第十六卷增刊安徽电气工程职业技术学院学报年月 !∀ !∀#∃ !∀ !∀!基于的装置一型无功补偿仿真研究孙楷淇阜阳市供电公司安徽摘要本文阐述了一种阜阳型无功补偿装置设计时系统级模型进行理论分析利用了交流无触点开关系统与矢量控制系统采用 对模拟系统进行了仿真仿真结果表明了该设计方法的正确性和有效性关键词 无功补偿 !中图分类号文献标识码文章编号增刊 !云咭通呷叮叮 叮 ! 无功补偿在电力系统中的意义随着我国工业现代化的迅速发展现代电力系统规模日益扩大对电网运行的可靠性要求也越来越高功改善电网运行质量提高电网功率因数减少网络损耗是一件十分重要的工作在电力负荷中有相当一部分属感性负荷这些负荷投人运行之后除了消耗大量的有功之外还要吸收大量变化的滞后无大量无功的存在就会使用户功率因数降低其结果造成线路有功损失加大用户电压降低电力设’备得不到充分应用破坏电力系统的稳定性〔〕无功补偿在电力系统中存在的问题及本装置优点目前国内广泛使用的无功补偿装置仍主要是以交流接触器作为电容器投切开关的它的一个主要缺陷是电容器的投切动作时常会引起较严重的电流冲击和操作过电压从而造成交流接触器的触点烧损或是补偿电容器的内部击穿近年来以可控硅为投切执行元件的低压无功补偿装置得到了普遍重视它能够快速跟踪冲击性负荷的动态行为并克服了电流冲击和过电压等缺陷但是长期承载电容器电流时功耗大发热高易受干扰综合以上这两种优缺点笔者采用了一种新型开关机电一体化开关它是用晶闸管与接触器并接的方式作为电容器投切的执行单元在接通和断开的瞬间采用晶闸管在正常导通期间采用接触器它既具有晶闸管过零投切涌流小无过电压的优点又具有接触器主触点无功耗可靠性高使用寿命长的:收稿日期2011:981作者简介孙楷淇(10男山东烟台人硕士主要从事无功补偿配网运行维护的研究安徽电气工程职业技术学院学报第十六卷增刊优点这是一个创新在静止无功补偿装置的实际应用中主要有两个问题应合理解决:一是电容器投人过程中防止过渡过程的产生;二是电容器的频繁投切问题基于上述存在的问题引人了晶闸管控制电抗器(TCR)将可投切电容器与可控电抗器并联组合起来就可以通过投切电容器和控制电抗器中的电流实现从容性电流到感性电流的调节组成了在本文型静止无功补偿系统(SVC)中所介绍的TCR无功补偿装t的仿真电路图2,:利用MATLAB软件仿真〔〕无功补偿装置的电路结构主要有以下几部分组成藕合变压器;晶闸管控制电抗器(TCR);晶闸管投切电容器(TSC);无功补偿系统控制器状态显示部分:仿真电路图如图1无功补偿系统的「1艾-口口口口.戛醉‘产PCp些c纂吞P些Cp些C舀吞.1.Mva详仪V口easV0ef(r)r.公‘aTlphaR(de飞CnuerombfTSC氏口仙‘口攫嚣嵘口口口「日DC口口sereetDi口5.一005巨+300Mvalr一100MvaraesrtiVarComPensator(SVC);ITCR一3TSCs圈131.无功补偿仿真电路图藕合变压器仿真图。¹?¹Dowersysdomain·、¹¹¹Three一PhaseTransofrmer图2棍合变压器仿真电路图这是电力系统与静止无功补偿器(SVC)的三相变压器原边是星形联结而副边是三角形联结这样的连接能够减少静止无功补偿器产生的谐波干扰把补偿器产生的谐波抑制在变压器的副边可以减小对电网的冲击使电网电压稳定晶闸管控制电抗器(TCR)TCR控制策略采用闭环控制系统其包含以下三部分电路:检测电路检测控制所需的系统变量和补偿器变量;控制电路获得所需的稳态和动态特性对检测信号和给定参考输人量进行处理;触发电路根据控制电路输出的控制信号产生相应的触发延迟角的晶闸管触发脉冲晶闸管控制电抗器(TCR)是无功补偿系统中的重要部分它的开关系统是反并联晶闸管结构根据———对a角的控制可以连续调节流过电抗器的电流从而调节补偿器从电网中吸收的无功功率孙楷淇:基于MATLAB的TCR一SC型无功补偿装置(SVC)仿真研究FiringPulsesTCR译‘飞舀月‘译曰‘图3仿真电路圈.3晶闸管投切电容器(TSC)TSC的无触电开关是两个反并联的晶闸管并加装串联电抗器在工程中一般将电容器分成几组每组都可由晶闸管投切嗜一蹂霹铸违夺甲!洲…锄图4TSC的电路图晶闸管在电流过流时关断电容器电流的过零时刻就是电容器电压达到峰值的时刻如果电流由晶闸管关断电容器将保持充电状态因此晶闸管将承受供电电压和电容器电压之间的电压差这个电压差就是晶闸管阀的阻断电压它在下一个供电电压峰值到来时会比供电电压高很多无功补偿系统控制器无功补偿控制器是无功补偿装置中重要的部分首先它从电网中采集信号经过控制器内部复杂的运算产生控制TSC和TCR的脉冲并根据补偿装置反馈的信号来修正控制信号其主要有以下几部分3安徽电气工程职业技术学院学报erSVCControll第十六卷Timer增刊卜Vabe_PresveefBBVefrS媲,T「eBsve日n厂二二TsC_onTSC3荔或二一恐掀竺口日压aAI_PobnTSCICI_;1on…t;m……竺是测量系统测量系统SVC控制器实施控制提供必要的输人信号控制器完成不同的控制功能时需要不同的输人信号有一部分信号可以直接测量而其他信号可以通过基本的电压和电流信号在控制系统s中转换得到电压测量系统的目的是产生一个与三相平衡基频电压方均根值(rm)成正比的直流信号采用基于锁乡相环的同步系统的母线电压首先通过电压互感器(PT)降压然后采用坐标变到dqo变换的矢量控制模型换这种方法基于从三相(A电压调节器svc电压调节器的作用是:通过处理测量所得到的系统变量产生一个与希望的补偿无功功率成比例的输出信号根据SVC哥enOPClosed一oolP一oolptimtimeeeonstaneonsrant应用场合的不同电压调节器中的控制变量和传递函数也是不同的o曰TTe=Xs/Xr+Xs二l/(Ki*Xs)为了提where:X一卜,lopei,多ntraIeg叶「(*o)]TlPulpo妙ln.auuVls妙pB/P云i()高系统的稳定性需图6电压调节器电路图要大量的无功功率储备当系统发生扰动时快速电压调节器利用SVC的大部分可控无功功率将端电压维持在预先设定的值因此控制系统中配备有一个慢速的电纳调节器用来改变电压参考值从而使SVC的无功输出功率返回到预先设定的值一般情况下这个值是很小的上触发脉冲发生器丁厂厂丁!二丁丁卜撰a户口口巨丁丁TSC术裸不资卜擎赚{;今l1方二二亚l矛丁丁弋八丁3Un个受产厂「日广「厂丁丁巨口口〔二二Vsclh「_l.TCZ上不L5C31)不l一r.仁二二TSra一个凡,ph二不‘丁L厂F不I_aonTASCTseeo:、巨二11lphTSC3七on:n丫r…}习」『厂I工.I宝,;「万—〔」尸…广尸.1!〔.「勺卜TSCusesI_Pl门门L们n口【门口门门门口1n~门门尸卜一亡口一一n目:厂一一们口门厂一一们nD住,门口仁〕〕{u险”e’usTSC3_Pl心图7触发脉冲发生器电路图从电压调节器输出的电纳参考信号被传送到触发脉冲发生单元该单元产生适合于SvC中所有晶孙楷淇:基于MATLAB的TCR型无功补偿装置(SVC)仿真研究闸管和晶闸管投切设备的触发脉冲从而在SVC母线上得到期望的电纳并达到设定的控制目标SVC型无功补偿装置【)仿真分析var的止由一个该仿真系统为30oM静无功补偿器(SVe)调节电压在600oMvA735kv的系统l6kV33MVA的祸合变压器一个10ar的晶闸管控制电抗器(TCR)和连接在变压器副边的35kV/79Mv三个94Mvar的投切电容器(TSCI组成投切TSC将使副边无功功率按照94Mvar的顺序vr的连续ar的离散性变化并且呈容性(16kV)然而TCR的相控产生从0到10产生从0到282Mv9Ma.性变化呈感性考虑变压器的漏电抗(巧%)从原边看到的SVC的等效电纳能够从一104pu/+3.23pu/100Mvar(全性)连完容续性变化为了得到电压调压器所需的电纳控制器监控原边的电压并且把适当的脉冲送给24个晶闸管(每个三相桥610oMVA(完全感性)到个晶闸管)电力系统一个等效电感(600MvA短路时)和一个ZoMw的负载组成将所有的参数设定好以后电力系统的扰动不变......时间为(0010407)对应的电压为(101025093..10)ef=1OP在电压控制模式下参考电压设置为Vru..调节器的电压降为001pu/loMVA(0o3pu乃ooMVA)因此+3Mvar)到完全感性当SVC运行点从完全容性(0..vr)变化时(一loMa的电压在l一003=097pu和l+.00图8无功补偿装置仿真波形1=LolPu之间变化仿真波形如图8注:在第一个图形VaoOMVA〕中白线代表电压黑线代表电流[pu]Ia[pu/rMv在第二个图形Q【ar」中曲线代表SVC产生或吸收无功功率的多少ef〔Pasvr中曲线代表测量所得的电压直线代表参考电压在第三个图形Vmeu」在第四个图形alphaTCR[deg〕中曲线代表TCR的触发角r在第五个图形numbeofTSCs中曲线代表投人TSC的多少..f设置为终端得到1OP当SVC不工作时初始源电压设置在1OPuu的电压当参考电压Vre.1OP初始是不稳定的(零电流)该运行点由串联其中的TSCu时I获得并且TCR是在半导通状...态下(alpha=130度)在t=015时电压突然增加到l025pu为了使电压回到lopu通过吸收v二一sMr)抑制电压上升a无功功率(Q的回落时间大约是135m此时所有的TSC59s都不工作=1lph并且TCR几乎是在完全导通状态下(a00度)由于TCR的投人很明显在第一个图形中这个阶a.=.时原电压突然段的电压和电流不同步电流几乎滞后电压9通过0度在t045降低到093Pu.00Mvar的无功功率来抵制电压的降低因此把电压增加到09产生15Pu此时三个TSCs都工作而TCR几乎是不吸收任何无功功率(alpha二180度)由于TSC的投人第一个图形中此阶段的电流超前电压几乎是90度在最后一个图形上观察TSCs是怎样按顺序投切的每次一个TSC投入角突然从100度(导通)改变到180度(导通)在TSC切除时角突然从180度(不导通)改..变到roo度(导通)最终在t=075时电压增加到1OPu并且SVC无功功率降低到零所以该系统能够实现从感性到容性连续的进行控制调节并且响应时间比较快其控制能力电压控制辅助稳定信号按相控制都比较好结论综上所述该TCR型无功补偿装置(SVC)能够解决以前电力无功功率补偿系统中的很多问题该系统在国内外都是比较先进的能够实现从感性到容性连续地进行控制调节并且响应时间比较快其控制能力电压控制辅助稳定信号按相控制都比较好因为TcR的存在产生谐波但TcR的容量比较小所以谐波产生就比较小在TCR中需要滤波器无旋转惯性并且损耗较小:参考文献..D]北京:清华大学电机系究〔[l]姜齐荣.新型静止无功发生期建模及其控制研.:2」孙亮M言与控制系统仿真【北京北京工业大学出版社【语3」陈桂明张明照.应用MATLAB建模与仿真【北京:科学出版社0000
