静止无功补偿器

静止无功补偿装置 SVC staticvarcompensation 萧萧 静止无功补偿装置 SVC 一 SVC工作原理二 TCR 晶闸管控制的电抗器的数学模型三 含SVC的潮流计算方法 一 SVC工作原理 无功补偿原理无功补偿的意义SVC的不同类型 1 1无功补偿原理 视在功率减小了 补偿后电力网的功率因数由补偿前的cos 1提高到cos 2 加装了一部分无功补偿设备Qc后 常用的无功补偿措施 1 利用同步发电机进行补偿 2 利用调相机进行无功补偿 3 利用电容器进行无功补偿 4 利用静止补偿器进行无功补偿 静止无功补偿器 利用电容器和电抗器组成的可提供感性或容性无功补偿的装置 能平滑控制动态无功功率 六种方式 固定容性 固定感性 可变容性 可变感性 固定容性加可变感性 可变容性加可变感性 常用后两种 1 2无功补偿的意义 提高负荷的功率因数由于补偿装置提供了负荷所需要的大部分无功功率 使负荷不再从电源处吸收更多无功 这样可提高负载线段的功率因数 减少线路损耗当线路通过电流时 其有功损耗在线路输送的有功功率相同的情况下 功率因数越大 线路损耗越小 改善供电电压质量负荷电压损失 安装补偿设备容量后 提高设备利用率系统采用无功补偿后使无功负荷降低 发电机可少发无功 多发有功 充分达到额定出力 减少用户电费支出安装补偿设备可以减少用户内部因传输和分配无功功率造成的有功功率损耗 减少相应的电费支出 同时还可以避免因功率因数低于相关规定标准值而受到供电部门的经济处罚 1 3SVC的不同类型 三种常用的SVC 晶闸管控制电抗器 简称TCR型 晶闸管投切电容器 简称TSC型 磁控式电抗器 简称MCR型 1 TCR型的SVC装置 工作原理 如图所示 在实际应用中 一般由TCR FC组成 FC滤波器用于提供容性无功功率补偿及谐波滤波 TCR通过控制与电抗器串联的双向晶闸管的导通角 以便控制流经电抗器的电流波形 从而等效实现一个连续可调的电抗器 从而可以产生可变的感性 容性无功功率 2 TSC型的SVC装置 工作原理 TSC是通过晶闸管的导通和关断控制电容器的投切 从而达到改变向系统发出无功功率的大小 使用串联电抗器的目的是限制操作暂态过电压 抑制晶闸管导通时的涌流 如果在电流自然过零点触发晶闸管 在电容器通电时 由于过渡过程会导致过电压 一般在晶闸管正式触发前通过一个短脉冲对电容器进行预充电 以避免过电压 由于电容上电压不能突变 只能在电容电压与系统电压相等时进行投切 所以控制是整周期的 而不能象TCR那样通过改变晶闸管开通时刻进行连续调节 也即只能实现分段调节 实际应用的TSC均是通过控制电容器的导通数量来调节电纳的 也就是改变电容器的无功补偿量 为了补偿急剧变化的无功负荷 需要把电容器分成若干组 每组导通控制由控制晶闸管开关来实现 随着负荷无功的变化 相应地投入或切除一部分电容器组 从而使无功负荷能得到多级阶梯式补偿 TSC由于通过电容的电流为整周期的正弦电流 所以不产生高次谐波这是其一个明显优点 3 MCR型的SVC装置 从图2中可以看出 电抗器由一个四柱铁心和绕组组成 中间两个铁心柱为工作铁心 Nk为控制绕组 N为工作绕组 可控硅接于控制绕组上 当工作绕组两端接上交流电压时 控制绕组上就会感应出相应的电压 在电压的正半周T1导通 在电压的负半周T2导通 通过控制T1 T2的导通角可以控制ik1和ik2的大小 从而控制直流激磁 进而控制工作铁心的饱和度 因此 只要控制T1和T2的导通角大小 就可以平滑的调节电抗器的容量 接下来以TCR 晶闸管控制电抗器 为例 详细介绍TCR装置的数学模型 以及含有TCR装置的潮流计算方法 二 TCR 晶闸管控制的电抗器的数学模型 具有固定电容的TCR的原理接线图如图2 1所示 通过控制反并联的可控硅的触发角 可以控制电感L接入系统的时间长短 从而改变TCR的视在电抗 图2 1带有固定并联电容器的TCR原理图 设TCR的相电压为 电流为 触发相位以过零为参考点 如下图2 2所示 图2 2 a 电路原理图 b 电压 电流波形图 由于 故在基波正弦的波形下 的波形如图2 2 b 下方所示 设 2 1 则在可控硅导通期间 2 2 式中 为触发角相位 为导通角 在区间 2 3 由于时 代入上式可得 2 4 由于为偶函数 其基波分量只含余弦分量 利用傅里叶分解得到 2 5 当时 即电抗X全部接入 而当时 即电抗支路开路 根据电感与电流 电压的关系可得TCR的等值电感 2 6 式中 等值感性电纳 2 7 由式 2 6 和 2 7 可以看出通过控制可控硅的导通角 即可控制TCR的等值电感 具有固定并联电容器和TCR型静止无功补偿装置 SVC 的等效模型如下图2 3所示 图2 3TCR等效模型 设可控硅给定导通角 由式 2 6 和图2 3可得到 2 7 三 含SVC的潮流计算方法 3 1潮流计算中TCR装置的阻抗模型TCR装置时通过改变串入线路的电感 来调节该线路的潮流 因此 从物理特性出发 建立其阻抗模型是一个较好的方法 TCR装置可用一个串联在线路中的可变电抗来表示 如下图3 1所示 图3 1串入TCR装置的ij支路 线路的电流关系为 3 1 上式中为线路阻抗 令 线路未装TCR时 即 其电流和节点功率关系为 3 2 节点注入功率为 3 3 因此 TCR引起的节点i j的附加注入电流 3 4 于是可得 节点i和j的等效附加注入功率为 3 5 3 6 当TCR的控制参数给定时 利用 3 5 3 6 两式可求得两端节点等效附加注入功率 将其与原始节点注入功率相叠加 并参与潮流计算 即可求出含TCR的潮流解 由图3 1可知 装设TCR的i j的有功功率为 3 7 3 8 显然通过调节TCR的电感值 从而节 可控制线路的潮流为给定值 3 2含TCR装置的线路的潮流算法 由于TCR的作用会影响到所有状态变量 可将装设TCR装置支路的节点功率方程描述为 3 9 其中为状态变量 节点电压的模值和相角为控制变量 TCR装置可调节参数将式 3 9 对状态变量和控制变量作泰勒级数展开 忽略高阶项 有 3 10 再将TCR装置的自身约束和控制目标写作 3 11 将上式在运行点附近作泰勒级数展开 忽略高阶项 有 3 12 将式 3 10 代入 3 12 有 3 13 将解上式求得的控制修正量回代到计及TCR装置的潮流计算修方程中去 即可得到计及TCR装置的潮流计算方程 关键在于求取四个矩阵 式 3 13 中可由下式求得 3 14 的元素可由