基于matlab的电力系统无功补偿装置的研究与仿真

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1、.引言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

2、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。传统的补偿无功功率和谐波的主要手段是设置无功补偿电容器和LC滤波器，这两种方法结构简单，既可以补偿谐波，又可以补偿无功功率，一直被广泛应用。但这种方法的主要缺点是补偿特性受电网阻抗和运行状态影响，易和系统发生并联谐振，此外，它只能补偿固定频率的谐波，难以对变化的无功功率和谐波进行有效的动态补偿。

3、而随着电力系统的发展，对无功功率和谐波进行快速动态补偿的需求越来越大。现代电力电子技术的出现和发展为谐波和无功补偿装置的能动控制提供了可能。近年来，电力电子器件也由不可控器件，半控型器件及全控器件发展到智能化的功率器件。这些新型器件的出现使得电力电子变换电路本身及其控制系统产生了巨大的变革，从传统的以整流为主的电力电子技术跨入了以直流逆变成各种频率的交流为主的逆变时代，从而为各种形式的变流器在交流系统中的应用供了可能。而近几十年来电力电子技术在电气拖动领域中的广泛应用，积累了大量的应用经验，技术上也日趋成熟。正

4、是在电气拖动领域中得到广泛应用的相控脉冲宽度调制(PWM)技术和四象限变流技术为各种形式的静止无功功率补偿装置((SVC)和有源滤波器(APF)控制器提供了原形。晶闸管获得广泛应用后，以晶闸管控制电抗器(TCR)为代表的静止无功补偿装置((SVC)有了长足的发展，可以对变化的无功功率进行动态补偿。近年来，随着以GTO,BJT和IGBT为代表的全控型器件向大容量、高频化方向的不断发展，采用电力电子技术的各种有源补偿装置发展非常迅速。本论文所研究的静止无功功率补偿器((SVC...)，属于FACTS家族中重要的一员

5、。有人也称它为静止同步补偿器(StaticSynchronousCompensator，缩写为STATCOM)。在美国被称为STATCON，即静止调相机(StaticCondenser);在日本过去则称为静止无功功率发生器(StaticVarGenerator)，简称SVC，专指由自换相的电力半导体桥式变流器来进行动态无功补偿的装置;在欧洲多称为先进静止补偿器(AdvanceStaticVarGenerator)，简称ASVG。无功补偿应包含对基波无功功率的补偿和对谐波无功功率的补偿，后者实际是谐波补偿。无功功

6、率对供电系统和负荷的运行都是十分重要的。传统的无功补偿设备如同步发电机、同步电动机、同步调相机、固定容量的电容器、开关控制的并联电抗器等，可满足一定范围的无功补偿要求，但响应速度慢、维护困难、连续可控性差。虽然可控硅型的静止无功补偿器((SVC)在电力系统的应用得到了较好的效果，因此得到了广泛的应用。...第一章无功功率补偿的基本理论1.1无功功率补偿的基本原理补偿功率因数的功能及原理是大家熟知的，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2.la所示为系统、负载和补偿器的单相等

7、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，反映系统电压与无功功率关系的特性曲线如图2.1b中实线所示，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(a)单相电路(b)动态补偿原理图2.1无功功率动态补偿的原理供给的无功功率Q的增加，供电电压下降，实际上，由电力系统中的分析可知，系统的特性可近似用下式表示：)（2.1）或者写成（2.2）式中U0一无功功率为零时的系统电压;...Ssc一系统短路容

8、量。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（2.3）因此，当负载无功功率变化时，如果补偿器的无功功率Qr总能弥补的变化，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。图2.1b示出了进行动态的无功补偿，并使系统工作点保持在=常数的示意图。当使系统的工作点保