【正文】 本 科 生 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 題目： 電力系統(tǒng)靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真 教學(xué)單位 電氣信息工程學(xué)院 姓 名 薛寶星 學(xué) 號(hào) 20xx31001136 年 級(jí) 20xx 級(jí) 專 業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 指導(dǎo)教師 邵仕泉 職 稱 副教授 20xx 年 3 月 20日 Ⅰ 摘 要 文章介紹了電力系統(tǒng)無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)?原理與應(yīng)用 ， 其中 重點(diǎn)介紹了目 前在電力系統(tǒng)中廣泛采用的各種 靜態(tài) 無(wú)功功率補(bǔ)償裝置的原理及功能 。 其中主要包括兩大類， 電容器 、電抗器 無(wú)功補(bǔ)償?shù)幕驹砑办o止無(wú)功補(bǔ)償器的基本原理 ，分析其代表性的 并聯(lián)電容 補(bǔ)償方式。并簡(jiǎn)要介紹了 晶閘管相控電抗器型（ TCR），晶閘管投切電容器型（ TSC） ， TCR+TSC 混合型 以及可控飽和電抗器的工作原理及應(yīng)用 。 用 Matlab 對(duì) TCR 型無(wú)功補(bǔ)償進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。 對(duì)電力系統(tǒng)中的無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)發(fā)展進(jìn)行了展望。 關(guān)鍵 詞 : 靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置 ， TCR， TSC， Matlab Ⅱ Abstract This paper introduces the principle and application of reactive power pensation of power system, the importance of which is to introduce the principle and function of all kinds of static reactive power pensation devises which are widely applied in power system and which mainly include two categories, the basic principle of reactive power pensation capacitor, reactor and the basic principle of static reactive power pensator， analyzes the typical parallel capacitor pensation introduces the principle and application of Thyristor control reactor(TCR), Thyristor switched capacitor(TSC), the hybrid of TCR and TSC and controllable a simulation of TCR type reactor power pensation by Matlab and the future of power system is mainly focus on the reactor power pensation technique. Key word: Static Var Compensator ,TCR, TSC, MatlabⅠ 目錄 第一章 引 言 ………………………………………………………………… 1 無(wú)功功率在電網(wǎng)中的作用 ………………………… ………………………………………… 1 無(wú)功功率對(duì)電力系統(tǒng)的影響 ………………………………………………………………… 3 無(wú)功功率對(duì)有功功率的影響 ………………………………………………………… .. 3 無(wú)功功率對(duì)電壓的影響 ……………………………………………………………… .. 3 無(wú)功功率對(duì)線損的影響 ……………………………………………………………… .. 4 無(wú)功系統(tǒng)無(wú)功電源與無(wú)功負(fù)荷 ………………………… …………………………………… 4 電力系統(tǒng)的無(wú)功電源 ………………………………………………………………… .. 4 電力系統(tǒng)的無(wú)功負(fù)荷 ………………………………………………………………… .. 5 無(wú)功功率補(bǔ)償 ………………………………………………………………………………… ..6 無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖饔?……………………………………………………………………… .. 6 無(wú)功補(bǔ)償裝置 …………………………………………………… …………………… ...7 第二章 靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償 ……………………………………………………… ..8 并聯(lián)電容器 …………………………………………………………………………………… .8 并聯(lián)電容器補(bǔ)償無(wú)功功率的原理 …………………………………………………… .9 并聯(lián)電容器補(bǔ)償無(wú)功功率的方式 ………………………………………………… .....11 并聯(lián)電容器補(bǔ)償容量的確定 ………………………………………………………… 13 并聯(lián)電抗器 …………………………………………………………………………………… 15 并聯(lián)電抗器在電力系統(tǒng)中的作用 …………………………………………………… 15 并聯(lián)電抗器裝置容量的計(jì)算 ………………………………………………………… 16 第三章 靜止無(wú)功補(bǔ)償器 …………………………………………………… ..18 靜止無(wú)功補(bǔ)償器的概念 …………………………………………………………… .… ..…… ...18 SVC 的 類型 … ………………………………………………………………………………… ..19 晶閘管可控電抗器（ TCR） ……………………………………………………………… ......19 晶閘管投切電容器（ TSC） ………………………………………………………………… ...20 晶閘管投切電容器的基本原理 ……………………………………………………… .20 晶閘管投切電容器的投切時(shí)間 ……………………………………………………… .21 可控飽和電抗器 …………………………………………………………………………… ......23 可控飽和電抗器的工作狀態(tài) ………………………………………………………… .23 可控飽和電抗器的補(bǔ)償原理 ………………………………………………………… .24 可控飽和電抗器的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn) ……………………………………………………… .25 第四章 無(wú)功補(bǔ)償裝置的仿真 ……………………………………………… ..26 仿真的原理 ………… …… ………………… .............................................................................26 仿真圖 概述 …………………………………… .........................................................................26 仿真結(jié)果及分析 …………………………… … ……………………………………………… .34 結(jié)束語(yǔ) …………………………………………………… …………………………………………… … ...36 參考文獻(xiàn) …………………………………… ...............................................................................................37 致謝 …………………………………………………………………………… ………………………… ..38 1 第一章 引 言 無(wú)功功率在電網(wǎng)中作用 無(wú)功功率補(bǔ)償是保持電力系統(tǒng)高質(zhì)量運(yùn)行的一種重要技術(shù)手段 ，同時(shí)是電力系統(tǒng)研究面臨的重要課題，受到相關(guān) 人員越來(lái)越多的的關(guān)注。 無(wú)功功率補(bǔ)償之所以受到廣泛關(guān)注的原因主要是無(wú)功功率在電力系統(tǒng)中的重要作用 ???決定的。 無(wú)功功率的主要作用體現(xiàn)在： (1) 由于電壓時(shí)衡量供電質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，無(wú)功功率平衡可以穩(wěn)定電網(wǎng)的電壓，防止因無(wú)功不足引起的電網(wǎng)電壓波動(dòng)。 無(wú)功功率與電壓的關(guān)系 [2]可以有如下解釋：如 圖 所示 圖 無(wú)功功率與電壓的關(guān)系 在環(huán)網(wǎng)中串入一附加電勢(shì) ?E ，以 ?z 表示環(huán)網(wǎng)各線路阻抗和， Ex 表示縱向 附加電勢(shì)，相位與電壓一致， yE 表示橫向附加電勢(shì)，其相位與電壓差 ?90 NxNyNyxNyxNyxNfcfcfcUXEjUXERXUXRREXEjUXRXEREUjXREjEzUEjQPS??????????????????????????遠(yuǎn)大于由于＊＊＊＊～2222)( 由上式及圖 的相量圖可見，改變無(wú)功功率主要是改變電壓的大小。 圖 無(wú)功功率與電壓相量 2 (2) 減少電網(wǎng)中無(wú)功功率的流動(dòng)可以減少因其而引起的電能損耗。 以一輸電線路的等值電路 如圖 1. 3 為例： 圖 等值電路 由電力系統(tǒng)知識(shí)，電能在阻抗 R+jX 的損耗，近似為 )(22 2222 jXRU QPS ???? ～ (11) 所以在輸送有功功率一定時(shí)，減少輸送的無(wú)功功率 Q 可以減少電能損耗。 (3) 無(wú)功功率可以提高功率因數(shù) [3]，不僅有上述節(jié)能的作用，還可避免增大設(shè)備的容量。 無(wú)功功率還有很多作用，如保持電網(wǎng)的穩(wěn)定問(wèn)題等等，鑒于此很有必要對(duì)無(wú)功功率補(bǔ)償進(jìn)一步的探索。 以下就以無(wú)功功率為研究出發(fā)點(diǎn)，再較為詳細(xì)介紹靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù) [4]，其中包括并聯(lián)電容器和并聯(lián)電抗器，串聯(lián)電容器，串聯(lián)電抗器等等，其中串聯(lián)電抗器由于原理上的缺陷即導(dǎo)致靜態(tài)穩(wěn)定極限減小，對(duì)電網(wǎng)不利，沒(méi)有廣泛采用，而串聯(lián)電容器只是在高壓輸電系統(tǒng)中為提高穩(wěn)定性，或在中壓配電系統(tǒng)中位改善電壓質(zhì)量，有一定的適用范圍。原因在于，為控制潮流而改變串聯(lián)電容的容抗投切電容器組，而頻繁地投切相應(yīng)的開關(guān)電器必然伴隨機(jī)械磨損，即使不引發(fā)事故，也將要求開關(guān)電器經(jīng)常維修，這就限制了串聯(lián)電容的推廣。因此本文僅介紹了并聯(lián)電容器和并聯(lián)電抗器補(bǔ)償。 至于動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù) [5]，作為較為先進(jìn)的補(bǔ)償手段目前它們 在電力系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用。主要包括兩大類，一類是具有飽和電抗器的靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置 SR，另一類是晶閘管控制電抗器 TCR、晶閘管投切電容器 TSC。這兩種裝置統(tǒng)稱為靜止無(wú)功補(bǔ)償器 SVC[6]，這是由于它們均使用電力電子開關(guān)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的開關(guān)接入系統(tǒng)?？墒寡a(bǔ)償時(shí)無(wú)損，快速，平滑的優(yōu)點(diǎn)，從而成為了無(wú)功補(bǔ)償?shù)闹髁鳌? 3 無(wú)功功率對(duì)電力系統(tǒng)的影響 電力系統(tǒng)中的無(wú)功功率主要用于電路內(nèi)電場(chǎng)和磁場(chǎng)，并用來(lái)在電氣設(shè)備中建立和維持磁場(chǎng)，完成電磁能量的相互轉(zhuǎn)換，不對(duì)外做功，為系統(tǒng)提供電壓支撐，在電源和負(fù)荷之間提供電壓降落所需的勢(shì)能。 無(wú)功功率不直接作為實(shí)際消耗之功，但無(wú)功功率的交換將引起發(fā)電和輸電設(shè)備上的電壓降和電能損失。 無(wú)功功率對(duì)有功功率的影響 輸電線路的主要任務(wù)是輸送有功功率，而為了實(shí)現(xiàn)有功功率的傳輸和電網(wǎng)無(wú)功功率的平衡，一般也需要輸送一定量的無(wú)功功率。輸送無(wú)功功率時(shí)需要消耗有功功率。當(dāng)有功功率一定時(shí)，無(wú)功功率越大，則網(wǎng)絡(luò)中的有功功率損耗就越大。當(dāng)電力線路的傳輸能力一定時(shí)，傳輸無(wú)功功率越小，則傳輸有功功率的能力越大。 無(wú)功功率對(duì)電壓的影響 (1) 無(wú)功功率平衡水平對(duì)電壓水平的影響 [7]。電力系統(tǒng)中無(wú) 功功率平衡水平對(duì)電壓水平有較大影響。如果發(fā)電機(jī)有足夠的無(wú)功功率備用，系統(tǒng)的無(wú)功電源比較充足，就能滿足較高電壓質(zhì)量下無(wú)功功率平衡的需要，系統(tǒng)就有較高質(zhì)量的運(yùn)行電壓水平。反之，如果無(wú)功功率不足，系統(tǒng)只能在較低質(zhì)量的電壓水平下運(yùn)行。另外，電能在電力網(wǎng)中傳輸時(shí)，要損失掉部分有功功率和無(wú)功功率。當(dāng)無(wú)功功率損耗較大時(shí)，將引起系統(tǒng)電壓大幅度下降，影響系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性。 (2) 無(wú)功功率對(duì)電壓質(zhì)量的影響。 電力系統(tǒng)是向用戶提供電能的網(wǎng)絡(luò)，因而電能質(zhì)量是供電部門生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)中的一個(gè)重要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。電壓時(shí)電能質(zhì)量的主要 指標(biāo)之一，電壓質(zhì)量對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，降低線路損耗和保證工農(nóng)業(yè)的安全生產(chǎn)有著重要意義。 在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活中使用的各種用電設(shè)備都是按照額定電壓來(lái)設(shè)計(jì)制造的。這些設(shè)備在額定電壓下運(yùn)行時(shí)，才能取得最佳的運(yùn)行狀態(tài)。電壓超出所規(guī)定的范圍時(shí)，對(duì)用電設(shè)備將產(chǎn)生不良的后果。 一般電壓的允許變化范圍為 (+5%～ 10%)UN。電力部門 為了確保電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)能夠提供優(yōu)質(zhì)的電壓，確保優(yōu)質(zhì)的供電服務(wù)，必須確保各輸配電線路的母線電壓穩(wěn)定在允許的偏差范圍之內(nèi)。