【正文】 .................................................... 11 3 TSC 靜止無功補(bǔ)償穩(wěn)定系統(tǒng)電壓 ......................................... 12 TSC 控制策略 ....................................................... 12 九區(qū)圖法控制原理 .................................................. 12 TSC 控制方式 ....................................................... 14 TSC 應(yīng)用現(xiàn)狀、問題及解決方案 ...................................... 16 本章小節(jié) ........................................................... 18 4 TSC 工作原理的仿真研究 ............................................... 19 關(guān)于 MATLAB 仿真軟件 ............................................... 19 建立仿真模型 ....................................................... 19 TSC 仿真分析 ....................................................... 20 本章小結(jié) ............................................................ 22 結(jié) 論 ..............................................................................................................................23 參考文獻(xiàn) ........................................................................................................................24 致 謝 .................................................................................................. 錯(cuò)誤 !未定義書簽。電能國家的支柱能源和工業(yè)經(jīng)濟(jì)的命脈，既是最重要的能源，又是消耗其它能源產(chǎn)的能源產(chǎn)品，所以節(jié)約電力資源是節(jié)能的重要內(nèi)容。與些發(fā)達(dá)國家相比，約高出 2~3 個(gè)百分點(diǎn)，這對日供電量以百萬度甚至千萬度的城市來說，這個(gè)數(shù)字是不可低估的。合理的方法是在需要消耗無功功率的 地方產(chǎn)生無功功率 這就是無功補(bǔ)償。而沖擊性的無功負(fù)載會(huì)使電網(wǎng)電壓產(chǎn)生劇烈的波動(dòng)，使供電質(zhì)量嚴(yán)重低，對無功功率進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償可以穩(wěn)定受電端，提高供電質(zhì)量； ⑶ 在長距離輸電線中合適的地點(diǎn)設(shè)置動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置還可以改善輸電統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高輸電能力等等； 2 ⑷ 對電力系統(tǒng)的發(fā)電設(shè)備來說，無 功電流的增大，對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的去磁應(yīng)增加，電壓降低，如過度增加勵(lì)磁電流，則使轉(zhuǎn)子繞組超過允許溫升，為保證轉(zhuǎn)子繞組正常工作，發(fā)電機(jī)就不允許達(dá)到預(yù)定的出力。因此，合理的方法應(yīng)當(dāng)是在需要消耗 無功功率的地產(chǎn)生無功功率，即進(jìn)行合理的無功補(bǔ)償。電力系統(tǒng)瞬時(shí)的不平衡可能導(dǎo)致安全穩(wěn)定問題，因而只有補(bǔ)償裝置 得 具有快速響應(yīng)的能力，才能用于處理系統(tǒng)問題。而傳統(tǒng)的機(jī)械投切裝置由于是旋轉(zhuǎn)設(shè)備，運(yùn)行維護(hù)都很復(fù)雜，響應(yīng)速度也較慢，且隨著負(fù) 荷中心地區(qū)對環(huán)境要求的提高，旋轉(zhuǎn)帶來的噪聲等問題也使得居民越來越不滿意，因此同步調(diào)相機(jī)也逐漸被 SVC 等補(bǔ)償裝置所取代。 20 世紀(jì) 80 年代，高壓大容量關(guān)斷器件的發(fā)展，如 IGBT、 GTO 等。從 20 世紀(jì) 90 年代起， 3 基于變流器的補(bǔ)償裝置獲得廣泛的應(yīng)用。其中 FACTS 的多個(gè)類型都具有諧波抑制和無功補(bǔ)償能力，代表著今后的研究和使用方向。 根據(jù)連接方式不同，無功功率補(bǔ)償可以分為并聯(lián)補(bǔ)償、串聯(lián)補(bǔ)償和混聯(lián)補(bǔ)償三種。 ⑶ 由于電力系統(tǒng)本身具有較大的短路容量，并聯(lián)補(bǔ)償裝置與接入點(diǎn)的短路容量相比通常較小，因此并聯(lián)補(bǔ)償對節(jié)點(diǎn)的控制能力通常較弱，它主要通過注入或吸收電流改變系統(tǒng)中的電流分布。因此并聯(lián)補(bǔ)償裝置通常受系統(tǒng)電壓的限制。 ⑴ 根據(jù)并聯(lián)補(bǔ)償裝置器件分類： ① 機(jī)械 投切阻抗裝置：如斷路器投切電抗器、電容器； ② 晶閘管投切阻抗裝置：如 SVC 等； ③ 基于變流器的可控型有源補(bǔ)償裝置：如 APF 等。電力企業(yè)通常采用并聯(lián)電容器的方法進(jìn)行補(bǔ)償。 個(gè)別補(bǔ)償分為低壓個(gè)別補(bǔ)償和高壓個(gè)別補(bǔ)償。而采用高壓個(gè)別補(bǔ)償除了具有低壓個(gè)別補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)外，而且更能有效地降低設(shè)備啟動(dòng)的沖擊性，減少變壓器容量裕度。低壓集中補(bǔ)償是根據(jù)低壓母線上的無功負(fù)荷而直接控制低壓無功功率補(bǔ)償裝置的投切。主要特點(diǎn)：在減少高壓母線線路的無功功率損耗的同時(shí)，提高本變電所的供電電壓質(zhì)量；可根據(jù)負(fù)荷的大小自動(dòng)投切，從而合理地提高了用戶的功率因數(shù)，避免功率因數(shù)降低導(dǎo)致電費(fèi)的增加；提高供電能力、減少線損穩(wěn)定電壓。但是需要人工頻繁投切，可能出現(xiàn)投切不及時(shí)而到時(shí)少補(bǔ)或過補(bǔ)的現(xiàn)象。 ⑸ 隨器補(bǔ)償與跟蹤補(bǔ)償 隨器補(bǔ)償與跟蹤補(bǔ)償是兩種 不叫 特殊的補(bǔ)償方式，也是目前最有效的手段之一。其優(yōu)點(diǎn) 在于運(yùn)行方式靈活，運(yùn)行維護(hù)工作量小，比隨器補(bǔ)償方式壽命相對延長、運(yùn)行更可靠。 1 闡述無功功率補(bǔ)償?shù)哪康?、意義與國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，說明無功功率與系統(tǒng)電壓變化的關(guān)系。 5 總結(jié)全文。 TSC 電壓 電流特性 本文采用如圖 21 所示的晶閘管和二極管反并聯(lián)的結(jié)構(gòu)，為便于分析，以單相為例如圖 21a）所示。前者易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，但補(bǔ)償級(jí)差大，后者利用較少 的分組就可獲得較小的補(bǔ)償級(jí)差，但不易控制。按補(bǔ)償對象劃分為：面向系統(tǒng)補(bǔ)償，該補(bǔ)償方式是維持系統(tǒng)電壓在一定的范圍內(nèi)變化，該補(bǔ)償方式一般為高壓補(bǔ)償方式；面向負(fù)荷補(bǔ)償，該方式直接針對某一負(fù)荷進(jìn)行補(bǔ)償。 (1)星形有中線 這種接法優(yōu)點(diǎn)在于，晶閘管電壓定額降低，可以進(jìn)行分相投切；但由于中線存在，對二倍次諧波無抑制作用，所以晶閘管電流定額增大，因此該接線方式適合系統(tǒng)電壓波形畸變率很小且電網(wǎng)負(fù)荷三相不平衡的情況。按照電工理論中的“△ — Y”變換原理，在電容器總?cè)萘肯嗟鹊那闆r下，角外接法和星形無中線對外電路所表現(xiàn)的特性都是一樣的。 (4)角內(nèi)接法 晶閘管處于電容器三角形的內(nèi)部。一般來講，希望電容器預(yù)先充電電壓為電源電壓峰值，而且將晶閘管的觸發(fā)相位也固定在電源電壓的峰值點(diǎn)。如在時(shí)刻 2t ，停止發(fā)脈沖， ct 為零，則 2VT 關(guān)斷， 1VT 因未獲觸發(fā)而不導(dǎo)通，電容器電壓保持為 2VT 導(dǎo)通結(jié)束時(shí)的電源電壓負(fù)峰值，為下次投切電容器做了準(zhǔn)備。圖 23 以簡單的電路原理圖和投切的波形對此作了說明。要使電流不出現(xiàn)暫態(tài)過渡過程，應(yīng)同時(shí)滿足電容預(yù)充電和投切初相角條件 ??? ?? ??? 2 )1( 20 ?? ? LCUu mc (24) 電容器必須預(yù)充電至 0cu 。 )2/co s ( ?? ?? tIi m （ 25） 同時(shí)滿足無過渡過程投入的兩個(gè)條件，在實(shí)際中是很困難的。因此將“晶閘管兩端電壓為零”作為晶閘管無沖擊性涌流投入電容器的判據(jù)。利用這一點(diǎn)，在晶閘管承受反壓時(shí)，觸發(fā)脈沖序列升始，這樣當(dāng)晶閘管由反向轉(zhuǎn)為正向偏置時(shí)就自動(dòng)進(jìn)入平穩(wěn)導(dǎo)通狀態(tài)。對晶閘管和電容器的連接方式進(jìn)行了說明，對采取 的 晶閘管和二極管反并聯(lián)的方式 進(jìn)行分析。 ⑴ 單一功能的控制策略 這類控制包括：按功率因數(shù)大小控制；按母線電壓曲線控制；按無功功率變化控制；按晝夜時(shí)間段控制；按負(fù)載電流大小控制；按電壓電流相位差控制等。只有當(dāng)所需容量大于或等于下限值時(shí)，才執(zhí)行相應(yīng)的投切。 九區(qū)圖法控制原理 對 TSC 的控制策略，傳統(tǒng)的方式是采用九區(qū)圖法。 九區(qū)圖控制法原理圖如圖 31 所示， ?U 和 ?U 是電壓偏差的上、下限值， nU 是標(biāo)準(zhǔn)電壓值， acos 下限是功率因數(shù)偏差下限值 (無功上限值 )， acos 上限是功率因數(shù)偏差上限值 (無功下限值 )，圖 31 中縱坐標(biāo)是電壓，電壓偏差的上、下限由變電站的運(yùn) 行要求決定 。發(fā)切除電容的指令。 3 區(qū) :電壓越上限，無功合格。若電容器己投完，無功仍然越上限值，則停發(fā)投電容器指令。 6 區(qū) :電壓越下限、功率因數(shù)越下限 (無功越上限 )。發(fā)升壓指令，直到電壓升至合格為止。 如圖 31 所示，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行于第 7 區(qū)的運(yùn)行 點(diǎn) ① 時(shí)，無功合格、電壓偏低，這時(shí)應(yīng)該是調(diào)節(jié)變壓器分接頭，使電壓升高。 這樣的情況在運(yùn)行點(diǎn)③點(diǎn)和④點(diǎn)之間也會(huì)存在，具體是如果運(yùn)行點(diǎn)在 3 區(qū)的③點(diǎn)，這時(shí)應(yīng)該執(zhí)行的操作是降低電壓，這樣會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)中的無功功率升高，運(yùn)行點(diǎn)有可能進(jìn)入5 區(qū)在④點(diǎn)運(yùn)行。 TSC 控制方式 針對 TSC 的控制方式一般有兩種，即開環(huán)控制和閉環(huán)控制。但是，由于開環(huán)控制方式對受空變量的信息無反饋回路，所以一切的邊界條件皆需要預(yù)先考慮，一旦遇到不可預(yù)見的條件出現(xiàn)，其控制效果將大打折扣，因此是一大難點(diǎn)。另外，這種控制方式同樣適用于實(shí)現(xiàn) TSC 的恒無功、恒功率因數(shù)等控制目標(biāo)?？刂埔?guī)律采用可變參數(shù)的 PI 調(diào)節(jié)器，其算法簡單、可靠，而且易實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)發(fā)生故障或者負(fù)荷電流（尤其是無功電流）急劇增高的瞬間， TSC 能夠?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行瞬間的無功補(bǔ)償來支撐電壓以抑制電壓崩潰的趨勢。 4，補(bǔ)償不平衡負(fù)荷。無功傳輸對配電網(wǎng)的影響，一是會(huì)導(dǎo)致電力用戶電壓水平的惡化，二是會(huì)造成線損的上升。 TSC 型 SVC，以及其 他類型的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置如 STATCOM 和 DSTATCOM 等在輸電網(wǎng)、配電網(wǎng)、大型工礦企業(yè)中應(yīng)用廣泛，起到了電壓支撐、無功補(bǔ)償、抑制閃變等關(guān)鍵作用。 TSC 應(yīng)用現(xiàn)狀 、 問題及解決方案 將電容器與網(wǎng)絡(luò)感性負(fù)荷并聯(lián)是補(bǔ)償無功功率的傳統(tǒng)方法。 民用系統(tǒng)中的 TSC 主要應(yīng)用在城市低壓配電系統(tǒng)及居民電力用戶端裝置中的相關(guān)無功補(bǔ)償設(shè)備中。 由于絕大多數(shù)的大功率、沖擊性及非線性負(fù) 載 廣泛存在于工業(yè)生產(chǎn)中，因此必要的無功補(bǔ)償設(shè)備在不同的行業(yè)均具有重要的應(yīng)用 17 價(jià)值。但由于這組電容器電容量過大，一經(jīng)投入便將功率因數(shù)補(bǔ)到了上限之上，于是控制器又發(fā)出指令切除一組電容。 經(jīng)試驗(yàn)計(jì)算證明，采用適當(dāng)?shù)碾娙萜鞣纸M方式、投切判斷標(biāo)志及考慮自然功率因數(shù)都是解決投切振蕩的有效途徑。一般情況下，電容器投切暫態(tài)過程引起的合閘涌流是相當(dāng)大的，再加上已投入電容器的放電電流，投切裝置的工作條件非常惡劣。與有觸點(diǎn)機(jī)械開關(guān)相比，晶閘管作為開關(guān)極大地提高了響應(yīng)速度。尤其在弱電控制回路中，各種干擾所造成的影響會(huì)更加明顯。 因此晶閘管投切的無觸發(fā)問題必須引起足夠的重視。 18 本章小節(jié) 本 章對于 TSC 的控制策略進(jìn)行了分析。 MATBAB 軟件給予工程技術(shù)人員、在?？蒲腥藛T一個(gè)平臺(tái)。 從電力系統(tǒng)得仿真、到數(shù)值計(jì)算、圖形處理、再到信號(hào)分析。 SimuLink是結(jié)合了框圖界面和交互仿真能力的非線性仿真系統(tǒng)，它以 MATLAB 的核心數(shù)學(xué)、圖形和語言為基礎(chǔ)的。該靜止無功補(bǔ)償器由一個(gè) 735kV/16kV 333MVA 的耦合變壓器，一個(gè)109Mvar 晶閘管控制電抗器和三個(gè) 94Mvar 的晶閘管投切電容器組（ TSC1 TSC2 TSC3）構(gòu)成?？紤]到變壓器 15%的漏抗，無功補(bǔ)償器一次側(cè)的等效電納可以連續(xù)地從（全感性）變化到 +（全容性）。圖 44 所示為 TSC 三相電流波形圖，可以看出首先是 AB 相間的晶閘管導(dǎo)通，此時(shí) A 相和 B 相電流幅值相等，相位相差 180176。并對其仿真結(jié)果進(jìn)行了分析。 無功補(bǔ)償對供電系統(tǒng)和負(fù)荷的運(yùn)行起到了重要的作用。通過 SIMULINK 建立了 TSC 仿真模型，對仿真波形圖進(jìn)行了分析，結(jié)果表明 TSC 無功補(bǔ)償在提高功率因數(shù)、穩(wěn)定系統(tǒng)電壓等方面均能滿足要求，顯示出該無功補(bǔ)償方式具有較大的實(shí)用價(jià)