SVC系統(tǒng)仿真-20110508

1、靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置仿真1 基本原理SVC（Static Var Compensator 靜止無(wú)功功率補(bǔ)償器）是指其輸出隨電力系統(tǒng)特定的控制參數(shù)而變化的并聯(lián)連接的靜止無(wú)功功率發(fā)生裝置或無(wú)功功率吸收裝置。與同步調(diào)相機(jī)相比較，SVC是完全靜止的設(shè)備，但它的補(bǔ)償過(guò)程是動(dòng)態(tài)的，可以根據(jù)系統(tǒng)無(wú)功功率的需求或電壓的變化自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償。其重要特征就是主要依靠晶閘管等電力電子器件完成調(diào)節(jié)或投切功能，而且動(dòng)作速度遠(yuǎn)比機(jī)械設(shè)備的動(dòng)作速度快。SVC的基本作用是連續(xù)而迅速地控制無(wú)功功率，并通過(guò)發(fā)出或吸收無(wú)功功率來(lái)控制它所連接的輸電系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)電壓。因此SVC的顯著特點(diǎn)是能快速、平滑調(diào)節(jié)容性或感性無(wú)功功率，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。通常，

2、我們?cè)谝欢l件下把多種靜止無(wú)功補(bǔ)償器組合使用，以實(shí)現(xiàn)連續(xù)動(dòng)態(tài)的無(wú)功功率補(bǔ)償，一般有：TCR+TSC、TCR+FC（MSC）、TCR+TSC+FC（MSC）。我們往往把這種把含SVC的無(wú)功功率補(bǔ)償系統(tǒng)成為靜止無(wú)功功率補(bǔ)償系統(tǒng)（Static Var System SVS）。1.1 TCR原理TCR（晶閘管控制電抗器）的單相基本結(jié)構(gòu)就是兩個(gè)反并聯(lián)的晶閘管與一個(gè)電抗器串聯(lián)，而三相多采用三角形聯(lián)結(jié)。這樣的電路并到電網(wǎng)上，就相當(dāng)于電感負(fù)載的交流調(diào)壓電路結(jié)構(gòu)。讓兩個(gè)并聯(lián)晶閘管分別按照單相半波交流開(kāi)關(guān)運(yùn)行，改變晶閘管的控制角，流經(jīng)電抗器的電流波形將發(fā)生變化而使電流波形中的基波分量發(fā)生變化，這相當(dāng)于改變了電抗器

3、的感抗，使TCR等效于一個(gè)連續(xù)可變的電感器。TCR的單相及三相基本原理如圖1所示。圖1 TCR的電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖（單相、三相）1.2 TSC原理單相TSC的基本結(jié)構(gòu)如圖2所示，它由電容器C、雙向?qū)ňчl管(或反并聯(lián)晶閘管)SW和阻抗值很小的限流電抗器L組成。限流電抗器的主要作用是限制晶閘管閥操作引起的浪涌電流。圖2 單相TSC的結(jié)構(gòu)示意圖TSC只有兩個(gè)工作狀態(tài)，即投入和切除狀態(tài)。投入狀態(tài)下，雙向晶閘管(或反并聯(lián)晶閘管)導(dǎo)通，電容器并入線路中，TSC向系統(tǒng)發(fā)出容性無(wú)功功率；切除狀態(tài)下，雙向晶閘管(或反并聯(lián)晶閘管)阻斷，TSC支路不起作用，不輸出無(wú)功功率。1.3 TCR+TSC型SVC實(shí)際系統(tǒng)中，常用

4、一個(gè)TCR與多個(gè)TSC主城一個(gè)靜止無(wú)功功率補(bǔ)償系統(tǒng)。在這種補(bǔ)償系統(tǒng)中，為了使3次諧波不能流入電網(wǎng)，TCR與TSC均采用三角形連接，若同時(shí)又設(shè)有5次諧波濾波器，則將大大減少諧波?；赥CR+TSC的SVC單相電路如圖3所示。圖3 TSC+TCR型靜止無(wú)功功率補(bǔ)償系統(tǒng)的單相電路圖3所示TCR+TSC單相電路中，n個(gè)晶閘管投切電容器并聯(lián)后的總導(dǎo)納為 (1.3-1)由此可得TCR+TSC的總導(dǎo)納： (1.3-2)式中，n可有靜止無(wú)功功率補(bǔ)償系統(tǒng)所需要調(diào)節(jié)范圍與各參數(shù)聯(lián)合設(shè)計(jì)選擇，本DEMO中仿真所用的SVC模型選取n=3。由式（1.3-2）可以看出，這種SVC的總導(dǎo)納具有更大的調(diào)節(jié)范圍，并且由于是連續(xù)

5、可調(diào)的，從而使也連續(xù)可調(diào)。2 基于TCR+TSC的SVC系統(tǒng)仿真晶閘管控制電抗器與并聯(lián)電容器的配合使用由來(lái)已久，根據(jù)投切電容器的原件不同，可以分為晶閘管控制電抗器與固定電容器配合使用的靜止無(wú)功功率補(bǔ)償系統(tǒng)（TCR+FC）和晶閘管控制電抗器與斷路器投切電容器配合使用的靜止無(wú)功功率補(bǔ)償系統(tǒng)（TCR+MSC）。這種具有晶閘管控制電抗器型的靜止無(wú)功功率補(bǔ)償系統(tǒng)反應(yīng)速度快，靈活性大，在輸電系統(tǒng)和工業(yè)企業(yè)中應(yīng)用最廣泛。隨著電力電子技術(shù)及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，晶閘管投切電容器以其優(yōu)越的動(dòng)態(tài)性能、精確控制、靈活的補(bǔ)償方式等優(yōu)點(diǎn)，獲得人們的青睞，本節(jié)就基于TCR+TSC的SVC進(jìn)行仿真、分析。2.1 TCR+T

6、SC型SVC系統(tǒng)描述基于圖3所示的原理圖，搭建TCR+TSC型SVC的MATLAB模型如下圖所示。 圖4 SVC的MATLAB模型系統(tǒng)由短路功率為6000MVA的RL電壓源和200MW的負(fù)荷串聯(lián)組成，負(fù)荷側(cè)并聯(lián)了一個(gè)300Mvar的SVC設(shè)備。其中系統(tǒng)電源部分采用一個(gè)可編程的電源，其參數(shù)為：在時(shí)間0 0.1 0.4 0.7時(shí)刻分別輸出電壓幅值為1.0 1.025 0.93 1.0(標(biāo)幺值)，向系統(tǒng)提供一個(gè)隨時(shí)間波動(dòng)的電壓。左下角為信號(hào)觀測(cè)器，用來(lái)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，主要觀測(cè)的數(shù)據(jù)為：相電壓電流、SVC向系統(tǒng)發(fā)出或吸收的無(wú)功、一次側(cè)電壓測(cè)量幅值和參考電壓值、TCR觸發(fā)角變化、TSC投入數(shù)目。SVC的結(jié)

7、構(gòu)包含一個(gè)735kV/16kV、333MVA的耦合變壓器，一個(gè)109Mvar的TCR，三個(gè)94Mvar的TSC。通過(guò)導(dǎo)通或阻斷TSC可以向變壓器二次繞組輸送四種容性無(wú)功功率，分別是0、94、188、282Mvar；通過(guò)控制TCR可以得到從0109Mvar連續(xù)變化的感性無(wú)功功率。因?yàn)樽儔浩鞯穆┛篂?.15p.u.，變壓器的漏抗為當(dāng)SVC吸收109Mvar感性無(wú)功功率時(shí)，對(duì)應(yīng)的感抗為 當(dāng)SVC發(fā)送282Mvar容性無(wú)功功率時(shí)，對(duì)應(yīng)的容抗為 所以從變壓器一次側(cè)繞組看如的最大感抗、最小感抗分別為 以100Mvar、16kV為基準(zhǔn)值，可以得到等效電納為p.u. p.u.因此，從變壓器一次側(cè)繞組看入的等效

8、電納可以連續(xù)的從-1.04p.u./100Mvar到+3.23p.u./100Mvar變化。2.2 TCR模型TCR模型如圖5所示。圖5 TCR模型在上述TCR模型中左邊的為六個(gè)脈沖控制信號(hào)，右邊為對(duì)應(yīng)的六個(gè)開(kāi)關(guān)。2.3 TSC模型TSC模型如圖6所示。圖6 TSC的模型與TCR模型類(lèi)似， TSC模型中左邊的為六個(gè)脈沖控制信號(hào)，右邊為對(duì)應(yīng)的六個(gè)開(kāi)關(guān)。2.4 SVC的控制模型SVC控制器內(nèi)部具體結(jié)構(gòu)模型如圖7所示。圖7 SVC的控制模型 SVC模型的控制系統(tǒng)主要分為四個(gè)子模塊，分別是測(cè)量模塊、電壓調(diào)節(jié)單元、分配單元、觸發(fā)模塊。分配單元中，利用電壓調(diào)節(jié)子系統(tǒng)計(jì)算得到的一次繞組側(cè)的電納值確定TCR的

9、觸發(fā)延遲角和3個(gè)TSC的導(dǎo)通和關(guān)斷狀態(tài)。觸發(fā)延遲角和TCR的電納之間具有如下關(guān)系：其中，是在TCR額定功率（109Mvar）下的標(biāo)幺值。2.5 仿真結(jié)果及分析圖8 仿真結(jié)果(1)當(dāng)t=0時(shí)，即初始狀態(tài)，TCR的基本上完全投入，有一個(gè)TSC投入運(yùn)行（TSC1），整個(gè)SVC向系統(tǒng)注入或吸收的無(wú)功功率為0。(2)當(dāng)t=0.1時(shí)，電壓增長(zhǎng)到1.025，SVC開(kāi)始工作，通過(guò)吸收系統(tǒng)無(wú)功功率95Mvar，將電壓調(diào)回到1.01，在該時(shí)刻，TCR也基本完全投入()而TSC全部退出運(yùn)行（TSC的投入數(shù)目為0）。(3)當(dāng)t=0.4時(shí)刻，電壓下降到0.93，SVC通過(guò)發(fā)出256Mvar的無(wú)功功率將電壓調(diào)到0.974

10、，在該時(shí)刻，3個(gè)TSC依次投入，每次TSC投入過(guò)程中，TCR的觸發(fā)角從變化到，TCR工作在它的40%的標(biāo)準(zhǔn)容量()。(4)當(dāng)t=0.7時(shí)刻，電壓回到1.0（標(biāo)幺值），SVC向系統(tǒng)發(fā)出的無(wú)功逐漸變?yōu)?，TSC和TCR回到初始的運(yùn)行狀態(tài)。3 TCR+TSC型SVC優(yōu)缺點(diǎn)分析目前，國(guó)內(nèi)外應(yīng)用較多的是TCR+TSC型SVS，它們具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快、可連續(xù)調(diào)節(jié)、平滑跟蹤負(fù)荷變化等優(yōu)點(diǎn)，克服了以往TCR+FC、TCR+MSC的諸多缺點(diǎn)，但也存在著一些不盡人意的地方，主要有：（1） 晶閘管閥串聯(lián)在電抗器的主回路中，承受10-25kV及以上運(yùn)行電壓。目前的單個(gè)晶閘管電壓等級(jí)達(dá)不到要求，為了提高承壓能力，一般使用級(jí)聯(lián)技術(shù)，將很多晶閘管串聯(lián)使用，形成晶閘管堆。但事故率高，晶