。因此，其在輸電系統(tǒng)、工藝網(wǎng)系統(tǒng)及經(jīng)濟(jì)負(fù)荷中心里廣泛采用。當(dāng)SVC在輸電系統(tǒng)中，可針對(duì)系統(tǒng)所表現(xiàn)出的無(wú)功功率的變化，進(jìn)行有效抑制，從而持續(xù)優(yōu)化系統(tǒng)所表現(xiàn)出的暫態(tài)穩(wěn)定性；與此同時(shí)，還能針對(duì)由于空載效而出現(xiàn)的過(guò)電壓現(xiàn)象，進(jìn)行行之有效的控制，從而有效增強(qiáng)線路輸出有功功率的能力并且維持輸電線的電壓基本保持不變。值得一提的是，若處在工業(yè)系統(tǒng)內(nèi)部，則SVC還能持續(xù)優(yōu)化負(fù)荷功率因數(shù)，從而有效平衡系統(tǒng)電壓，