动态无功补偿装置的优化

1、动态无功补偿装置的优化在电力系统中常用的无功补偿装置主要有机械投切电容器装置、品闸管投切 电容器装置、品闸管控制电抗器与固定电容器以及静止无功发生器。它们有的调 节电容有级差；有的属于间接调节电容，经济效益相对较差；还有的控制器设计 复杂，成本昂贵。因此，现在提出一种新的电力电容器调容方法，应用PWM控制 原理，采用并联电容器连续调容，克服分组投切电容器时电容有极差的缺点，更 有利于电力系统进行动态无功功率补偿。1、PWM技术原理PWM连续调节电容的原理如图1所示，其中电阻只和电感匚是线路的电感和 阻尼电阻，pulsel和pulse2是PWM发生器产生的二脉波PWM脉冲，控制k1和k2 的开关

2、来投切Cl和C2。图1 PWM连续调节电容原理kl和k2互补动作，pulse 1的宽度为 tl，pulse2的宽度为 t2， 口与 t2之 和 t保持恒定， 口与 t的比值为pulse 1的占空k。根据PWM控制面积等效原理， 即冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果即环节的输出 响应波形基本相同。在 t1时间内投入的电容C1与在 t时间内投入的等效电容C 对整个电路的作用效果相同，在1个脉冲周期 t1和 t2时间内分别投入。1和C2, 与在七时间内投入等效电容C对整个电路的作用效果相同。调节脉冲占空比k 可调节投入电路的等效电容，理论推导如下：当 t很小时，由于电感L的存在

3、使得流过电容C1和C2的瞬时电流与流过电 感的瞬时电流值相等设为I，在At时间内k1导通，根据等面积原理在内流过 C1的等效电流为I1=IA t1A t ； C1两端电压大小为U1=I1棕C1；流过C2的等 效电流为I2=IA t2A t ； C2两端电压大小为U2= I2棕C2；则等效电容。两端的 电压为U0=U1 t1A t +U2 t2A t。整理得C= C1C2(C1+C2)K2- 2C1K1+C1。 其中以k为变量对C求导，则当k等于C1/ (C1+C2)时。的最大值为C1+C2，即等 效电容的值可在C1和C2之间连续变化。2、PWM连续调容应用特性从理论上，占空*kW以在(0，1)

4、之间连续变化，但实际应用中开关器件 多选用IGBT、POW- ERMOSFET、GTO等电力电子器件，其开关频率及耐冲击 电压受到限制，此外综合考虑电路中电感、电容的耐压能力，应合理控制k的变 化，选择适当的C1与。2的比值。电路电感L、开关k1、k2、C1、C2所承受的最 大电压与占空比k的数学关系分析如下：电容两端的电压与k之间的关系流过电感的连续电流为I=U/Z； Z=VRR+wl-1/wc； 将C=C1C2/(C1+C2)KK-2C1K1+C1带入可得：摭阀一名一 *:-(1)接着带入C1两端电压U1，可得表达式:同理，带入C2两端电压U2,可得表达式:开关与电感电压之间的关系开关k1

5、、k2及电感L两端的电压开关k1、k2导通在开通关断瞬间承受的冲击 电压为作用在两电容间的电压差即：Uk=U2- U1。整理可得：(4)将UL1、UL2表达式整理可得:(5)(6)3、应用MATLAB建模仿真分析用MATLAB建立的仿真模型如图2所示:CctiEirajousAcnn -Pulse图2 MATLAB仿真模型其中，理想交流电源u=Usin31, 3 =100n , U为141.4V，脉冲的周期 t为 0.01ms，即开关的频率为100k，电阻R为0.1。，电感L为2.02mH，电容C1为100 M F，C2为200. F。改变占空比k及C1、C2的值进行计算，分别代入上面所述的

6、表达式，可得等效电容理论值C为240.96m F。各电压值分别为U1=35.79V、U2=161.06V、Uk=125.27V、UL1=16.06V、 UL2=19.73V。应用MATLB中SimPowerSystems仿真分析得，稳态时电流波形如 图3所示，电容C1两端电压波形如图4所示：图3电流I波形示意图图4电容C1两端电压波形示意图测得电流I=10.86A，则测得电路中总阻抗Z=141.4/11.244，而等效电容和电 路的总阻抗满足式（11），代入。1、C2、匚可测得等效电容为240.957m F，各电 压最值分别为U1=35.83V、U2=161.05V、Uk=125.31V、UL

7、1=105.90V、 UL2=19.645V。占空比k取不同值时，理论计算值结果与仿真实测值比较见表1，表2：表1各变量的理论计算值占空比电流(崎等敦电容(OliR电压电压电压电压电压0.11 U44240.95735.83161.05125311105.091财45心13.074K3.L71砺XS3.11心624.SS00.314.1G2.41135.59157.0322.4215.62&颗0.33314.17300.W150.1615O.H50.235S.950.4294.101 76.451323544.1035.07&8900.S6.93151.47116.A2Cfi2.0S154.3

8、4119%35.OJ表2各变量的仿真测量值占空比(k)电流(咽等数电容(7雨电压电压电压电压电压0.111.245240如i5.79161.0612527104.4R19.7302口一 0&277震Xi.IS1曲一技5&一豹2&毛0.314.10134 一船1S7.0S22.4517.0S5.3&033314.17150.3415034。例归闩4心仆.413.S7湖.12皿.4444.1436.470.86/94151J017.7300X41153J81192936.024、结语通过仿真结果及理论计算表明，随着k的增大电流1和等效电容C逐渐增大， 当k增加到C1/(C1+C2)时，C有极大值，然后逐渐减小。U1逐渐增大，U2先增 大后减小，Uk、UL1、UL2与。变化趋势相同。本文采用PWM技术控制两组电 容器的投切使其在一个周期内投入系统的电容连续变化，从而减小补偿电容器组 的级差及补偿电容器的数量，使投入电路中的等效电容连续变化。该方法克服了 目前无功补偿装置中分组投切电容器时电容有级差的缺点，同时减少了补偿所