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1、静止同步补偿器的仿真与实现静止同步补偿器的仿真与实现作 者 姓 名 专 业 指导教师姓名 专业技术职务 目目 录录摘 要.1第一章 绪论.31.1 引言.31.2 无功补偿的意义.31.2.1 电力系统静止无功补偿技术的现状及发展.41.3 主要无功补偿装置及其工作原理.71.3.1 并联电容器.71.3.2 同步调相机(Synchronous Condenser-SC).81.3.3 静止型无功补偿装置(Static Var Compensator SVC).9 第二章 STATCOM 补偿原理及其应用.112.1 STATCOM 电路基本结构.112.2 STATCOM 基本工作原理.12
2、2.3 STATCOM 在改善电能质量中的应用.142.3.1 提高系统功率因数.142.3.2 调节系统电压.152.4 STATCOM 控制策略.162.4.1 电流的间接控制.172.4.2 电流的直接控制.19 第三章 MATLAB 仿真 .203.1 电流间接控制时的仿真.203.1.1 48 脉冲变流器组结构组成.213.1.2 触发脉冲发生器的结构组成.223.1.3 仿真波形分析.25 第四章 总结.32参考文献.32致 谢.33山东轻工业学院 2009 届本科生毕业设计（论文）1摘摘 要要随着工业水平的不断提高，用户对电能质量的要求也越来越高。而系统中无功负荷，特别是冲击性无
3、功负荷的存在，不仅增加了各种损耗，而且严重影响了用户端的电能质量。因此，实时快速的无功功率补偿对优化电网潮流分布和提高电能质量具有十分重要的意义。传统的无功补偿装置响应时间长、调节特性差，而且补偿容量受到装置自身容量的限制。而基于电力电子逆变技术的无功补偿装置 STATCOM 由于采用了 GTO、IGBT 等大功率全控型器件，因此能够更快速、更有效的补偿系统中的无功功率。而且补偿容量不受装置容量限制，因此调节特性更优。文中详细介绍了 STATCOM 的电路结构、工作原理以及在改善电能质量中的具体应用。讨论了采用电流间接控制和采用电流直接控制的两种 STATCOM 控制策略。依据两种不同的控制策
4、略对 STATCOM 进行了系统级建模及仿真。根据各电量在无冲击性负荷和冲击性负荷情况下的不同输出波形分析了两种控制策略下的 STATCOM 调节特性和动态特性。关键词：关键词：静止同步补偿器 无功补偿 电能质量 功率因数山东轻工业学院 2009 届本科生毕业设计（论文）2ABSTRACTWith the improvement of industrial level, customers become stricter with the power quality. The reactive load, especially the impulsive reactive load, not
5、only increases power loss but also deteriorates the power quality of customers seriously, so immediate reactive power compensation is a powerful means of optimizing power flow on transmission networks as well as enhancing power quality. Conventional reactive compensator has a long responsive time co
6、nstant and bad regulative quality. Its compensative capacity is also restricted by the capacity of itself. Based on the electronic inverted technology, STATCOM can be faster and more effective to compensate the reactive power in power system, in which GTO and IGBT are be used Because the compensativ
7、e capacity is not restricted by the capacity of itself, it has a better regulative quality. The circuit diagram and work principle as well as its applications are introduced in detail in this paper. Two control strategies of STATCOM are discussed which includes direct-current control and indirect-cu
8、rrent control. The harmonic elimination technologies of STATCOM are discussed. According to different control strategies, we model two emulate system architectures The regulative quality and dynamic quality of STATCOM are analyzed from the waveforms of some electric variables.Key words：Static synchr
9、onous compensator; Reactive power compensation; Power quality; Power faction 山东轻工业学院 2009 届本科生毕业设计（论文）3第一章第一章 绪论绪论 1.1 引言“在具有电感或电容的交流电路中，电感的磁场或电容的电场在一个周期的一部分时间内从电源吸收能量，另一部分时间内将能量返回电源，在整个周期内平均功率是零，也就是没有能量消耗。但能量是在电源和电感或电容之间来回交换的，能量交换率的最大值叫做无功功率。在一般单相交流电路中，无功功率的计算值等于电压有效值、电流有效值和电压、电流间相位角差的正弦值的乘积。 ”以上是辞
10、海中关于无功功率的定义。从定义中可以看出，无功功率只是在电力网中流动，却没有能量消耗，因此对我们来说，没有任何用处，而它所产生的危害却很大。它会引起供电电压下降、电力网线损增加、能量消耗加大、供电质量下降，同时也会影响供电企业的经济效益。因此如何更好、更有效、更优化的对无功功率进行动态补偿是摆在电力工作者面前亟待解决的问题。1.2 无功补偿的意义近年来,由于电网容量的增加,对电网无功要求也与日增加.无功电源如同有功电源一样,是保证电力系统电能质量、电压质量、降低网络损耗以及安全运行所不可缺少的部分.在电力系统中,无功要保持平衡,否则,将会使系统电压下降,严重时,会导致设备损坏,系统解列.此外,
11、网络的功率因数和电压降低,使电气设备得不到充分利用,促使网络传输能力下降,损耗增加. 因此,解决好网络补偿问题,对降损节能有着极为重要的意义.主要表现在：1.改善设备的利用率功率因数可以表示成下述形式UIP SP3cos其中 U线电压（KV） ；I线电流（） 。可见，在一定的电压和电流下，提高，其输出的有功功率越大。因cos此，改善功率因数是充分发挥设备潜力，提高设备利用率的有效方法。.提高功率因数可以减少电压损失因为电力网的电压损失可借下式求出UQxPRU山东轻工业学院 2009 届本科生毕业设计（论文）4可以看出，影响的因素有四个：线路的有功功率、无功功率、电阻U和电抗。如果采用容抗为的电
12、容来补偿，则电压损失为cxUxxQPRUc)( 故采用补偿电容提高功率因数后，电压损失减少，改善了电压质量。U.减少线路损失但线路流过电流时，其有功功率3210.3RIP或 3 222 3210.10.)cos(3RUQPRUPP)(10).cos1(33 222 KWURP 可见，线路的有功损耗与成反比，越高，越小。P2coscosP.提高电力网的传输能力视在功率与有功功率成下述关系cosSP 可见，在传送一定有功功率的条件下，越高，所需视在功率越小。cos1.2.1 电力系统静止无功补偿技术的现状及发展 传统的无功补偿设备有并联电容器、调相机和同步发电机等，由于并联电容器阻抗固定不能动态的
13、跟踪负荷无功功率的变化；而调相机和同步发电机等补偿设备又属于旋转设备，其损耗、噪声都很大，而且还不适用于太大或太小的无功补偿。所以这些设备已经越来越不适应电力系统发展的需要。20 世纪 70 年代以来，随着研究的进一步加深出现了一种静止无功补偿技术。这种技术经过 20 多年的发展，经历了一个不断创新、发展完善的过程。所谓静止无功补偿是指用不同的静止开关投切电容器或电抗器，使其具有吸收和发出无功电流的能力，用于提高电力系统的功率因数，稳定系统电压，抑制系统振荡等功能。目前这种静止开关主要分为两种，即断路器和电力电子开关。山东轻工业学院 2009 届本科生毕业设计（论文）5由于用断路器作为接触器，其开关速度较慢，约为 1030s，不可能快速跟踪负载无功功率的变化，而且投切电容器时常会引起较为严重的冲击涌流和操作过电压，这样不但易造成接触点烧焊，而且使补偿电容器内部击穿，所受的应力大，维修量大。随着电力电子技术的发展及其在电力系统中的应用，交流无触点开关SCR、GTR
