2022年无功补偿技术综述大工毕业论文 .pdf

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1、网络高等教育本 科 生 毕 业 论 文设计题目：无功补偿技术综述学习中心：奥鹏远程教育层次：专科起点本科专业：电气工程及其自动化年级：2015年春季学号：学生：指导教师：完成日期： 2015年 12 月 24 日精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 40 页无功补偿技术综述I 内容摘要电网中无功功率的影响很大，它不仅使电网电压下降，影响电压的稳定性，还会使输、配电线路上的有功功率和电能损耗增加，造成大量的电能浪费。因此，该系统的功率补偿，减少无功电流在传输线，使系统的功率平衡问题一直是一个关键的电力行业研究。随着电子设备的日益

2、增加的需求在功的发展，电力网络分布功越来越复杂，功补偿技术的要求也越来越高，传统的功补偿技术越来越不能满足目前的需要。本文首先讲述了无功功率补偿技术的研究目的和意义，介绍了无功功率补偿技术的研究现状和发展方向，阐述了无功功率补偿装置中无功算法、控制策略、装置保护等方面的技术要求。本文重点介绍了静止无功补偿器TVS 、静止无功补偿发生器SVG和有源滤波APF ， 其中 SVC 常用的有以下几种形式： 固定电容加晶闸管控制电抗器型(FC+TCR) 、晶闸管开关电容器型(TSC)、饱和电抗器型 (SR)以及混合型 (TCR+TSC) 作了详细的介绍。文章的最后还为将来的设计研究提出了展望。关键词：无

3、功功率补偿；静止无功补偿发生器；静止无功补偿器；有源滤波器精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 40 页无功补偿技术综述II 目录内容摘要 . I1 绪论 . 11.1 课题的背景及意义 . 11.2 无功补偿技术的发展 . 11.3 国内外研究和发展动态 . 31.3.1 国内外无功补偿技术应用概况 . 31.3.2 无功补偿技术发展方向 . 42 基于柔性交流输电系统 (FACTS)的无功补偿技术 . 52.1 TSC 型补偿器 . 52.1.1 晶闸管的触发原则 . 62.1.2 主电路连接方式 . 72.1.3 检测点

4、的选择 . 82.1.4 电容器的分组方式 . 92.1.5 投切死角区间及减小投切死角的策略 . 92.1.6 串联电抗器的选择 . 102.2 FC+TCR 型补偿器 . 122.2.1 TCR+FC 型补偿器基本原理 . 132.2.2 TCR+FC 型补偿器主要接线方式 . 132.2.3 TCR+FC 型补偿器系统组成 . 142.2.4 TCR+FC 型补偿器控制策略 . 152.3 SR 型补偿器 . 162.4 TCR+TSC型补偿器 . 172.4.1 TCR+TSC 型补偿器系统组成 . 182.4.2 TCR+TSC 型补偿器控制策略 . 193 基于全控器件的无功补偿技

5、术 . 213.1 静止无功发生器 (SVG) . 213.1.1 SVG 的主电路结构 . 213.1.2 SVG 的基本原理 . 22精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 40 页无功补偿技术综述III 3.1.3 SVG 的控制策略 . 233.2 有源滤波器 (APF) . 253.2.1 有源滤波器的分类 . 25有源滤波器结构及工作原理 . 284 结论 . 33参考文献 . 35致 谢 . 36精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 40 页无功补

6、偿技术综述1 1 绪论1.1 课题的背景及意义在电力系统中，异步电动机和变压器设备消耗了大量的功。这些功如果不能及时获得补偿，会对电网的安全、稳定运行产生不利影响: 首先，无功功率的增加会导致电流的增大，这不仅使设备及线路的损耗增加，而且还会威胁到设备的安全运行；另外，电流和视在功率的增大也会导致发电机、变压器及其他电气设备容量的增加，同时，电力用户的启动及控制设备、测量仪表的尺寸和规格也要加大，这使电网的经济运行大打折扣；另外，无功储备的不足会导致电网电压水平的降低。如果是冲击性的无功功率的负载，还会使电压产生剧烈的波动，例如电弧炉、轧钢机等大型设备会产生频繁的无功功率冲击，使电网的供电质量

7、更加恶化。随着经济的发展，人们对电能质量越来越高的要求，并保持功缘适量是电网安全，稳定，经济运行的重要保障。在上述的各种危害，如何快速、有效地补偿电力系统中的功，是相关研究人员正在研究和亟待解决的问题。我国和世界上的发达国家(美国、日本 ) 相比，无论从电网功率因数还是补偿深度来看，都有较大的差距1。目前，美国、日本等发达国家补偿度达0.5 以上，电网功率因数接近1.0 ，而我国补偿度仅为0.45 。我国的电网，特别是广阔农村电网，普遍存在功率因数低，电网损耗较大的情况。因此研究无功功率补偿对电网的安全经济运行有很重要的意义：a.解决现代电力系统中与无功功率相关的一系列新的技术问题。b.促进节

8、能。无功功率在电网中不断循环，造成很大的浪费。如果无功功率问题处理得好，不仅节约电能还可以减少系统变压器和输变电设备容量。c.通过研究无功功率测量，掌握无功功率的经济规律。通过统计、理论分析和各项技术措施来到达经济运行的目的。d.保证电能质量，促使电力系统安全运行。1.2 无功补偿技术的发展无功补偿的目的有： 1改善电压调整； 2提供静态和动态稳定；3降低过电压； 4减少电压闪变； 5阻尼次同步震荡； 6减少电压和电流的不平衡。电力系统中，常见的无功控制方法有同步发电机、同步电动机、同步调相机、并联电容器和静止无功补偿装置等。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 -

9、- - - - - -第 5 页，共 40 页无功补偿技术综述2 1. 同步调相机功补偿装置同步器是早期的代表，它是空载运行的同步电动机等效，过励磁运行，向系统发出功，玩功的作用；在欠励磁运行，它吸收系统感性动力反应的影响，负荷。通过自动励磁调节装置， 同步器根据电压值平滑输出的局部变化吸收功率，电压调节，也有利于提高系统的稳定性。但是同步调相机是旋转机械，功率损失较大，约1.5%到 5% 的能力。小容量同步冷凝器单位产能投资成本较高，适用于大容量同步冷凝器通常集中使用。由于该设备仍在使用的功补偿领域，并与控制技术，其控制性能的提高。2. 电容器系统中的并联电容器，提高了容性负载，从系统的电容

10、功吸收，相当于发出感应功，满足电路的感性负载电感的功率需求，到达功。使用电容器的功率补偿，一次性投资和运行成本相对较低，安装调试简单，损耗低，效率高0.02%只损失本身的能力，可以集中使用，又可以分散安装。目前，在电力系统中的功补偿能力的国内外约90% 是用来实现并联电容器。 但是并联电容器的电源电压和功率和节点的平方成正比 QC = V2 / XC ，当节点电压下降，需要增加功率，降低供电系统的反应。换句话说，补偿效果，改变系统电压，电容器的补偿效果不理想。3. 并联电抗器并联电抗器是功补偿装置的重要组成部分，用于改善与过量的电感电容功电力系统有功功率平衡，传动功率小，后来轻负荷在电力系统中

11、的早期是非常必要的。因为在上述两种情况下，传输线的功小，和电容的影响线使传输线产生的电容充电功率大于传输线的电感的功率，以维持系统的电压水平，必须满足系统功率平衡，电压或功率的系统会增加。为确保安全运行。4. 无功补偿器静止无功补偿器 ( SVC) 是第二代无功补偿装置，它被广泛用于输电系统波阻补偿及长距离输电的分段补偿，也大量用于负载无功补偿。其典型代表是固定电容器+ 晶闸管控制电抗器 ( Fixed Ca-pacitor + Thyristor Controlled- Reactor- - FC+TCR) 、晶闸管投切电容器 ( Thyristor Switching Capaci-tor

12、- - TSC) 及晶闸管投切电抗器 ( Thyristor ControlReactor- TCR) 。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 40 页无功补偿技术综述3 1.3 国内外研究和发展动态1.3.1 国内外无功补偿技术应用概况传统的无功功率补偿装置装置主要是传统的同步电容器和并联电容器。同步调相机是早期功补偿装置的典型代表。同步调相机不仅可以补偿功固定，对功动态补偿的变化可以进行。由于该设备仍在使用的功补偿领域，并与控制技术，其控制性能的提高。但它属于旋转设备，运行中的损耗和噪声都比较大，技术远远落后 。在大多数的

13、感性负载的实际经验，以低成本为无功补偿装置后，利用并联电容器。电容补偿系统可以根据所需的无功控制系统的数量，自动切换补偿电容，所以对价格较高的功率补偿方法。在电力系统中目前采用开关电容器或接触器投切电容器。开关电容补偿措施，减少缺陷不好，反应慢，切换过程中产生的涌流和过电压问题。此外，接触器投切电容器开关响应时间较短的切换模式，这种功补偿设备一旦被分配 10kV 和 380V市场，尤其是在低压配电网络。但由于其开关的随意性，并没有解决接触器暂态过程的电弧烧铸造成过电压，寿命短的问题。同时，接触器补偿装置的响应时间也较大，在一些场合，快速负载变化可能不同，不能到达动态补偿的目的。因此，从广义上说

14、，的功补偿装置动态接触不别离开关类。20 世纪 70 年代以来，同步调相机 (SC，Synchronous Condenser) 开始逐渐被基于半控型器件晶闸管 (SCR)的静止型无功补偿装置 (SVC)所取代。虽然在 FACTS 概念形成以前 SVC 就己存在，但由于 SVC 采用的阀元件也是电力电子器件，因此也把 SVC 归于 FACTS 控制器。早期的 SVC 静止无功补偿装置是饱和电抗器(SR， Saturated Reactor) 型的， 1967年英国 GEC 公司制成了世界上第一批该型无功补偿装置。SR 比之 SC 具有静止、响应速度快等优点；但其铁芯需磁化到饱和状态，因而损耗和

15、噪声还是很大，而且存在非线性电路的一些特殊问题，又不能分相调节以补偿负荷的不平衡，所以未能占据 SVC 的主流。电力电子技术的发展及其在电力系统中的应用，将晶闸管的静止无功补偿装置推上了无功补偿的舞台。1977 年美国 GE 公司首次在实际电力系统中运行了使用基于晶闸管的SVC； 1978 年，在美国电力研究院支持下，美国西屋公司(Westinghouse Electric Corp)制造的使用基于晶闸管的SVC 投入实际运行。随后，精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 40 页无功补偿技术综述4 世界各大电气公司都竞相推出了

16、各具特点的系列产品。由于使用基于晶闸管的SVC 具有优良胜能， 所以十多年来占据了SVC 的主导地位。 因此，SVC 一般专指使用基于晶闸管的静止无功补偿装置。SVC 是利用晶闸管作为固态开关来控制接入系统的电抗器和电容器的容量，从而改变输电系统的导纳。按控制对象和控制方式不同，可分为晶闸管控制电抗器(TCR)、晶闸管投切电容器 (TSC)以及两者的混合装置 (TCR+TSC)，或者 TCR 与固定电容器 (FC)配合使用的静补装置 (TCR+FC)等。1.3.2 无功补偿技术发展方向目前我国广泛使用的是静止补偿器SVC。其中 ,能够进行无功功率动态补偿的基于智能控制策略的TSC 仍然需要大力

17、推广。随着大功率电力电子器件技术的高速发展 ,未来的功率器件容量将逐步提高,应用有源滤波器进行谐波抑制，以及应用柔性交流输电系统技术进行无功功率补偿,必将成为今后电力自动化系统的发展方向。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 40 页无功补偿技术综述5 2 基于柔性交流输电系统(FACTS)的无功补偿技术柔性交流输电系统 (Flexible AC Transmission System)是随着电力电子技术的发展及其在电力系统中的广泛应用而产生的。目前基于FACTS技术且应用于无功补偿最为广泛的是静止无功补偿器(SVC)。SVC

18、常用的有以下几种形式 : 固定电容加晶闸管控制电抗器型(FC+TCR) 、晶闸管开关电容器型 (TSC)、饱和电抗器型 (SR)以及混合型 (TCR+TSC) 。2.1 TSC 型补偿器TSC 型补偿器是一种断续可调的发出无功功率的动态补偿装置。其单相原理如图 2.1 所示。由一组并联的电容器组成，每台电容器与双向晶闸管串联接入电网。晶闸管在这里起开关作用以替代机械开关。运行时根据电网对无功的需求决定投入电容的组数。图中每组电容串联的小电感用来抑制投切电容时产生的冲击电流。 TSC 接入三相电网时一般采用三角形连接。图 2.1 TSC 型补偿器单相原理图TSC 的关键技术问题是投切电容器的时刻

19、选取。电容组的最正确投切时间是晶闸管两端电压为零的时刻， 也就是电容器两端电压等于电源电压的时刻。TSC一般采用过零投切，采用过零投切时电路的冲击电流为零。为了投切效果更好，必须对电容预先充电。TSC装置的发展已经有了很长历史，根据 TSC装置的实际使用效果和反馈， 前人在技术上进行了很多的改良和创新。如何总结已有的经验，选择适合于TSC的技术是本节研究的重点2。TSC的典型装置通常有两部分组成3：一部分为 TSC主电路，它包括晶闸管、补偿电容器及阻尼电抗器；另外一部分为TSC控制系统，主要由数据采集和检测、参数运算、投切控制、触发控制4 个环节组成4。本节将从无功算法的选择、晶闸精选学习资料

20、 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 40 页无功补偿技术综述6 管的触发原则、主电路的接线方式和控制策略等9 个方面对 TSC动态无功补偿有关技术进行比较深入的论述。2.1.1 晶闸管的触发原则普通晶闸管投入时间总的原则是，此刻的TSC的输入电容，也是晶闸管开通时刻，必须是电源电压和电容器的预充电电压相等的时刻。因为根据在电容器中的电容器的特性，当电压阶跃变化，会产生冲击电流，很可能破坏晶闸管或不利影响电源的高频振荡1,2,3。如果第一电容器充电电压等于电源电压的峰值在传导，在峰值功率的输入电容，由于在电源电压比点的变化时间导数为零，因

21、此，目前IC 是零，那么电源电压即电容电压将根据改变正弦波电流上升率，即按正弦规律上升。在这种方式中，目前影响整个投资过程不仅，目前也没有改变。这就是所谓的理想输入时间 。以简单的电路原理图和投切时的波形对此作了说明。图4-16usiCuCCVT1VT2ttttusiCuCVT1VT2t1t2uVT1uVT1图 2.2 功率补偿说明图选取合适的触发时刻总的原则是， TSC投入电容时，也就是晶闸管开通的时刻，必须是电源电压与电容器残压的幅值和相位相同。但是无论投入前电容器充电电压也称残压是多少，其往往都是不易测量的，所以必须通过其他一些方法来解决电容器残压测量的难题。晶闸管电压过零触发电路如图2

22、.3 所示。当电源电压与电容器的残压相等时，晶闸管上电压为零，光电耦合器就会输出一个负脉冲，如果此时投入指令存在，此脉冲就会经过一系列环节，产生脉冲串去触发晶闸管，保证晶闸管的平稳导通。当 TSC投入指令撤销时，晶闸管在电流过零时断开，直到微控制器下次发出投入指令， TSC才会在零电压时重新投入。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 40 页无功补偿技术综述7 CL光电耦合与门多谐振荡器零电压检测器脉冲隔离放大投入命令图 2.3 晶闸管电压过零触发电路一般来讲，无论电容器残压多高，它总是小于等于电源电压幅值，则在一个周期内，

23、晶闸管总有处于零压或反压的时刻。利用这一点，在晶闸管承受反压时，触发脉冲序列开始，这样当晶闸管由反向转为正向偏置时就自动进入平稳导通状态。在两种触发电路中，晶闸管电压过零触发的使用范围最为广泛，无论电容残压出于何种状态，其都适用。反压触发的成功率和电容器残压密切相关，只适用于电容器残压小于电源峰值的情况。2.1.2 主电路连接方式TSC的主电路按照晶闸管和电容器的连接方式5，大致可以分为 4 种类型：星形有中线、星形无中线；角外接法、角内接法。其中前两者统称为星形接法。电容器与电网并联，其额定电压应与电网一致。在三相供电系统中，额定电压与电网电压单相电容分相同时，正常情况下，连接成一个三角形，

24、可以补偿较大的效果。这是因为：如果切换到星形连接时，相电压为线电压的倍，因为，所以功输出将是一个1 / 3次三角形连接的方法。考虑成本因素，本工程采用三角形接法。根据晶闸管的位置，三角形接法分为角方法外，角内接法。晶闸管处于电容器三角形的外部。按照电工理论中的“一Y”变换原理，在电容器总容量相等的情况下，角外接法和星形无中线对外电路所表现的特性都是一样的。与角内接法相比，体积小，但不易控制，投切时暂态过程较长。适合于三相平衡负载。晶闸管处于电容器三角形的内部。该接法对系统无污染，相对另外3 种接法，晶闸管电流定额电流小，只有相电流的58% ，但晶闸管额定电压定额较大。当有较精选学习资料 - -

25、 - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 40 页无功补偿技术综述8 大不平衡负载时，三角形接法的电容器组也可令各相电容值不等，根据各相负荷大小作分相补偿。三相不平衡负荷的补偿装置就是使用角内接法的TSC与 TCR组合形式。ABCABC a. 内三角接法b. 外三角接法ABCc. y型连接图 2.4 主电路常用接线方式2.1.3 检测点的选择5。检测点 A 检测补偿以后的无功状况，由于不能直接检测负载的无功功率，不易实现多组电容器的一次快速投切，通常采用逐级渐进的投切方式，较慢地到达对应补偿值，因此仅适用于负载运行较平稳，无大容量冲击负载，不需要快

26、速动态补偿的场合。检测点 B直接检测负载的无功状况，其优点是仅根据负载Q和 Iq 测得值，决定电容器投入组数，是一种只管投切，不管控制补偿后实际效果的控制方式，其优点是控制方式简单，可一次快速投切多组电容器，缺点是静态补偿的精度较差。有关专家还提出了兼顾两者优点的闭合控制方式，即检测点设在A 处，检测补偿后的无功功率 Q ，又通过 Q 求得负载的全部无功功率Q ，即完全补偿时所需投入的全部电容器的无功功率，这种设想可通过微机来实现，又因可一次投入应投的全部电容器，获得快速的动态补偿特性，是目前公认的比较理想方案。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - -

27、 - -第 12 页，共 40 页无功补偿技术综述9 DDDAB负载CT图 2.5 主电路常用接线方式2.1.4 电容器的分组方式利用 TSC补偿装置时，由于输出不能连续调节，电容器分组构成对补偿效果影响显著。为了延长每个电容器的使用寿命，电容器的开关频率应尽可能降低，并且每个开关时间基本相当。为了实现更高程度的补偿，同时防止过度补偿，包容量应尽可能小。两者之间是有矛盾的，提出合理的分组策略是一个重要的研究内容 。电容器组等容分组和不等容分组模式。所谓的等容分组，指的是电容器的容量等于在每一组中，本实用新型具有易于实现自动控制等优点，缺点是补偿差价，获得薪酬差异较小，必须增加组数，相应的控制设

28、备和占用的空间也需要增加。所谓不等容分组方式，就是指各分组电容器的容量不相等，其优点是利用较少的分组就可获得较小的补偿级差。例如150kvar 电容，按照 8:4:2:1原则进行分组可实现 16 级组合，各组容量分别是l0kvar 、20kvar 、40kvar 、80kvar ，只需4 组就可以到达10kvar 的补偿级差，假设按等分方式，必须分成15 组才能到达1Okvar 的补偿级差。本文采用了按照8:4:2:1原则分组的不等容分组方式，虽然软件控制比较复杂，但却大大节省了电容器所占用的空间，也大大节约了电容器投切开关的数量，实现了较高的补偿精度的同时也大大节约了补偿装置的成本。2.1.

29、5 投切死角区间及减小投切死角的策略由于 TSC系统的电容器容量是离散的，是通过非连续的方式调节负载功率因数，所以必然存在负荷在某些工作情况下，无法到达理想的功率因数。为了说明这个问题，我们取希望补偿到的功率因数区间为0.95-1 ，当负载的功率因数在这个区间时，就说明负荷符合电网对用户的无功考核要求。一般工农业用户负载的功率因数处于0.4-0.9之间，这里假设当负载的最大精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 40 页无功补偿技术综述10 功率为 1，其对应的功率因数0.56 ，此时，如果要把功率因数补偿到1，需要电容器容量

30、：2110.56 / 0.561.48cQ。如果电容器按照 8:4:2:1分配，则最小的电容器组为 1.48/15=0.0986 。当系统有功负荷在0.43-1 变化时，当全部的电容器组投入亦不足以使功率因数到达最小的考核要求0.95欠补。例如，当有功是最大值 1，功率因数为 0.45时，此时即使全部四组电容1.48 投入，功率因数也只能到达0.89，显然不在希望的区间。由于一般电容器配置都是以可能出现的最小功率因数配置，并有一定的裕量，所以这些死角区间在实际系统中不会出现。当系统有功负荷为在0-0.43 变化时，死角区间主要包含两部分：除了反映全部电容投入亦达不到要求的区间外，还包括投切电容

31、后功率因数要么小于0.95 ，要么超出 1倒送无功。例如当有功功率为0.2 时，功率因数为 0.92 时，此时无功为 2，如果投入一组最小的电容0.0986，则 0.09862 电容过补不符要求 , 不投则功率因数不符要求。这正说明了当负荷太小时，在某些情况下，会由于找不到合适投切方案而形成“投切振荡”。所以在轻负荷时，应该闭锁控制器投切电容。2.1.6 串联电抗器的选择在实际电网中，谐波电流对电容器的破坏影响是不容无视的。在负载电路中，谐波主要来自两个方面：变压器的磁性畸变，可以引起以5 次谐波为主的电压；其次是电网系统中越来越多的非线性负载引起的各次谐波6。假设TX 为电源侧电抗，cX 为

32、电容器电抗，TnX为电源侧 5 次电抗，cnX为电容器 5 次电抗，nE 为电源侧 5 次谐波电压值，则5TnTXX(2. 1)15cncXX(2. 2)cnnnnTncnXUEEXX(2. 3)nnTncnEIXX(2. 4)此谐波电流和基波电流相叠加，会引起异常的过电流。通常工程上采用串联电抗器来抑制过大的谐波电流。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 40 页无功补偿技术综述11 如果令 5 次谐波电压为2% ，电源测电抗为5% 的电抗，这时投入阻抗为100%的电容器， 5 次谐波电流为：2 100%=40%55100

33、/5nI当串入 6% 的电抗器时，2 100%=5.7%55+65100/5nI可见使用电抗器限制谐波电流效果非常明显。图2- 9 为串联电抗器前后电流波形的比照。可见当不串联电抗器时，电流波形畸变非常严重。当串联6% 的电抗器时，电流波形恢复正常。可见使用电抗器可以限制电流畸变。100200300400500600700-2000200a电压100200300400500600700-202b电流100200300400500600700-202c电流电抗器除了限制谐波电流的作用外，还可以有效抑制电容器投入时的充电电流，起到保护电容器和电流互感器的功能。在选用电抗器时，电抗器额定电流应精选学

34、习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 40 页无功补偿技术综述12 稍大于电容器的额定电流。另外由于串联电抗器的缘故，加在电容器上的工作电压也升高了，因此对电容器的额定电压选择、电容器投入时实际能起到的补偿效果都应做一定的调整和校正8。2.2 FC+TCR 型补偿器TCR 型补偿装置有两个反并联的晶闸管与一个电抗器串联接入电网，其单相原理如图2.7 a所示。在三相电网中多接成三角形。TCR装置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90180。当触发角为 90时，晶闸管全导通，导通角为 180。此时电抗器吸收的无

35、功电流最大。根据触发角与补偿器等效导纳之间的关系可知：增大触发角可增大补偿器的等效导纳，这样就会减小补偿电流中的基波分量。所以通过调整触发角的大小可以改变补偿器所吸收的无功分量，到达调整无功功率的效果。TCR 的响应时间小于半周波，可连续吸收无功功率，但其电流中有谐波，有功率损耗，补偿器的体积大，成本高。单独的 TCR 不能发出无功功率，所以可将并联电容器与 TCR 配合使用构成无功补偿器。FC+TCR 型补偿器由假设干不可控电容器与TCR 并联而成，如图 2.2b 所示，电容器的容量为负载所需的无功总量，电感为可变电感。通过控制双向晶闸管的导通角，即可向系统输送容性或感性无功功率。当导通角为

36、零时，晶闸管全导通，电感支路相当一个纯电感，消耗最大的无功功率，补偿器向系统输出最小的无功功率。增大导通角，电感支路的电流减小，电感吸收的无功功率减小，补偿器输出的无功增大。当导通角为 90 时，电感支路相当于断开，吸收零无功，此时补偿器输出最大无功功率。由于该补偿器响应时间快( 小于半周波 )，灵活性大，而且可以连续调节无功输出，所以目前在我国的电力系统中应用最为广泛。但该补偿装置输出的电流中含有较多的高次谐波，而且电抗器体积大，成本也比较高。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 40 页无功补偿技术综述13 aTCR 型

37、补偿器bFC+TCR 型补偿器图 2.7 TCR 型、FC+TCR 型补偿器2.2.1 TCR+FC 型补偿器基本原理TCR+FC 型 SVC的单线简图如下图。 其中 TCR Thyristor Controlled Reactor 是晶闸管控制电抗器， FC Fixed Capacitor是几组固定电容器。每个单相支路中，补偿电抗器和晶闸管阀配合使用。TCR+FC 型 SVC 是通过晶闸管阀控制流过电抗器的电流，来到达控制无功功率的目的。根据负荷无功功率QV 的变化情况，来实施改变电抗器的无功功率QTCR感性无功功率，当负荷无功QV 增大时， TCR 产生的无功 QTCR 减少；当负荷无功

38、QV 减小时， TCR 产生的无功 QTCR 增加。即不管负载的无功功率如何变化，总要使二者之和为常数，即QV+QTCR常数，这个常数等于谐波滤波器组发出的容性无功功率QC 的数值，使取自电网的无功功率QN 为常数或为 0， 即：QN=QC-(QV+QTCR)= 常数或0，则能实现电网功率因数=常数，电压几乎不波动，从而到达无功补偿的目的，以抑制负载波动所造成的系统电压波动和闪变。关键是准确控制晶闸管的触发角，得到所需的流过补偿电抗器的电流，晶闸管变流装置和控制系统可以实现这个功能，通过采集母线的无功电流值和电压值，合成无功值，和所设定的恒无功值进行比较，计算得到触发角大小，通过晶闸管触发装置

39、，使晶闸管流过所需电流。2.2.2 TCR+FC 型补偿器主要接线方式三相的 TCR接线通常采用三角形联结。这样的电路并联到电网上，就相当于三相交流调功电路。由于采用三角形联结，故线电流中将不会存在3 次及 3 的倍数次谐波。在实际工程中还常常将每一相的电抗分成如图2.8 所示，分别接在晶精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 40 页无功补偿技术综述14 闸管对的两端。这样可以使晶闸管在电抗器损坏时能得到额外的保护。图 2.8 TCR 的接线方式2.2.3 TCR+FC 型补偿器系统组成TCR设计每个 TCR支路由一个晶闸管

40、阀和两个分裂电抗器相串联。晶闸管阀由多个晶闸管对串联以获得10kV额定电压和承受正常运行的过电压情况，两个晶闸管在正负 半 周 交 替 导 通 ， 实 现 对交 流 电 流 的 开关 与 控 制 。在电压的每个正的或负的半周中，从电压峰值到电压过零点的间隔内触发晶闸管，承受正向电压的晶闸管导通，电抗器进入工作状态。通过改变投入时刻的相位来控制电抗器电流有效值的大小，从而改变吸收的无功功率，一般容量的选择要比 FC电容器组的容量稍大方能满足连续改变无功功率的要求。此外，TCR的工作是会引起谐波电流的，因此需要安装滤波器来尽量减少SVC对系统的谐波电流注入。滤波器设计通常的滤波方法是配置无源滤波器

41、，既可以滤除谐波，又可以补偿一定容量的无功。对装设于电力系统中的SVC装置而言，系统谐波含量相对较少而且比较稳定，主要谐波源就是SVC装置本身，因此设计起来相对简单，一般只需要装设5次以上的单调谐滤波器即可，必要时装设高通滤波器。但对于补偿冲击性负荷的SVC装置，在设计滤波器时，不仅要考虑装置本身产生的谐波，还需要考虑负荷侧产生的大量非特征谐波和偶次谐波，关键是要具有充足的设计经验，才能使得滤波器设计的性价比最高。另外，滤波器在实际工作中并不是处于真正的谐振状态。为防止谐波电流过大，考虑到系统一般呈感性，通常将滤波器设计成感性偏调谐，这样也防止了与系统发生谐振的可能。精选学习资料 - - -

42、- - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页，共 40 页无功补偿技术综述15 SVC主回路设计方案SVC 装置一次部分主要由电容器、 电抗器、晶闸管、 空开、 接触器等组成， SVC装置接在单母线上，其中5 次、7 次滤波器分别为等容量的两组支路，与TCR 支路共同接在该 10kV 母线上。控制系统组成控制系统是整个 SVC 的核心部分，主要由A/D 采集系统、 DSP 运算单元、脉冲移相电路、电光转换装置等相互独立的硬件模块组成，另外还包含监测系统和保护系统。A/D 采集系统的主要任务是采集系统、负载的实时电压、电流。DSP运算单元具备信号采样和处理、 控制

43、算法的实现、触发脉冲的输出等功能，是整个系统最为核心的部分。TCR 脉冲发生板的作用是根据DSP 控制运算单元输出的触发脉冲及同步电压的输入信号，发出经过移相的高频脉冲，以控制TCR主电路里晶闸管的导通角度来改变接入系统的等效电抗。同步信号是由电源兼同步变压器输出的交流信号，经双半波整流，再经同步整形环节变成方波，然后经锯齿波发生器变成与电源同频的同步锯齿波信号。该信号与控制角信号相比较，并将比较结果输出至脉冲发生环节(高频调制电路 ) ，即得到移相之后的脉冲序列。电光转换装置：由于晶闸管的触发需要提供光信号，所以产生的脉冲序列要经过电光转换装置转化成光信号，然后通过光纤传送到主电路一端。2.

44、2.4 TCR+FC 型补偿器控制策略TCR 型补偿装置有两个反并联的晶闸管与一个电抗器串联接入电网，其单相原理如图2.9 a所示。在三相电网中多接成三角形。TCR装置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90180。当触发角为 90时，晶闸管全导通，导通角为 180。此时电抗器吸收的无功电流最大。根据触发角与补偿器等效导纳之间的关系可知：增大触发角可增大补偿器的等效导纳，这样就会减小补偿电流中的基波分量。所以通过调整触发角的大小可以改变补偿器所吸收的无功分量，到达调整无功功率的效果。TCR 的响应时间小于半周波，可连续吸收无功功率，但其电流中有谐波，有功率损耗，补偿器的体

45、积大，成本高。单独的 TCR 不能发出无功功率，所以可将并联电容器与 TCR 配合使用构成无功补偿器。FC+TCR 型补偿器由假设干不可控电容器与TCR 并联而成，如图 2.9b 所示，精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页，共 40 页无功补偿技术综述16 电容器的容量为负载所需的无功总量，电感为可变电感。通过控制双向晶闸管的导通角，即可向系统输送容性或感性无功功率。当导通角为零时，晶闸管全导通，电感支路相当一个纯电感，消耗最大的无功功率，补偿器向系统输出最小的无功功率。增大导通角，电感支路的电流减小，电感吸收的无功功率减小，补

46、偿器输出的无功增大。当导通角为 90 时，电感支路相当于断开，吸收零无功，此时补偿器输出最大无功功率。由于该补偿器响应时间快( 小于半周波 )，灵活性大，而且可以连续调节无功输出，所以目前在我国的电力系统中应用最为广泛。但该补偿装置输出的电流中含有较多的高次谐波，而且电抗器体积大，成本也比较高。aTCR 型补偿器bFC+TCR 型补偿器图 2.9 TCR 型、FC+TCR 型补偿器2.3 SR 型补偿器SR型补偿器中，由饱和电抗器和串联电容器组成的回路具有稳压的特性，能维持连接母线的电压水平(其中的串联电容器是用来校正饱和电抗器伏安特性的斜率)，对冲击性负荷引起的电压波动具有补偿作用。与其并联

47、的滤波电路能吸收谐波并校正功率因数。 SR型补偿器具有快速、可靠、过载能力强、产生谐波小等优点。另外， SR还具有有效抑制三相不平衡的能力，当电网三相电压不平衡时，饱和电抗器的三相呈现不同的饱和程度，使三相电压趋于平衡。目前应用中的SR补偿器通常采用二 -三柱和三 -三柱饱和电抗器。由于运行中电抗器长期处于饱和状态，铁芯损耗较大，而且饱和电抗器的造价较高，所以目前国内应用较少。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精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - -

48、- -第 20 页，共 40 页无功补偿技术综述17 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。SR的缺点是：造价高，损耗大，有振动和噪声，调整时间长，动态补偿速度慢。由于具有这些缺点，所以饱和电抗器的静止无功补偿器应用的比较少。2.4 TCR+TSC型补偿器TCR+FC 型和 TSC型补偿器都能有效的补偿系统中的无功电流，但各有自己的缺点， TCR+FC 型补偿器容易产生谐波，而TSC型补偿器对于冲击性负荷引起的电压闪变不能进行很好的抑制。二者的缺点正是对方

49、的优点，所以TCR+TSC 型补偿器应运而生。由TCR提供可调的感性无功功率，FC提供容性无功功率，同时作为5、7 次谐波的滤波器，当FC提供的容性无功不足时， TSC投入运行。图 2.10 TCR+TSC型补偿器所有形式的SVC都属于并联无功补偿装置，补偿原理都是通过控制晶闸管的触发角，改变接入电网中的等效电纳，从而到达调节输出无功的目的。但这些SVC设备之所以能产生感性无功功率，依靠的仍然是其中的电容器。这就导致SVC与静电电容器有着同样不可逾越的障碍，即当电压水平过于低下，急需无功补偿时，补偿器的输出反而会减少。结合 TSC和 TCR的各自的优点，可构成投切时间可精确控制，投入冲击电流小

50、，无功功率可连续调节的动态无功功率补偿器，即TSC+TCR 的无功功率补偿器，也称为混合型静止补偿器。它包括一组晶闸管控制电抗器和多组晶闸管投切电容器，如下图，图2.11(b) 为该类补偿器的电压电流特性图。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页，共 40 页无功补偿技术综述18 图 2.11 TSC+TCR基本原理图图 2.11(b) 中的折线 0-(1)-(1) 、0-(2)-(2) 、0-(3)-(3) 、0-(4)-(4)分别为 TCR并联一组、两组、三组、四组电容器所对应的电压电流特性图。由于混合型无功功率补偿器在使用时