静止无功补偿器的设计

摘要

随着我国工业化程度的加快，越来越多的大型无功设备用在工业现场，在这些机器使用的时候不仅消耗大量的无功功率，而且会产生大量的谐波污染电网。为了治理这些谐波污染，必须对系统进行无功补偿，无功补偿不仅可以稳定电压，消除谐波。而且还可以节约电能，这对能源匮乏的现实社会来说具有深远的意义。

本文主要做了一下几个方面的工作：

（1）介绍无功电源的种类，阐明了电力无功补偿的原理及作用。

（2）列举了静止无功补偿器的种类及其各自的优缺点，分析TCR型静止无功补偿器的工作原理，为TCR相关参数的确定提供理论依据。

（3）完成了TCR型SVC的晶闸管控制电抗器部分和并联电容器组部分的相关参数计算，为后面的仿真模块提供数据依据。

（4）采用MATLAB电力系统仿真软件，建立SVC仿真模型并进行仿真与研究。验证所设计的静止无功补偿器的无功补偿效果。

关键词：无功补偿，FC+TCR，仿真

ABSTRACK

Power is an important energy, it is very important in our lives.

With the industrialization developing of China, more and more large reactive power machines be used in industrial fields. Beside these machines not only consume a large amount of reactive power, but also It will generate a lot of harmonic pollution grid. In order to control these harmonic pollution, have to reactive power compensation system can not only stabilize the voltage reactive power compensation, harmonic cancellation. But also can save energy, which has far-reaching implications for the social reality of energy shortages.

The Bachelor's Thesis done these following work:

(1)Describes the types of reactive power, Explanation the ruler of Reactive power compensation.

(2)Show the kinds of Reactive power compensator,Pros and Cons.

(3)Calculate these parameters of TCR and FC.Provide the basis for the Simulation.

(4)using MATLAB software to build simulation models for Power system. Key words: Reactive power compensation, FC + TCR ,Simulation

摘要..................................................................................................................................................................1

ABSTRACK ......................................................................................................................................................2

1 绪论................................................................................................................................................................1

1.1论文研究的背景及意义 .....................................................................................................................1

1.2静止无功补偿器的发展概况 .............................................................................................................2

1.3本文所涉及到的研究内容 .................................................................................................................2

2 无功补偿的介绍 ............................................................................................................................................4

2.1无功补偿的原理及作用 .....................................................................................................................4

2.2无功补偿装置的分类 .........................................................................................................................4

2.2.1运动装置 .................................................................................................................................4

2.2.2静止装置 .................................................................................................................................4

2.2.3静止无功补偿器 .....................................................................................................................5

3 静止无功补偿的原理及分类 ........................................................................................................................6

3.1静止无功补偿器的简介 .....................................................................................................................6

3.2静止无功补偿器的原理及应用 .........................................................................................................6

3.3 SVC的分类 .........................................................................................................................................7

3.3.1自饱和型电抗器型 .................................................................................................................7

3.3.2晶闸管控制电抗器 .................................................................................................................8

3.3.2晶闸管投切电容器型 .............................................................................................................9

3.3.2晶闸管控制高漏抗变压器 ...................................................................................................10

4 FC+TCR的参数计算及实例运用 ................................................................................................................. 11

4.1有关参数的计算 ............................................................................................................................... 11

4.1.1关于TCR支路的有关计算 ................................................................................................... 11

4.1.2关于FC支路的计算 .............................................................................................................14

4.2具体工程实例的运用 .......................................................................................................................16

4.2.1工程背景 ...............................................................................................................................16

4.2.2 FC支路的设计 .....................................................................................................................16

4.2.3 TCR支路的设计 ...................................................................................................................18

5 系统仿真设计与分析 ..................................................................................................................................20

5.1系统模块的搭建 ...............................................................................................................................20

5.1.1 FC部分仿真模块搭建 .........................................................................................................20

5.1.2 TCR模块 ...............................................................................................................................20

5.1.3整体搭建框架 .......................................................................................................................21

5.2仿真结果及分析 ...............................................................................................................................22

总结..................................................................................................................................................................24

参考文献 ..........................................................................................................................................................25

答谢..................................................................................................................................................................26

1 绪论

1.1论文研究的背景及意义

电能的质量，指的是电能的电压，频率及波形等，随着工业化程度的发展，越来越多的大型设备被用在工业现场，由此而带来的是对电能的污染：设备投入、切除对电网的冲击引起电网波形畸变，电压波动，电压闪变以及三相电压不平衡等。这些影响不但会造成某些用户无法正常用电，而且会对精密仪器造成损害，如果不对这些电能进行治理，很明显将会造成电网无法运行。

对电能进行治理要涉及到无功补偿以及谐波抑制等方面的问题，无功补偿的研究伴随着交流输电的发展也同样在发展中。在电网中，主要的负荷都是以感性负荷为主，如工业中应用最为广泛的电动机、变电站的变压器以及压缩机等等，这些感性无功设备在运行中要消耗大量的无功功率，由此要对电网进行无功补偿。早期的无功补偿是以固定的无功补偿装置为主，如并联电容器组，同步发电机，这些无功发生设备在一定程度上可以进行无功补偿，但对电能质量要求越来越高的现代社会，这些设备因为自身的缺陷而无法满足电力系统无功补偿的要求，如并联电容器组投切速度慢，无法快速跟踪负荷的变化，同步发电机噪声大。随着电力电子器件和相关领域学科的的发展，用电力电子开关去根据负荷的变化来投切无功补偿装置，不仅做到能对负荷变化快速响应，而且对负荷的调整也将更加快速平滑，这样对电力系统的冲击就大大降低了。

在上文中提到的利用电力电子器件对系统的无功进行调整就是本课题

所要研究的课题。课题所要研究的就是静止无功补偿器。静止无功补偿器是指专门用电力电子器件的进行无功补偿的设备。

1.2静止无功补偿器的发展概况

无功补偿是关系到国民经济，国家电能安全的大事，在各种节能的方法中，无疑无功补偿是最行之有效的方法，因此我国在很早的时候就将无功补偿上升到法规、政策的高度，规定很多用电用户必须自己治理自己的无功，对于那些无功大用户，规定如果功率因数超出了一定值，将不予并网。在国内，以前大多数用的是并联电容器，自1980年以来，我国已开始投入资金和人力对静止无功补偿器进行研发，目前我国静止无功补偿主要用在枢纽变电站和某些比较重要的大型企业。大多数中小型企业用的还是传统的无功补偿器，一方面这些企业对电能质量的要求不是很高，另一方面也是由于静止无功补偿器造价昂贵，维修维护设备比较困难。

对于现在在无功补偿装置也有很大的缺点，因为在和其一起匹配用的原件中有大量的滞后性原件，如大电感大电容。随着电力电子器件的进一步发展，近年来出现了高级静止无功补偿器，与以前的“TCR+FC”型相比，它采用了PWM等技术后，极大的提高了它的补偿速度和应用范围，它基于瞬时无功功率的原理，采用的是全控型器件组成自换相交流器，很大一方面它所用的电感和电容小，这将使装置的体积和成本大大的降低。纵观以后的发展，无功补偿技术将会得到更大的发展，应用范围将会越来越广泛。这必将对国家的经济发展做出巨大的贡献。

1.3本文所涉及到的研究内容

本论文针对SVC进入了深入的计算和研究，给出了有关的参数的计算方法，并结合工程实例构造出在MATLAB中对于该系统的仿真模块。本论文主要做了以下几方面的内容：

（1）第二章介绍无功补偿的作用及无功补偿的分类和他们各自的优缺

点。

（2）第三章介绍静止无功补偿的原理及静止无功补偿器的分类和对比它们各自的优缺点，以便决定最终选择那一种SVC最为代表去展开后文的研究计算。

（3）第四章具体分析了FC+TCR型的SVC各支路参数的计算，为下一步的具体工程实例的计算提供依据。以云南省某钢铁厂为例，根据收集到该企业的参数，根据上文所给出的计算方式，给该企业制定出一套比较合理的无功补偿方案。

（4）第五章采用MATLAB仿真软件，利用第四章计算出来的参数对系统进行建模仿真研究，验证方案的可行性。

（5）第六章总结、致谢。

2 无功补偿的介绍

2.1无功补偿的原理及作用

无功功率对系统有着非常重要的作用，系统中能够产生无功功率的装置有同步发电机。根据IP

3Ucos，系统输送的有功功率为定值，如果功率因

Scos素过小，系统的电流就会很大，造成电路上的电能损失。根据P，视

在功率不变的情况下，功率因数越大，输送的有功就越多。由线路的电压损失UPRQx

U2,可以看出当增加无功补偿装置，减少线路输送的无功功率Q，

可以减少线损。

2.2无功补偿装置的分类

2.2.1运动装置

同步调相机（synchronous compensator），运行于电动机状态，不带机械负载也不带原动机，只向电力系统提供或吸收无功功率的同步电机。又称同步补偿机。

原理：由于同步电机处在过励状态时，可以从电网汲取相位超前于电压的电流，从而改善电网的功率因数，因此在过去的生产实际中，除选用一部分同步电动机外，还在电网的受电端装设一些同步调相机，用于改善电网的功率因数。

2.2.2静止装置

机械投切电容器（MCS），它是通过电容器的组合，改变其容性等级的大小，理论上可以调节任意大小的无功量。由于电容器室成组的投切，所以它不能连续调节。在投切的时候使用的是断路器，所以它对系统负荷的反应速度比较慢，不能实时跟踪电力负荷的变化。虽然它是一种传统的补偿方式，

但其由于便宜，维护容易，所以其现在仍广泛应用于电力系统中。

2.2.3静止无功补偿器

静止无功补偿器（SVC）是一种没有旋转部件，快速、平滑可控的动态无功功率补偿装置。它是将可控的电抗器和电力电容器（固定或分组投切）并联使用。电容器组可发出容性的无功功率，相应的可控电抗器组则吸收这些容性无功功率。这样我们就可以通过对电抗器进行调节，可以使整个装置平滑地从发出无功功率改变到吸收无功功率（或反向进行），并且响应快速。

3 静止无功补偿的原理及分类

3.1静止无功补偿器的简介

静止无功补偿器（Static Var Compensator），它一般由电容器和电抗器组成，由晶闸管控装置时输入或输出无功功率。由于它是由电子器件控制的，电子器件的一个重要特点是开关速度快，所以由电力电子器件控制的SVC响应速度快，而且电力电子器件无触点，所以调节安全，能实时对电力系统进行跟踪补偿，保证电力系统的稳定，安全。

3.2静止无功补偿器的原理及应用

静止无功补偿器是一种没有旋转部件，快速、平滑可控的动态无功功率补偿装置。它是将可控的电抗器和电力电容器（固定或分组投切）并联使用。电容器可发出无功功率（容性的），可控电抗器可吸收无功功率（感性的）。通过对电抗器进行调节，可以使整个装置平滑地从发出无功功率改变到吸收无功功率（或反向进行），并且响应快速。

静止无功补偿器（SVC）于上世纪中叶开始兴起，经过半个多世纪技术的攻克各种半导体型器件的发展，静止无功补偿技术在相关领域的应用已经非常成熟，在电力系统无功补偿中的应用也是非常广泛的。在电网中广泛应用的无功补偿装置有TSC和TCR,即晶闸管投切电容器、晶闸管控制电抗器。

图1晶闸管控制电抗器（TCR）图2 晶闸管投切电容器（TSC）

静止同步无功补偿器是目前技术最为先进的无功补偿装置。与传统的无功补偿技术不同，静止无功补偿装置中没有大容量的电容器，也没有大容量的电抗器。它产生的无功功率的原理是用开断速度很快的半导体电力电子器件去控制电容或者电感切入系统中的无功，因为现在的电力电子器件的耐压力很高，所以静止无功补偿技术也广泛应用于中高压中，其相应速度快，能快速跟踪系统无功的变化进而进行补偿。

3.3 SVC的分类

3.3.1自饱和型电抗器型

自饱和型电抗器（Saturated Reactor）分为自饱和

型和可控饱和型两种，

其结构如右图所示：

自饱和型SVR利用自身铁芯的自饱和特性来控制

电抗器的电流的大小，和电容器一起来决定装置输出还（图3 SR型SVC原理图）是吸收无功功率。可控饱和型SVR利用可调电感，改变通过电感的电流，这样就可以改变装置时输出还是吸收无功功率。

SR型补偿器具有内在的电压控制能力，它直接响应端电压的变化而无需采用晶闸管开关或外部控制来调节电压。在应用于超高压系统时，SR型补偿器通过耦合变压器连接到输电系统母线上。由于SR型补偿器采用铁芯结构，因此具有内在的能够承受3∽4pu过电流的能力，这使得它非常适合于控制短时的过电压。但是，SR的过负荷能力可能会受到斜率校正电容器的限制，尽管可以在严重过电压时采用火花间隙来旁路斜率校正电容器，但这是以牺牲过电压调节特性为代价的。斜率校正电容器的饱和电抗器是所有商用SVC中速度最快的，斜率校正电容器使其响应变慢，总的响应时间

在1.5∽2个周期，这个响应时间与晶闸管控制电抗器（TCR）相当。与TSC相比，SR损耗更大。

由于SR得高强度磁滞伸缩噪声，使它常常被安装在很厚地包裹起来的地方。除了保护用火花间隙和带负荷分接头切换开关，饱和电抗器是一种非常可靠的设备，因此通常用在：控制电压的大幅偏移；缓解电压闪变；在直流输电终端进行无功补偿。SR型补偿器不能加外部控制，因而不具备提高交流系统阻尼，从而改善交流系统稳定性的能力。

优点：1、接线简单； 2、占地面积小；

缺点：1、动态响应速度慢（200~300ms）；

2、由于铁芯工作在磁饱和区域，故损耗很大； 3、运行噪音大，振动大；无功控制范围小； 4、不具备治理闪变及抑制电压波动的能力；

5、不仅产生整流特征谐波还产生变压器饱和谐波。 3.3.2晶闸管控制电抗器

晶闸管控制电抗器（Thyristor Controlled Reactor）型SVC主要由三部分构成：FC滤波器、TCR 晶闸管控制电抗器和控制保护系统。 FC 滤波器用于提供容性无功功率

补偿及谐波滤波， TCR 晶闸管控制电抗器用于平衡系（图4 晶闸管控制电抗器）

统中由于负载的波动所产生的感性无功功率。通过调节晶闸管触发角的大小，控制流过电抗器的电流达到控制无功功率的目的。根据负荷无功功率的变化情况，改变电抗器的无功功率 ( 感性无功功率 ) 。即不管负载怎样变化，总要保持电力系统的无功平衡，与电网的无功交换为零。这

样，即使负载发生波动，经过短暂的调整，整个系统能恢复平衡，电力系统的功率因素始终保持在一个较为理想的值，电压也将保持在某一固定值，无疑这对对上一级的电网的影响是非常小的。

优点：

1、能够快速响应系统，快速补偿无功功率。 2、既能够吸收又能够发出无功功率； 3、功耗少，噪声低，谐波吸收能力小。缺点：

1、维护经费，人员投入多； 2、不能直接接在超高压电网上。

3、自身产生谐波，需要加滤波装置予以克服。 3.3.2晶闸管投切电容器型

晶闸管投切电容器型（Thyristor Switched Capacitor）型SVC通过检测到两个反并联电容器两端的电压，他们两端的电压过零的时候，将装置投入系统中。由此我们可以看出TSC型SVC只通过调节电容器便可实现对系统的无功补偿，如果分级足够多的话，那么基本上就可以实现对

系统的平滑的调节，但是这样就必须对每一级都加（图5 晶闸管投切电容器）上晶闸管，无疑这样做的成本将是非常巨大的，在现场工业环境中，常常是运用TCR+TSC+FC这种模式对系统进行调节，两种结构各自发挥自身的优势，可以解决很多现实中的问题。

优点：

1、控制灵活，功耗少，噪声少；

2、能够对无功功率进行快速深度的补偿 3、自身不产生谐波。缺点：

1、响应时间长，且自身无吸收谐波的能力；

2、简单的TSC并不能实现平滑的调节，要实现平滑调节则它的投入就很大；

3、运行维护比较复杂。 3.3.2晶闸管控制高漏抗变压器

晶闸管控制高漏抗变压器（Thyristor- -Controlled transformer）又名晶闸管控制变压器，它是由晶闸管控制的高漏抗变压器，它的低压侧接的是两个反并联的晶闸管，通过

控制晶闸管的导通角就能控制装置输出无功功（图6 晶闸管控制高漏抗变压器）的多少。当TCT的阻抗电压达到1时，SCR工作在全短路状态，此时TCT的容量为额定容量Sn。当SCR中的晶闸管的导通角在90的输出容量则在最大值和零之间波动。

优点：可靠性高，成本相对来说比较低。承载负荷能力较强，可以直接接在高压线路上。

缺点：噪声大，功耗大，反应缓慢。

在本文中意FC+TCR型的SVC为例去进行设计。



~180



之间变化TCT

4 FC+TCR的参数计算及实例运用

4.1有关参数的计算

系统示意图如下所示：

4.1.1关于TCR支路的有关计算

TCR支路如图所示：

图示为单相的TCR，它由两个反并联的晶闸管和一个电抗组成，该装置只需要调节晶闸管的触发角，就可以调节其中通过的电流，从而改变电抗的等效电抗值。假设加在TCR两端的电压时标准的正选电压，

即

u(t)sin(t)；

（图7 TCR支路）

晶闸管的触发角

，2

，当

时，两个反并联的晶闸管完全打

开，通过L的电流最大；当



时，两个反并联的晶闸管完全关闭，L中则

无电流通过。在实际中，电感部分的电阻往往很小，在计算中可以忽略不计，

故通过L的电流为：

Ldildt

Vmsint

(4-1)

其中：L为装置中串联的电感值，V为电压的最大值，为角频率，t为时间。

由上式可得：di积分可得：i



Vmsintdt





t

Vmsintdt

L

cos

cost （4-2）

时电流回到零点因

令上式为零，得到此它的导通角

2-

2-

，由此可见，当

2-

；

由（4-2）式子可以看出，电流已经不是标准的正弦信号，要对它进行分析，就必须对其进行傅里叶变换，对该式子进行傅里叶分解，得到各次谐波电流分量的幅值和的关系式为：

Ih

4Um

Xl



hhsinhcossincos

hh1

,h2k1,k1,2,3.. . （4-3）

经查资料得到产生谐波最多的是3、5、7、9、11等。但这些谐波的幅值随着阶次的递增，快速的减小，当到了13谐波次以后，谐波分量已经相当小了，大概占到系统的0.78％。所以11次以后的谐波可以忽略不计，在设计滤波电路时只需考虑幅值较大的谐波分量则可。基波分量的幅值：

Il1







iLcostdt

X1



sin

 （4-4）

由此可以计算出，当I=0时，

0

，此时因为没有电流流过电抗，所时，I

以可以当做把电抗从装置中切除；当





VmXl

，在这种情况下，投

0，

入装置的电抗值便是最大的。因此导通角的变化范围

。

XV

因为

,所以TCR装置的等效电抗

Xl

Il1



Xl



sin

 （4-5）

因为是由决定的，所以可以根据（4-4）式可以得出这样的结论：只需要改变触发角的大小，就可以改变TCR支路投入到系统中的电抗值的大小。

TCR从系统中吸收的无功功率

QlU



sinU

Xl

(4-6)

在实际系统中运行的TCR模型并非只是单相的，大多数运用到TCR的场合都是三相的，其模型一般如右图所示：

图中电抗器之所以分为两部分分别在晶闸管两端，是因为如果其中一个晶闸管故障后，因为有电感的作用，所以不至于电流过大损坏另外一个晶闸管。

最大无功波动：

（图8 三相TCR支路）其中，Q

max

Qm

Qm

Q0

（4-7）

为负载的最大无功负荷，Q0为负载无功功率叠加后的值。

主电抗的计算：主电抗器的容量

其中

Vp

Qz1.1QmaxVpSmin

 （4-8）

min

为电网公共连接点所允许的最大电压波动值，

是电网公共连

接点在最小运行方式下的短路容量。

因为TCR支路的电抗是受晶闸管所控制的，所以它的电抗值与触发角有关。

Qz



Xl



根据（4-8）式有

所以

式子中

2-

Qz

Xl

=

Xl



sin





sinXl

（4-9）

；把（4-9）式换算成关于的关系式：

Qz3U

式中

的取值范围为

2sin2

Xl



（4-10)

105，165



，当取105时，电抗器投入到系统中

的量是最大的，此时应该保证它等于Q，即

Qz105





1.1Q

max

VpSmin

 （4-11）

由（4-11）式、（4-12）式可得

QA1.48Qz

（4-12）

4.1.2关于FC支路的计算

对于SVC的FC部分，它的作用主要是滤波以及和TCR中的电抗器相互配合，补偿整个系统的无功量。因此它的作用可以看做是一个电容器，在其投入运行的时候，向系统注入的无功功率为：

QcV

CV

(4-13)

在配合TCR部分进行无功补偿时，向系统注入的无功功率为：

QdQcQl

（4-14）

（4-15）

QdPtan1tan2

（4-15）式子中，为补偿后的功率因数角，为补偿后的功率因数角。根据上文，在TCR中5次，7次，11次幅值较大，所以在设计FC应考虑了滤去这些谐波。滤波器参数的计算：

在进行无功补偿时，通过查阅有关资料所要用到的电容器的参数关系式如下：

K

1a

（4-16）

式中，U为电容器的额定电压，K为过电压系数，一般取1.1左右。U

为FC装置所接母线的最高电压，a根据所在支路滤波的次数不同而略有不同，3次谐波支路取0.125左右；5次谐波支路取0.055左右；7次谐波支路取0.025

33

左右。

UQjh1ac

Um

Qd

整个支路计划安装的容量实际安装的无功容量

（4-17）

QsjmQ

（4-18）

m

Qjh

其中m为电容器的并联支路数

（4-19）

根据具体工程运用中的选择电容器，可以根据下式来计算具体的参数：

X

Xcece

m



XieaXceX1aX

ce

（4-20）

式子中Xce为并联电容器组总容抗；Xie为串联电抗器总感抗；X是支



路阻抗。

由（4-20）式可以得到,某一条支路所实际补偿的容量

Qn

X

(4-21)

4.2具体工程实例的运用

4.2.1工程背景

上文中所涉及到的计算公式都是针对抽象的数学概念，在实际设计中需要的是具体的参数，这样才能有针对性的设计出具体的模型参数。这里以云南省永昌钢铁厂为例，所得的数据均是从互联网收集而来的。

云南安宁市永昌钢铁有限公司位于安宁市青龙镇楚大公路、安富公路、水青公路环绕之中，距离昆明市60公里、青龙火车站2公里，总占地面积1000多亩。该钢铁厂采用

110

电压供电，电压器连接组别是/Y

11

，容

量75MVA，短路阻抗7.2％。变电站位于厂区东南角落；负荷为60t交流电炉，容量为20MVA，阻抗电压6.3％，短路阻抗为35％；设计中要求FC支路不仅要向系统输出容性无功，而且还要兼有滤波的功能，在这套设备中，主要产生的谐波次数为5、7、11次。

分析：根据上面所收集的有关数据，变压器的容量25MVA，按照容量的两倍去计算冲击负荷。即冲击负荷为50MVA，根据资料，一般冲击负荷到来的时候系统的功率因素为0.65~0.75之间，这里取0.68，所以最大无功冲击为0.68×50=34Mvar。所以SVC拟补偿的无功功率为36Mvar。要求补偿后的无功因数一般要求在0.9以上，在这里取cos4.2.2 FC支路的设计

对于五次谐波支路：

0.92

。

UN10.5

6.06KV

选用BFW11

3-600-1W

型电容器；此时补偿无功功率为

Qc600kvar

电容器容值



U



QC2fU

, (4-22)

所以对于五次谐波支路来说

C

600



23.145011



3

47.38F

因为Q

34kvar

，cos

0.68

，所以P=Qtan



43.04KW；

根据（15）式得

QdPtan1tan2

=43.04（1.078

-0.426

）=28.07kvar

据（17）式得计划安装的容量

Qjh

10.51228.7=23.81kvar 10.052=（）

所以 m

23.81

20.637；

所以实际安装的无功补偿容量为：

Q2370.60025Mvar

C47.3826568.56F

Z电容值；所以支路的阻抗

C

=5.6；在以

上的计算中a取0.052，所以ZL0.29；

实际补偿容量



10.5

5.60.29

20.76Mvar

同理可得七次谐波支路，十一次谐波支路的参数如下所示：

七次谐波支路：

选用BFW113-400-1W型，Qc=400kvar，C=31.59F；

计划安装的容量

Qjh=24.14kvar； m7；

实际安装的无功补偿容量为：

Q2370.40017Mvar；Zc8.4；

a取0.017，得Z

实际补偿容量 L0.143；

十一次谐波支路：选用BFW11QsjU2ZX10.528.40.14313.35 3-200-1W型，Qc=200kvar，C=15.79F；

计划安装的容量

Qjh=24.94kvar；m7

实际安装的无功补偿容量为：

Q2370.2008.4Mvar；Zc16.81

a取0.007，得Z

sjL0.117； 10.52实际补偿容量QU2ZX16.810.1176.6kvar；

由以上三点可得：

实际安装的容量Q25+17+8.4=50.4kvar；

实际补偿的容量Q20.76+13.35+6.6=40.62kvar；

4.2.3 TCR支路的设计

在TCR部分中，电感连同晶闸管一起按照三角形连接，三个电感共同向系统提供感性无功功率，在上面的的计算中可以得知，三个电抗所要承担的感性无功一共是36MVA,拟单相承担无功为12Mvar。由（12）得总安装容量QA1.48Qz。

所以它的单相为系统提供的容量为：

1.481217.76Mvar

在型电路中，线电压等于线电压，所以

UT10.5KV

由QTUTIT可知，额定相电流

ITQTT=17.76.51.69KA

感抗

ZlUTIT10.5.696.39

因为ZlXl2fXl，所以可得 23.145020.3mH

XlZl2f6.39； 由于考虑触发电路裕量，所以触发角在

得单相输出总无功Q0.1102,12Mvar105，165之间。根据（10）式3;所以三相输出无功：Q0.3306，36Mvar；

5 系统仿真设计与分析

5.1系统模块的搭建

基于上面论文本文所得的结果可知系统由TCR和FC两部分组成。

5.1.1 FC部分仿真模块搭建

（图9 FC仿真模块的搭建）

如上图，以五次谐波支路为例。A、B、C三个端子分别接电力系统的A、

B、C三相，尾部接在一起，组成三相的星形链接。在本文中设计了五、七、十一次谐波支路。在“Three-Phase Series RLC Branch”模块中输入上文中计算出来的数据。全部选中，整体压缩成一个模块，这样就可以很方便的设计五、七、十一次谐波支路。

5.1.2 TCR模块

仿真模块搭建如下图所示：

（图10 TCR仿真模块）

模块中，主体由三组六个晶闸管模块，其中两两反并联，三组晶闸管为“”形连接，触发脉冲由“chufa”送进来。理论上晶闸管的触发角可在90~180

之间变化，但是考虑到为触发模块留有一定裕量，触发角通常在105~165之间变化。通过改变触发角就可以改变投入到系统中电容器的大小，也就改变了它投入到系统中的无功功率，触发角的改变是依据电网中电压的信息而实时改变的，依据触发角去调节无功功率，也就实现了无功的实时调节。

5.1.3整体搭建框架

（图11 系统整体模块的搭建）

5.2仿真结果及分析

(1）母线上的电压波动：

（图12 母线上的电压波动）

当负载投入运行后负，可看出电压发生了波动，在SVC装置的调节下，经过0.8s的调节时间，电压波动减小，电压趋于稳定。SVC调节作用明显。

(2）负载与供电系统之间的无功交换：

（图13 负载与供电系统之间的无功交换）

上图是负载与供电系统之间无功交换的波形图，在负载投入运行后，系统无功发生变化，负载和供电系统之间的无功交换量发生变化，交换的无功增大，这样就会使系统的电流增大，从而使系统的电能损耗增加，经过SVC

一段时间的调节，负载与系统交换的无功功率明显降低，最后趋于一个较小的稳定值。

(3）触发角的变化（以A相为例）

：

（图14 A相触发角的变化）

根据上图可以看出，A相的触发角是随系统的变化而变化的，触发角变化的最终作用就是让系统稳定。整个系统控制的图如下所示：

（图15 整体仿真波形图）

由上图可以清楚的看出系统各个量变化的情况。当系统的负荷发生变化时，引起了系统的无功发生变化，从而引起电压波动，但是经过SVC系统的调控以后电压波动逐渐减小，负载与电网交换的无功功率也减小到趋于零，这说明所设计的静止无功补偿装置是成功的。

总结

近年来，电网中对电力系统污染的负荷越来越多，谐波污染和无功污染对电力系统造成了很大的影响。同时另一方面，各种精密仪器对电能质量提出了很高的要求，不仅要求电压稳定，而且还要求电能有良好的波形，这就对无功补偿提出了要求——不仅要保持电压的稳定，而且还要治理系统中的谐波。

本论文以TCR+FC型的静止无功补偿器去研究这一领域的课题。论文包括了理论部分和实际设计两个部分，基于无功补偿原理，给用户提出了一套补偿方案，并通过仿真软件检测设计的结果，通过仿真分析可以得出补偿的效果。从仿真的图我们可以看出，电力系统的无功功率确实得到了很好的补偿，但是也有不足的地方，比如补偿以后电流波形的“毛刺”较多，这是因为设计上的缺陷，也是由于本人的理论知识还不够扎实，对今后的工作有了进一步的指导意义。

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[19]韩笑《电气工程专业毕业设计指南》，北京：中国水利水出版社，2003。

答谢

转眼间贯穿整个大四下学期的毕业论文已接近尾声，大学生活转眼即逝，感谢给我学习深造机会的XX大学，在这里我实现了我的象牙塔梦，在这里我学到了很多知识和做人的道理，这对于我以后走向社会将是一笔巨大的宝贵财富。

在论文写作期间得到了很多人的帮助，在这里要特别感谢指导我论文的XX老师，感谢她对我论文的督促和指导。还有很多同学，在我写作期间我们一起讨论一起进步，没有这些同学的帮助我是不可能完成这篇论文的。

最后感谢曾近给我上过课的每一位老师，正是因为你们的辛勤耕耘，才有共和国的每一根栋梁，在这里向他们每一个人至以我最崇高的敬意。