靜止無功補(bǔ)償器

1、靜止無功補(bǔ)償裝置靜止無功補(bǔ)償裝置-SVC-SVC(static var compensation) 蕭蕭靜止無功補(bǔ)償裝置靜止無功補(bǔ)償裝置-SVC-SVC一、SVC工作原理二、TCR - 晶閘管控制的電抗器的數(shù)學(xué)模型三、含SVC的潮流計算方法一、SVC工作原理u無功補(bǔ)償原理u無功補(bǔ)償?shù)囊饬xuSVC的不同類型1.1 無功補(bǔ)償原理 視在功率減小了，補(bǔ)償后電力網(wǎng)的功率因數(shù)由補(bǔ)償前的cos1提高到cos 2。加裝了一部分無功補(bǔ)償設(shè)備Qc后 cQQQ常用的無功補(bǔ)償措施：常用的無功補(bǔ)償措施：（1）利用同步發(fā)電機(jī)進(jìn)行補(bǔ)償。（2）利用調(diào)相機(jī)進(jìn)行無功補(bǔ)償。（3）利用電容器進(jìn)行無功補(bǔ)償。（4）利用靜止補(bǔ)償器進(jìn)行無功

2、補(bǔ)償。靜止靜止無功無功補(bǔ)償器：補(bǔ)償器： 利用電容器和電抗器組成的可提供感性或容性無功補(bǔ)償?shù)难b置，能平滑控制動態(tài)無功功率。六六種方式種方式： 固定容性、固定感性、可變?nèi)菪?、可變感性、固定?性加可變感性、可變?nèi)菪约涌勺兏行浴３Ｓ煤髢煞N。1.2 無功補(bǔ)償?shù)囊饬xu提高提高負(fù)荷的功率因數(shù)負(fù)荷的功率因數(shù) 由于補(bǔ)償裝置提供了負(fù)荷所需要的大部分無功功率，使負(fù)荷不再從電源處吸收更多無功，這樣可提高負(fù)載線段的功率因數(shù)。u減少減少線路線路損耗損耗 當(dāng)線路通過電流時，其有功損耗 在線路輸送的有功功率相同的情況下，功率因數(shù)越大，線路損耗越小。u改善改善供電電壓質(zhì)量供電電壓質(zhì)量 負(fù)荷電壓損失 ,安裝補(bǔ)償設(shè)備容量 后,

3、。23 /()PP Ucos()/UPRQXUCQ()/CUPRQQXUu提高提高設(shè)備利用率設(shè)備利用率 系統(tǒng)采用無功補(bǔ)償后使無功負(fù)荷降低，發(fā)電機(jī)可少發(fā)無功，多發(fā)有功，充分達(dá)到額定出力。u減少減少用戶電費(fèi)支出用戶電費(fèi)支出 安裝補(bǔ)償設(shè)備可以減少用戶內(nèi)部因傳輸和分配無功功率造成的有功功率損耗，減少相應(yīng)的電費(fèi)支出，同時還可以避免因功率因數(shù)低于相關(guān)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)值而受到供電部門的經(jīng)濟(jì)處罰。1.3 SVC的不同類型三三種常用的種常用的SVCSVC：u晶閘管控制電抗器（簡稱TCR型）u晶閘管投切電容器（簡稱TSC型）u磁控式電抗器（簡稱MCR型） （1）TCR型的SVC裝置 工作原理工作原理： 如圖所示，在實(shí)際應(yīng)

4、用中，一般由TCR+FC組成，F(xiàn)C濾波器用于提供容性無功功率補(bǔ)償及諧波濾波。TCR通過控制與電抗器串聯(lián)的雙向晶閘管的導(dǎo)通角，以便控制流經(jīng)電抗器的電流波形，從而等效實(shí)現(xiàn)一個連續(xù)可調(diào)的電抗器，從而可以產(chǎn)生可變的感性/容性無功功率。（2）TSC型的SVC裝置 工作原理工作原理： TSC是通過晶閘管的導(dǎo)通和關(guān)斷控制電容器的投切，從而達(dá)到改變向系統(tǒng)發(fā)出無功功率的大小。使用串聯(lián)電抗器的目的是限制操作暫態(tài)過電壓，抑制晶閘管導(dǎo)通時的涌流。 如果在電流自然過零點(diǎn)觸發(fā)晶閘管，在電容器通電時，由于過渡過程會導(dǎo)致過電壓，一般在晶閘管正式觸發(fā)前通過一個短脈沖對電容器進(jìn)行預(yù)充電，以避免過電壓。 由于電容上電壓不能突變，只

5、能在電容電壓與系統(tǒng)電壓相等時進(jìn)行投切，所以控制是整周期的，而不能象TCR那樣通過改變晶閘管開通時刻進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)，也即只能實(shí)現(xiàn)分段調(diào)節(jié)。 實(shí)際應(yīng)用的TSC均是通過控制電容器的導(dǎo)通數(shù)量來調(diào)節(jié)電納的，也就是改變電容器的無功補(bǔ)償量。 為了補(bǔ)償急劇變化的無功負(fù)荷，需要把電容器分成若干組，每組導(dǎo)通控制由控制晶閘管開關(guān)來實(shí)現(xiàn)。隨著負(fù)荷無功的變化，相應(yīng)地投入或切除一部分電容器組，從而使無功負(fù)荷能得到多級階梯式補(bǔ)償。 TSC由于通過電容的電流為整周期的正弦電流，所以不產(chǎn)生高次諧波這是其一個明顯優(yōu)點(diǎn)。（3）MCR型的SVC裝置 從圖2 中可以看出，電抗器由一個四柱鐵心和繞組組成，中間兩個鐵心柱為工作鐵心，Nk為控

6、制繞組，N為工作繞組。 可控硅接于控制繞組上，當(dāng)工作繞組兩端接上交流電壓時，控制繞組上就會感應(yīng)出相應(yīng)的電壓，在電壓的正半周T1導(dǎo)通，在電壓的負(fù)半周T2導(dǎo)通，通過控制T1、T2的導(dǎo)通角可以控制ik1和ik2的大小，從而控制直流激磁，進(jìn)而控制工作鐵心的飽和度，因此，只要控制T1和T2的導(dǎo)通角大小，就可以平滑的調(diào)節(jié)電抗器的容量。 接下來以TCR（晶閘管控制電抗器）為例，詳細(xì)介紹TCR裝置的數(shù)學(xué)模型，以及含有TCR裝置的潮流計算方法。二、TCR - 晶閘管控制的電抗器的數(shù)學(xué)模型 具有固定電容的TCR的原理接線圖如圖2-1所示，通過控制反并聯(lián)的可控硅的觸發(fā)角 ，可以控制電感L接入系統(tǒng)的時間長短，從而改變

7、TCR的視在電抗。 圖2-1 帶有固定并聯(lián)電容器的TCR原理圖 設(shè)TCR的相電壓為 、電流為 ，觸發(fā)相位 以過零為參考點(diǎn)，如下圖2-2所示。 auai090,180oau圖 2-2 (a)電路原理圖 (b)電壓、電流波形圖 由于 ，故在基波正弦的 波形下， 的波形如圖2-2(b)下方所示。 設(shè) （2-1） 則在可控硅導(dǎo)通期間 （2-2) 式中， ， 為觸發(fā)角相位， 為導(dǎo)通角。在 區(qū)間： （2-3） aad iLud tauai0sinamuUtaad iLud t0()t= + , 000001( )sin cos(coscos)ttmamtmUi tUtdttLXUtX0()t 由于 時，

8、，代入上式可得 （2-4） 由于 為偶函數(shù)，其基波分量只含余弦分量，利用傅里葉分解得到 （2-5） 當(dāng) 時， ， ,即電抗X全部接入；而當(dāng) 時， ，即電抗支路開路。0t0ai 2( )ai t1000002cos2(coscos)cos210(sin2)2(sin)aammmiitdtUttdtXUXUX 00(90 ,180 )/ 21/amiUX 10,0ai根據(jù)電感與電流、電壓的關(guān)系可得TCR的等值電感 （2-6）式中：等值感性電納 （2-7） 由式（2-6）和（2-7）可以看出通過控制可控硅的導(dǎo)通通過控制可控硅的導(dǎo)通角角 ，即可控制，即可控制TCRTCR的等值電感的等值電感。22sin

9、2sinmrUXXXi0000(90 ,180 ,0 ,180 )122sin2sinrrBXXXrB 具有固定并聯(lián)電容器和TCR型靜止無功補(bǔ)償裝置（SVC）的等效模型如下圖2-3所示 圖2-3 TCR等效模型設(shè)可控硅給定導(dǎo)通角 ，由式（2-6）和圖2-3可得到 （2-7） 000000022sin2rSSrCTrCXXUIX Xj XXX 三、含SVC的潮流計算方法3.1 潮流計算中TCR裝置的阻抗模型 TCR裝置時通過改變串入線路的電感，來調(diào)節(jié)該線路的潮流，因此，從物理特性出發(fā)，建立其阻抗模型是一個較好的方法。TCR裝置可用一個串聯(lián)在線路中的可變電抗來表示，如下圖3-1所示： 圖3-1 串

10、入TCR裝置的ij支路線路的電流關(guān)系為： （3-1）上式中 為線路阻抗，令1111ijijiCCijijijCrCrjiijjiCCijijijCrCruuuuIXXZjRj XX BX BuuuuIIXXZjRj XX BX B ijijijZRjX1CLCrXXX B線路未裝TCR時，即 其電流和節(jié)點(diǎn)功率關(guān)系為： （3-2）0,01CrrLCrXXBXX B ijiijijjijiijijuuIRjXuuIIRjX 節(jié)點(diǎn)注入功率為： （3-3）因此，TCR引起的節(jié)點(diǎn)i ，j的附加注入電流()()ijiiijjijjijuuSuZuuSuZ （3-4）于是可得，節(jié)點(diǎn) i 和 j 的等效附加注

11、入功率為： （3-5） （3-6）iiijjjIIIIII()ijLLiiiiiijijLijLu ujXjXSuIuSZZjXZjX ()jiLLjjjjjijijLijLu ujXjXSuIuSZZjXZjX 當(dāng)TCR的控制參數(shù)給定時，利用（3-5）（3-6）兩式可求得兩端節(jié)點(diǎn)等效附加注入功率，將其與原始節(jié)點(diǎn)注入功率相疊加，并參與潮流計算，即可求出含TCR的潮流解。 由圖3-1可知，裝設(shè)TCR的 i-j 的有功功率為： （3-7） （3-8） 顯然通過調(diào)節(jié)TCR的電感值 ，從而節(jié) ，可控制線路的潮流為給定值 。Re()Re()ijjjijjijLuuPuIuZjX222(cos) ()si

12、n()ijijijjijLijijijijijLR uuuXX uuPRXXrXLXreqijP3.2 含TCR裝置的線路的潮流算法 由于TCR的作用會影響到所有狀態(tài)變量?？蓪⒀b設(shè)TCR裝置支路的節(jié)點(diǎn)功率方程描述為： （3-9） 其中 為狀態(tài)變量-節(jié)點(diǎn)電壓的模值和相角 為控制變量-TCR裝置可調(diào)節(jié)參數(shù) 將式（3-9）對狀態(tài)變量和控制變量作泰勒級數(shù)展開，忽略高階項(xiàng)，有： （3-10）再將TCR裝置的自身約束和控制目標(biāo)寫作： （3-11）( , )FF x uxu1()xuxFFu ( , )reqGG x u 將上式在運(yùn)行點(diǎn) 附近作泰勒級數(shù)展開，忽略高階項(xiàng)，有： （3-12） 將式（3-10）代

13、入（3-12）有： （3-13） 將解上式求得的控制修正量回代到計及TCR裝置的潮流計算修方程中去，即可得到計及TCR裝置的潮流計算方程。關(guān)鍵在于求取四個矩陣 。0,0()x u0,0()reqxuGG x uGxGu 10,0()()reqxxuuGG x uG FFGu ,xuxuFFGG式（3-13）中 可由下式求得：xF （3-14） 的元素可由下諸式求?。?xG221/sin()cos()ijiij ijijLijijijijijLPRuuXX uuRXX/ijjijiPP 221/cos()sin()ijiijjijLijjijijijLPuR uXXuRXX221/(2cos)()sin()ijjijjiijLijiijijijLPuRuuXXuRXX 由前面推導(dǎo)的TCR裝置的阻抗模型中（3-5）-（3-7）可見， 的形式相似，即都含有相同的與 有關(guān)項(xiàng) ，而其系數(shù)則為未裝設(shè)TCR裝置時的自然功率。由于高壓電力系統(tǒng)中， ，可忽略裝設(shè)TCR線路阻抗中的電阻分量，