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1、摘 要 随着社会的日益发展和科学技术的深度探索,电对人们的生活越发的重要.电压质量对电网稳定及电力设备安全运行,线路损失,用电单耗和人民生活用电都有直接影响.本文主要介绍了无功因数的基本概念及研究意义和无功补偿技术的现状以及治理的原则和目的，同时，也对静止无功功率理论做简要介绍，在本文中也对其中SVC型动态无功功率补偿装置的设计和保护做了一定说明。我们主要从硬件设计上来更好掌握SVC技术，不管是在控制策略的选择，还是无功补偿容量确定上，都有必要把握这些细节。在研究低压电网中无功补偿时，也对SVC系统的保护系统做了重点研究，这将是整个系统正常运行的基本前提。关键词：无功功率；静止无功功率理论；动
2、态补偿；SVCl目 录绪 论1一、无功补偿设计背景2（一）无功功率的基本概念及研究意义2（二）无功补偿技术对电力系统的影响3（三）无功功率补偿方式及特点5二、低压电网中无功功率补偿7（一）动态无功补偿技术7（二）SVC技术7（三）SVC技术未来发展分析8（四）低压电网中动态无功补偿装置的技术特点9三、SVC动态无功补偿控制装置的设计11（一）动态无功补偿器的工作原理11（二）主电路及容量设计13（三）控制电路及控制器选择15（四）动态无功补偿控制装置的设计18四、系统的保护配备24（一）电网系统保护24（二）电容器组保护25（三）晶闸管阀保护26结 论28参考文献30致 谢31绪 论由于现代电
3、力电子产品的广泛应用，以及负荷的快速变化引起电压波动和闪变，使无功补偿问题变得更复杂。电力系统中非线性负荷的与日俱增，导致大量谐波电流流入电网，造成系统电压波形严重畸变。影响到系统用电设备的正常运行，严重时引起系统谐振，烧毁电气设备，引发电气事故，造成巨大的经济损失。因此，对于电能质量改善装置提出了迫切的要求。这就导致今天各种补偿装置得到快速的发展，尤其是在电力电子器件向快速、高电压、大功率发展的前提下，高性能静态补偿装置被广泛运用于实践。特别晶闸管开始应用于SVC中，出现了晶闸管控制电抗器（TCR）和晶闸管投切电容器（TSC），这两种基本结构的SVC优点是响应速度快，可频繁投切或控制。因此，
4、使用晶闸管的静止无功补偿装置发展很快。因而在实际运用方面被广泛企业和公司所接受。本文主要介绍无功功率的基本理论及补偿方式各自特点，研究SVC态动无功补偿技术在低压电网运用，涉及设计、保护以及改进思想，并具体对态无SVC动态无功补偿控制装置的硬件方面做了深入学习设计。一、无功补偿设计背景（一）无功功率的基本概念及研究意义 无功功率在电气技术领域是个必不可少的重要物理量。变化的磁场产生的电场，变的电场产生变化的磁场，这是无功功率交换的规律。因此有磁场空间的电场空间才能寻在无功功率产生的空间。在正玄电路中，无功功率的概念有清楚的物理意义，无功功率表示有能量交换，但不消耗功率，其幅值可作为能量交换的量
5、度。传统上无功功率一般采用平均无功功率概念，它是电路中储能元件与电源间交换功率的最大值，也是储能元件与电源间交换能量的一种量度。在非正玄电路中，无功功率的概念却很抽象，并且至今未获得公认的无功功率的定义。于是，在非正玄波情况下，有关平均无功功率的定义有两种学派：一种学派是依据Budeaun的定义，采用频域分析法；另一种学派是依据Fryze的定义，采用时域分析法。近年来，国内外学者又提出了广义平均无功功率、瞬时无功功率以及广义瞬时无功功率的概念。近年来，随着我国电力工业的不断发展，大范围的高压输电网络逐渐形成，同事对电网无功功率的要求也日益严格。无功电源如同有功电源一样，是保证电力系统电能质量、
6、降低电网消耗以及保证其安全运行所不可缺少的部分。电网无功功率不平衡将导致系统电压的巨大波动，严重是会导致用电设备的损坏，出现系统电压崩溃和稳定破坏事故。因此无功功率对电力系统是十分重要的，研究无功功率具有重要的现实意义，归纳如下：研究无功功率，可以解决现代电力系统中与无功功率相关的一系列技术问题。与无功功率相关的技术问题很多，主要有无功功率静态稳定问题,电容性无功功率引起的发电机自励磁问题,因潜供电流引起的单相快速自动重合闸电弧不能熄灭问题,冲击性无功负荷的调节问题,无功功率中的高次谐波公害和闪变问题,跟随馈电系统引起的负荷功率因数的变化与改善问题。研究无功功率可以促进节能。无功功率在电网中不
7、断循环，造成很大的浪费。一个10GW的电力系统，如果无功功率问题处理得好，每年从这个电网的发电厂、变电所、用户中节约的电能超过10亿kW，并且可以减少系统中20000MW容量的输出变电设备研究无功功率，掌握它的经济规律。通过统计、理论分析和各项技术措施来达到经济运行的目的。（二）无功补偿技术对电力系统的影响电力系统中的无功功率主要用于电路内电场与磁场，并用来在电气设备中建立和维持磁场，完成电磁能量的相互转换，不对外做功，为系统提供电压支撑，点电源与负荷之间提供电压降落所需的势能。无功功率不直接作为实际消耗之功，单无功功率的交换将引起发电和输电设备上的电压和电能损失。无功功率是交流电力设计和运行
8、中的一个重要因素，不仅大多数网络元件需要消耗我公共课，而且大多数用户负荷也要消耗无功功率。如变压器、大量感应式电动机、气体放电电灯、电风扇、冰箱、空调等设备，它们不仅需要从电力系统中吸收有功功率，同时需要吸收无功功率，以产生咋个写设备维持正常共工作所需的交变磁场。无功功率不是无用功率，它能我诶能量的交换、输送、转换创造必要的条件，但大量的无功功率在系统中经高低压供电系统流入设备，会引起有功损耗，造成电压降落，影响电能质量，对发电、供电、配电三方都会产生不良影响。1无功功率对有功功率的影响输电线路的主要任务是输送有功功率，而为了实现有功功率的传输个电网无功功率的平衡，一般也需要输送一定量的无功功
9、率。输送无功功率时需要消耗有功功率。当有功功率一定时。无功功率越大，则网络中的有功功率损耗就越大。当电力线路的传输能力一定时，传输无功功率越小，则传输有功功率的能力越大。2无功功率对电压的影响（1）无功功率平衡水平对电压水平的影响。电力系统中无功功率平衡水平对电压水平有较大的影响。如果发电机有足够的无功功率备用，系统的无功电源比较充足，就能满足较高电压质量下无功功率平衡的需要，系统就有较高质量的运行电压水平，反之，如果无功功率不组，系统只能在较低质量的电压水平下运行。另外，电能在电力网中传输时，要损失掉部分有功功率和无功功率。当无功功率损耗较大时，将引起系统电压大幅度下降，影响系统运行的稳定性
10、、经济性。（2）无功功率队电压质量的影响。电力系统是向用户提供电能的网络，因而电能质量是供电部门生产经营活动中的一个重要经济技术指标。电压是电能质量的主要指标之一，电压质量对电力系统稳定运行，降低线路损耗和保证工农业的安全生产有着重要的意义。在工农业生产和人民生活中使用的各种用电设备都是按照额定电压来设计制造的。这些设备在额定电压下运行时，才能取得最佳的运行状态。电压超出所规定的范围时，对用电设备将产生不良后果。目前大多数国家规定的电压允许变化单位一般为（+5%-10%）Un（额定电压）。电力部门为了确保电力系统正常运行时能够提供优质的电压，确保优质的供电服务，必须确保个输配电线路的母线电压稳
11、定在允许的偏差范围内。电力系统正常运行时，应有充足的无功电源。无功电源的总容量要能满足系统的额定电压下对无功功率的需求。否则，电压就会偏离额定值。当电力网有能力向负荷供给足够的无功功率时，负荷的电压就能维持在正常的水平上。如果无功电源容量不足，负荷的端电压就会降低。所以，我们要保证电力系统的电压质量，就必须先保证电力系统无功功率的平衡。3无功功率对线损的影响无功电源的布局，无功功率的传输以及无功功率的管理，直接影响香炉的损耗和电力系统的经济运行。当有功功率和无功功率通过网络电阻时，会造成无功功率损耗。当网络结构以定，传送有功功率一定时，总的功率损耗完全决定于无功功率的大小。（三）无功功率补偿方
12、式及特点根据连接方式不同，无功功率补偿可以分为并联补偿、串联补偿。而由于并联补偿方式接入和切除都很方便，因此，在电力系统中得到最为广泛的应用。以下是并联补偿具有的特点：并联补偿只需要电力系统一个节点，并联补偿的另一个为大地或悬空的中性点，因此并联装置可以容易地接入电力系统。并联补偿不会改变电力系统结构，接入方式简单，可以将并联补偿接入造成的影响尽量减小到最小，许多情况下可以做到无冲击投入运行和无冲击退出运行。由于电力系统本身具有较大的短路容量，并联补偿装置与接入点的短路容量相比通常较小，因此并联补偿对节点的控制能力通常较弱，它主要通过注入或吸收电流改变系统中的电流分布。因此并联补偿装置适应于补
13、偿电流，对于电压的补偿能力相对较弱。由于并联补偿中能控制接入点的电流，而电流进入电力系统后如何分布系统本身确定，因此并联补偿产生补偿效果后通常可以使附近的区域受益，适合于电力部门采用，而串联补偿可以针对特定用户，因而对特定用户的补偿采用串联补偿更加合适。并联补偿装置需要承受全部的节点电压，而输出电流要么是后所承受的电压决定的，要么是可以控制的。因此并联补偿装置通常受系统电压的限制。通过并联补偿可以方便地向系统注入或吸收无功功率或者有功功率，控制电力系统无功功率的平衡。并联系统在实际中的广泛应用，将大大提高电力系统的安全稳定性，供电可靠性和运行效率，同时大大提高电能质量。二、低压电网中无功功率补
14、偿（一）动态无功补偿技术无功补偿技术的发展大致可从同步调相机开关投切固定电容动态投切电容器（SVC）无功发生器（STATCOM）的过程，其各自特点如下：同步调相机：响应速度慢、噪音大、损耗大，属淘汰技术。开关投切固定电容：响应速度慢、连续可控能力差。动态投切电容器（SVC）：响应快、效果好，得到广泛应用。无功发生器（STATCOM）：技术局限性，还在发展完善阶段。（二）SVC技术目前，我国SVC产业化逐步扩大。据不完全统计，国内SVC市场的年容量目前为8亿人民币，随着区域性电网的互联及对电能质量的重视，SVC的市场需求将更加突出。SVC生产企业基本可划分为3大群体：国外进口产品、合资企业、国内
15、独资企业。合资企业及国内独资企业产品已经走向了规模化、专业化经营，占据了该产业的半壁江山。1998年国家计委将静止式无功功率补偿装置这一技术列入国家优先发展的高技术产业化重点领域之列。目前SVC已形成产业化。目前没有相应的国际标准。美国、欧共体、俄罗斯、乌克兰等有相应的标准或统一的技术文件，其中以美国的电工电子工程师学会(IEEE)标准其技术先进，可操作性强，规定具体。SVC的主要形式有TSC，TSC能进行有级调节，主要适用于配电系统，如图2.1所示TSC单相基本结构，每相可分为N组，每组由补偿电容器反并联晶闸管以及触发电路组成。每组电容器值的大小可按倍增式设置，通过开通不同的电容器容量的组合来获得相应的补偿容量。图2-1 TSC型静补装置基本电路图（三）SVC技术未来发展分析SVC动态无功补偿技术，需要在以下几个主要关键技术上取得突破性进展，才可较快全面发展。采用全数字式控制器，具备多微机处理器协调控制功能。控制器宜采用CAN现场总线技术，实现各子系统之间的可靠、快速数字信号传输，为实时记录系统的故障、动态刷新人机界面提供保障；调节器采用DSP快速数字信号处理技术，使TCR、TSC装置的响应控制时间在15ms以内，可以快速跟踪负荷的无功需求变化进行补偿。S
