靜止無功補償器的研究畢業(yè)論文

1、畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)作 者:學(xué) 號：系：專 業(yè):電氣工程及其自動化題 目:靜止無功補償器的研究指導(dǎo)者： (姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務(wù))評閱者： (姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務(wù))2014 年 5 月畢業(yè)設(shè)計（論文）評語學(xué)生姓名： 班級、學(xué)號： 題 目： 靜止無功補償器的研究 綜合成績： 指導(dǎo)者評語： 該生的畢業(yè)論文結(jié)合專業(yè)知識，完成了對靜止無功補償器的研究任務(wù)。論文對靜止無功補償?shù)幕纠碚摷把b置結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入分析，介紹了靜止無功補償器的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，總結(jié)了靜止無功補償器的發(fā)展趨勢，搭建了matlab仿真模型，并對tcr-tsc型靜止無功補償器進(jìn)行了仿真分析，達(dá)到了規(guī)定的畢業(yè)要求。論文書寫規(guī)范，表述

2、清楚，論文的理論分析和仿真均達(dá)到畢業(yè)設(shè)計規(guī)定的各項指標(biāo)和要求。同意答辯，建議成績： 指導(dǎo)者(簽字)： 年 月 日畢業(yè)設(shè)計（論文）評語評閱者評語： 評閱者(簽字)： 年 月 日答辯委員會（小組）評語： 答辯委員會（小組）負(fù)責(zé)人(簽字)： 年 月 日畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）中文摘要摘 要隨著電力電子整流、換流技術(shù)和大功率晶閘管裝置在各種電氣設(shè)備中的廣泛應(yīng)用，諧波和無功問題在電力系統(tǒng)中已日趨嚴(yán)重，影響了電網(wǎng)的安全運行和廣大工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的正常用電，抑制電網(wǎng)諧波和無功補償成了一個緊迫的課題。論文分析了靜止無功補償器的基本原理及裝置結(jié)構(gòu)，并對tcr-tsc型靜止無功補償器的無功補償特性進(jìn)行了研究，搭建了mat

3、lab仿真模型，并對tcr-tsc型靜止無功補償器進(jìn)行了仿真。關(guān)鍵詞：靜止無功補償；基本原理；matlab仿真 畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）外文摘要title research of static reactive power compensator abstractwith the far-ranging application of power electronics rectifying and converting technology and high power thyristor device in various kinds of electric equipments，the pr

4、oblem of harmonics becomes more and more serious.the harmonics pollution affects the safe operation of power system and the normal supply of power in the industry and agriculture.it becomes a pressing task to suppression harmonics of power network and toreactive power compensation.this paper analyze

5、s the basic principle and device structures of static reactive power compensator，and the tcr-tsc type reactive compensation characteristics of static reactive power compensator is studied.it also sets up a simulation model of matlab and the tcr-tsc type static reactive power compensator is simulated

6、.keywords：static reactive power compensation；basic principle； matlab simulation目 次 緒論11.1 本文的研究背景11.1.1 研究背景11.1.2 靜止無功補償技術(shù)的發(fā)展趨勢31.2 靜止無功補償?shù)墓こ虘?yīng)用41.2.1 國際上的svc應(yīng)用41.2.2 國內(nèi)的svc應(yīng)用51.3 本課題的研究內(nèi)容72 靜止型電力系統(tǒng)無功補償82.1 具有飽和電抗器的無功補償器(sr)82.1.1 自飽和電抗器型靜止無功補償器82.1.2 可控飽和電抗器型靜止無功補償器102.2 晶閘管控制電抗器(tcr)112.3 晶閘管投切電容器

7、(tsc)112.4 新型靜止無功發(fā)生器(svg)122.5 本章小結(jié)133 基于matlab的靜止無功補償器的仿真研究143.1 svc的工作原理143.2 matlab及simulink的介紹153.2.1 matlab的介紹153.2.2 simulink的簡介153.3 基于晶閘管的靜止無功補償裝置仿真173.3.1 基于matlab仿真模型的建立173.3.2 svc仿真結(jié)果及分析233.4 本章小結(jié)24結(jié) 論25致 謝26參 考 文 獻(xiàn)27第 28 頁 共 28頁 頁 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 緒論1.1 本文的研究背景1.1.1 研究背景隨著電力系統(tǒng)中電力電子設(shè)備越來越多的投入

8、使用，諧波污染也逐漸變成了很嚴(yán)重的問題，因為很多電力電子設(shè)備功率因數(shù)很低，給電網(wǎng)造成了多余的壓力，對供電質(zhì)量也有很大的影響,所以我們必須更加關(guān)注無功功率和諧波問題。諧波的抑制，無功功率的補償就都是我們需要去研究的重點項目，很多人都對此比較關(guān)心，成為近年來各方面關(guān)注的熱點之一1-3。無功功率和諧波會產(chǎn)生很多問題和危害。越來越大的無功功率會致使視在功率和電流變大，變壓器、發(fā)電機、電氣裝置容量都會變大，線路和設(shè)備的消耗也會變大,而且電力用戶的起動和控制設(shè)備以及測量儀表的規(guī)格和尺寸同樣要變大。諧波會導(dǎo)致電網(wǎng)中使用的裝置產(chǎn)生額外的消耗，用電裝置效率的降低，經(jīng)過中性線的3次諧波過多時可能會造成很嚴(yán)重的后果

9、，所有電氣裝置的正常工作都會被諧波嚴(yán)重影響，它還會導(dǎo)致電網(wǎng)中某些部分產(chǎn)生串聯(lián)和并聯(lián)諧振，會將諧波放大，這樣會使諧波對裝置的損害越來越大，以至于引發(fā)及其嚴(yán)重的事故。諧波會致使繼電保護和自動裝置產(chǎn)生誤動作，還會導(dǎo)致電氣測量儀表計量有誤差20。通?？梢杂脙煞N方法來處理電力電子設(shè)備產(chǎn)生的諧波污染和低功率因數(shù)問題,一種是改造設(shè)備本身，令它不產(chǎn)生諧波也不消耗無功功率，或者按要求調(diào)整它的無功功率；另一種是加裝補償設(shè)備，補償無功功率4。前一種方法要大面積的換掉和改進(jìn)已有的設(shè)備，需要比較大的代價，而且僅適合比較重要的諧波源設(shè)備，從而有不小的局限性。相比而言，后者的方法則適合所有低功率因數(shù)的設(shè)備和各種諧波源，方法

10、實現(xiàn)比較簡單，已經(jīng)得到了大量的應(yīng)用，并且具有非常廣闊的應(yīng)用前景。裝設(shè)無源濾波器與無功補償電容器是通常的補償諧波與無功功率的重要措施，該措施的優(yōu)點是有比較清楚的結(jié)構(gòu)，不僅可以對無功功率進(jìn)行補償，還可以對諧波進(jìn)行有效的抑制，獲得了大量的使用,它們只能用于補償固定頻率的諧波，很難對電網(wǎng)動態(tài)變化的諧波和無功功率進(jìn)行十分有效的補償4。同步調(diào)相機如圖1.1所示，是一種老式的無功功率動態(tài)補償設(shè)備，它曾經(jīng)在電力系統(tǒng)無功功率控制中起到了很重要的作用,不過因為它是旋轉(zhuǎn)電機，所以有很大的噪聲和消耗，反應(yīng)比較慢，在許多狀況下已無法快速的進(jìn)行無功功率控制了，靜止無功補償器開始逐漸取代了同步調(diào)相機，現(xiàn)在有不少國家都已經(jīng)不

11、再使用同步調(diào)相機了4。它是靜止的，反應(yīng)較快,還有很多毛病，也無法分相調(diào)節(jié)來達(dá)到平衡負(fù)荷的目的，因此一直未能夠占據(jù)靜止無功補償裝置的主流。圖1.1 同步調(diào)相機由于電力電子技術(shù)的不斷進(jìn)步，快速地對諧波進(jìn)行無功補償是十分必要的。自1970起，由于電力電子技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，動態(tài)的控制諧波和無功功率設(shè)備才有了可能。最近這些年，電力電子技術(shù)在電氣拖動方面有了大量的使用，積累了大量的實用經(jīng)驗，技術(shù)也越來越成熟。晶閘管得到普遍應(yīng)用以后，以晶閘管投切電容器和晶閘管控制電抗器為代表的靜止無功補償設(shè)備有了充分的發(fā)展，可以對不斷變化的無功功率進(jìn)行動態(tài)補償4。最近這些年，電力電子器件由不可控器件、半可控器件及全控器件發(fā)

12、展到了智能化的功率器件，出現(xiàn)的新設(shè)備令電力電子變換電路自身和控制系統(tǒng)發(fā)生了非常大的變化，由傳統(tǒng)的整流器跨入了以直流逆變變成各種頻率的交流逆變器時代，所有形式的變流器才有了在交流系統(tǒng)中的使用的可能4。自1980起，因為瞬時無功功率理論的提出和電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，所以研究出了一種更加先進(jìn)的使用自換相變流電路的靜止無功補償器。在諧波抑制方面，則研究出了電力有源濾波器，它從補償目標(biāo)中測出諧波電流，補償設(shè)備會隨之產(chǎn)生一個與這個諧波大小相等而極性相反的補償電流，令電網(wǎng)電流僅含基波分量，它和新型靜止無功補償設(shè)備有一樣的基本原理4。圖1.2就是電力有源濾波器。圖1.2 電力有源濾波器1986年美國電力科學(xué)

13、研究院博士提出了facts的概念，它的目標(biāo)是，使用電力電子技術(shù)去革新交流輸電的系列技術(shù)，控制交流電的電抗和無功，因此能顯著提高交流輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，使常規(guī)的交流輸電系統(tǒng)更加靈活，確保電力系統(tǒng)的運行安全與經(jīng)濟,facts技術(shù)已得到了很大的發(fā)展，陸續(xù)出現(xiàn)了很多的facats設(shè)備。事實上svc、statcom等都是“柔性交流輸電系統(tǒng)”中的設(shè)備4。1.1.2 靜止無功補償技術(shù)的發(fā)展趨勢電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展和各學(xué)科的相互影響，靜止無功補償有以下幾個方面的發(fā)展趨勢： (1)在網(wǎng)絡(luò)改革中，運行單位一般都要求在配電變壓器的低壓側(cè)同時加裝配電綜合測試儀和無功補償控制器，于是提出了配電綜合測試儀和無功補償控制器

14、的一體化的問題4。 (2)對系統(tǒng)的無功功率參數(shù)進(jìn)行迅速精確地測量，提高反應(yīng)時間，快速投切電容器，克服工作條件不佳時的狀況。由于智能控制理論與計算機數(shù)字控制技術(shù)的不斷發(fā)展，不妨在無功補償中加入少許先進(jìn)的控制方法。傳統(tǒng)的模擬調(diào)節(jié)器也將逐漸被數(shù)字化的調(diào)節(jié)器所取代。 (3)當(dāng)前無功補償技術(shù)主要應(yīng)用于低壓系統(tǒng)。高壓系統(tǒng)因為受晶閘管和二極管耐壓程度的制約，需經(jīng)過變壓器降壓接入。高壓動態(tài)無功補償設(shè)備的發(fā)展是非常重要的，解決補償設(shè)備二極管和晶閘管的耐壓是關(guān)鍵。 (4)以前只能進(jìn)行單一的無功功率補償，現(xiàn)在已經(jīng)具備了濾波甚至能抑制諧波的功能。電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展和電力電子產(chǎn)品的推廣使用，供電系統(tǒng)中會含有很大的諧

15、波。研究開發(fā)有電力濾波器和無功補償兩個好處的晶閘管開關(guān)濾波器是一種改善系統(tǒng)功率因數(shù)、抑制諧波的可靠方法4?，F(xiàn)在靜止無功補償裝置已成為一種2有效的控制無功功率的手段,靜止無功補償設(shè)備關(guān)于電弧爐等波動性負(fù)荷的補償技術(shù)也越來越成熟，大致上完成了國產(chǎn)化,電氣化鐵道等方面還需要研究，提高靜止無功補償設(shè)備的國產(chǎn)化水平，開發(fā)出具備自主知識產(chǎn)權(quán)的靜止無功補償設(shè)備很重要,電網(wǎng)無功補償是朝著優(yōu)化補償?shù)姆较虬l(fā)展的，以后的靜止無功補償設(shè)備會進(jìn)一步的發(fā)展和提高動態(tài)響應(yīng)和數(shù)據(jù)處理等能力4。隨著電網(wǎng)管理部門對功率因數(shù)考核要求的提高，靜止無功補償設(shè)備在電網(wǎng)中將會有越來越好的前景。1.2 靜止無功補償?shù)墓こ虘?yīng)用1.2.1 國際

16、上的svc應(yīng)用 從1970年靜止無功補償設(shè)備首次加入商業(yè)使用到現(xiàn)在，這些年中全世界都不斷有大容量靜止無功補償設(shè)備加入使用并取得了十分可觀的收益,至2004年，全球裝設(shè)的靜止無功補償設(shè)備總?cè)萘砍^了93000mva，還有200多臺靜止無功補償設(shè)備裝設(shè)于超高壓輸電系統(tǒng)。國外有資料記錄的大部分靜止無功補償設(shè)備項目，尤其是100mvar以上的大容量項目，都是由一些大型跨國公司如abb、siemense和日本東芝等公司承接的11。納米比亞的一家公司建立了一條400kv輸電系統(tǒng)，輸電系統(tǒng)把南非和納米比亞連接在了一起，但新增線路的諧振和電壓穩(wěn)定成為了新的問題，nampower的auas變電站如果有50hz的

17、共振影響時電壓就會變得很大，電壓增大會使nampower系統(tǒng)不能被我們使用。為了控制系統(tǒng)電壓，auas變電站加裝了一臺svc。雙調(diào)諧濾波器穩(wěn)定工作時，可減少諧波5。圖1.3就是它的整個裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖1.3 auas變電站330mvarsvc加裝了無功功率補償裝置的墨西哥temascal400kv變電站，主電路由4臺tcs和4臺tcr組成（如圖1.4所示），目的是為了改善墨西哥南部水電站與城地區(qū)之間輸電線路系統(tǒng)的送電安全性；除此之外，還裝設(shè)了9個機械投切電抗器，裝設(shè)了svc之后，輸電線路的傳輸容量大大提高，應(yīng)用的還是很成功的5。圖1.4 墨西哥600mvarsvc1.2.2 國內(nèi)的svc應(yīng)

18、用上世紀(jì)80年代和90年代，我國在建立500kv電網(wǎng)時，曾經(jīng)引進(jìn)歐洲電氣公司生產(chǎn)的靜止無功補償裝置。引進(jìn)的靜止無功補償設(shè)備和技術(shù)由于技術(shù)落后，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障率高，都已經(jīng)陸續(xù)的退出了使用。鞍山紅一變是東北電力系統(tǒng)中一個非常重要的變電站，起到供電的作用，最早有4臺主變壓器，400mva的總?cè)萘?。鞍山鋼鐵公司使用兩個電容器進(jìn)行無功補償，鞍山地區(qū)無法提供足夠多的能源，不能對鞍山紅一變進(jìn)行很好地?zé)o功補償。2002年，鞍山紅一變是很重要的示范項目，它是全國電網(wǎng)系統(tǒng)中的首個國產(chǎn)化svc項目，為整個電網(wǎng)svc國產(chǎn)化應(yīng)用起到了帶頭作用，整個示范項目的系統(tǒng)主接線如圖1.5所示5。圖1.5 鞍山紅一變svc國產(chǎn)化示

19、范工程隨著鐵路電氣化的迅速發(fā)展，人們越來越關(guān)注牽引供電系統(tǒng)的質(zhì)量。圖1.6所示為某鐵路牽引變電所的svc接線圖，加裝svc系統(tǒng)之前，在只有固定電容器的補償下，功率因數(shù)只有不足0.9，每個月都要繳納低功率因數(shù)罰款；加裝svc系統(tǒng)以后，功率因數(shù)超過0.9，獲得了嘉獎，當(dāng)?shù)氐耐顿Y費用電力部門也在很短一段時間內(nèi)收回，在全國鐵路行業(yè)裝設(shè)svc，結(jié)果補償效果還是不錯的5。圖1.6 某牽引變電所svc接線圖1.3 本課題的研究內(nèi)容本次設(shè)計主要是學(xué)習(xí)有關(guān)電力系統(tǒng)無功補償?shù)南嚓P(guān)概念和基本理論，研究靜止無功補償器的基本原理，以tcr-tsc型靜止無功補償器為例分析了靜止無功補償器的補償特性，研究靜止無功補償器的結(jié)

20、構(gòu)和相關(guān)的電路,學(xué)習(xí)仿真軟件，以matlab為工具建立仿真模型，并進(jìn)行仿真分析。2 靜止型電力系統(tǒng)無功補償2.1 具有飽和電抗器的無功補償器(sr)飽和電抗器分為可控飽和和自飽和兩種。飽和電抗器可以被控制來改變工作繞組來改變工作線圈中的電流，更好的控制無功電流。它是依賴電抗器本身特有的能力來穩(wěn)定電壓的,發(fā)出或吸收無功功率需要通過鐵心的飽和特性加以控制,這種元件組成的無功補償設(shè)備屬于首批靜止無功補償器,這類電抗器造價高，并且補償速度慢,因為有上述的一些問題，現(xiàn)在已經(jīng)很少有人使用飽和電抗器型svc了，通常被用于超高壓輸電線路6。2.1.1 自飽和電抗器型靜止無功補償器自飽和電抗器型靜止無功補償設(shè)備

21、算是同步調(diào)相機的補償設(shè)備，采用鐵心的飽和特性，令滯后相位的無功功率跟著端電壓的變化而變化，圖2.1（a）是無斜率校正的自飽和電抗器型靜止無功功率補償裝置的原理圖，圖（b）為該裝置的工作特性曲線,ic與外加電壓u之間的關(guān)系為超前相位的線性關(guān)系（曲線1），裝置中自飽和電抗器的電流與電壓的關(guān)系如曲線2，它們的合成曲線3就是該裝置的外特性曲線,從圖b能夠發(fā)現(xiàn)，當(dāng)母線電壓波動加大u時，那么按特性曲線規(guī)律以后電流加大i,此后電流在網(wǎng)絡(luò)電抗xs上產(chǎn)生壓降-u，使電力系統(tǒng)的電壓保持不變4。（a）原理圖（b）電壓-電流特性圖2.1 自飽和電抗器（無斜率校正）靜止無功補償裝置圖2.2為帶有斜率校正的自飽和電抗器型

22、靜止無功補償裝置的原理圖。(a)原理圖（b）電壓-電流特性圖2.2 自飽和電抗器（有斜率校正）靜止無功補償裝置靠電抗器側(cè)電容器cs來實現(xiàn)斜率的校正，由于感抗xl比容抗xc大很多，因此該支路的電流是滯后的，電流is與加在cs上的電壓uc的關(guān)系如b圖中第4象限的曲線3，改變cs的大小，就可以調(diào)節(jié)uccs的斜率，以此來改變裝置的外特性的斜率（曲線5）,研究電容器cs時，要是飽和電抗器在飽和工作于ab段時（曲線2），在電容器兩端的電壓降uc與電抗器兩端的電壓降ul相消，表現(xiàn)為零阻抗，因此，綜合后的電壓和電流關(guān)系4接近水平線，并聯(lián)電容器up特性曲線1與曲線4合成了曲線54。2.1.2 可控飽和電抗器型靜

23、止無功補償器圖2.3是可控飽和電抗器型靜止無功功率補償裝置的原理圖。三相飽和電抗器的工作繞組聯(lián)接在電網(wǎng)上，改變飽和電抗器控制繞組wg中電流的id大小，就能改變工作繞組的wg感抗，以此來改變無功功率ql的值，補償負(fù)載無功功率的沖擊,當(dāng)負(fù)載無功功率qf忽然變大時，控制回路的電流id減小，飽和電抗器的xl變大，因此電抗器吸收的無功功率ql變小,如此，負(fù)載無功功率的恒定部分可以用電容器補償，變動部分可以用飽和電抗器調(diào)節(jié)，確保電網(wǎng)輸入的無功功率qs恒定4。圖2.3 可控飽和電抗器型靜止無功補償裝置原理圖2.2 晶閘管控制電抗器(tcr)圖2.4是一個電抗器與兩個反并聯(lián)的晶閘管串聯(lián)構(gòu)成的單相tcr原理圖。

24、由晶閘管的導(dǎo)通角與tcr的等效電納間的關(guān)系不難看出,當(dāng)觸發(fā)角等于90時,晶閘管處于全通狀態(tài),導(dǎo)通角為180,串聯(lián)的電抗都在電網(wǎng)中,電抗器吸收的無功電流最大；觸發(fā)角在90到180之間時導(dǎo)通角小于180,晶閘管有一部分開通。為了減小補償電流中的基波分量，觸發(fā)角增大，補償器的等效電納就會減小,無功功率也會減少，因此想要改變補償器的無功分量,只需要調(diào)整觸發(fā)角的大小就可以了6。圖2.4 tcr單相電路圖一個tcr只可以吸收無功,但不可以發(fā)出無功,對于這種情況,通常的解決辦法是混合使用tcr和并聯(lián)電容器。按照元不同的組合,又可以分為混合使用的tcr和投切電容器型svc、tcr與固定電容器型svc,具備了t

25、cr之后的補償器靈活性變得比較好,廣泛應(yīng)用于全國電力系統(tǒng)6。2.3 晶閘管投切電容器(tsc) 為了處理切換多個電容器組的麻煩,tsc設(shè)備隨即出現(xiàn)了。圖2.5所示的是它的單相原理圖，兩個反并聯(lián)的晶閘管只是將電容器接入電網(wǎng)或斷開電網(wǎng),電容器在電網(wǎng)中運行時可能產(chǎn)生沖擊電流，需要串聯(lián)一個小電抗器來進(jìn)行抑制。不對稱負(fù)荷網(wǎng)絡(luò)使用三角形連接，對稱網(wǎng)絡(luò)使用星形連接,為了盡可能調(diào)節(jié)無功電流,電容器越多級數(shù)越好,通常用k-1個電容值為c的電容和電容值為c/2的電容構(gòu)成2k級的電容組數(shù)以確保系統(tǒng)經(jīng)濟、實用6。投切電容器時刻的選擇是tsc的關(guān)鍵，通過分析與研究,晶閘管兩端電壓為零的時刻是最佳投切時間,這時沖擊電流為

26、零,為了確保投切能夠順利進(jìn)行,務(wù)必預(yù)先對電容器進(jìn)行充電,充電結(jié)束再使用6。圖2.5 tsc單相電路圖2.4 新型靜止無功發(fā)生器(svg)電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展,尤其是可以使用變流器進(jìn)行無功補償之后,不久就研制出了新型靜止無功發(fā)生器svg，它可以通過電抗器并聯(lián)到電網(wǎng)上，也可以通過將自換相橋式電路直接并聯(lián)到電網(wǎng)上，svg依據(jù)直流側(cè)使用兩種不同的儲能元件，電感和電容,分為電流型和電壓型16。圖2.6所示的原理圖為電壓型svg圖2.6 電壓型svg2.5 本章小結(jié) 本章介紹并深入分析了靜止無功補償?shù)膸追N裝置類型，分別是具有飽和電抗器的無功補償器sr、晶閘管控制電抗器tcr、晶閘管投切電容器tsc、靜止

27、無功發(fā)生器svg。3 基于matlab的靜止無功補償器的仿真研究3.1 svc的工作原理靜止無功補償器是晶閘管控制投切電抗器與電容器構(gòu)成的，因為晶閘管控制信號反應(yīng)迅速，通斷也是不限次數(shù)的。靜止無功補償器在電壓改變時調(diào)節(jié)是快速的，以此來達(dá)到動態(tài)無功補償?shù)囊螅疫€能分相補償；能很好的適應(yīng)三相不平衡負(fù)荷和沖擊負(fù)荷性；然而因為晶閘管在電抗器投切時容易產(chǎn)生高次諧波，所以要裝設(shè)濾波器17。 圖3.1所示的是svc的原理圖，svc產(chǎn)生的諧波電流會被濾波器所吸收,tcr支路是兩個反向并聯(lián)的晶閘管與電抗器串聯(lián)組成的，把上述的電抗器換成電容器就是tsc支路，它們的控制元件都是晶閘管。通過晶閘管導(dǎo)通角的函數(shù)可以

28、算出tcr支路的等值基波電抗，改變就能改變并聯(lián)在系統(tǒng)中的等值電抗,電力電子器件可以控制tsc支路，電容器并聯(lián)在系統(tǒng)中或電容器退出運行是它的兩種運行狀態(tài)8。圖3.1 svc原理圖3.2 matlab及simulink的介紹3.2.1 matlab的介紹matlab可用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)分析等。matlab不僅擁有矩陣運算、繪制函數(shù)等普通功用，還能夠調(diào)用其它語言編寫的程序。matlab大多用于數(shù)值運算，但使用很多附加工具箱也適應(yīng)其他領(lǐng)域的使用，比如圖像處理、金融建模等。此外相對應(yīng)的simulink可用于嵌入式系統(tǒng)開發(fā)、系統(tǒng)模擬等方面。matlab的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)中經(jīng)常使用的形式很像，相比用其他語言

29、，用matlab來解決問題比較簡單，而且matlab吸取了mathematica等的精華，變成了一個更強大的軟件。matlab界面如圖3.2。圖3.2 matlab界面3.2.2 simulink的簡介simulink是matlab很重要的組成部分，只要經(jīng)過簡單直接的鼠標(biāo)操作，就能創(chuàng)造出一個復(fù)雜的系統(tǒng),simulink具備適應(yīng)面廣、仿真精細(xì)、靈活等長處，因為上述優(yōu)點simulink被大量用于控制理論等19。simulink不僅能夠進(jìn)行連續(xù)采樣、離散采樣、兩種混合的采樣，也適用于多速率系統(tǒng)，就是系統(tǒng)中的不同部分有不同的采樣速率。simulink提供了一種了更直接明了的方式，而且用戶可以馬上看到系

30、統(tǒng)的仿真結(jié)果。simulink界面如圖3.3所示。圖3.3 simulink界面simulink與matlab是一體的，可以直接用matlab的工具研發(fā)算法、分析和可視化仿真、定制建模環(huán)境等。3.3 基于晶閘管的靜止無功補償裝置仿真3.3.1 基于matlab仿真模型的建立選用matlab中的simulink模塊來進(jìn)行仿真，建立了svc仿真模型，如圖3.4所示。圖3.4 svc仿真系統(tǒng)圖本系統(tǒng)是由200mv的負(fù)荷和短路功率為6000mva的rl電壓源串聯(lián)構(gòu)成的，負(fù)荷側(cè)并聯(lián)了一個300mvar的svc裝置。svc由一個735kv/16kv、333mva的耦合變壓器，三個94mvar的tsc和一個

31、109mvar的tcr所構(gòu)成。tsc的導(dǎo)通或阻斷可以改變變壓器二次繞組輸送的容性無功功率；不斷改變tcr可以獲得從0109mvar連續(xù)變化的感性無功功率8。耦合變壓器如圖3.5所示,耦合變壓器是電力系統(tǒng)中的一種三相變壓器，原邊為星形聯(lián)結(jié)，副邊則為三角形聯(lián)結(jié),如此連接靜止無功補償器產(chǎn)生的諧波就會減少，產(chǎn)生的諧波也大都被抑制在了變壓器的副邊，對電網(wǎng)的沖擊將會減小，確保電網(wǎng)電壓處于一種穩(wěn)定的狀態(tài)17。圖3.5 耦合變壓器 圖3.6所示的是powergui模塊。電力系統(tǒng)圖形化用戶利用simulink功能連接各種電氣元件，是分析電力系統(tǒng)模型非常實用的圖形化用戶接口工具。它有以下幾個功能:（1） 該模塊能

32、夠顯示系統(tǒng)穩(wěn)定狀態(tài)的電流、電壓、電路全部的狀態(tài)變量值；（2） 該模塊允許修改初始狀態(tài)以方便進(jìn)行仿真；（3） 它能夠計算負(fù)載潮流；（4） 電路中有阻抗測量模塊時，它能夠顯示阻抗隨頻率變化的波形；圖3.6 powergui模塊signal & scopes內(nèi)部封裝圖如圖3.7所示。圖3.7 signal & scopes內(nèi)部封裝圖 3個tsc產(chǎn)生的控制信號如圖3.8所示。圖3.8 控制信號 tsc1不工作的電路信號如圖3.9所示。圖3.9 tsc不工作時的信號 tsc1，tsc2，tsc3，tcr的脈沖輸出信號如圖3.10，3.11,3.12,3.13所示。圖3.10 tsc1的脈沖輸出信號圖3.

33、11 tsc2的脈沖輸出信號圖3.12 tsc3的脈沖輸出信號圖3.13 tcr的脈沖輸出信號3.3.2 svc仿真結(jié)果及分析svc仿真波形如圖3.14所示。圖中波形依次為變壓器一次繞組側(cè)電壓和電流、流入變壓器一次側(cè)的無功功率、svc端口電壓均值和參考值、tcr觸發(fā)角、tsc的導(dǎo)通個數(shù)8。圖3.14 svc仿真波形在仿真開始的時候，svc不工作，參考電壓設(shè)置為1.0p.u.，則svc為懸置狀態(tài)，端口電流為零。此時tsc1導(dǎo)通，并且tcr半導(dǎo)通。當(dāng)t=0.1s時，電源電壓突然增大到了1.027p.u.，svc端口電壓也變大了，為了使電壓回到1.0p.u.，svc開始吸收無功功率以抑制電壓上升。此

34、時所有的tsc都不工作，tcr幾乎處在完全導(dǎo)通狀態(tài)。在t=0.4s時，電源電壓跌落到0.94p.u.，svc開始補償系統(tǒng)的無功功率，因此電壓增大到了0.97p.u.。此時3個tsc都工作，tcr幾乎不吸收任何無功功率。最終，在t=0.7s時，電壓增加到了1.0p.u.，svc無功功率減到零8。3.4 本章小結(jié) 本章主要介紹了靜止無功補償器的工作原理，對matlab和simulink也進(jìn)行了簡單的描述，最后搭建了matlab仿真模型，對tcr-tsc型svc進(jìn)行了matlab仿真，并就仿真結(jié)果進(jìn)行了分析。結(jié) 論電力電子技術(shù)推動電力系統(tǒng)不斷發(fā)展，充分對電能進(jìn)行利用的同時，用電設(shè)備自身又變成了系統(tǒng)中

35、的諧波制造者，產(chǎn)生的諧波也變成了很嚴(yán)重的問題，我們必須進(jìn)一步研究如何解決諧波及無功功率問題。本文介紹了靜止無功補償器的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢，詳細(xì)分析了靜止無功補償器的基本原理及裝置結(jié)構(gòu)，并對tcr-tsc型靜止無功補償器的無功補償特性進(jìn)行了研究，搭建了matlab仿真模型，完成了仿真分析。從結(jié)果可以看出，tcr-tsc型svc能夠很好地對電力系統(tǒng)進(jìn)行無功補償，該系統(tǒng)在全球范圍內(nèi)都是領(lǐng)先的，能夠?qū)崿F(xiàn)從感性到容性連續(xù)地進(jìn)行控制調(diào)節(jié)，響應(yīng)速度快，并有比較好的控制能力，驗證了建立的模型是正確的。致 謝經(jīng)過2個多月來的努力，完成了畢業(yè)論文。本論文是在指導(dǎo)老師張俊芳副教授精心指導(dǎo)下才得以完成。張老師深厚的理論功底，嚴(yán)謹(jǐn)和執(zhí)著的治學(xué)態(tài)度，一絲不茍的工作作風(fēng)，誨人不倦的高尚師德，熱情幫助學(xué)生的精神，平易近人的人格魅力給我留下了深刻的印象。這一切都將在以后的工作中伴隨著我，幫助我去攀登更高的高峰。在此，謹(jǐn)向張老師表示崇高的敬意和衷心的感謝！此外，本文能夠圓滿完成，也離不開各位老師、同學(xué)和朋友的關(guān)心和支持，這些支持是我能