基于MATLAB的静止无功补偿器仿真分析

论文总字数：19402字

目 录

摘要 1

外文摘要 2

1 引 言 3

1.1静止无功补偿装置的发展历史 4

1.1.1国外发展状况 4

1.1.2国内发展状况 4

1.2静止无功补偿装置的研究现状 5

2 无功功率 5

2.1无功功率的介绍 5

2.2功率因数 6

3 无功补偿技术的介绍 6

3.1无功补偿的作用 6

3.2无功补偿的分类 7

3.3 无功补偿装置的介绍 7

3.3.1 同步调相机 8

3.3.2 并联电容器 8

3.3.3 并联电抗器 8

3.3.4 静止无功补偿器 8

3.3.5 静止无功发生器 9

4 静止无功补偿装置的介绍 10

4.1 SR型SVC 11

4.2 TCR型SVC 11

4.2.1 TCR的基本工作原理 11

4.2.2 TCR的配置和连接方式 13

4.2.3 TCR的控制系统 14

4.3 TSC型SVC 14

4.4 TCT型SVC 15

5 TCR-TSC型静止无功补偿装置的仿真分析 17

5.1仿真平台的介绍 17

5.2 TCR-TSC型SVC 17

5.2.1 TCR-TSC型SVC的基本结构和原理 17

5.2.2 TCR-TSC型SVC的MATLAB仿真 18

5.3 TCR-TSC型SVC的仿真分析 22

6 结论与展望 24

参考文献： 25

致谢词 26

基于MATLAB的静止无功补偿器仿真分析

宋海

，China

Abstract

Under the constant development of science and technology and economy, the electric power electronic technology has been developing continuously and deeply. , power quality has become the focus of attention of every country. ,At the same time, along with a variety of Inductive and capacitive loads in the power grid in a large number of use,The innovation and development of reactive power compensation devices are becoming more and more important. On the basis of consulting the domestic and foreign literatures, this paper analyzes the development of the reactive power compensation device , and the basic principle of reactive power compensation technology is deeply analyzed.And will be used for the application of the relatively common static reactive power compensation device (SVC) to conduct in-depth research ,Analysis of its working principle and topology, to provide a theoretical basis for the simulation parameters .Finally, the SVC simulation model is established by the MATLAB power simulation software SVC steady state operation mode is simulated, and the parameters are obtained to verify its importance in the power system..

Keywords: Reactive power compensation ；Static reactive power compensation device ; MATLAB ;

1 引 言

在经济与科技的飞速发展的当代，电能已逐步成为工业和生活中不可缺少的能源之一，电能作为衡量一个国家电力系统发展水平的重要标准，电能质量的优劣对电力设备的运行和国民经济效益起着至关重要的作用，因而怎么改善用电质量并使电力系统平稳运行成为当下急需解决的一个问题。

无功功率是电力系统中的一项基本的指数，其对电能质量和电压稳定有着相当关键的作用。由于感性负荷在电网中使用比较频繁，导致电力系统产生无功损耗日益变大，这就要求电力系统给予需要的无功功率，不然电力系统的电压损耗会增加，经济效益会下降。另外，无功功率的使用不当同样也会导致电力线路的损耗不减反增，导致电力系统的经济效益低下。同时，因为电力电子技术的日渐成熟，电子器件在电力系统得到了普遍的推广，各种大容量电力电子器件被应用在电网之中，对电力系统造成了巨大的影响，导致电网电压波动、谐波增大、功率因数下降等各种问题，严重影响了电能的质量。因此可以看出对电网进行无功补偿，对改善电网电压波动和提高电网功率因数有着至关重要的作用。

无功补偿有很多种类，其中主要包括：同步调相机、并联电容、电抗器、静止补偿装置（SVC）、STATCOM。本文将针对SVC进行深入的探究，SVC简单来说是一种以电力电子器件代替接触开关作为电容器或电抗器的控制元件的动态无功补偿装置，伴随着电力电子技术的不断深入和发展，SVC在无功补偿方面获得了大范围的推广，目前已逐步取代传统的无功补偿装置，成为当前应用最为广泛的无功补偿装置，因此，本文选择对其的原理与结构进行分析并探究其未来的发展方向。

1.1静止无功补偿装置的发展历史

1.1.1国外发展状况

最初的SVC大多都是类属于饱和电抗器（SR）型的。20世纪60年代英国通用电气公司率先开发出了饱和电抗器（SR）型的SVC产品，并将其应用于实际，开始了无功补偿技术的开端。随着电子领域的不断探索深入，晶闸管技术得到普遍的推广，能否将晶闸管控制技术应用到无功补偿控制中成了当时的一大难题。在20世纪70年代，英国通用电气公司首次研制出采用晶闸管控制技术的SVC产品，开启了晶闸管技术在静止无功补偿器应用的先河。不久，在美国电力研究院完善该技术之后，美国西屋电气公司首次将采用晶闸管控制技术的SVC投入实际，并成功应用于美国明苏尼达州的动力与照明系统。之后，基于晶闸管控制的无功补偿装置日渐成熟，到了20世纪90年代，该技术基本已在国外的电力系统中普及。目前国际上无功补偿技术的尖端技术主要被以下几个国家掌握：德国SIEMENS、瑞士ABB、日本TOSHIBA、美国GE等。其中瑞士ABB公司在国际市场中占主导地位，据统计，截至目前为止，ABB公司已经为全球各个国家供应了400套左右的静止无功补偿装置，ABB公司近年来也与我国有着相当紧密的合作关系，目前，ABB公司产品在我国的销售额已经超越全球各国，占据第一的位置。

1.1.2国内发展状况

由于我国在SVC领域的研究起步相对较慢，与国外的发达国家还有着一定的技术差距。在初期，我国大多从国外引进SVC产品。在20世纪80年代前后，我国大量从国外引进SVC产品应用于我国的电力系统和工业领域，对维持我国电网的稳定运行提供了很大的帮助。但也产生了一系列的问题，比如因为国外设备供应商对我国电网的详细情况不清楚，在开始投运后，该SVC与我国电网有着种种排斥问题，再加上其昂贵的维护费用和陈旧的技术，近年来已经被逐步拆除。由于无功补偿装置在电力、化工、轧钢、冶炼、铁道电气化等领域有着广泛的应用，在加上国外设备昂贵的维修费用，我国也开始着手于无功补偿装置的研究。在2001年，中国电科院通过多年研究与开发，推出应用于电弧炉治理的TCR型SVC,，该控制器抛弃了传统的模拟电路控制，采用了全数字化控制系统。2004年，我国首次将自主研发的SVC产品应用于鞍山红一变100Mvar变电站中，开启了国产SVC装置在电网中应用的首页，打破了国外SVC产品在我国电网中的垄断地位，全面降低了SVC工程的造价。至今为止，已经有将近三十套国产SVC在我国电网中应用。

近年来，我国在无功补偿技术的研究上上有了很大的突破。从国产化示范工程鞍山红一变的投入使用，我国先后在川渝电网建成了容量为540Mvar的SVC群，这是国内首次运行于500kV输电走廊上容量最大的SVC群；在江西金堂变电站建成了第一套可移动式的SVC；在湖南益阳复兴变电站完成了固定式直流融冰兼SVC工程，这是世界首套成功完成系统实验的SVC工程；在新疆太远变电站建成了世界首套直挂电压等级最高的35kv RSVC工程。虽然目前我国的无功补偿技术可能与发达国家还存在一定差距，但是我国的SVC技术已经逐步成熟并取得了一系列的成就。

1.2静止无功补偿装置的研究现状

目前,国内外SVC控制器的研究大多针对补偿装置的控制策略。传统的模拟电路已经被各种人工神经网络（artificial neural network ）、模糊控制（fuzzy control ）、基因遗传算法专家系统（Genetic algorithm expert system ）等新型控制方法所替代,使得SVC的控制性能更为优秀。最新的静止同步补偿器（STATCOM）更是从主电路的拓补结构对SVC控制继续进行了优化。

国内针对SVC控制器的改进方法可以大致分为两个方向：一方面是优化SVC控制器检测到的系统信号并改进算法机制，去除冗余的数据计算；另一方面是简化SVC控制装置的设计，节约占地空间和生产费用。目前我国对SVC的改进已初有建树,控制器信号检测电路已由传统的模拟电路变为现在更为灵活的瞬时多通道同时数字采样电路,不仅提高了信号检测的精确度还加强了信号的抗干扰能力。无功补偿控制系统也由一开始的单片机、模拟电路、PLC转变为现在的以数字信号处理器(DSP)为核心的数字化控制系统,处理控制器检测到的数据速度更快，进而加快了发出控制信号的速度，并且控制的目标更加多元化。

2 无功功率

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