文档介绍：一课题的意义目的:
为使学生能更好地了解无功补偿装置的特性,基于Matlab和电力电子知识,使学生加深对理论知识的理解,同时结合仿真验证所学知识。
二设计的来源及背景:
随着电力系统中非线性用电设备,尤其是电力电子装置应用的日益广泛,电力系统中的谐波污染问题也越来越严重,而大多数电力电子装置功率因数较低,也给电网带来额外负担,并影响供电质量。因此抑制谐波和提高功率因数已成为电力电子技术和电力系统研究领域所面临的一个重大课题,正在受到越来越多的关注。
解决电力电子装置产生的谐波污染和低功率因数问题不外乎两种途径:一种是装设补偿装置,如有源滤波器、无功功率补偿器等,设法对谐波进行抑制和对无功进行补偿;另一种是对电力电子装置本身进行改进,使其不产生谐波也不消耗无功功率,或根据需要对其功率因数进行调节。后一种方法需要对现有电力电子设备进行大规模更新,代价较大,并且只适用于作为主要谐波源的电力电子装置,因此有一定的局限性。而前一种方法则适用于各种谐波源和低功率因数设备,并且方法简单,己得到广泛应用。
三无功补偿的作用:
(1)增加设备容量。无功功率的增加,使总电流增大,以及视在功率增大,从而使发电机、变压器及其它电气设备容量增加。
(2)设备及线路损耗增加。无功功率增加,使总电流增大,因而使设备及线路的损耗增加。
(3)使线路压降增大。如果是冲击性无功功率负载还会引起电压剧烈波动,导致供电质量严重降低。
(4)功率因数降低,设备容量利用少。
四无功功率补偿的基本理论
无功功率补偿的基本原理
补偿功率因数的方法有很多,下面仅以改善电压调整的基本功能为例,对无功功率动态补偿的原理作简要介绍。
图4. la所示为系统、负载和补偿器的单相等效电路图。其中U为系统线电压;R和X分别为系统电阻和电抗。设负载变化很小,故有△U远小于U。则假定R远小于X时,,由于系统电压变化不大,其横坐标也可换为无功电流。可以看出,该特性曲线是向下倾斜的,即随着系统供给的无功功率Q的增加,供电电压下降。
(a)单相电路
(b)动态补偿原理

可见,无功功率的变化将引起系统电压成比例地变化。投入补偿器之后,系统供给的无功功率为负载和补偿器无功功率之和,即

因此,当负载无功功率QL变化时,如果补偿器的无功功率Qr总能弥补QL的变化,从而使Q维持不变,即△Q=0,则△U也将为0,供电电压保持恒定,这就是对无功功率进行动态补偿的基本原理。,并使系统工作点保持在Q-QA=常数的示意图。当使系统的工作点保持在Q=0处,即图中的C点时,就实现了功率因数的完全补偿。可见补偿功率因数的功能可以看作是改善电压调整功能的特例。
(SVC)的原理:
在电力系统中,电压和频率是衡量电能质量的两个最基本、最重要的指标。为确保电力系统正常运行,供电电压和频率必须稳定在一定的范围内。频率的控制与有功功率的控制密切相关,而电压控制的重要方法之一是对电力系统的无功功率进行控制。
静止无功补偿装置主要有以下三大类型:一类是具有饱和电抗器的静止无功补偿装置(SR: Saturated Reactor);第二类是晶闸管控制电抗器(TCR: Thyristor Control Reactor),晶闸管投切电容器(TSC: Thyristor Switch Capacitor),这两类装置通称为SVC (Static pensator);第三类就是采用自换相变流技术的静止无功补偿置—动态无功补偿器((SVG)。下面简要说明SR和SVC的原理。
(SR)
饱和电抗器分为自饱和电抗器和可控饱和电抗器两种,相应的无功补偿装置也就分为两种,具有自饱和电抗器的无功补偿装置是依靠电抗器自身固有的能力来稳定电压,它利用铁心的饱和特性来控制发出或吸收无功功率的大小;可控饱和电抗器通过改变控制绕组中的工作电流来控制铁心的饱和程度,从而改变工作绕组的感抗,进一步控制无功电流的大小。
(TCR)
两个反并联的晶闸管与一个电抗器相串联,
其三相多接成三角形,这样的电路并入到电网中相当于交流调压器电路接电感性负载,此电路的有效移相范围为90°-180°。当触发角a=90°时,晶闸管全导通,导通角&=180°,此时电抗器吸收的无功电流最大。
TCR补偿器原理图
TCR的三相接线形式大都采用三角形联结,也就是所谓支路控制三角形联结三相交流调压电路的形式,,这种接线形比其他形式线电流中谐波含量要小。
TCR的三相接