毕业设计SVC无功补偿装置的设计.doc

毕 业 论 文 正 文 第30页摘 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；动态补偿；SVC哈尔滨职业技术学院印制目 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，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、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、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。SVC的调节策略采用多目标、多反馈的调节方式，实现开关投切、变压器分接头、晶闸管触发协调控制，并考虑对低频振荡的阻尼，满足电网各种运行的要求；并实现了上级调度远方自动控制的功能。需要采用高压侧直接取能方式的光电触发及在线监视系统，高电位电子板是传递控制系统各晶闸管的转换枢纽，设计上需采用防止误触发技术。TCR装置采用密闭式循环纯水冷却方式，这种散热方式效率高、误噪声污染、具备较强自动化程度，维护简单等特点。（四）低压电网中动态无功补偿装置的技术特点同样，在低压电网中，动态补偿装置也需满足一定的功能特点。以下提出几点如下：实现最佳补偿控制，控制物理量为无功功率：电网缺多少无功，设备投入相应的电容器组补偿等量的无功功率。控制单元采用智能复合开关，无接触器控制带来的涌流、谐波注入及触点烧损现象，更无晶闸管控制的高温升高能耗问题。电容器组采用三相同时投切和单相分别投切混合控制，解决了传统补偿方法由于配电变压器低压负载三相不平衡等原因造成单相过补或欠补问题。达到快速补偿和精密补偿效果。集中监测和分散补偿新概念。根据补偿电容器离负载越近补偿效果越好的原则，在各低压输出支路上选择补偿接入点，安装电网监测仪在变压器低压出线端，负责监测各支路负载运行特性，并通过低压载波设备发送到相应的补偿控制装置，由控制装置自动投切电容器组。使区域无功分布达到理想状态。对负载线路和负载变化复杂的支路，采用模糊控制技术解决由于某段线路过补带来电流增大问题。具有过压、缺相、欠压及防雷等完备的安全保护措施。自动记录每组电容器的投切时刻，并附配后台数据管理软件。根据以上特点以及综合实际各方面情况，TSC动态补偿装置被广泛采用。实践也证明，通过合理的安装和使用低压无功补偿装置，可以有效地提高电压质量、降低线损，提高电网运行的经济效益，起到事半功倍的作用。三、SVC动态无功补偿控制装置的设计SVC其主要工作原理就是由接触式自耦调压器、伺服式电动机、自动控制电路等组成，当电网电压不稳定或负载变化时，自动采样控制电路发出信号驱动伺服电机，调整自耦调压器碳刷的位置，使输出电压调整到额定值并达到稳定状态。（一）动态无功补偿器的工作原理设备由检测单元、主控单元，投切执行单元和电容器组（含电抗器）四大部分构成。检测单元通过电压、电流传感器实时检测系统电压和电流的瞬时值，并实时计算出电压、电流有效值和系统所需无功功率功率等控制参量，由主控单元完成逻辑判断并发出相应的控制指令，控制投切执行单元投切电容器组，实现对负载无功功率的动态跟踪补偿。1SVC工作原理SVC是用以晶闸管为基本元件的固态开关替代了电气开关，实现快速、频繁地以控制电抗器和电容器的方式改变输电系统的导纳。SVC 的显著特点是能快速, 连续地对波动性负荷进行补偿, 有效地抑制系统电压波动和闪变, 同时滤除系统中的高次谐波, 并通过分相调整并改善系统的三相平衡度。下面以TCR型SVC为例，介绍其工作原理如图3-1所示：图3-1带FC的TCR图3-1为TCR + FC 型静补装置运行原理图。图中FC 回路的C 为固定值, 所以超前的无功功率QC为固定值, 当负载滞后且其无功功率QF变化时,可以通过调整可控硅的导通角控制滞后无功功率QL, 使SVC总的无功输出QZ= QC- QL 发生变化。当负荷Q F 增大时, TCR 产生的无功功率QL减少; 当负载Q F 减小时,TCR产生的无功功率QL 增加。即不管负载的无功功率如何变化,总要使由系统供给的无功功率QS= QF+ QL-QC近似等于常数, 以抑制负载波动所造成的系统电压波动和闪变。TCR 基波等效电纳为: （3-1） 式中: 晶闸管触发角 L电抗器电感 由于 TCR与FC 是并联的，因此整个SVC 的等效电纳为： (3-2)从上式可以看出， SVC的等效电纳也是晶闸管触发角的连续函数，通过改变晶闸管的触发角，就可以连续的改变SVC的等效电纳。2SVC系统结构通常的SVC组成部分为（1）固定电容器和固定电抗器组成的一个无功补偿加滤波支路。该部分适当选择电抗器和电容器容量，可滤除电网谐波，并补偿容性无功，将电网补偿到容性状态。（2）固定电抗器（3）可控硅电子开关可控硅用来调节电抗器导通角，改变感性无功输出来抵消补偿滤波支路容性无功，并保持在感性较高功率因数。3SVC的基本控制方式基本控制方式：（1）电压控制方式。电压控制方式是SVC调节单元基本控制方式。（2）无功控制方式。分为无功功率控制方式；无功电流控制方式；功率因数控制方式。（3）联合控制方式。电压控制和无功控制是控制器的基本模式，电压和无功可以单独控制也可以联合控制或加权控制。（4）输电系统暂态控制。（5）阻尼振荡控制。（二）主电路及容量设计1连接方式在实际应用晶闸管投切电容器通常采用三相电路，可以星形连接，也可以三角形连接。（1）三相控制的星形连接方式。晶闸管电压定额可以降低，但电流定额增大了，晶闸管阀中电流为三角形连接时的倍，而且在投切过程中可能出现较大的中线电流，将产生较大的电压漂移，影响投入时的准确度，可能产生投切冲击电流，同时，也会提高其单位价格。（2）三相控制的三角形连接方式。三角形连接得特点是：可以降低晶闸管的电流容量；电源电压比较能够保证。2补偿电容器的容量选择及相关因素补偿电容器的正确选择，是获得良好补偿效果的重要环节，具体选择时，可考虑如下几个因素：（1）供电变压器的空载无功补偿 一般可选变压器总容量3%的并联电容器作为固定补偿，以补偿变压器的空载无功损耗。（2）确定多路补偿的容量梯度 了解用电负荷的最大值、最小值、负荷的波动情况，根据具体情况以确定电容器的投切步长和分组路数，做到对无功变化的精确跟踪。（3）平衡补偿、分相补偿、复合补偿的选择 确定三相负荷的不平衡程度，必要时需进行现场测量，以确定采用三相平衡补偿还是采用复合补偿方式。当三相严重不平衡时，最好选用适当容量的分相补偿。（4）确定是否采用抗谐波无功补偿电容器当电网谐波分量较大时，应进行现场谐波测试，必要时需采用与电抗器配套设计的专用电容器，以防止在较大谐波的作用下，补偿装置无法正常运行或电容器易损坏的现象发生。（三）控制电路及控制器选择1控制器的特点要求随着无功补偿产品市场需求的逐步扩大，生产无功补偿控制器的厂家越来越多，产品质量和产品性能也千差万别。因此，在控制器的选择上要特别慎重，应严格按照DL/T597低压无功补偿控制器订货技术条件、JB/T9663低压无功功率自动补偿控制器等专业标准中规定的各项要求，依据具体的补偿需求和负荷特性，选择专业化厂家生产的合格控制器。一般情况下，可从以下几个方面对控制器进行选择：（1）对于电网负荷波动不大，且三相负荷基本平衡，仅以提高功率因数为目标的情况，为了降低设备成本，可选用功能单一、操作简便的简易型无功补偿控制器。其控制物理量可不做严格要求，可采用无功功率、无功电流或功率因数作为控制物理量，也可采用复合型控制物理量。投切方式可采用较简单的循环投切模式。这样即能达到较好的无功补偿效果，又能降低设备的生产制造成本，同时设备操作简单，便于维护。（2）对于电网负荷波动频繁、最大负荷与最小负荷间的差距较大，但三相负荷基本平衡的情况，宜选用性能较好的控制器。例如选用无功电流或无功功率作为控制物理量，且投入门限和切除门限应能够分别设定，以防止出现投切震荡，同时还应具有过压和欠流等保护功能。投切方式最好采用可进行程序控制的“编码+循环”投切方式，以确保控制器能够快速准确地对无功功率的变化进行动态跟踪补偿。（3）当电网负荷波动频繁，最大负荷与最小负荷差距较大，同时三相负荷严重不平衡时，对控制器的选择就提出了更高的要求，应具有“分相+平衡”复合投切功能。其控制物理量应为复合型（无功功率+功率因数），其性能参数应不低于以下要求：表3-1 功率要求取样物理量允许误差无功功率20%无功电流20%功率因数2.5%灵敏度100mA（4）为了配合电网自动化的实施，在提高功率因数的同时，还要求能够实时监测电网的各项运行参数，在这种情况下，则需要选择具有综合测试功能的无功补偿控制器（配电综合测控仪）。该控制器除应具有前3项中提到的复合型控制物理量、复合投切功能、较高的灵敏度和稳定度、较小的动作误差、以及过压、欠流等保护功能外，还应具有电网参数实时在线测量、数据存储、数据显示、电报校时、停电数据保护、数据采集和数据远传等功能。同时应配套功能完善的支持性后台软件，以便对采集到的数据进行有效的分析和直观的图形显示，并能输出各类相关的报表。若数据传输采用GPRS无线通讯方式，还可以完全免掉通讯网络建设投资和人工抄表工作，节约大量的财力和人力。（5）对于非线性负荷较多、电网谐波分量较大的情况，必须选用具有谐波测量和谐波超限保护功能的无功补偿控制器，并选配参数合理的抗谐波电抗器，构成抗谐波无功补偿控制装置，以便在谐波较严重的工况下仍能可靠运行，达到满意的补偿效果。2控制器的确定TMS320F2812芯片是目前为止用于数字控制领域性能最好的DSP芯片之一。TI公司的TMS320F2812，最高主频可达150 MHz，可满足高速实时控制任务的需要。此外，由TMS320F2812芯片实现的SVC控制器具有集成度高、所需外扩资源最小的特点，这样必将大大降低成本和提高系统可靠性。基于DSP2812CPU的SVC控制器板的硬件框图如图3-3所示。图3-3 SVC控制器原理图3SVC投切时刻设计SVC主电路如图3.4所示，图3-4(a)主电路采用2个晶闸管反并联，在投入之间电容器上没有电压，因此需要启动过程，投入时刻应在电压正向过零点给T2触发脉冲信号，必定存在冲击电流；图3-4(b)主电路采用晶闸管和二极管反并联，由于二极管D2可保证电容器在投入之前始终保持电容器电压维持在电源电压最大值，因此只要保证在电源电压正向峰值处触发晶闸管T1，就可保证电容器投入不会产生冲击电流，但由于系统电压含有谐波，且控制系统存在延时，很难精确控制90触发，所以提前到85给触发信号。图3-4 SVC主电路（四）动态无功补偿控制装置的设计1控制设计思想早期用于电力系统的控制器都有模拟电路组成，包括励磁控制器和七八十年代生产的SVC装置。随着发电机等设备单容量的增大和电网结构的日益复杂，系统对系统的快速性、可靠性、多功能性等方面都提出了更高的要求，比如我要求控制方式更灵活、控制精度更高、控制范围更广等。传统的模拟系统已经难以满足这些要求。数字控制技术和计算机技术的发展为电力系统的控制开拓了更广的天地，取代模拟控制系统已是必然。而目前基于可编程控制器PLC和新一代微处理器数字信号处理器为核心开发的数字控制系统逐渐成为当今的主流。而在实际应用中，前者结构简单，易于编程实现，故在较为简单的控制中得到了广泛的应用。但又由于其计算能力较差限制了其在复杂系统中的运用。此时，DSP展现出其强大运算能力的优势，尤其是在对信号进行复杂处理的过程中表现得十分优秀，得到人们各方面的关注。在SVC动态无功补偿系统的运用中，DSP运算速度快、精度高，可以保证控制的实时性和准确性。根据同步信号和DSP板输出地信号产生给SVC的触发脉冲，由各自独立的触发板完成。这样的设计分别利用了微处理器和模拟电路的优势，而模拟电路构成的执行器在微处理器构成的数字控制器和大功率主电路之间形成一个良好的缓冲。一方面保证可靠有效地传输控制信号，另一方面，大大减少了主电路对数字控制器的干扰。由于DSP控制板和晶闸管移相触发电路都可以在市场上找到适合要求的成熟产品，这样也可大大提高研发效率。2控制系统结构基于工控机和DSP的SVC控制系统结构如如图3-5所示，图中工控机通过串行口和DSP通讯，通过主板上的数据总线接收监测用的IO插板传送来的数据，在通过局域网和其他计算机相连，由模数转换器得到控制所需的数据，以开关量的形式输出TSC(SVC的主要形式)投入或切除的命令。TSC过零点触发板则根据控制板输出地投切命令，在合适的时刻产生高频脉冲，触发TSC主电路里德晶闸管，达到投切电容器的目的。图3-5 SVC数字控制系统结构图图3-6所示为TSC控制原理示意图，图中较为简单的描述出其原理。图3-6 TSC控制原理示意图3动态补偿系统的应用软件概况（1）数据采集软件的程序流程如图3-7所示图3-7 数据采集程序流程图（2）数据处理模块软件实现数据处理程序的设计旨在完成两方面的功能:相关电参量的计算和存储、主处理模块通信请求的接收与处理。数据处理流程如图3-8所示。图3-8 数据处理模块程序流程图（3）处理模块的软件实现主处理模块的程序流程如图3-9所示。图3-9 主处理模块的程序流程图四、系统的保护配备（一）电网系统保护电网系统故障：系统最危险的故障就是各种形式的短路，一旦发生短路，就会使得交流电压下降，电流剧增；同时有交流欠压合交流过压等各类伴随故障发生。这些故障不然影响到TSC的正常运行。针对不同情况设置不同保护如下：1母线过压一般而言，接于母线上的电压互感器可有一定过压保护能力，母线出现过压时，保护应动作闭锁跳闸。2相间短路母线相间短路保护一般由差动或时间电流继电器提供，事实上其上级变压器的差动保护可能已将此母线包含在保护区间中，而变压器的时间电流保护也提供了母线相间保护的后备保护。3相对地短路对于不接地或通过电抗器接地的系统，为了方便对短路的判定，常用的方法是使用一个中性点接地的互感器。此接地互感器的选择应使得对地短路电流足够电流继电器动作而不对设备产生危害。其电路接法有两种：一是使用时间过流继电器接在电流互感器上，测量接地的主变压器或接地变压器的零序电流。二是使用时间过流继电器接于电压互感器开口三角处，这种接法无法准确判定短路位置，因为系统任意一点短路都将在电压互感器开口三角处产生电压，而使用前一种方法则可判定具体的短路支路。（二）电容器组保护电容器故障：电容器可能出现故障的主要原因是因过压、过流造成的短路现象，一旦发生同时引发阀串支路的过流短路情况。它和阀串短路故障属同类故障，可协同考虑支路整体情况，设置必要的保护。另外，电容器串联同样存在均压均流等问题，可能发生相应电容器单元的过压、过流现象。1不平衡保护补偿电容器常常由单个电容器串并联构成，当任意电容器因故障而出现熔丝熔断时，将会电容器组横向连接上有大电流流过。如下图4.1所示，横向连接上安装CT，以检测其中的过电流，并判断电容器组电压分配不平衡情况：当电容器故障造成电容器上电压不平衡小于110%时，发出警报信号；当电容器故障造成电容器上电压不平衡小于110%时，发出延时跳闸信号；当电容器上电压出现严重不平衡时，应立即发出跳闸信号。图4.1 电容器组不平衡保护 2过流保护单体电容的过流保护可由内部或外部保险实现。TSC支路的过流保护由附加设置的速断、过流和过载三级保护实现。由于TSC阀与电容器支路为串联关系，阀过流保护与此保护实际为同一保护。在阀误触发时出现暂态过流，一般情况下要求TSC阀能够抵抗单次误触发而没有保护动作，而另一些情况则在第一次误触发时即发生保护动作以降低阀成本。应注意的是，在谐波电流较大的场合，过六保护监测应基于有效值，并设置适当的延时，与限流电抗器的电流限制能力、电容器熔断器及阀承受浪涌电流能力相配合。3过压保护电容器的过压保护设置应基于电容器能承受的过压倍数，一般而言，其应能承受110%的有效值过压及120%的峰值过压（含谐波成分）。而基于基波的电压检测不能应用于此场合，因为在含有大量谐波的情况下，峰值电压可能将超过规定值，而基波仍然处于安全范围之内。（三）晶闸管阀保护阀过压及阀元件损坏保护由于阀串联单元器件参数不一致或不同时导通、截止而产生的局部过压。阀串联单元器件参数不一致可由精确计算和仿真后而确定参数的动静态均压电路校正。阀串的同时触发在系统设计时就应充分予以考虑，一个成热可靠的设计将比复杂的保护更能保证系统安全。阀串各单元微小的开关不一致可由动态均压电路吸收，而故障状态下出现的严重开关不一致则应由其他方法解决。高电位板可提供故障状况下的强制触发，避免阀体承受超过其阻断耐压值的电压。而对TSC这种方式将会产生严重的冲击，不但无法保护故障位置元件，反而威胁其他非故障位置元件避免产生元件连锁损坏的方法之一是提供一个快速的阀保护系统，当一检测到超过设定的阀元件损坏时立即停止触发，同时报警或跳闸。结 论本论文研究的重点是：无功补偿相关概念、理论、技术的介绍，低压动态补偿技术的发展及其各自特点，并对其具体硬件和软件设计进行一定研究，还总结了在此类系统中必须的保护系统研究，具体内容如下：（）从两种依据定义无功功率的概念，并各自适用的范围。而无功补偿装置的发展也是日新月异，尤其是电力电子器件的的飞速的发展，带动电力系统更新换代，性能不断提高。同时，通过适当的补偿方式也会得到更好补偿效果，根据不同环境及要求我们必须选择最佳方式进行补偿。最后提出了瞬时无功功率理论，它是现