【正文】 UN — 供電系統(tǒng)額定線電壓， kV ； I0 — 電動(dòng)機(jī)額定空載電流， A 若實(shí)際運(yùn)行電壓與電容器額定電壓不一致，則電容器的實(shí)際補(bǔ)償容量為： QC1 = )UU( (216) 式中 — 電容器的額定電壓； — 電 容器的額定補(bǔ)償容量； UW — 電容器的實(shí)際工作電壓 15 并聯(lián)電抗器 并聯(lián)電抗器 也是一種較早應(yīng)用的重要無(wú)功功率補(bǔ)償裝置。此外，隨著沿線及受端電壓的改善，也就增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。為了使輸電線路電壓維持在規(guī)定的范圍內(nèi)，發(fā)電機(jī)電勢(shì)必然需要降低，這樣將會(huì)使電力系統(tǒng)的功率極限減小，運(yùn)行功角增大，使靜態(tài)穩(wěn)定水平下降。由于減少線路的無(wú)功功率輸送量，從而可以輸送更多的有功功率。但它的補(bǔ)償過(guò)程是動(dòng)態(tài)的，即可根據(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。與傳統(tǒng)的電容器及同步調(diào)相機(jī)相比，它的唯一缺點(diǎn)是設(shè)計(jì)制造相對(duì)較復(fù)雜。 晶閘管可控制電抗器 (TCR) SVC 的優(yōu)越性是它能快速調(diào)節(jié)補(bǔ)償設(shè)置的無(wú)功功率輸出。 圖 TCR 單相原理圖 當(dāng)忽略回路電阻時(shí)， 晶閘管在 ? =90o時(shí)獲得完全導(dǎo)通。由于晶閘管投切電容器具有優(yōu)良的動(dòng)態(tài)無(wú)功功率，它只有和 TCR 配合使用，才能實(shí)現(xiàn)個(gè)意義上的無(wú)功功率連續(xù)調(diào)節(jié)。若 K 個(gè)電容器并聯(lián)，每一個(gè)電容器都可以由晶閘管開關(guān)控制，則總電納值等于每次取 0、 3??或 K 個(gè)電容器時(shí)的并聯(lián)電納值，所以總電納是分級(jí)變化的。實(shí)際使用時(shí)不得不對(duì)觸頭經(jīng)常進(jìn)行維護(hù)和更換，這影響了整個(gè)裝 22 置工作的可靠性和工作壽命，也降低了工作的準(zhǔn)確性和動(dòng)作響應(yīng)速度。理想情況是電容器預(yù)先充電到電源峰值電 壓，此時(shí)電源電壓變化率為零，可使投入時(shí)電容電流為零， TSC 理想投切時(shí)刻原理圖如圖 所示。所以通過(guò)改變晶閘管的觸發(fā)角來(lái)改變直流勵(lì)磁電流的大小，進(jìn)而改變鐵心的飽和程度，達(dá)到平滑調(diào)節(jié)電抗器的無(wú)功功率容量。當(dāng) ???t 時(shí)， V1 觸發(fā)導(dǎo)通，可控電抗器進(jìn)入狀態(tài) 1，此時(shí) V1 不會(huì)截止， V2 也不會(huì)導(dǎo)通。但是由于這種裝置中的飽和電抗器造價(jià)高，比并聯(lián)電抗器大 2～ 3 倍。 ， 120176。 無(wú)功補(bǔ)償模塊 TCR， 補(bǔ)償容量 109kvar。 圖 比較前信號(hào) 實(shí)線 — 三角波信號(hào) 虛線 — PI模塊輸出信號(hào) 34 圖 比較模塊后輸出信號(hào) 仿真結(jié)果及其分析 仿真時(shí)間 為 20s，算法采用 ode23t。) set(gcf,39。 由以上分析可知： 仿真裝置達(dá)到了預(yù)期效果，通過(guò)測(cè)取 Φ 角，控制 TCR 系統(tǒng)晶閘管觸發(fā)角的變化 ， 進(jìn)而控制 電感電流 的變化，能適度進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，使系統(tǒng)的功率因數(shù)保持在較高水平，提高了系統(tǒng)的效率。 誠(chéng)然，此篇文章對(duì) 有些 問(wèn)題認(rèn)識(shí)還有些不夠深入，如最新的無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)，無(wú)功功率發(fā)生器、電力有源濾波器等以及相關(guān)的控制系統(tǒng)未予介紹，主要是由于資料的匱乏及本人的學(xué)識(shí)不高，所以介紹較為粗淺，仿真較為簡(jiǎn)單，但也許這未必是這篇論文的終點(diǎn)，相反它更是起點(diǎn)，由于電力系統(tǒng)知識(shí)及裝置日新月異，使人必然樹立終身學(xué)習(xí)的目標(biāo)，而未來(lái)由于工作實(shí)際的需要，我可能會(huì)再次從這個(gè)起點(diǎn)出發(fā)，去進(jìn)行進(jìn)一步的探索。同步調(diào)相機(jī)，是空載運(yùn)行的同步電機(jī)， 它既可在過(guò)勵(lì)磁的時(shí)候發(fā)出感性無(wú)功功率，又可在欠勵(lì)磁的時(shí)候吸收感性無(wú)功功率，其最大優(yōu)點(diǎn)，是系統(tǒng)無(wú)功不足時(shí)，它能發(fā)出更多的無(wú)功，從而有效保持電網(wǎng)電壓穩(wěn)定。) 調(diào)節(jié)示波器背景及線的顏色，使得易于觀察，將背景設(shè)置為白色，波形設(shè)置為黑色，線粗度為 ，示波器 Data history 設(shè)置如圖 。 在 matlab 主程序 寫入 指令 令： set(0,39。 圖 PI[20]對(duì) Φ進(jìn)行比例積分控制 ， 矯正誤差， 為保有裕量及與三角波進(jìn)行歸一化處理， 通 過(guò) Saturation模塊使輸出值 處于 。 設(shè)置如圖 圖 load1 模塊 28 負(fù)載 load2 為純感性， 額定電壓 10KV， 頻率 50HZ，功率： QL=100kvar。 檢測(cè)有關(guān)電量和設(shè)定量的大小來(lái)改變與電抗器串聯(lián)的晶閘管的導(dǎo)通角，能快速連續(xù)改變裝置的電感電流，從而獲得平滑調(diào)節(jié)的無(wú)功功率 。 三相飽和電抗器的工作繞組連接在電網(wǎng)上，改變飽和電抗器控制繞組 Wk 電流的大小，就可以改變工作繞組 Wg 的感抗，從而改變無(wú)功功率 LQ 的值，以補(bǔ)償負(fù)載無(wú)功功率的沖擊。 設(shè)電網(wǎng)電壓為 tUuA ?sin2? ，則上述各狀態(tài)與 Au 和晶閘管觸發(fā)角 ? 之間的關(guān)系如圖 所示。 23 由此可得 .TSC 最佳投切時(shí)間是晶閘管兩端的電壓為零的時(shí)刻，即電容器兩端電壓等于電源電壓的時(shí)刻。 2)電容器必選要預(yù)先充電，使其兩端電壓為電網(wǎng)電壓峰值的 )1/( 22 ?nn 倍。所以考慮到系統(tǒng)的復(fù)雜性和經(jīng)濟(jì)性，一般用 K1 個(gè)電容值為 C 的電容和電容值為 C/2 的電容組成 2K級(jí)的電容組數(shù)。 (2) 按應(yīng)用范圍劃分：①負(fù)荷補(bǔ)償方式，該方式時(shí)直接地某一負(fù)荷進(jìn)行針對(duì)性動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，消除對(duì)電網(wǎng)的無(wú)功功率沖擊，也稱分散補(bǔ)償；②集中補(bǔ)償方式，該方式時(shí)對(duì)電網(wǎng)供電采取系統(tǒng)補(bǔ)償?shù)姆椒▉?lái)解決整個(gè)電網(wǎng)的各種無(wú)功功率的波動(dòng)問(wèn)題，一般為高壓補(bǔ)償方式。 設(shè) u= 2 Usin? t，則當(dāng)控制角 ? =90o時(shí)，電抗器呈純電感性，流過(guò)電抗器的電流波形滯后電源電壓 90o，晶閘管為全導(dǎo)通，導(dǎo)通角 ? =180o，此時(shí)電流波形連續(xù)且為一正弦波，即 Li =LXU2 cos? t (31) 晶閘管投切電容器 (TSC) 隨著電力電子技術(shù)及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，各種新型 的自動(dòng)、快速無(wú)功功率補(bǔ)償裝置相繼出現(xiàn)，晶閘管投切電容器 (TSC)就是一種廣泛應(yīng)用于配電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)無(wú)功功率補(bǔ)償裝置 [15]。這樣的電路并入電網(wǎng)中就相當(dāng)于電感性負(fù)載的交流調(diào)壓電路，即此時(shí)電路可視為交流調(diào)壓器帶純電感負(fù)載的情況。 19 SVC 的類型 由于靜止無(wú)功功率補(bǔ)償器具有優(yōu)良的性能，因而，世界范圍內(nèi)其一直占據(jù)了動(dòng)態(tài)無(wú)功功率補(bǔ)償裝置的主導(dǎo)地位。靜止無(wú)功功率補(bǔ)償系統(tǒng)中的各種無(wú)功 功率補(bǔ)償器都是用無(wú)功 功率器件 (電容器和電抗器 )產(chǎn)生無(wú)功功率，并且根據(jù)需要調(diào)節(jié)容性或感性電流，這種調(diào)節(jié)可以采用連續(xù)調(diào)節(jié)或投切的方法進(jìn)行。 并聯(lián)電抗器裝置的容量計(jì)算 當(dāng)并聯(lián)電抗器主要用以補(bǔ)償輸電線路的 容性充電功率時(shí)，其容量可按下式進(jìn)行計(jì)算： QBL=? QSC (217) 式中 QBL — 并聯(lián)電抗器容量， Mvar QSC — 輸電線路的充電功率， Mvar ? — 補(bǔ)償度，我國(guó)一般取 ～ ，國(guó)外一般取 ～ 17 ?值不宜過(guò)大，以防止一相或兩相開斷時(shí)發(fā)生諧振。由于投切 電抗器可對(duì)線路的無(wú)功功率潮流進(jìn)行調(diào)控，故減少了無(wú)功功率流動(dòng)所造成的有功損耗，有利于減低線路損失。特別是限制由于線路開路或輕載負(fù)荷所引起電壓升高。低壓電抗器的主要特點(diǎn)是易于投切，主要用于運(yùn)行方式變化中無(wú)功功率平衡和電壓調(diào)整。 (1) 集中補(bǔ)償和分組補(bǔ)償電容器容量 QC(kvar)的確定 采用集中補(bǔ)償方式和分組補(bǔ)償方式時(shí)，總的補(bǔ)償容量按功率因數(shù)可由下式?jīng)Q定： QC=? avPmax(tan? 1tan? 2) (29) 或 QC=? avPmaxqc (210) 式中 Pmax — 由變電所供電的月最大有功功率計(jì)算負(fù)載， kW ? av — 月平均負(fù)載率，一般可取 ～ ?1 — 補(bǔ)償前的功率因數(shù)角， cos? 1 可取最大負(fù)載時(shí)的值 ? 2 — 補(bǔ)償后的功率因數(shù)角，參照電力部門要求，一般可取 ～ qc — 電容器補(bǔ)償率， kvar/kW，即每千瓦有功負(fù)載需要補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功功率 14 顯然 qc= tan? 1tan? 2 電容器 接法 不同時(shí)，每相電容器所需容量也是不一樣的。 (3) 分組補(bǔ)償 分組補(bǔ)償又稱分散補(bǔ)償，它是根據(jù)各用戶的各個(gè)負(fù)荷中心，把補(bǔ)償裝置分成幾組安裝在功率因數(shù)較低的村鎮(zhèn)終端變、配電所高壓或低壓母線上或車間配電室或變電所分路出線上。個(gè)別補(bǔ)償?shù)奶攸c(diǎn)是：用電設(shè)備 運(yùn)行時(shí)，無(wú)功功率投入，用電設(shè)備停運(yùn)時(shí)，補(bǔ)償設(shè)備也退出，因此不會(huì)造成無(wú)功功率倒送；同時(shí)還具有投資少、占位小、安裝容易、配置方便靈活、維護(hù)簡(jiǎn)單、事故率低等優(yōu)點(diǎn)。負(fù)荷較集中的小型企業(yè)用此補(bǔ)償方式較經(jīng)濟(jì)。并聯(lián)電容器可以安裝在全系統(tǒng)的各個(gè)點(diǎn)上，根據(jù)安裝的位置不同，通常分為三種方式 [11]。 雖然并聯(lián)電容器補(bǔ)償方式比較簡(jiǎn)單，而且成本也比較低，但這種方式只能補(bǔ)償固定的無(wú)功功率，因?yàn)橐?旦電容值選定后，就確定了其相應(yīng)的無(wú)功功率，而目前電容器的電容無(wú)法實(shí)現(xiàn)帶電連續(xù)改變，通常是采用分組投切的方法來(lái)改變并聯(lián)電容器的電容值。大量的無(wú)功電流在電源與負(fù)荷之間流動(dòng)，造成電網(wǎng)電能的消耗，降低電源的功率因數(shù)。電容器的命名方法 很多，如按接入系統(tǒng)的方式的不同進(jìn)行命名，分為并聯(lián)電容器、串聯(lián)電容器，按電壓級(jí)別的不同，分為高壓電容器、低壓電容器。串聯(lián)電容器和串聯(lián)電抗器也常用于電力系統(tǒng)。 同步調(diào)相機(jī)是一種旋轉(zhuǎn)機(jī)械，由于其有功功率損耗較大，運(yùn)行 維護(hù)復(fù)雜、響應(yīng)速度慢，已逐漸退出電網(wǎng)運(yùn)行，正在被高性能的靜止無(wú)功功率補(bǔ)償裝置所取代。根據(jù)無(wú)功功率補(bǔ)償裝置輸出是否跟蹤電力系統(tǒng)無(wú)功功率變化來(lái)分類，分為靜態(tài)無(wú)功功率補(bǔ)償和動(dòng)態(tài)無(wú)功功率補(bǔ)償。 (3) 改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高輸電能力，并提供一定的系統(tǒng)阻尼。 (5) 其它用電設(shè)備。由于電力線路存在分布電容，能產(chǎn)生無(wú)功功率作為無(wú)功功率源，又由于自身串聯(lián)阻抗的作用，消耗無(wú)功功率作為 無(wú)功功率負(fù)荷。因此，在從電源到用戶需要經(jīng)過(guò)好幾級(jí)變壓的情形，其無(wú)功功率消耗的數(shù)值時(shí)相當(dāng)可觀的。 異步電動(dòng)機(jī)在電力系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)荷重占的比重非常大，是電力系統(tǒng)的無(wú)功功率消耗大戶。 裝有自 動(dòng)勵(lì)磁裝置的同步調(diào)相機(jī)能根據(jù)電壓平滑地調(diào)節(jié)輸入或輸出的無(wú)功功率。即當(dāng)同步發(fā)電機(jī)在低功率因數(shù)情況下，可以發(fā)出無(wú)功功率。當(dāng)有功功率和無(wú)功功率通過(guò)網(wǎng)絡(luò)電阻時(shí)，會(huì)造成有功功率損耗。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)。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。輸送無(wú)功功率時(shí)需要消耗有功功率。因此本文僅介紹了并聯(lián)電容器和并聯(lián)電抗器補(bǔ)償。 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)。 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 。 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。 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。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。 (2) 無(wú)功功率對(duì)電壓質(zhì)量的影響。電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，應(yīng)有充足的無(wú)功電源。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)已定，輸送有功功率一定時(shí)，總的功率損耗完全決定于無(wú)功功率 的大小。但是，發(fā)電機(jī)應(yīng)嚴(yán)格地按照有功功率 — 無(wú)功功率 (PQ)極