静态无功补偿与滤波装置的设计
如今，很多大型负载的使用和电力电子器件的广泛运用等，需要很多的无功功率，从而致使电网在传输过程当中增加了一些网络损耗和受电端电压降落，因此导致电力企业的电能质量下降，成本会有所增加。到目前为止，解决这些问题，最有效的途径就是安装无功功率补偿装置。该装置能提高供电能力，降低电力系统的电能损耗，改善电能质量，增加经济效益。本文着重介绍了一种TSC的设计，来实现静态投切的滤波以及无功补偿技术。首先讲述了无功补偿与滤波装置的研究和背景以及它的特点，讲述了低压TSC的工作原理，TSC的主电路组成，投切过程的分析，参数的设计方法。接着根据理论结合具体的现场数据，计算无功功率补偿装置的参数。最后，通过MATLAB仿真对该滤波器的设计进行验证与研究，分别对装置的电流、电压校验，进行频率扫描。通过仿真的结果，来对静态无功补偿与滤波装置的设计进行验证。关键词 无功功率，电能质量，晶闸管投切电容器，静态无功补偿，滤波装置
目 录
1 前言 1
1.1 无功补偿与滤波的研究现状与背景 1
1.2 无功补偿与滤波装置的特点分析 2
1.3 基于晶闸管投切的特点分析研究 3
1.4 本课题重点解决的问题 3
2 低压TSC的工作原理分析 4
2.1 主电路组成 4
2.2 投切过程分析 6
2.3 参数设计 8
2.4 本章小结 11
3 工程案例分析 11
3.1 现场负荷说明 11
3.2 电气参数分析 14
3.3 补偿滤波装置参数设计 15
3.4 效果验证 22
3.5 校验 24
3.6 本章小结 31
结 论 33
致 谢 35
参 考 文 献 36
1 前言
1.1?无功补偿与滤波的研究现状与背景
1.1.1 无功补偿
所谓无功补偿，就是包含对该振荡最长周期相等的正弦波分量无功功率的补偿和谐波无功功率的补偿。对于供电系统和负载的整个网络来说，无功功率的关键性肯定是不用多说什么，于是无功功率补偿就显得迫在眉睫。在一个电力系统当中， *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
存在着大量的网络元器件，其中这些元件很多都是是呈电感性的，比如异步电动机和一些整流设备等。当系统中运输有功功率的时候，系统中的送电端和受电端之间的电压也就是整个系统中的电压需要有角度上的差异，这个相位差在整个电网中有很多的实行方法，在一定的范围内也比较容易成功。电网中，不仅有功功率有所应用，同时传输的过程也必须有无功功率，无功功率的运送和有功功率的输送对系统中的电压需求不同，有功功率需要系统中的电压首末两端有一定的相位差，而无功功率的传输需要系统中的电压首末两端有相对的幅值差。因为系统波动幅度比较小，但是尽量保证电网运行的可靠性，整个系统的电压幅值大小变动不是很大，所以要求首尾两端的电压有一定的幅值差，这就很难实现。在一个系统中基本上都是需要消耗无功功率的，同时大部分负载也是耗尽无功功率，系统中必须有足够的无功功率来满足这些元器件和负载的消耗，而这些无功功率最经济最好的方法就是就地补偿。因为如果所有的无功功率都从发电机处输送的话，缘由距离过长传输阻碍多，过程中浪费就会很多，所以这种方案是不科学的。所以无功功率的补偿最好还是在缺少无功功率的那个定点处提供补偿也就是就地补偿，这就是无功功率的补偿。
无功功率补偿的主要作用有如下几点：
升高供电系统和负载的功率因数，降低设备配置的容量，减少功率的损耗。
（2）无功功率补偿可以稳定系统网络中的电压，从而进一步改善系统中的电能质量。在输电系统中，设置的无功功率补偿点并不是在系统的发送端和接收端，而是在系统中最需要补偿无功功率的地方设置补偿点，这样一方面可以改善系统的电能质量，另一方面还可以提高系统的整体稳定性。
（3）在整个系统中的一端接三相负载时，可以通过适当的无功功率补偿来平衡三相有功功率，同时也可以用来平衡无功的负载[1]。
1.1.2滤波装置
在十八世纪和十九世纪，关于谐波的研究就已经很深入，这也为谐波的数学方面分析打下了坚实的基础。其中最著名的且被应用最广泛的也就是傅立叶等人提出的有关谐波方面的分析，一直被人们应用到了现在。谐波在电力系统的定义一般为大于电网中基波频率的分量，而这部分分量是通过傅立叶级数分解而来，是对系统中的周期性并且是非正弦量的分解，分解过后会得到不同频率的分量，一些分量和电网中的基波频率相同，其他的分量则不同，这些不同的分量则是系统中的谐波[3]。为了更好的研究谐波，引入了一个谐波次数的概念，其中谐波次数等于谐波的频率和基波频率的比值,也就是n=fn/f1。在电力系统中，也会存在整数形式的谐波，这些谐波对系统的干扰很大，会使电网不稳定，一般称之为分数谐波或者是非谐波。
谐波产生原因，大致分为两类：
由于非线性负载产生；
由于一些开关频繁操作从而产生谐波；
抑制谐波的方法可以分为两类：
（1）补偿的方法基于LC滤波器。
（2）变换谐波源的方法是增加电力系统中的主要谐波源，二是采用高功率因数整流器。
在各种方法中，LC滤波器首先出现最早，虽然它也还是有一些比较难克服的缺点，由于它具有结构简单、设备投资少、可靠性高等优点，仍然是使用最广的方法。LC滤波装置，不仅具有滤波作用，而且兼顾了无功补偿的需要。
1.2无功补偿与滤波装置的特点分析
二十一世纪以来，随着电力电子技术得到了充分的发展，在各个电力领域也有很重要的位置。例如在电力系统中，SCR、GTR、TSC、GTO等等交流无触点开关的应用，使得开关的速度提高了将近500倍，耗时仅仅为10秒。目前为止，对于任何一个给定的系统的参数，无功补偿都能够实现在系统的一个周期内完成，且无功补偿还可以通过单相来调整。对于无功补偿的装置目前主要有三种，大多数都是指晶闸管的静态无功补偿装置。第一类是饱和电抗器型无功补偿装置(SR)，其中此类电抗器又分为自饱和电抗器和可控饱和电抗器两种，无功补偿经两种不同的电抗器又分为两种不同的补偿方式。第一类无功补偿装置，具有很多的优点，如：快速、可靠、过载能力强、产生的谐波小，且能够抑制一定的三相不平衡。第二类装置是由晶闸管控制电抗器（TCR）与固定电容器（FC）、机械投切电抗器（MSC）混合使用的装置，我们称之为静止补偿器（SVC），该装置能够快速抑制电压波动，节约能源。第三类装置是利用自换相变流技术，此类无功补偿装置又称之为高级静止无功发生器。
LC滤波器一般是由滤波电容器、电抗器和电阻器适当组合而成，与谐波源并联，除起滤波作用外，还兼顾无功补偿的需要[2]；
目 录
1 前言 1
1.1 无功补偿与滤波的研究现状与背景 1
1.2 无功补偿与滤波装置的特点分析 2
1.3 基于晶闸管投切的特点分析研究 3
1.4 本课题重点解决的问题 3
2 低压TSC的工作原理分析 4
2.1 主电路组成 4
2.2 投切过程分析 6
2.3 参数设计 8
2.4 本章小结 11
3 工程案例分析 11
3.1 现场负荷说明 11
3.2 电气参数分析 14
3.3 补偿滤波装置参数设计 15
3.4 效果验证 22
3.5 校验 24
3.6 本章小结 31
结 论 33
致 谢 35
参 考 文 献 36
1 前言
1.1?无功补偿与滤波的研究现状与背景
1.1.1 无功补偿
所谓无功补偿，就是包含对该振荡最长周期相等的正弦波分量无功功率的补偿和谐波无功功率的补偿。对于供电系统和负载的整个网络来说，无功功率的关键性肯定是不用多说什么，于是无功功率补偿就显得迫在眉睫。在一个电力系统当中， *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
存在着大量的网络元器件，其中这些元件很多都是是呈电感性的，比如异步电动机和一些整流设备等。当系统中运输有功功率的时候，系统中的送电端和受电端之间的电压也就是整个系统中的电压需要有角度上的差异，这个相位差在整个电网中有很多的实行方法，在一定的范围内也比较容易成功。电网中，不仅有功功率有所应用，同时传输的过程也必须有无功功率，无功功率的运送和有功功率的输送对系统中的电压需求不同，有功功率需要系统中的电压首末两端有一定的相位差，而无功功率的传输需要系统中的电压首末两端有相对的幅值差。因为系统波动幅度比较小，但是尽量保证电网运行的可靠性，整个系统的电压幅值大小变动不是很大，所以要求首尾两端的电压有一定的幅值差，这就很难实现。在一个系统中基本上都是需要消耗无功功率的，同时大部分负载也是耗尽无功功率，系统中必须有足够的无功功率来满足这些元器件和负载的消耗，而这些无功功率最经济最好的方法就是就地补偿。因为如果所有的无功功率都从发电机处输送的话，缘由距离过长传输阻碍多，过程中浪费就会很多，所以这种方案是不科学的。所以无功功率的补偿最好还是在缺少无功功率的那个定点处提供补偿也就是就地补偿，这就是无功功率的补偿。
无功功率补偿的主要作用有如下几点：
升高供电系统和负载的功率因数，降低设备配置的容量，减少功率的损耗。
（2）无功功率补偿可以稳定系统网络中的电压，从而进一步改善系统中的电能质量。在输电系统中，设置的无功功率补偿点并不是在系统的发送端和接收端，而是在系统中最需要补偿无功功率的地方设置补偿点，这样一方面可以改善系统的电能质量，另一方面还可以提高系统的整体稳定性。
（3）在整个系统中的一端接三相负载时，可以通过适当的无功功率补偿来平衡三相有功功率，同时也可以用来平衡无功的负载[1]。
1.1.2滤波装置
在十八世纪和十九世纪，关于谐波的研究就已经很深入，这也为谐波的数学方面分析打下了坚实的基础。其中最著名的且被应用最广泛的也就是傅立叶等人提出的有关谐波方面的分析，一直被人们应用到了现在。谐波在电力系统的定义一般为大于电网中基波频率的分量，而这部分分量是通过傅立叶级数分解而来，是对系统中的周期性并且是非正弦量的分解，分解过后会得到不同频率的分量，一些分量和电网中的基波频率相同，其他的分量则不同，这些不同的分量则是系统中的谐波[3]。为了更好的研究谐波，引入了一个谐波次数的概念，其中谐波次数等于谐波的频率和基波频率的比值,也就是n=fn/f1。在电力系统中，也会存在整数形式的谐波，这些谐波对系统的干扰很大，会使电网不稳定，一般称之为分数谐波或者是非谐波。
谐波产生原因，大致分为两类：
由于非线性负载产生；
由于一些开关频繁操作从而产生谐波；
抑制谐波的方法可以分为两类：
（1）补偿的方法基于LC滤波器。
（2）变换谐波源的方法是增加电力系统中的主要谐波源，二是采用高功率因数整流器。
在各种方法中，LC滤波器首先出现最早，虽然它也还是有一些比较难克服的缺点，由于它具有结构简单、设备投资少、可靠性高等优点，仍然是使用最广的方法。LC滤波装置，不仅具有滤波作用，而且兼顾了无功补偿的需要。
1.2无功补偿与滤波装置的特点分析
二十一世纪以来，随着电力电子技术得到了充分的发展，在各个电力领域也有很重要的位置。例如在电力系统中，SCR、GTR、TSC、GTO等等交流无触点开关的应用，使得开关的速度提高了将近500倍，耗时仅仅为10秒。目前为止，对于任何一个给定的系统的参数，无功补偿都能够实现在系统的一个周期内完成，且无功补偿还可以通过单相来调整。对于无功补偿的装置目前主要有三种，大多数都是指晶闸管的静态无功补偿装置。第一类是饱和电抗器型无功补偿装置(SR)，其中此类电抗器又分为自饱和电抗器和可控饱和电抗器两种，无功补偿经两种不同的电抗器又分为两种不同的补偿方式。第一类无功补偿装置，具有很多的优点，如：快速、可靠、过载能力强、产生的谐波小，且能够抑制一定的三相不平衡。第二类装置是由晶闸管控制电抗器（TCR）与固定电容器（FC）、机械投切电抗器（MSC）混合使用的装置，我们称之为静止补偿器（SVC），该装置能够快速抑制电压波动，节约能源。第三类装置是利用自换相变流技术，此类无功补偿装置又称之为高级静止无功发生器。
LC滤波器一般是由滤波电容器、电抗器和电阻器适当组合而成，与谐波源并联，除起滤波作用外，还兼顾无功补偿的需要[2]；
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