装订线装订线安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书摘 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 paper 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 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 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51.1课题背景51.2国内外研究现状和研究意义61.3论文工作介绍92. 无功功率及无功补偿概述102.1 无功功率102.2无功补偿的意义与作用122.2.1无功补偿概述122.2.2无功补偿的意义与作用122.3无功补偿基本事项142.3.1 无功补偿的原则142.3.2无功补偿的方式142.3.4 配电网无功补偿存在的问题152.4无功补偿发展历程163. 静止无功功率补偿器203.1概述203.2 SVC分类213.3 SVC动态补偿原理213.4 晶闸管相控电抗器（TCR）223.4.1 TCR结构223.4.2 TCR的运行特性243.5晶闸管投切电容器（TSC）253.5.1 TSC的结构253.5.2TSC的运行特性264. MATLAB仿真274.1 MATLAB概述274.2仿真的必要性和优越性294.3基于TCR和TSC仿真模型304.3.1晶闸管控制电抗器仿真图314.3.2晶闸管投切电容器仿真图324.3.3 SVC控制系统334.4仿真分析及结论35总结与展望37致谢39参考文献401. 引言1.1课题背景在电力系统中，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。(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，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、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。