【正文】 ransformer， TCT) TCT 是一種高漏抗變壓器，它將電抗器和變壓器合并成一種設備從而大幅縮減了成本，傳統(tǒng)的 TCR 鐵芯不具有大的過載能力，這恰恰是 TCT 的優(yōu)點所在。 IEEE對 晶閘管 控 制 電 抗 器 ( T C R ) 的 定 義 是 ： 一 種 新 型 、 并 聯(lián) 型 晶 閘 管 控 制 電 抗 器 ， 它 是 通 過 控 制 晶 閘 管 的 導 通 時 間 使 得 有 效 電 抗 可 以 連 續(xù) 的 變 化 。 SR 型補償器具有內(nèi)在的電壓控制能力，它能夠直接響應端電壓的變化而無需采用晶閘管開關(guān)或外部控制來調(diào)節(jié)電壓。專門調(diào)節(jié)無功功率的同步調(diào)相機應運而生，它的任務就是調(diào)節(jié)勵磁電流使得電機處于欠勵或過勵的狀態(tài)，根據(jù)裝設點的電能參數(shù)進行發(fā)出和吸收無功功率。 無功補償技術(shù) 會 隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展 而 隨之發(fā)展。 （ ） 11 (2) 為了 降低線 損耗的 需要來 選擇 補償容量 線 路的 損 耗 是電力網(wǎng)運行 參考 的一項重要經(jīng)濟指標，在 確定 網(wǎng)絡參數(shù)的條件下，線 路的 損 耗 與 流過 導線的電流 值 的平方成正比。視在功率的減少可相應的減少供電線路的截面和變壓器的容量，降低供電設備的投資。在正常情況下，電氣設備的正常運轉(zhuǎn)不但需要有功功率，還需要無功功 率。 在衡量電能質(zhì)量的標準中，電壓作為一個重要的指標對電網(wǎng)穩(wěn)定運行起到重要作用。 SVC 系統(tǒng)能夠準確快速地進行無功補償、穩(wěn)定母線電壓、提高功率因數(shù)的同時并能解決無功倒送問題。根據(jù)電弧爐的負荷特點，采用普通的靜態(tài)補償裝置是難以滿足補償?shù)囊蟮摹Ｔ诖笮偷木哂袥_擊性、快速負荷變化、非對稱、非線性負荷的動態(tài)無功補償領(lǐng)域得到了廣泛的應用。電網(wǎng)中的許多用電負荷都具有低功率因數(shù)、非線性、不平衡性和沖擊性的特征，這些特征嚴重地危害著電網(wǎng)的電力供應，可表現(xiàn)在：電壓值跌落或浪涌、各次諧波含量大、電壓波形發(fā)生閃變、電壓電流波形失真等，這樣便出現(xiàn)了電能質(zhì)量問題。在系統(tǒng)軟件上采用晶閘管控制投切電容器，實現(xiàn)了電容器的快速，無弧的投切。并詳盡的闡述了國內(nèi)外無功補償裝置的歷史以及現(xiàn)狀。 再次 ，本文著重進行了對 SVG 型靜止無功補償器提高系統(tǒng)電壓的理論研究。 STC10F08X 4 第 1 章 緒論 課題背景 隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，大量大功率、非線性負荷的接入電網(wǎng)中，使得電網(wǎng)供電質(zhì)量受到了嚴重的威脅。 靜止型動態(tài)無功補償裝置即 Static Var Compensator( SVC )是目前國內(nèi)外解決這一系列問題普遍采用的方法，在無功負荷接入點處接入 SVC裝置后，無功負荷沖擊得到抑制、高次諧波得到濾除、三相電網(wǎng)得到平衡、PCC 點電壓得到穩(wěn)定和提高了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 與 SVC 相比，靜止無功發(fā)生器 (SVG)調(diào)節(jié)速度更快且不需要大容量的電容電感等儲能元件，諧波特性好，同容量占地面積小，在系統(tǒng)欠壓條件下 仍能容易實現(xiàn)給定的無容功率，可以等效成一個受控電流源，無功調(diào)節(jié)能力強。 (2) 軋機等大型電機型的對稱負載 這些電機類負載的主要特點是：易引起電網(wǎng)電壓降落和電壓波動，尤其是在電機的啟動與制動過程中消耗大量的無功功率，對電網(wǎng)造成比較大的沖擊，甚至會使附近的 電氣設備不能正常工作。在鐵路沿線兩側(cè)安裝 SVC 系統(tǒng)是目前解決這一問題的有效方法，利用 SVC 系統(tǒng)具有分相補償和快速補償?shù)奶攸c來平衡三相電網(wǎng)，并利用 FC 支路來提高電網(wǎng)功率因數(shù)。有功功率將電能轉(zhuǎn)化為其他形式能量（機械能、光能、熱能）。 在當今電力用戶中，不難發(fā)現(xiàn)在工業(yè)中存在大量無功功率變化頻繁的設備，如電 動機、電爐、變壓器等。該電路的電流方程為 （ ） 并聯(lián)電容后電壓 U 與 i 的相位變小了，即供電回路功率因數(shù)提高了，根據(jù)補償后的電流與電壓的相位關(guān)系，分為電流滯后電壓的欠補償和電流超前電壓的過補償， 在這種 過補償 情形下 ，變壓器 的 二次電壓會引起 一定的 升高，而且阻容性 的 無功功率 也會 加大了 電能 的大量 損耗。運行電壓較低，加裝補償電容以后，可以提高運行電壓，這就可能在補償電容過大時產(chǎn)生過電壓，所以要考慮選擇多大的補償電容是合理的。在非額定功率因數(shù)下，分析同步發(fā)電機的視在功率可近似的以一種比例分析電機的定子額定電壓和電流的乘積。這種電抗器由 9 個等距分布的鐵芯構(gòu)成，在任何時刻， 9 個鐵芯中只有一個是非飽和的。但是， SR的過負荷能力可能會受到斜率校正電容器的限制，盡管可以在嚴重過電壓時采用火花間隙來旁路斜率校正電容器，但這是以犧牲過電壓調(diào)節(jié)特性為代價的。 晶 閘 管 的 觸 發(fā) 角 以 其 兩 端 之 間 電 壓 的 過 零 點 時 刻 作 為 計 算 的 起 點 。但由于 TCT 沒有降壓變壓器，即電容器及 濾波器需要直接安裝在高壓母線上，故需要高額定電壓的無源元件，從而導致成本的增加。但是它屬于旋轉(zhuǎn)設備，運行時噪聲和損耗都比較大。相控技術(shù)和脈寬調(diào)制等技術(shù)都被引入電力系統(tǒng)。晶閘管投切電容器（ Thyristor Switch CapacitorTSC）和晶閘管控制電抗器（ Thyristor Control ReactorTCR）是其典型代表。 16 1979 年日本研制出世界上第一臺 20Mvar 的強迫自換相的橋式 SVG， 1991 年日本研制出首臺80Mvar的 SVG， 1994年美國研制出無功功率達到 100Mvar 的 SVG。這部分能量是用電器工作所必須的，但不能轉(zhuǎn)換為我們所需要的能量，如機械能和熱能。所以我們可以利用電容工作時產(chǎn)生的無功功率來補償用電設備在工作時消耗的無功功率。這樣，感性負 載 所需要的 一些 無功功率可由容性負荷輸出的 一些 無功功率 進行 補償。 常用的無功補償方法 無功補償方式的 合理 性 選擇應該遵循以下幾個原則： （ 1） 盡量 減少無功功率的流動， 采取 就地補償?shù)脑瓌t； （ 2） 采用 分級補償原則 的時候 ，集中裝設 應和 分散裝設 協(xié)調(diào)配合工作 ， 同時 以分散補償為主； （ 3）防止 系統(tǒng) 向電網(wǎng)倒送無功功率 ，即 禁止 在低負荷情況下過補償 。 21 (2) 提高供用電系統(tǒng)及負載的功率因數(shù) ，降低設備容量，減少功率損耗，節(jié)約能源。 TCR 為 SVC 中的重要一員， 它的 主要 作用是通過調(diào)節(jié) 可變電感 來 達到 感性 負載的無功 功率的快速、平滑調(diào)節(jié) 的目的 。 時，電抗器（ L）呈純電感性，電源電壓 超前 流過電抗器的電流波形 90176。此時，電流值 iL由周期分量 i1和非周期分量 i2合成，即 TLLLeXUitXUiiii12121c o s2c o s2?????????? （ 32） 式中， T 為電路時間常數(shù)。α180176。 當 運 行 點 到 達 控 制 范 圍 的 最 右 端 ， 節(jié) 點 電 壓 進 一 步 升 高 后 將 不 能 由 控 制 系 統(tǒng) 來 補 償 ， 因 為 T C R 的 電 抗 器 已 經(jīng) 處 于 完 全 導 通 狀 態(tài) ， 所 以 運 行 點 將 沿 著 對 應 電 抗 器 全 導 通 ( α= 9 0 176。 表 TCR 諧波含有率 26 功率損耗 在實際應用中， SVC 的損耗必須作為一個很重要的因素進行考慮。 TCR+FC 模塊如圖 35 所示。 而 對 S V C 裝 置 ， 其 所 需 儲 能 元 件 的 容 量 至 少 要 等 于 其 所 提 供 的 無 功 功 率 的 容 量 ， 因 此 ， S V G 中 儲 能 元 件 的 體 積 和 成 本 比 同 容 量 的 S V C 大 大 減 小 ， S V G 分 為 電 壓 型 橋 式 電 路 和 電 流 型 橋 式 電 路 兩 種 類 型 ， 其 電 路 基 本 結(jié) 構(gòu) 如 圖 4 1 所 示 。 這 個 電 流 就 是 S V G 從 電 網(wǎng) 吸 收 的 電 流 I 。 如 圖 4 3 、 4 4 所 示 ， 當 SVGU? 大 于 SU? 時 ， 電 流 超 前 電 壓 ?90 ， S V G 吸 收 容 性 的 無 功 功 率 ， 當 SVGU? 小 于 SU? 時 ， 電 流 滯 后 電 壓 ?90 ， S V G 吸 收 感 性 的 無 功 功 率 ， 從 而 達 到 動 態(tài) 控 制 無 功 功 率 并 進 行 補 償 的 目 的 。 （ 2 ） 采 用 數(shù) 字 控 制 技 術(shù) ， 系 統(tǒng) 可 靠 性 高 ， 基 本 不 需 要 維 護 ， 可 以 節(jié) 省 大 量 的 維 護 費 用 ； 同 時 ， 可 通 過 調(diào) 度 中 心 E M S 實 現(xiàn) 無 功 功 率 潮 流 和 電 壓 最 優(yōu) 控 制 ， 是 建 設 中 的 數(shù) 字 電 力 系 統(tǒng) （ D F S ） 的 組 成 部 分 。 （ 8 ） 諧 波 量 小 。 對 傳 統(tǒng) 的 S V C 裝 置 ， 其 所 提 供 的 最 大 電 流 分 別 受 其 并 聯(lián) 電 抗 器 和 并 聯(lián) 電 容 器 的 阻 抗 特 性 限 制 ， 因 而 隨 電 壓 的 降 低 而 減 少 。 （ 9 ） S V G 不 需 要 大 容 量 的 電 容 、 電 感 等 儲 能 元 件 ， 在 網(wǎng) 絡 中 普 遍 使 用 也 不 會 產(chǎn) 生 諧 波 ， 而 使 用 S V C 或 固 定 電 容 器 補 償 ， 如 果 系 統(tǒng) 安 裝 臺 數(shù) 較 多 ， 有 可 能 會 導 致 系 統(tǒng) 諧 振 的 產(chǎn) 生 。 （ 6 ） 連 接 電 抗 小 。 SVG的結(jié)構(gòu)特點 S V G 分 為 電 壓 型 橋 式 電 路 和 電 流 型 橋 式 電 路 兩 種 類 型 ， 其 電 路 基 本 結(jié) 構(gòu) 如 圖 4 5 所 示 。 這 個 電 流 就 是 S V G 從 電 網(wǎng) 吸 收 的 電 流 I? 。 因 此 ， 當 僅 考 慮 基 波 頻 率 時 ， S V G 可 以 等 效 地 視 為 幅 值 和 相 位 均 可 以 控 制 的 一 個 與 電 網(wǎng) 同 頻 率 的 交 流 電 壓 源 。 在 平 衡 的 三 相 電 路 中 , 不 論 負 荷 的 功 率因 數(shù) 如 何 ， 三 相 瞬 時 功 率 的 和 是 一 定 的 ， 在 任 何 時 刻 都 是 等 于 三 相 總 的 有 功 功 率 。 圖 33 系統(tǒng)仿真模型 負載采用星形接法，其工作原理：將負載的電壓電流送入等效導納計算模塊，算出需要補償?shù)膶Ъ{值后，再將其轉(zhuǎn)換成為觸發(fā)角度送入觸發(fā)脈 27 沖生成模塊 ,生成的各路觸發(fā)脈沖分別對應三相 TCR 的 6 個晶閘管。 增 大 觸 發(fā) 角 ( 即 減 小 導 通 角 ) 可 以 改 變 T C R 的 等 效 電 抗 值 外 ， 除 此 之 外 它 還 有 兩 個 重 要 作 用 : 一 是 減 少 了 系 統(tǒng) 在 電 抗 器 中 的 損 耗 ； 二 是 T C R 產(chǎn) 生 了 諧 波 電 流 ， 也 就 是 說 電 流 波 形 發(fā) 生 了 畸 變 。如果對 TCR 采用電壓控制的正常運行區(qū)域就被壓縮到一條特性曲線上。 當 α=90176。 當 α90176。 如此的 電路 接入 到電網(wǎng)中就 算是利用 電感性負載的 一個 交流 的 調(diào)壓電路， 這種情況就是把 電路視為交流調(diào)壓器帶純電感負載的 電路 。 圖 23 補償電容器組結(jié)構(gòu) 表 23 無功補償各部分組成 22