電力系統(tǒng)靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真本科畢業(yè)論文

PAGE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-Ⅰ-摘要文章介紹了電力系統(tǒng)無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)脑砼c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-AbstractThispaperintroducestheprincipleandapplicationofreactivepowercompensationofpowersystem,theimportanceofwhichistointroducetheprincipleandfunctionofallkindsofstaticreactivepowercompensationdeviseswhicharewidelyappliedinpowersystemandwhichmainlyincludetwocategories,thebasicprincipleofreactivepowercompensationcapacitor,reactorandthebasicprincipleofstaticreactivepowercompensator，analyzesthetypicalparallelcapacitorcompensationmode.BrieflyintroducestheprincipleandapplicationofThyristorcontrolreactor(TCR),Thyristorswitchedcapacitor(TSC),thehybridofTCRandTSCandcontrollabletransducer.GivesasimulationofTCRtypereactorpowercompensationbyMatlabandthefutureofpowersystemismainlyfocusonthereactorpowercompensationtechnique.Keyword:StaticVarCompensator,TCR,TSC,Matlab-Ⅰ-目錄第一章引言…………………11.1無(wú)功功率在電網(wǎng)中的作用……………………11.2無(wú)功功率對(duì)電力系統(tǒng)的影響…………………31.2.1無(wú)功功率對(duì)有功功率的影響…………..31.2.2無(wú)功功率對(duì)電壓的影響………………..31.2.3無(wú)功功率對(duì)線損的影響………………..41.3無(wú)功系統(tǒng)無(wú)功電源與無(wú)功負(fù)荷………………41.3.1電力系統(tǒng)的無(wú)功電源…………………..41.3.2電力系統(tǒng)的無(wú)功負(fù)荷…………………..51.4無(wú)功功率補(bǔ)償…………………..61.4.1無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖饔谩?.61.4.2無(wú)功補(bǔ)償裝置…………...7第二章靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償………..82.1并聯(lián)電容器…………………….82.1.1并聯(lián)電容器補(bǔ)償無(wú)功功率的原理…………………….92.1.2并聯(lián)電容器補(bǔ)償無(wú)功功率的方式…………………112.1.3并聯(lián)電容器補(bǔ)償容量的確定…………132.2并聯(lián)電抗器……………………152.2.1并聯(lián)電抗器在電力系統(tǒng)中的作用……………………152.2.2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……………………..183.1靜止無(wú)功補(bǔ)償器的概念…………….…..……...183.2SVC的類型……………………..193.3晶閘管可控電抗器（TCR）………………193.4晶閘管投切電容器（TSC）…………………...203.4.1晶閘管投切電容器的基本原理……….203.4.2晶閘管投切電容器的投切時(shí)間……….213.5可控飽和電抗器……………233.5.1可控飽和電抗器的工作狀態(tài)………….233.5.2可控飽和電抗器的補(bǔ)償原理………….243.5.3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………………..264.1仿真的原理…………………264.2仿真圖概述……264.3仿真結(jié)果及分析……………….34結(jié)束語(yǔ)……………………...36參考文獻(xiàn)……37致謝………………………..38 -PAGE39-引言1.1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)系可以有如下解釋：如圖1.1所示圖1.1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)，以表示環(huán)網(wǎng)各線路阻抗和，表示縱向附加電勢(shì)，相位與電壓一致，表示橫向附加電勢(shì)，其相位與電壓差由上式及圖1.2的相量圖可見(jiàn)，改變無(wú)功功率主要是改變電壓的大小。圖1.2無(wú)功功率與電壓相量(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1.3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(1-1)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)，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)]，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(kāi)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(kāi)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)，作為較為先進(jìn)的補(bǔ)償手段目前它們?cè)陔娏ο到y(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，這是由于它們均使用電力電子開(kāi)關(guān)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的開(kāi)關(guān)接入系統(tǒng)。可使補(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?.2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。1.2.1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。1.2.2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。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(mén)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(mén)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)。電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，應(yīng)有充足的無(wú)功電源。無(wú)功電源的總?cè)萘恳軡M足系統(tǒng)的額定電壓下對(duì)無(wú)功功率的需求。否則，電壓就會(huì)偏離額定值。當(dāng)電力網(wǎng)有能力向負(fù)荷供給足夠的無(wú)功功率時(shí)，負(fù)荷的電壓就能維持在正常的水平上。如果無(wú)功電源容量不足，負(fù)荷的端電壓就會(huì)降低。所以，我們要保證電力系統(tǒng)的電壓質(zhì)量，就必須先保證電力系統(tǒng)無(wú)功功率的平衡。1.2.3無(wú)功功率對(duì)線損的影響無(wú)功電源的分布、無(wú)功功率的傳輸以及無(wú)功功率的管理，直接影響線路的損耗和電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。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。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。1.3電力系統(tǒng)無(wú)功電源與無(wú)功負(fù)荷1.3.1電力系統(tǒng)的無(wú)功電源在電力系統(tǒng)中，無(wú)功電源主要是同步發(fā)電機(jī)、同步調(diào)相機(jī)以及同步電動(dòng)機(jī)。(1)同步發(fā)電機(jī)。同步發(fā)電機(jī)是唯一的有功電源，同時(shí)又是最基本的無(wú)功電源裝置。從系統(tǒng)觀點(diǎn)來(lái)看，它的容量最大，調(diào)節(jié)也最方便。電力系統(tǒng)中大部分無(wú)功功率需求都是由同步發(fā)電機(jī)提供的。同步發(fā)電機(jī)在過(guò)勵(lì)磁和欠勵(lì)磁時(shí)可以分別發(fā)出或吸收無(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。但是，發(fā)電機(jī)應(yīng)嚴(yán)格地按照有功功率—無(wú)功功率(P-Q)極限曲線運(yùn)行，不得越出曲線范圍。同步發(fā)電機(jī)供給無(wú)功功率的能力，不僅與短路比之值有關(guān)，還與同時(shí)擔(dān)負(fù)的有功負(fù)載大小有關(guān)，其最大無(wú)功功率出力將受轉(zhuǎn)子溫升的條件限制。同步發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，以滯后功率因數(shù)運(yùn)行為主，即向系統(tǒng)提供無(wú)功功率。但必要時(shí)，也可以減小勵(lì)磁電流，使功率因數(shù)超前，即所謂“進(jìn)相運(yùn)行”，以吸收系統(tǒng)多余的無(wú)功功率。(2)同步調(diào)相機(jī)。同步調(diào)相機(jī)是一種特制的同步電動(dòng)機(jī)，軸上不帶機(jī)械負(fù)載，專門(mén)用于補(bǔ)償無(wú)功功率。它能在過(guò)勵(lì)磁運(yùn)行時(shí)，向系統(tǒng)供給感性無(wú)功功率，起無(wú)功電源的作用；在欠勵(lì)磁運(yùn)行時(shí)，從系統(tǒng)吸取感性無(wú)功功率，起無(wú)功負(fù)荷的作用。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。同步調(diào)相機(jī)的定子與轉(zhuǎn)子間的空隙比一般同步電動(dòng)機(jī)小很多，軸的結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，強(qiáng)度要求也比較低。同步調(diào)相機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是可以無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)無(wú)功功率的數(shù)值，但由于它是一種旋轉(zhuǎn)機(jī)械，有功功率損耗較大，運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜，響應(yīng)速度慢，近來(lái)已逐漸退出電網(wǎng)運(yùn)行，通常只在需要大容量的無(wú)功功率補(bǔ)償設(shè)備時(shí)才裝設(shè)同步調(diào)相機(jī)。(3)同步電動(dòng)機(jī)。同步電動(dòng)機(jī)時(shí)一種除可將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能外，還能調(diào)節(jié)其勵(lì)磁電流產(chǎn)生無(wú)功功率的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，因而也是一種無(wú)功電源補(bǔ)償裝置。同步電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是：①可在功率因數(shù)超前的方式下運(yùn)行，輸出無(wú)功功率；②當(dāng)電網(wǎng)頻率不變時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速恒定，且轉(zhuǎn)速與負(fù)載情況無(wú)功；③如果采用強(qiáng)行勵(lì)磁，可提高供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。但這種電動(dòng)機(jī)的價(jià)格較貴，控制設(shè)備較復(fù)雜，維護(hù)也比較麻煩。1.3.2電力系統(tǒng)的無(wú)功負(fù)荷(1)異步電動(dòng)機(jī)。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。所以系統(tǒng)中無(wú)功負(fù)荷的電壓特性主要是由異步電動(dòng)機(jī)來(lái)確定的。特別是經(jīng)輻射性網(wǎng)絡(luò)供電的工業(yè)負(fù)荷，如果這些負(fù)荷主要是大型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)負(fù)荷時(shí)，甚至可能引起負(fù)荷端的電壓連續(xù)下降，最后可能擴(kuò)展到整個(gè)電力系統(tǒng)的電壓崩潰。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因在于負(fù)荷端無(wú)功功率供應(yīng)不足，系統(tǒng)為滿足負(fù)荷的無(wú)功功率需求而造成電壓不穩(wěn)定。據(jù)有關(guān)的統(tǒng)計(jì)，在工礦企業(yè)所消耗的全部無(wú)功功率中，異步電動(dòng)機(jī)的無(wú)功功率消耗占了60%～70%；而在異步電動(dòng)機(jī)空載時(shí)所消耗的無(wú)功功率又占到電動(dòng)機(jī)總無(wú)功功率消耗的60%～70%。(2)變壓器。變壓器是電力系統(tǒng)的又一無(wú)功功率消耗大戶。變壓器的無(wú)功功率消耗包括勵(lì)磁消耗和漏抗中的消耗兩部分：勵(lì)磁消耗基本上等于空載損耗電流的百分值，約為1%～2%；繞組漏抗消耗在變壓器滿載時(shí)基本上等于短路電壓的百分值，約為10%。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。無(wú)論是雙繞組還是三繞組變壓器，繞組均有兩組參數(shù)。電阻和電抗為繞組縱分量，電導(dǎo)與電納為繞組橫分量，而消耗系統(tǒng)無(wú)功功率的參數(shù)是電抗和電納。電抗中的無(wú)功功率消耗是感性無(wú)功功率，與負(fù)荷有關(guān)，隨負(fù)荷隨機(jī)變化，變化范圍很大。電納中的無(wú)功功率損耗稱為勵(lì)磁損耗，消耗容性無(wú)功功率，它與空載電流有關(guān)，變動(dòng)范圍很小，對(duì)于給定的變壓器，勵(lì)磁損耗是固定不變的。所以變壓器無(wú)功功率損耗的變化大小主要由負(fù)荷的變化來(lái)決定。(3)電力線路。電力線路有一定的特殊性。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。無(wú)功功率損耗是由電力線路的電抗和電納造成的。電力網(wǎng)中對(duì)于一定電壓等級(jí)的電力線路，電力線路越長(zhǎng)，電力線路參數(shù)值越大，無(wú)功功率損耗也就越大，電力線路上電壓降也就越大。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于電壓等級(jí)為35kV及以下的電力線路，其充電功率甚小，電力線路主要消耗無(wú)功功率。但是對(duì)于電壓等級(jí)為110kV及以上的電力線路，其情況就較為復(fù)雜。當(dāng)電力線路的傳輸功率較大時(shí)，電力線路中電抗消耗的無(wú)功功率將大于電納中產(chǎn)生的無(wú)功功率，則電力線路為無(wú)功負(fù)荷，消耗無(wú)功功率；當(dāng)電力線路的傳輸功率較小時(shí)，電力線路中電納產(chǎn)生的無(wú)功功率，除了抵消電抗中的無(wú)功功率損耗以外，還有剩余，電力線路為無(wú)功電源，發(fā)出無(wú)功功率。(4)整流裝置。近些年來(lái)，國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)大力推廣使用各種新型的電力電子整流裝置，他們?cè)跍p少能量損耗的同時(shí)，也帶來(lái)了諸如功率因數(shù)下降、電壓波動(dòng)和閃變、三相不平衡以及諧波干擾等問(wèn)題，嚴(yán)重危及電力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。(5)其它用電設(shè)備。各種用電設(shè)備中，除相對(duì)很小的白熾燈照明負(fù)載只消耗有功功率外，大多數(shù)都要消耗無(wú)功功率。因此，無(wú)論工業(yè)或農(nóng)業(yè)用戶都以滯后功率因數(shù)運(yùn)行，其值約為.0.6～0.9，其中較大的數(shù)值對(duì)應(yīng)于使用大容量同步電動(dòng)機(jī)的場(chǎng)合。1.4無(wú)功功率補(bǔ)償1.4.1無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)淖饔秒娏ο到y(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中不僅大多數(shù)負(fù)荷要消耗無(wú)功功率，而且大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)組件也要消耗無(wú)功功率。電力系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)組件和負(fù)荷需要的無(wú)功功率必須從網(wǎng)絡(luò)中某個(gè)地方獲得。如果這些所需要的無(wú)功功率由發(fā)電機(jī)提供并經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離輸送，顯然是不合理的，通常也是不可能的，如果這些所需要的無(wú)功功率不能及時(shí)得到補(bǔ)償，電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行以及用電設(shè)備的安全就會(huì)受到影響。因此，無(wú)功功率補(bǔ)償對(duì)電力系統(tǒng)有著重要意義，概括起來(lái)有：穩(wěn)定受電端及電網(wǎng)的電壓，提高供電質(zhì)量。提高供用電系統(tǒng)及負(fù)載的功率因數(shù)，降低設(shè)備容量，減小功率損耗。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。提高發(fā)電機(jī)有功輸出能力。減少線路損失，提高電網(wǎng)的有功傳輸能力。降低電網(wǎng)的功率損耗，提高變壓器的輸出功率及運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益。降低設(shè)備發(fā)熱，延長(zhǎng)設(shè)備壽命，改善設(shè)備的利用率。高水平平衡三相的有功功率和無(wú)功功率。避免系統(tǒng)電壓崩潰和穩(wěn)定破壞事故，提高運(yùn)行安全性。1.4.2無(wú)功功率補(bǔ)償裝置無(wú)功功率補(bǔ)償裝置經(jīng)過(guò)數(shù)十年的發(fā)展，形成了種類繁多的無(wú)功功率補(bǔ)償裝置。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。根據(jù)無(wú)功功率補(bǔ)償裝置是否擁有運(yùn)動(dòng)部件分類，分為運(yùn)動(dòng)無(wú)功功率補(bǔ)償和靜止無(wú)功功率補(bǔ)償裝置。根據(jù)無(wú)功功率補(bǔ)償裝置開(kāi)始使用的時(shí)間，可以分為傳統(tǒng)無(wú)功功率補(bǔ)償裝置和現(xiàn)代無(wú)功功率補(bǔ)償裝置。根據(jù)電壓等級(jí)的不同分為，可以分為低壓無(wú)功功率補(bǔ)償裝置和高壓無(wú)功功率補(bǔ)償裝置。根據(jù)裝置本身有無(wú)自帶電源分類，可以分為無(wú)源無(wú)功功率補(bǔ)償裝置和有源無(wú)功功率補(bǔ)償裝置。運(yùn)動(dòng)無(wú)功功率補(bǔ)償裝置主要有電力電容器、電力電抗器、靜止無(wú)功功率補(bǔ)償器、靜止無(wú)功功率發(fā)生器、統(tǒng)一長(zhǎng)流控制器、有源電力濾波器，其中電力電容器和電力電抗器為傳統(tǒng)靜止無(wú)功功率補(bǔ)償裝置，其他靜止無(wú)功功率補(bǔ)償裝置屬于現(xiàn)代靜止無(wú)功功率補(bǔ)償裝置。傳統(tǒng)靜止無(wú)功功率補(bǔ)償裝置的最大特征是補(bǔ)償容量不能隨負(fù)荷無(wú)功功率容量的變化而變化，因此又稱靜態(tài)靜止無(wú)功功率補(bǔ)償裝置，簡(jiǎn)稱靜態(tài)無(wú)功功率補(bǔ)償裝置。現(xiàn)代靜止無(wú)功功率補(bǔ)償裝置最大的特征是補(bǔ)償容量能隨負(fù)荷無(wú)功功率容量的變化而變化，因此又稱動(dòng)態(tài)靜止無(wú)功功率補(bǔ)償裝置。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。第二章靜態(tài)無(wú)功功率補(bǔ)償靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償指阻抗固定，其補(bǔ)償容量不能實(shí)時(shí)跟蹤負(fù)荷無(wú)功功率的變化，主要是用于提供固定無(wú)功功率補(bǔ)償容量的一種無(wú)功功率補(bǔ)償方式。無(wú)功功率補(bǔ)償裝置接入系統(tǒng)的方式有兩種：并聯(lián)和串聯(lián)。以并聯(lián)方式接入系統(tǒng)的無(wú)功功率補(bǔ)償裝置稱為并聯(lián)無(wú)功功率補(bǔ)償，以串聯(lián)方式接入系統(tǒng)的無(wú)功功率補(bǔ)償裝置稱為串聯(lián)無(wú)功功率補(bǔ)償9]。并聯(lián)補(bǔ)償方式因?yàn)榻泳€簡(jiǎn)單、。操作方便、對(duì)系統(tǒng)可靠性影響小而廣泛使用，串聯(lián)補(bǔ)償方式因?yàn)榻泳€復(fù)雜、操作部方便、對(duì)系統(tǒng)可靠性影響大而使使用范圍受到限制，一般在并聯(lián)補(bǔ)償方式不能滿足技術(shù)要求的情況下才使用。用于電力系統(tǒng)無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)撵o態(tài)無(wú)功功率補(bǔ)償裝置有并聯(lián)電容器、并聯(lián)電抗器、串聯(lián)電容器、串聯(lián)電抗器及其組合。并聯(lián)電容器用于補(bǔ)償感性無(wú)功功率，并聯(lián)電抗器用于補(bǔ)償容性無(wú)功功率。串聯(lián)電容器和串聯(lián)電抗器也常用于電力系統(tǒng)。單獨(dú)使用時(shí)，串聯(lián)電容器用于補(bǔ)償線路等效感抗、降低線路感性無(wú)功功率流動(dòng)和提高受電端的電壓，串聯(lián)電抗器用于限制系統(tǒng)短路電流、補(bǔ)償線路等效容抗和降低線路容性無(wú)功功率流動(dòng)?；旌鲜褂脮r(shí)，一般是串聯(lián)電抗器在并聯(lián)電容器支路中，然后與并聯(lián)電容器一起接入系統(tǒng)，補(bǔ)償高頻無(wú)功功率，起到抑制諧波以及保護(hù)并聯(lián)電容器的作用。由于串聯(lián)電容器和傳聯(lián)電抗器不如并聯(lián)電容器和并聯(lián)電抗器方便，無(wú)功功率補(bǔ)償效果也不及并聯(lián)電容器和并聯(lián)電抗器，因此，靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償主要采用并聯(lián)電容器和并聯(lián)電抗器2.1并聯(lián)電容器并聯(lián)電容器是指并聯(lián)在系統(tǒng)的電容器。電容器是電子工業(yè)與電工設(shè)備中的基本元件之一。電容器就是儲(chǔ)藏電荷的容器。電容器通常由兩塊中間隔以絕緣介質(zhì)的導(dǎo)電板組成。兩塊絕緣板中間的介質(zhì)可以是氣體、液體、固體或者混合體。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。不過(guò)通常對(duì)于具體的電容器來(lái)說(shuō)，一般以絕緣介質(zhì)的名稱來(lái)命名電容器，如空氣電容器，云母電容器、紙質(zhì)電容器、薄膜電容器等。在電路以符號(hào)“C”來(lái)表示電容器。并聯(lián)電容器通過(guò)吸收容性無(wú)功功率來(lái)補(bǔ)償感性無(wú)功功率和增大局部電壓。并聯(lián)電容器以價(jià)格低廉、安裝靈活、操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行穩(wěn)定、維護(hù)方便而受到歡迎，已被用在電力系統(tǒng)中的各點(diǎn)上，為提高輸電和配電的效率，保持電力系統(tǒng)無(wú)功功率平衡發(fā)揮了很大作用。并聯(lián)電容器的一個(gè)缺點(diǎn)是其無(wú)功功率輸出與電壓平方成正比，結(jié)果是在低壓時(shí)無(wú)功功率輸出減小，而這時(shí)的系統(tǒng)卻需要更多無(wú)功功率；并聯(lián)電容器的另一個(gè)缺點(diǎn)是電容器提供的無(wú)功功率在電壓穩(wěn)定時(shí)是不變的，不能隨系統(tǒng)無(wú)功功率的需求的改變而改變，是一種靜態(tài)無(wú)功功率補(bǔ)償裝置，適用于無(wú)功功率需求穩(wěn)定的場(chǎng)所，但即使這樣，也容易造成欠補(bǔ)償或過(guò)補(bǔ)償。2.1.1并聯(lián)電容器補(bǔ)償無(wú)功功率的原理電力系統(tǒng)中的大部分負(fù)荷是電感性的，這些感性負(fù)荷要消耗大量的無(wú)功功率，例如，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)消耗的無(wú)功功率約占其總功率的60%-70%，變壓器約占其總功率的20%-25%，而空載運(yùn)行時(shí)，變壓器的功率因數(shù)只有0.01左右，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)只有0.1-0.2左右。如果感性負(fù)荷所需的無(wú)功功率得不到就地補(bǔ)償?shù)脑?，?shì)必由發(fā)電機(jī)供給，即電器設(shè)備與電源之間存在大量的功率交換。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)。因此，一般需要增設(shè)無(wú)功功率補(bǔ)償裝置進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償，以提高系統(tǒng)電源的功率因數(shù)。首先分析一個(gè)簡(jiǎn)單的并聯(lián)電路。假設(shè)負(fù)荷時(shí)電阻R和電感L組成的并聯(lián)電路，對(duì)R、L電路進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償，就需要對(duì)電路并接電容C，等值電路與向量圖如圖2.1所示。(a)R、L、C并聯(lián)等值電路；(b)R、L串聯(lián)后與C并聯(lián)的等值電路(c)欠補(bǔ)償?shù)南蛄繄D；(d)過(guò)補(bǔ)償?shù)南蛄繄D圖2.1等值電路與向量圖1—補(bǔ)償前電壓與電流的相位差;；2—補(bǔ)償后電壓與電流的相位差在(a)圖所示電路中，電流方程為=C+RL=C+R+L(2-1)電容提供的無(wú)功功率為Q=UIC=2fCU2(2-2)由(2-1)式可知，當(dāng)并聯(lián)電容器不投入時(shí)，C=0，即不對(duì)符合進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償，那么電源即要向負(fù)荷提供有功電流R，還要提供無(wú)功電流L，電源向負(fù)荷提供的總電流=RL=R+L；當(dāng)并聯(lián)電容器投入時(shí)，C0，即對(duì)負(fù)荷進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償，那么電源在向負(fù)荷提供有功電流R的同時(shí)，提供無(wú)功電流L+C，電源向負(fù)荷提供的總電流=R+L+C，特別是當(dāng)L=-C,L+C=0，電源不需要向負(fù)荷提供無(wú)功電流，功率因數(shù)等于1，一般情況下LC，這時(shí)可能的情況有兩種：當(dāng)并聯(lián)電容器的電容C較小，|C|＜|L|時(shí)，負(fù)荷中的感性無(wú)功電流沒(méi)有被完全補(bǔ)償，這時(shí)電源的滯后，如圖(c)所示，這種補(bǔ)償稱為欠補(bǔ)償；當(dāng)并聯(lián)電容器的電容C較大，會(huì)出現(xiàn)|C|＞|L|的情況，這時(shí)負(fù)荷中的感性無(wú)功電流被完全補(bǔ)償滯后還有剩余容性電流，電源的超前，如圖(d)所示，這種補(bǔ)償稱為過(guò)補(bǔ)償。通常不希望出現(xiàn)過(guò)補(bǔ)償情況，因?yàn)檫@樣會(huì)引起變壓器二次側(cè)電壓的升高，且容性無(wú)功功率在線路上傳輸同樣會(huì)增加電能的損耗，還會(huì)增加電容器自身的損耗，影響電容器的壽命。因此，實(shí)際電路是可以通過(guò)改變并聯(lián)電容C的大小來(lái)控制無(wú)功功率的大小，從而調(diào)節(jié)補(bǔ)償后功率因數(shù)的大小。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)橐坏╇娙葜颠x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。此外，在系統(tǒng)中有諧波時(shí)，還有可能發(fā)生并聯(lián)諧振，并使諧波放大，可能會(huì)使電容器損壞。然后，再看負(fù)荷由電阻R和電感L組成的串聯(lián)電路。對(duì)R、L串聯(lián)的負(fù)荷進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償電路如圖(b)所示。當(dāng)并聯(lián)電容器沒(méi)有投入時(shí)，RL支路的電流有效值為：IRL=(2-3)RL支路的電抗為：ZRL=R+jXL(2-4)這時(shí)，電源輸出的電流等于RL支路吸收的電流RL，電源的功率因數(shù)為：cos=(2-5)當(dāng)并聯(lián)電容器投入時(shí)，RL支路的電流保持不變，電容器支路的電流有效值為：IC=(2-6)電容器支路的電抗為：ZC=-jXL(2-7)這時(shí)，電源輸出的電流等于RL支路吸收的電流RL+C，電源的功率因數(shù)為：cos=(2-8)由上式可知，投入并聯(lián)電容器后，電源的功率因數(shù)將增大，特別是當(dāng)XL=XC時(shí)，電源的功率因數(shù)為1。顯然，當(dāng)XC＜XL時(shí)，欠補(bǔ)償；當(dāng)XC＞XL時(shí)，過(guò)補(bǔ)償。其相量圖關(guān)系如圖(c)、(d)所示。2.1.2并聯(lián)電容器補(bǔ)償無(wú)功功率的方式對(duì)于電力系統(tǒng)的負(fù)荷，電力企業(yè)通常采用并聯(lián)電容器進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償。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。(1)集中補(bǔ)償集中補(bǔ)償是指將并聯(lián)電容器接在匯流母線上，根據(jù)母線上的無(wú)功負(fù)荷而直接控制電容器的投切。集中補(bǔ)償一般把補(bǔ)償裝置裝于地區(qū)變電所或高壓供電電力用戶降壓變電站的一次或二次母線上，也包括集中裝于電力用戶總配電高低壓母線上。其優(yōu)點(diǎn)是安裝方便，有利于控制電壓水平，且易與實(shí)現(xiàn)自動(dòng)投切，運(yùn)行可靠，利用率高，維護(hù)方便，能減少配電網(wǎng)、用戶變壓器及專供線路的無(wú)功負(fù)荷和電能損耗。缺點(diǎn)是：當(dāng)電氣設(shè)備不連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)或輕負(fù)荷，又無(wú)自動(dòng)控制裝置時(shí)，會(huì)造成過(guò)補(bǔ)償，使運(yùn)行電壓抬高，電壓質(zhì)量變壞，因此，補(bǔ)償裝置需要較頻繁投切；不能減少電力用戶內(nèi)部各條配電線路的無(wú)功負(fù)荷和電能損耗。集中補(bǔ)償分為低壓集中補(bǔ)償和高壓集中補(bǔ)償。低壓集中補(bǔ)償是指將低壓無(wú)功功率補(bǔ)償裝置通過(guò)低壓開(kāi)關(guān)接在配電變壓器低壓母線側(cè)，以無(wú)功功率補(bǔ)償投切裝置作為控制保護(hù)裝置，根據(jù)低壓母線上的無(wú)功負(fù)荷而直接控制低壓無(wú)功功率補(bǔ)償裝置的投切。電容器的投切是整組進(jìn)行，做不到平滑的調(diào)節(jié)。負(fù)荷較集中的小型企業(yè)用此補(bǔ)償方式較經(jīng)濟(jì)。低壓集中補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)是：接線簡(jiǎn)單、運(yùn)行維護(hù)工作量小，使無(wú)功功率就地平衡，從而提高配電變利用率，降低網(wǎng)損，具有較高的經(jīng)濟(jì)性，是目前無(wú)功功率補(bǔ)償中常用的手段之一。高壓集中補(bǔ)償一般將并聯(lián)電容器組集中直接裝在變電所6～10kV高壓母線上。高壓集中補(bǔ)償?shù)闹饕獌?yōu)點(diǎn)是：不僅可以減少高壓母線線路的無(wú)功功率損耗，而且能夠提高本變電所的供電電壓質(zhì)量：可以根據(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、減少線損和電能損耗，穩(wěn)定電壓，便于運(yùn)行維護(hù)，補(bǔ)償效益高。缺點(diǎn)是這種補(bǔ)償方式只能補(bǔ)償高壓母線前面所有線路上的無(wú)功功率，而高壓母線后面的無(wú)功功率得不到補(bǔ)償。(2)個(gè)別補(bǔ)償個(gè)別補(bǔ)償又稱為“就地補(bǔ)償”，它就是根據(jù)個(gè)別用電設(shè)備對(duì)無(wú)功功率的需要量將單臺(tái)或多臺(tái)電容器組分散地與用電設(shè)備并接。它與用電設(shè)備共用一套斷路器，也可以獨(dú)立使用一套斷路器，通過(guò)控制、保護(hù)裝置與用電設(shè)備同時(shí)投切，所以個(gè)別補(bǔ)償也稱隨機(jī)補(bǔ)償。它通過(guò)控制、保護(hù)裝置與電機(jī)同時(shí)投切，既能提高線路的功率因數(shù)，又能改善用電設(shè)備的電壓質(zhì)量。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)。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。低壓個(gè)別補(bǔ)償適用于補(bǔ)償個(gè)別大容量且連續(xù)運(yùn)行(如大中型低壓異步電動(dòng)機(jī)）的無(wú)功功率消耗。這種方式用在負(fù)荷比較分散、補(bǔ)償容量小的企業(yè)比較適宜。一般說(shuō)來(lái)，高壓設(shè)備單臺(tái)容量大，消耗的無(wú)功功率也很大，更適合采用個(gè)別補(bǔ)償方式。低壓個(gè)別補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)是：補(bǔ)償效益大，不僅能減少高壓線路中的無(wú)功功率，同時(shí)也減少了低壓線路中的無(wú)功功率，減少電氣設(shè)備的容量和導(dǎo)線的截面，降低電能的損耗。但存在的不足是：對(duì)不經(jīng)常使用的設(shè)備，所安裝的無(wú)功功率補(bǔ)償電容器的利用率很低；大量低壓設(shè)備因沒(méi)有安裝或不適宜安裝補(bǔ)償器而引起的電能損耗得不到有效改善；因控制和執(zhí)行元件的響應(yīng)時(shí)間較慢而影響補(bǔ)償效果；自動(dòng)控制的分組補(bǔ)償往往因投切失靈，容易損壞電氣設(shè)備。采用高壓個(gè)別，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)時(shí)的沖擊性，減少變壓器裕度。(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。分組補(bǔ)償常見(jiàn)的安裝方式有：①高壓補(bǔ)償裝置分組安裝于城鄉(xiāng)電網(wǎng)10、6kV配電線路的桿架上；②低壓補(bǔ)償裝置安裝于公用配電變器的低壓側(cè)或電力用戶各車間的配電母線上。分組補(bǔ)償方式基本集中安裝在變電器低壓側(cè)的母線或輸電線路中，減少了電力系統(tǒng)到用戶線路上的高壓線損和變損，克服了集中固定補(bǔ)償容量較大時(shí)的涌流過(guò)大等問(wèn)題，提高了用戶內(nèi)部的供電能力，并能有效的增大配電線路的供電能力，節(jié)電效果好。此外，在低負(fù)荷時(shí)，可以相應(yīng)停運(yùn)數(shù)組，以防過(guò)補(bǔ)償、投資較為經(jīng)濟(jì)。但是需要人工頻繁投、切。在投、切不及時(shí)或投、切容量不合適時(shí)，也易造成過(guò)補(bǔ)償或欠補(bǔ)償現(xiàn)象。另外，這種補(bǔ)償方式具有與集中補(bǔ)償相同的優(yōu)點(diǎn)，但無(wú)功功率補(bǔ)償容量和范圍相對(duì)小些，效果明顯，因此采用比較普遍。2.1.3并聯(lián)電容器補(bǔ)償容量的確定安裝并聯(lián)電容器進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償時(shí)，電容器安裝容量的選擇，可根據(jù)不同目的來(lái)確定。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(tan1-tan2)(2-9)或QC=avPmaxqc(2-10)式中Pmax—由變電所供電的月最大有功功率計(jì)算負(fù)載，kWav—月平均負(fù)載率，一般可取0.7～0.81—補(bǔ)償前的功率因數(shù)角，cos1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(mén)要求，一般可取0.9～0.95qc—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)功功率顯然qc=tan1-tan2電容器接法不同時(shí)，每相電容器所需容量也是不一樣的。1.電容器為星形接線時(shí)QC=UIC×10-3=×10-3=×10-3(2-11)式中U—裝設(shè)地點(diǎn)電網(wǎng)線電壓，VIC—電容組的線電流，A；C—電容組電容，考慮到電網(wǎng)線電壓的單位常用kV，QC的單位為kvar，則星形連接時(shí)每相電容器組的容量為CY=C=(2-12)2.電容器為三角形連接時(shí)QC=UIC×10-3=3U×10-3=3×10-3(2-13)每相電容器的容量為:C△=(2-14)(2)就地補(bǔ)償電容器容量QC(kvar)的確定。單臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)裝有個(gè)別補(bǔ)償電容器時(shí)，若電動(dòng)機(jī)突然與電源斷開(kāi)，電容器將對(duì)電動(dòng)機(jī)放電而產(chǎn)生自勵(lì)現(xiàn)象。如果補(bǔ)償電容器容量過(guò)大，可能因電動(dòng)機(jī)慣性轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生過(guò)電壓，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)損壞。為防止這種情況，不宜使電容器補(bǔ)償容量過(guò)大，應(yīng)以電容器在此時(shí)的放電電流不大于電動(dòng)機(jī)空載電流I0為限，即QC=UNI0×10-3(2-15)式中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=×QN.C(2-16)式中UN.C—電容器的額定電壓；QN.C—電容器的額定補(bǔ)償容量；UW—電容器的實(shí)際工作電壓2.2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。在超高壓電網(wǎng)中，線路空載或輕載時(shí)大量充電功率過(guò)剩，采用并聯(lián)電抗器補(bǔ)償是必不可少的。一般可以通過(guò)采用高壓或低壓并聯(lián)電抗器適當(dāng)配合的補(bǔ)償方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。在長(zhǎng)距離輸電線路上，高壓電抗器具有限制過(guò)電壓、分層平衡無(wú)功功率，有利于使用單相重合閘和提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的綜合功能。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。在過(guò)去相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，當(dāng)我國(guó)一些電網(wǎng)低谷時(shí)電壓過(guò)高，如果采用發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行和切除并聯(lián)電容器等措施效果不大或者這些措施難以實(shí)現(xiàn)時(shí)，多考慮裝設(shè)可投切并聯(lián)電抗器，并且依然是目前補(bǔ)償容性無(wú)功功率(吸收感性無(wú)功功率)的主導(dǎo)裝置。并聯(lián)電抗器的數(shù)目及位置的選擇一般是按照在空載、輕載以及接通空載線路等運(yùn)行方式下保證設(shè)備得到容許電壓，以及考慮與輸電系統(tǒng)的無(wú)功功率平衡等條件來(lái)確定的。當(dāng)線路輸送功率加大時(shí)，必須適當(dāng)切除電抗器以保證系統(tǒng)的電壓和穩(wěn)定性；在輕載時(shí)由于它對(duì)線路充電功率的補(bǔ)償，從而降低了線損。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。2.2.1并聯(lián)電抗器在電力系統(tǒng)中的作用并聯(lián)電抗器無(wú)功功率補(bǔ)償裝置常用于補(bǔ)償系統(tǒng)電容。它通過(guò)向超高壓、大容量的電網(wǎng)提供可階梯調(diào)節(jié)的感性無(wú)功功率，補(bǔ)償電網(wǎng)的剩余容性充電無(wú)功功率，控制無(wú)功功率潮流，保證電網(wǎng)電壓穩(wěn)定在允許范圍內(nèi)。實(shí)踐證明，對(duì)于一些電壓偏高的電網(wǎng)，安裝一定數(shù)量的并聯(lián)電抗器是解決系統(tǒng)無(wú)功功率過(guò)剩，降低電壓的有效措施。特別是限制由于線路開(kāi)路或輕載負(fù)荷所引起電壓升高。由于超高壓遠(yuǎn)距離輸電線路，其輸電線路對(duì)地以及相與相之間的電容特別大，輸電線路電容會(huì)產(chǎn)生大量的無(wú)功功率，各級(jí)電壓輸電線路的容性充電功率數(shù)值如下表所示。由此可知，在超高壓和一些中低壓電網(wǎng)中，其容性充電功率的數(shù)值相當(dāng)可觀，決不可忽視。這樣，負(fù)荷在空載或輕載會(huì)引起輸電線路末端電壓過(guò)分升高，發(fā)電機(jī)產(chǎn)生自勵(lì)。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。表2-1各級(jí)電壓輸電線路的充電功率的數(shù)值電壓等級(jí)(kV)導(dǎo)線截面分裂導(dǎo)線數(shù)充電功率(Mvar/100km)11095～400單導(dǎo)線3.2～3.6220240～700單導(dǎo)線雙分裂12.7～14.817.5～19330240～700雙分裂36.9～41500300～700三分裂95～105750400～400四分裂215～240為了改善上述情況，在一定的運(yùn)行工況下，在超高壓輸電線路受端裝設(shè)并聯(lián)電抗器以吸收輸電線路電容所產(chǎn)生的無(wú)功功率，稱為并聯(lián)電抗器補(bǔ)償。這樣，輸電線路首端發(fā)電機(jī)就可以在較低或滯后功率因數(shù)下運(yùn)行，發(fā)電機(jī)電勢(shì)可以得到提高，因而電力系統(tǒng)的功率極限也會(huì)增大，運(yùn)行功角減小，從而使靜態(tài)穩(wěn)定性得到提高。歸納起來(lái)，安裝并聯(lián)電抗器好處：(1)提高了電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。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。(2)改善了電網(wǎng)運(yùn)行的安全性。由于運(yùn)行電壓趨于正常，相應(yīng)地降低了操作過(guò)電壓和工頻暫態(tài)過(guò)電壓的幅值，因?yàn)闇p少了過(guò)電壓事故的幾率。(3)有利于提高系統(tǒng)穩(wěn)定和線路的送電能力，有利于網(wǎng)絡(luò)的并列運(yùn)行。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。(4)有利于消除同步發(fā)電機(jī)帶空載長(zhǎng)線路時(shí)可能出現(xiàn)的自勵(lì)磁諧振。(5)有利于潛供電弧的消滅和裝設(shè)單相快速自動(dòng)重合閘。隨著無(wú)功功率補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展，在一些比較低的電壓等級(jí)也安裝了并聯(lián)電抗器。2.2.2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(2-17)式中QBL—并聯(lián)電抗器容量，MvarQSC—輸電線路的充電功率，Mvar—補(bǔ)償度，我國(guó)一般取0.4～0.8，國(guó)外一般取0.65～0.75值不宜過(guò)大，以防止一相或兩相開(kāi)斷時(shí)發(fā)生諧振。并聯(lián)電抗器主要以調(diào)控變電站母線的運(yùn)行電壓，其最大裝置容量可按下式進(jìn)行計(jì)算：QBL.m=SdlU%(2-18)式中QBL.m—并聯(lián)電抗器的最大裝置容量，MvarSdl—安裝處的三相短路容量，MVAU%—預(yù)計(jì)母線電壓下降的百分值第三章靜止無(wú)功功率補(bǔ)償器3.1靜止無(wú)功功率補(bǔ)償器概念靜止無(wú)功功率補(bǔ)償器(StaticVarCompensator—SVC)是指其輸出隨電力系統(tǒng)特定的控制參數(shù)而變化的并聯(lián)連接的靜止無(wú)功功率發(fā)生裝置或無(wú)功功率吸收裝置。這里的“靜止”是專指SVC沒(méi)有運(yùn)動(dòng)或旋轉(zhuǎn)部件。與同步調(diào)相機(jī)相比較，SVC是完全靜止的設(shè)備。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。SVC的一個(gè)重要特征是主要依靠晶閘管等電力電子器件完成調(diào)節(jié)或投切功能，它可以頻繁地調(diào)節(jié)和投切，其動(dòng)作速度是毫秒級(jí)的，遠(yuǎn)比機(jī)械設(shè)備的動(dòng)作速度要快。SVC的基本作用是連續(xù)而迅速地控制無(wú)功功率，并通過(guò)發(fā)出或吸收無(wú)功功率來(lái)控制它所連接的輸電系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)電壓。因此SVC的顯著特點(diǎn)是能快速、平滑調(diào)節(jié)容性或感性無(wú)功功率，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。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。目前，由于它的兩大特點(diǎn)：一是靜止型，其主要部件是無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)部分；二是動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，其反應(yīng)速度很快，能及時(shí)跟蹤無(wú)功功率快速變化作出變化，達(dá)到所設(shè)計(jì)的各種控制目標(biāo)。SVC和傳統(tǒng)的電容器及同步調(diào)相機(jī)相比，它具有響應(yīng)速度快、調(diào)節(jié)性能好、運(yùn)行損耗和維護(hù)費(fèi)用低，并且可作為多方面應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn)。所以，SVC被廣泛使用，而且頗具發(fā)展?jié)摿?。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。目前，靜止無(wú)功功率補(bǔ)償器已廣泛用于輸電線路、工業(yè)網(wǎng)系統(tǒng)。在輸電系統(tǒng)，控制長(zhǎng)距離輸電線甩負(fù)荷、空載效應(yīng)等引起的過(guò)電壓；改善系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定抑制系統(tǒng)的無(wú)功功率及電壓振蕩；維持輸電線的電壓，提高線路輸送有功的能力，特別是由于它的快速反應(yīng)，使其能對(duì)故障引起的系統(tǒng)擾動(dòng)提供較好的阻尼。在工業(yè)網(wǎng)系統(tǒng)中，能使電壓閃變削弱到規(guī)定值范圍內(nèi)；調(diào)節(jié)負(fù)荷功率因數(shù)，限制無(wú)功功率向系統(tǒng)倒流，減少無(wú)功功率引起的損耗，提高輸電網(wǎng)的輸送有功功率的能力，穩(wěn)定和平衡系統(tǒng)的電壓；限制流向系統(tǒng)的諧波電流；平衡三相負(fù)荷，減少工業(yè)網(wǎng)對(duì)通信系統(tǒng)的干擾，提高用電質(zhì)量。3.2SVC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?，F(xiàn)今的SVC的類型有晶閘管控制電抗器(ThyristorControlReactor—TCR)、晶閘管投切電容器(ThyristorSwitchCapacitor—TSC)、和飽和電抗器(SaturationReactor—SR)等。需要說(shuō)明的是，晶閘管投切電容器并不能實(shí)現(xiàn)真正意義上的無(wú)功功率連續(xù)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，其本質(zhì)還是屬于分級(jí)調(diào)節(jié)的無(wú)功功率補(bǔ)償器。靜止無(wú)功功率補(bǔ)償器的基本功能是無(wú)功功率動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，但是對(duì)電力系統(tǒng)的作用不限于無(wú)功功率調(diào)節(jié)本身，因?yàn)闊o(wú)功功率直接和系統(tǒng)電壓情況有關(guān)，因此維持電壓穩(wěn)定，消除電壓波動(dòng)和閃變，使用SVC是理想的方法。3.3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。這種連續(xù)調(diào)節(jié)時(shí)依靠調(diào)節(jié)TCR中晶閘管的觸發(fā)延遲角得以實(shí)現(xiàn)，因此SVC的核心是TCR。TCR為SVC中的重要一員，主要起可變電感的作用，實(shí)現(xiàn)感性無(wú)功功率的快速、平滑調(diào)節(jié)。TCR的單相原理圖如圖3.1所示，其基本結(jié)構(gòu)就是兩個(gè)反并聯(lián)的晶閘管與一個(gè)電抗器串聯(lián)，再與交流電源u相連，而TCR三相多接成三角形。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。為確保兩晶閘管V1、V2在正負(fù)半周內(nèi)可靠、對(duì)稱導(dǎo)通，避免偶次諧波和直流分量，應(yīng)采用寬脈沖或脈沖列觸發(fā)。圖中兩個(gè)晶閘管分別按照單相半波交流開(kāi)關(guān)運(yùn)行。改變晶閘管的控制角，流經(jīng)電抗器的電流波形中的基波分量發(fā)生變化，這相當(dāng)于改變了電抗器的電感，使TCR等效于一個(gè)連續(xù)可變的電感器。圖3.1TCR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。電流基本上是無(wú)功功率性質(zhì)和正弦形。當(dāng)為90o～180o之間時(shí)為部分導(dǎo)通，在0o～90o之間的觸發(fā)角是不允許的，因?yàn)樗鼈儗a(chǎn)生含有一直流分量的不對(duì)稱電流。設(shè)導(dǎo)通角為，它與的關(guān)系=2()，減小，則電流中基波分量減小，這相當(dāng)于增大電抗器的感抗，減小基波無(wú)功功率。設(shè)u=Usint，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=-cost(3-1)3.4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。與機(jī)械投切電容器相比，晶閘管的開(kāi)、關(guān)無(wú)觸點(diǎn)，其操作壽命幾乎是無(wú)限的，而且晶閘管的投切時(shí)刻可以精確控制，可以快速無(wú)沖擊地將電容器接入電網(wǎng)，大大減少了投切時(shí)的沖擊電流和操作困難，其動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間約為0.01s～0.02s。晶閘管投切電容器能快速跟蹤沖擊負(fù)荷的突變，隨時(shí)保持最佳饋電功率因數(shù)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無(wú)功功率補(bǔ)償，減小電壓波動(dòng)，提高電能質(zhì)量，節(jié)約電能。另外，晶閘管投切電容器雖然不能連續(xù)調(diào)節(jié)無(wú)功功率，但具有運(yùn)行時(shí)不產(chǎn)生諧波而且損耗較小的優(yōu)點(diǎn)。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)。晶閘管投切電容器是一個(gè)對(duì)供電網(wǎng)絡(luò)波動(dòng)無(wú)功功率進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)南鄬?duì)獨(dú)立系統(tǒng)，其應(yīng)用形式有很大的靈活性。補(bǔ)償方式可按電壓等級(jí)劃分和按應(yīng)用范圍劃分。(1)按電壓等級(jí)劃分：①低壓補(bǔ)償方式，該補(bǔ)償方式適用于1kV及以下電壓的補(bǔ)償；②高壓補(bǔ)償方式，即補(bǔ)償系統(tǒng)直接接入1kV以上的電網(wǎng)進(jìn)行高壓補(bǔ)償。(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。3.4.1晶閘管投切電容器的基本原理TSC利用單向晶閘管反并聯(lián)或雙向晶閘管構(gòu)成的交流無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)將單組或多組電容器投入到電網(wǎng)上或從電網(wǎng)切除，原理示意圖如圖3.2，其中左是其單相原理電路圖；中是工程上常采用的多組接入原理電路圖，每組由晶閘管單獨(dú)投切；右是晶閘管投切電容器的電壓—電流特性。與晶閘管可控制電抗器中利用相控方式改變電感值不同，晶閘管投切電容器采用整數(shù)半周控制，可以根據(jù)電網(wǎng)對(duì)無(wú)功功率的需求改變投入電容器的容量，使晶閘管投切電容器成為分級(jí)可調(diào)的動(dòng)態(tài)無(wú)功功率補(bǔ)償裝置。圖3.2TSC原理示意圖由(a)，電納值可用投入運(yùn)行的并聯(lián)電容器的數(shù)目來(lái)調(diào)整。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(kāi)關(guān)控制，則總電納值等于每次取0、1、2、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。為了對(duì)無(wú)功電流能盡量做到無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，總是希望電容器級(jí)數(shù)越多越好。給定并聯(lián)電容器的并聯(lián)組數(shù)為K，且沒(méi)有任何兩種電容器的組合相同時(shí)，就可確定最大級(jí)數(shù)。在電力系統(tǒng)補(bǔ)償器中，通常不追求這種靈活性，因?yàn)檫@樣一來(lái)控制裝置過(guò)于復(fù)雜，另一方面，使大多數(shù)導(dǎo)納相等，一般來(lái)說(shuō)要經(jīng)濟(jì)得多。所以考慮到系統(tǒng)的復(fù)雜性和經(jīng)濟(jì)性，一般用K-1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)。3.4.2晶閘管投切電容器的投切時(shí)刻20世紀(jì)70年代的電容器無(wú)功功率補(bǔ)償都是采用機(jī)械式交流接觸器投切，并且至今仍在沿用。但由于接觸器三相觸頭不能分別進(jìn)行控制，要通則幾乎一起接通，要斷則幾乎一起斷開(kāi)，無(wú)法選擇最合適相位角投入和切除電容，這樣會(huì)產(chǎn)生不同的沖擊電流。由于沖擊電流大，限制了一次投入的電容值，不得不把一次投入的電容值化整為零，分幾次投入，這將降低補(bǔ)償?shù)臏?zhǔn)確性和減慢響應(yīng)的速度，而且常會(huì)引起接觸器觸頭燒焊現(xiàn)象，使接觸器斷不開(kāi)，影響正常工作。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。現(xiàn)在普遍采用單片機(jī)控制大功率晶閘管來(lái)投切電容，由于具有過(guò)零檢測(cè)、過(guò)零觸發(fā)的優(yōu)點(diǎn)，響應(yīng)速度快，合閘涌流小，無(wú)操作過(guò)電壓，無(wú)電弧重燃，從而基本上解決了以往投切時(shí)交流接觸器經(jīng)常拉弧設(shè)置于燒結(jié)而損壞的不良情況。（1）電容性負(fù)載的電流超前電壓90o，實(shí)際電容器組均串游電抗器組成LC濾波電路，LC回路的諧振頻率，，n為諧波次數(shù)。TSC投切開(kāi)關(guān)時(shí)要做到電流無(wú)沖擊，需要滿足兩個(gè)條件：1)晶閘管必須在正弦電源電壓的正負(fù)峰值時(shí)觸發(fā)。2)電容器必選要預(yù)先充電，使其兩端電壓為電網(wǎng)電壓峰值的倍。（2）晶閘管投切電容投切時(shí)間選取。由于TSC關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題是投切電容器時(shí)刻的選取。經(jīng)過(guò)多年的分析與實(shí)驗(yàn)研究，TSC運(yùn)行時(shí)，應(yīng)選擇交流電源電壓和電容器預(yù)先充電電壓相等時(shí)刻，觸發(fā)導(dǎo)通相應(yīng)晶閘管進(jìn)行電容投入，使電容電壓不突變、不長(zhǎng)生沖擊電流。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3.3所示。圖3.3TSC投切電路原理圖設(shè)投入前電容器上端電壓已由上次最后導(dǎo)通的V1充到電源電壓的正峰值，故本次導(dǎo)通應(yīng)選在與相等的時(shí)刻使V2觸發(fā)導(dǎo)通，電容電流開(kāi)始建立。以后每半周期在過(guò)零點(diǎn)處輪流觸發(fā)V1、V2。需要切除電容時(shí)，選擇降為零的時(shí)刻撤除觸發(fā)脈沖，V2關(guān)斷，V1也不再導(dǎo)通，則保持V2導(dǎo)通結(jié)束時(shí)的電源電壓負(fù)峰值，為下次投入電容做準(zhǔn)備。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。此時(shí)投切電容器，電路的沖擊電流為零。這種補(bǔ)償裝置了保證更好的投切電容器，必須對(duì)電容器預(yù)先充電，充電結(jié)束之后再投入電容器。3.5可控飽和電抗器可控飽和電抗器是基于偏磁可調(diào)原理，其輸出感性電流大小取決于可控硅觸發(fā)角，越小，產(chǎn)生的控制電流越強(qiáng)，輸出的感性電流越大。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。因此，可控飽和電抗器無(wú)功功率補(bǔ)償器就是通過(guò)改變繞組中的工作電流來(lái)控制鐵心的飽和程度，從而改變工作繞組的感抗，進(jìn)一步控制無(wú)功電流的大小。3.5.1可控飽和電抗器工作狀態(tài)如下圖所示，圖3.4為可控飽和電抗器的電路原理圖：圖3.4可控磁飽和電抗器電路圖圖中u和i為工作電壓和工作電流，為直流控制電流。若不考慮晶閘管和二極管的瞬時(shí)開(kāi)關(guān)特性，電抗器在一個(gè)工頻周期的運(yùn)行狀態(tài)可分析如下：狀態(tài)1：V2、VD斷開(kāi)，V1導(dǎo)通；狀態(tài)2：V1、V2斷開(kāi)，VD導(dǎo)通；狀態(tài)3：V1、VD斷開(kāi)，V2導(dǎo)通。設(shè)電網(wǎng)電壓為，則上述各狀態(tài)與和晶閘管觸發(fā)角之間的關(guān)系如圖3.5所示。圖3.5各狀態(tài)與和晶閘管觸發(fā)角之間的關(guān)系圖可控電抗器的不同攻工作狀態(tài)、是由晶閘管與二極管所承受的電壓、電流及觸發(fā)脈沖信號(hào)決定。當(dāng)，晶閘管V1、V2不觸發(fā)導(dǎo)通，電抗器為空載狀態(tài)。如，當(dāng)電源為正版波，時(shí)，電抗器處于狀態(tài)2，即V1、V2斷開(kāi)，VD導(dǎo)通，此時(shí)V1承受正向電壓，V2承受反響電壓。當(dāng)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。當(dāng)電源電壓為負(fù)半波時(shí)，V1截止，VD導(dǎo)通，此時(shí)，V1承受反向電壓，V2承受正向電壓。當(dāng)時(shí)，V2觸發(fā)導(dǎo)通，進(jìn)入狀態(tài)3，這樣可控電抗器在一個(gè)周期內(nèi)按照狀態(tài)2→狀態(tài)1→狀態(tài)2→狀態(tài)3的次序輪流切換、工作。3.5.2可控飽和電抗器的補(bǔ)償原理可控飽和電抗器SVC的原理圖如圖3.6所示，它主要包括飽和電抗器、電容器組(兼做濾波器)和調(diào)節(jié)器(由直流電源和控制單元組成)三部分。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)功功率的值，以補(bǔ)償負(fù)載無(wú)功功率的沖擊。如當(dāng)負(fù)載無(wú)功功率突然增大時(shí)，使控制回路的電流減小，飽和電抗器的的增大，從而使電抗器吸收的無(wú)功功率減小[19]。這樣，負(fù)載無(wú)功功率的恒定部分由電容器補(bǔ)償，而變動(dòng)部分由飽和電抗器調(diào)節(jié)，以保證電網(wǎng)輸入的無(wú)功功率=保持恒定。[19]圖3.6可控飽和電抗器補(bǔ)償原理圖3.5.3可控飽和電抗器的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)以快速響應(yīng)的磁飽和可控電抗器和并聯(lián)電容器組成的補(bǔ)償元件，配以相應(yīng)的快速無(wú)功功率檢測(cè)環(huán)節(jié)組成的無(wú)功功率補(bǔ)償系統(tǒng)，可以保證補(bǔ)償?shù)目焖傩?、?zhǔn)確性和合理性，能夠快速補(bǔ)償系統(tǒng)無(wú)功功率，使功率因數(shù)保持較高水平。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。另外這種裝置還有振動(dòng)和噪聲，而且調(diào)整時(shí)間長(zhǎng)，動(dòng)態(tài)補(bǔ)償速度慢。由于具有這些缺點(diǎn)，所有飽和電抗器的SVC目前應(yīng)用的比較少，一般只在超高壓輸電線路才使用。第四章無(wú)功補(bǔ)償裝置的仿真4.1仿真原理采用晶閘管控制電抗器的方法對(duì)負(fù)載進(jìn)行靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償。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。通過(guò)這種方法可以達(dá)到對(duì)負(fù)載的功率因數(shù)進(jìn)行及時(shí)調(diào)節(jié)，使其接近于1，提高系統(tǒng)的利用率。4.2仿真圖概述仿真軟件Matlab7.1。主仿真圖如圖4.1:圖4.1主仿真圖仿真設(shè)定：系統(tǒng)的電源為三相交流10KV，頻率50HZ，相角0°，120°，-120°為無(wú)限大系統(tǒng)。設(shè)置如圖4.2圖4.2三相電源負(fù)載load1為純阻性，額定電壓10KV，頻率50HZ，功率：有功為P=100KW無(wú)功為0kvar。設(shè)置如圖4.3圖4.3load1模塊負(fù)載load2為純感性，額定電壓10KV，頻率50HZ，功率：QL=100kvar。5s開(kāi)關(guān)switch閉合并入系統(tǒng)。設(shè)置如圖4.4圖4.4load2模塊定時(shí)開(kāi)關(guān)模塊于5s時(shí)閉合設(shè)置如圖4.5，4.6圖4.5switch模塊圖4.6Three-PhaseBreaker模塊電壓電流測(cè)量模塊Three-PhaseV-IMeasurement設(shè)置如圖4.7圖4.7Three-PhaseV-IMeasurement模塊功率因數(shù)測(cè)量模塊measurement:如圖4.8圖4.8功率因數(shù)測(cè)量模塊作用：通過(guò)測(cè)取系統(tǒng)的電壓，電流，測(cè)得負(fù)載的功率因數(shù)。原理：用系統(tǒng)的電壓電流測(cè)得有功功率（P）與無(wú)功功率（Q），Q/P=tanφ，通過(guò)atan,與cos模塊，得到功率因數(shù)cosφ。無(wú)功補(bǔ)償模塊TCR，補(bǔ)償容量109kvar。如圖4.9圖4.9TCR模塊電抗器采用星形連接，通過(guò)控制反向并聯(lián)晶閘管的導(dǎo)通角，進(jìn)而控制電感電流的變化，達(dá)到無(wú)功補(bǔ)償?shù)哪康模瓜到y(tǒng)的功率因數(shù)接近于1。參數(shù)設(shè)置如下：晶閘管Th1、Th3、Th5設(shè)置如圖4.10圖4.10晶閘管Th1、Th3、Th5晶閘管Th2、Th4、Th6設(shè)置如圖4.11圖4.11晶閘管Th2、Th4、Th6電感均為18.7mH，電阻均為100Ohms設(shè)置如圖4.12圖4.12RL支路晶閘管觸發(fā)電路tigger：以A相為例，如圖4.13，4.14，4.15圖4.13晶閘管觸發(fā)電路圖4.14PI模塊圖4.15三角波模塊原理：三角波的周期為10ms由于A、B、C三相電壓相差120°所以A相三角波的周期為0—10ms，B相角波的周期為10/3ms—（10+10/3）ms，C相三角波的周期為20/3ms—（10+20/3）ms，輸出值為0-1。圖4.4.2所示模塊PI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0-0.98之間。PI輸出值與三角波比較構(gòu)成0-1階躍信號(hào)對(duì)晶閘管進(jìn)行相位控制。當(dāng)PI輸出小于三角波的值時(shí)，比較模塊輸出為假,即輸出低電平，晶閘管不導(dǎo)通；當(dāng)PI輸出大于三角波的值時(shí)，比較模塊輸出為真，即輸出高電平，晶閘管導(dǎo)通。晶閘管屬于半控型器件，所以三角波的值由高到底，使晶閘管按需求量導(dǎo)通，原理圖如4.16，4.17。圖4.16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)圖4.17比較模塊后輸出信號(hào)4.3仿真結(jié)果及其分析仿真時(shí)間為20s，算法采用ode23t。預(yù)期目標(biāo)：當(dāng)負(fù)載為純阻性，功率因數(shù)為1，TCR連入系統(tǒng)后不工作，否則功率因數(shù)會(huì)降低；當(dāng)負(fù)載功率因數(shù)小于1，TCR接入系統(tǒng)后隨功率因數(shù)的大小適量改變與電抗器串聯(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使功率因數(shù)保持較高水平（處于0.9到1之間）。仿真工作概況：負(fù)載load1為純阻性一開(kāi)始就接入系統(tǒng)，5s開(kāi)關(guān)switch閉合，將純感性性負(fù)載load2接入系統(tǒng)，系統(tǒng)功率因數(shù)降低。示波器輸出PI控制模塊波形及測(cè)得系統(tǒng)功率因數(shù)波形，檢驗(yàn)TCR無(wú)功補(bǔ)償裝置是否正常工作。在matlab主程序?qū)懭胫噶盍睿簊et(0,'ShowHiddenHandles','On')set(gcf,'menubar','figure')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1.0，示波器Datahistory設(shè)置如圖4.18。圖4.18示波器Datahistory點(diǎn)擊運(yùn)行得到仿真結(jié)果如圖4.19圖4.19仿真結(jié)果上圖—PI模塊輸出值變化下圖—功率因數(shù)變化仿真結(jié)果分析：（1）0-5s，負(fù)載為純阻性，功率因數(shù)為1，PI輸出為0晶閘管不導(dǎo)通，系統(tǒng)功率因數(shù)接近于1，由于無(wú)功補(bǔ)償裝置及系統(tǒng)內(nèi)阻影響，系統(tǒng)功率因數(shù)略低于1,從圖中可知功率因數(shù)約等于1在誤差允許范圍內(nèi)。（2）5-20s，5s開(kāi)關(guān)switch閉合，load2接入系統(tǒng)，QL=100kvar，系統(tǒng)無(wú)功功率劇烈增加，功率因數(shù)大幅降低，降至0.707左右，TCR開(kāi)始工作，Φ角增大，通過(guò)對(duì)Φ角進(jìn)行PI控制使輸出值與三角波比較構(gòu)成階躍觸發(fā)信號(hào)，使并聯(lián)晶閘管輪流導(dǎo)通，進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，0.5s后系統(tǒng)的功率因數(shù)隨無(wú)功補(bǔ)償裝置的調(diào)節(jié)持續(xù)提高，在18s左右系統(tǒng)的功率因數(shù)趨于穩(wěn)定約為1，PI模塊輸出值約為0.98將保持高電平維持無(wú)功補(bǔ)償裝置工作，將系統(tǒng)功率因數(shù)提高到0.95以上接近于1?？紤]到PI控制的快速性及穩(wěn)定性，無(wú)功補(bǔ)償裝置補(bǔ)償后，系統(tǒng)功率因數(shù)在0.96—1之間小幅波動(dòng)，在可以接受的范圍內(nèi)。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。結(jié)束語(yǔ)本文對(duì)TCR型無(wú)功補(bǔ)償裝置進(jìn)行了仿真，驗(yàn)證了TCR無(wú)功補(bǔ)償裝置能對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行快速平滑調(diào)節(jié)使系統(tǒng)功率因數(shù)保持在較高水平，提高系統(tǒng)利用率。同時(shí)本文還指出電力系統(tǒng)中無(wú)功補(bǔ)償方式就安裝的位置而言，顯然無(wú)功就地補(bǔ)償最好，這樣無(wú)功負(fù)荷需要的無(wú)功功率就及時(shí)得到補(bǔ)償，但由于負(fù)荷比較分散，數(shù)量也比較多，這就要求無(wú)功補(bǔ)償裝置體積小、成本低、操作方便、易于維護(hù)和安裝，且須能進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，即隨著負(fù)荷對(duì)無(wú)功功率的要求而發(fā)出負(fù)荷需要的無(wú)功功率。而早期的無(wú)功功率補(bǔ)償裝置主要是電容器及同步調(diào)相機(jī)，其中并聯(lián)電容器由于經(jīng)濟(jì)、靈活、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用在電力系統(tǒng)中的，但并聯(lián)電容器的主要缺點(diǎn)是其無(wú)功功率輸出與電壓平方成正比，無(wú)功不足時(shí)，電壓降低，導(dǎo)致電容器發(fā)出的無(wú)功功率減少，系統(tǒng)無(wú)功更感不足。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。近年來(lái)，由于電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，出現(xiàn)了柔性交流輸電技術(shù)，它關(guān)鍵部分是由電力電子器件，代替了傳統(tǒng)的機(jī)械開(kāi)關(guān)，其重要的家庭成員為SVC，靜止無(wú)功功率補(bǔ)償器，它主要包括TCR，TSC。TCR可以通過(guò)改變觸發(fā)角，實(shí)現(xiàn)無(wú)功功率的快速、平滑調(diào)節(jié)；TSC雖然不能連續(xù)調(diào)節(jié)無(wú)功功率，但具有損耗小，運(yùn)行時(shí)不產(chǎn)生諧波的優(yōu)點(diǎn)。相信未來(lái)電力系統(tǒng)的發(fā)展必定以電力電子技術(shù)的發(fā)展為動(dòng)力，發(fā)揮其越來(lái)越大的作用。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(shù)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。參考文獻(xiàn)戴曉亮.無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)在配電網(wǎng)中的應(yīng)用[J].電網(wǎng)技術(shù),1999,23(6):11-14.[2]莊侃沁,李興源.變電站電壓無(wú)功控制策略和實(shí)現(xiàn)方式[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2001,25(15):47-50.[3]陸安定.功率因數(shù)與無(wú)功補(bǔ)償[M].上?？茖W(xué)普及出版社,2004.[4]朱罡.電力系統(tǒng)靜止無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展[J].電力電容器與無(wú)功補(bǔ)償,2001(4):31-34.[5]任丕德,劉發(fā)友,周勝軍.動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀[J].電網(wǎng)技術(shù),2005,28(23):81-83.[6]蘇玲,宋珊,陳建業(yè).靜止無(wú)功補(bǔ)償器(SVC)應(yīng)用的最新進(jìn)展[J].國(guó)際電力,2004,8(1):44-49.[7]浩忠.電力系統(tǒng)無(wú)功與電壓穩(wěn)定性[M].中國(guó)電力出版社,2004.[8]杜修柯.電網(wǎng)配電線路的最優(yōu)無(wú)功補(bǔ)償研究[J].電力學(xué)報(bào),2008,23(2):98-100.[9]李民族,李秦偉.晶閘管串聯(lián)調(diào)壓電容無(wú)功補(bǔ)償方法[J].電力電子技術(shù),2000,34(1):21-24.[10]朱靈子,彭志煒,劉金森.電力系統(tǒng)無(wú)功功率補(bǔ)償[J].貴州電力技術(shù),2011(3):8-10.[11]姜衍智,程國(guó)建.配電網(wǎng)無(wú)功集中補(bǔ)償最佳配置[J].西安石油學(xué)院學(xué)報(bào),1996,11(3):45-48.[12]劉傳銓,張焰.電力系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償點(diǎn)及其補(bǔ)償容量的確定[J].電網(wǎng)技術(shù),2007,31(12):78-81.[13]劉乾業(yè).并聯(lián)電抗器在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電工技術(shù)雜志,1994,6(6):30-32.[14]馬安仁,周志文,吳韜.TCR無(wú)功補(bǔ)償控制新方法的研究[J].電氣自動(dòng)化,2009(5):68-69.[15]谷永剛,肖國(guó)春,裴云慶,等.晶閘管投切電容器(TSC)技術(shù)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展[J].電力電子技術(shù),2003,37(2):85-88.[16]王忠清,楊建寧.談晶閘管投切電容器TSC的觸發(fā)電路[J].電力電容器,2007(4):30-36.[17]劉杰,危韌勇.TSC投切過(guò)渡過(guò)程的研究[J].科協(xié)論壇,2009(3).[18]宣三,越農(nóng).可控飽和電抗器原理,設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].中國(guó)水利水電出版社,2008.[19]錢(qián)建華,陳柏超.基于磁閥式可控電抗器的無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)[J].電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào),2003,15(2):66-70.[20]邱宇,陳學(xué)允.用于靜止無(wú)功補(bǔ)償器的非線性PID控制器[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2002,22(11):41-44.致謝在論文完成之際，我首先向關(guān)心幫助和指導(dǎo)我的指導(dǎo)老師邵仕泉表示衷心的感謝并致以崇高的敬意！

在學(xué)校的學(xué)習(xí)生活即將結(jié)束，回顧四年來(lái)的學(xué)習(xí)經(jīng)歷，面對(duì)現(xiàn)在的收獲，我感到無(wú)限欣慰。為此，我向熱心幫助過(guò)我的所有電信學(xué)院老師和同學(xué)表示由衷的感謝!在論文工作中，遇到了許許多多這樣那樣的問(wèn)題，有的是專業(yè)上的問(wèn)題，有的是論文格式上的問(wèn)題，一直得到邵仕泉老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)，使我的論文可以又快又好的完成，邵仕泉老師以其淵博的學(xué)識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、求實(shí)的工作作風(fēng)和他敏捷的思維給我留下了深刻的印象，我將終生難忘我的邵仕泉老師對(duì)我的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)，再一次向他表示衷心的感謝，感謝他為學(xué)生營(yíng)造的濃郁學(xué)術(shù)氛圍，以及學(xué)習(xí)、生活上的無(wú)私幫助!值此論文完成之際，謹(jǐn)向邵仕泉老師致以最崇高的謝意!最后，衷心地感謝在百忙之中評(píng)閱論文和參加答辯的各位老師，祝各位老師工作順利，桃李滿天下?；贑8051F單片機(jī)直流電動(dòng)機(jī)反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究基于單片機(jī)的嵌入式Web服務(wù)器的研究MOTOROLA單片機(jī)MC68HC（8）05PV8/A內(nèi)嵌EEPROM的工藝和制程方法及對(duì)良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機(jī)的通用控制模塊的研究基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調(diào)節(jié)器單片機(jī)控制的二級(jí)倒立擺系統(tǒng)的研究基于增強(qiáng)型51系列單片機(jī)的TCP/IP協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的蓄電池自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基于32位嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)的圖像采集與處理技術(shù)的研究基于單片機(jī)的作物營(yíng)養(yǎng)診斷專家系統(tǒng)的研究基于單片機(jī)的交流伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)研究與開(kāi)發(fā)\