灵活交流输电作业

1、“灵活交流输电”课程报告静止无功补偿器（SVC）的仿真实例的研究学 院 专 业 学生姓名 学 号 完成日期 静止无功补偿器（SVC）的仿真实例的研究摘要 并联无功补偿装置时电力系统的常用装置。在输电网中，其主要功能是调整系统中的无功潮流的分布。在配电网中，其主要功能是提高供电质量，减小负荷对电网的不利影响。传统的并联无功装置实在倍补偿的节点上安装电容器、电抗器或者它们的组合以向系统注入或者吸收无功功率。并联在节点上的电容器、电抗器通过机械开关投入或退出。静止无功补偿装置用电力电子元件代替机械开关，从而实现了补偿的快速和连续平滑调节。理想的SVC可以支持所补偿的节点电压接近常数。良好的动、静调节

2、特性使得SVC得到了广泛的应用。关键词：SVC；电压调整近年来， 一些经济发达地区迅速发展成负荷中心，部分负荷中心缺乏大电源支撑，发生严重的多重故障时，可能导致电网电压崩溃。 另外，大电源功率外送时，可能造成部分输电断面潮流较重；长期接近甚至超过稳定极限运行， 可能会导致电网按原运行方式设置的无功补偿装置容量不足，电压难以控制。目前，电网电压主要依靠发电机无功出力，并联无功补偿设备和变压器分接头调节。 为加强电网的电压调节能力和调节手段， 提高电网稳态电压运行水平和扰动后的暂态电压水平，可采用 SVC 等动态无功补偿措施。1 SVC的基本结构和工作原理静止无功补偿器 SVC 作为一种并联补偿装

3、置已广泛应用于电力系统的动态补偿， 其典型代表是晶闸管投切的电容器 （thyristor switched capacitor，TSC） 和晶闸管控制的电抗器 （thyristor controlled reactor，TCR）。 这两种无功补偿器有各自的局限性：TCR 只调节电抗器，补偿感性无功；TSC 只快速投切电容器，补偿容性无功。 为扩大无功调节范围，使无功控制范围从容性无功变化到感性无功， 可将TCR、并联电容器（FC）和 TSC 组合使用。 常用的方式有 TCR+TSC、TCR+FC、TCR+TSC+FC。TSC+TCR 型 SVC 是连续控制的无功补偿器，谐波含量低，而且响应速度

4、快，可快速改变发出的无功，具有较强的无功调节能力，提供动态无功补偿，从而提供动态电压支撑，加快暂态电压恢复，提高系统电压稳定水平。SVC原理图如图1所示，图中的降压变压器是为了降低SVC的造价，而引入滤波器则是用来吸收SVC装置所产生的谐波电流。图1-1 SVC原理图TCR 的基本元件是一个电抗器，与双向晶闸管开关串联。通过控制触发角，晶闸管可在电源频率的正负半周轮流导通。 TCR 可看作一个可变电纳，连续可调，但只在感性无功范围内。TSC 只调节电容器， 可补偿系统所需的无功功率。 如果级数分得足够细，基本可实现无级调节。 但由于每级均需晶闸管阀，从性价比考虑，不宜分得太细。 TSC 的每个

5、分级之间的无功功率可通过 TCR 来连续调节，所以 TSC 装置一般与电感并联，即组成TSC+TCR 补偿器。 图 1 为 SVC 和电力系统的 V/I 特性，通过 TCR 和 TSC 配合，SVC 无功调节范围可实现从容性无功到感性无功变化， 能连续调节补偿装置的无功功率，使补偿点的电压接近维持不变。TSC 只在容性无功范围内变化，TCR 只在感性无功范围内变化。 当系统发生暂态过程、 电压偏低时，TSC 投入，发出容性无功，提升电压，使系统电压恢复。 但一次投入的 TSC 的容性无功，其多余的量存在于 SVC， 需 TCR 动作来抵消多余的容性电纳，最终使电压保持接近于 1 p.u.。 因

6、此，TCR+TSC 型SVC 的协调控制原则是以 TSC 作分级粗调、以 TCR作相控细调， 从而达到从容性无功到感性无功连续可调的目的。 若只投 TCR 则不能发出容性无功，无法提供动态电压支撑；若只投 TSC，当系统电压恢复时，多余的容性无功没有感性无功来抵消，就会导致电压过高。 因此，TCR 和 TSC 二者需协调配合。TCR支路的等值基波电抗是晶闸管导通角和触发角的函数，调整它们可以平滑的调整并联在系统的等值等值电抗。其从系统中吸收的无功功率为 （1-1） 式中，L为电抗器的电感值。TSC支路受电力电子器件控制使电容器只有两种运行状态，即将电容器直接并联在系统中或将电容器退出运行。由于

7、TSC投切电容器是由电力电子器件控制完成的，因此它比机械可投切电容器要快的多，动态特性可以满足系统控制的需要。当TSC支路投入系统中后，其向系统注入的无功为 （1-2）式中，C为电容器的电容值。由以上两式可得SVC向系统注入的无功功率为 （1-3）可见当时，SVC向系统注入的无功功率可以连续平滑的调节。一般为了扩大SVC的调节范围，SVC装置中可采用多个TSC支路，而且为了保持调整的连续性，通常TCR的容量略大于一组TSC的容量。若投入的TSC的总容量为C，则SVC的等值电抗为 （1-4）SVC的等值伏安特性由TCR和TSC组合而成，其伏安特性如图2所示，Vref为SVC的参考电压。SVC的可

8、调范围在直线范围内，当系统电压的变化超出SVC控制范围时，SVC就变成一个固定阻抗，即或。图1-2 SVC的伏安特性曲线2 Simulink中的SVC模块介绍2.1 SVC模块的基本功能SimPowerSystems库中提供了SVC模块，该模块可以仿真任何拓扑结构的SVC，并可与Powergui模块结合对电力系统的暂态和动态特性进行分析。SVC模块示意图如图2-1所示。SVC模块的端子功能如下：A、B、C为SVC连接系统的电气端子；m端子包含6个信号的矢量。这些信号的组成与定义见表2-1.Vref为仿真输入的参考电压控制信号。此端子只有在SVC参数设置对话框中选中“External contr

9、ol of reference voltage Vref ”才会显示出来。双击SVC模块，打开其参数设置对话框，在“显示（Display）”下拉菜单列表中选择“功率数据（Power Data）”选项，将显示功率数据参数设置对话框，如图2-2所示。参数定义如下：System nominal voltage and frequency：系统额定电压（单位V）和额定频率（单位Hz）。Three-phase base power Pbase：三相基准容量（单位VA）。Reactive power limits：SVC在额定电压下能够产生的无功功率极限，正值为容性，负值为感性。Average time

10、delay due to thyristor valves firings：晶闸管触发的平均延迟时间。表2-1 SVC模块的输出信号信号序号信号组信号名称定义13Power Iabc（cmplx）Ia（pu）Ib（pu）Ic（pu）输入SVC的相电流Ia、Ib、Ic，单位p.u.4ControlVm（pu）测量到的正序电压（单位p.u.）5ControlB（pu）SVC的电纳输出单位p.u.，正值为容性6ControlQ（pu）SVC的无功功率输出（单位p.u.），正值为电感图2-1 SVC模块示意图图2-2 SVC模块功率数据参数设置对话框图2-3 SVC模块控制参数设置对话框在“显示（Di

11、splay）”下拉表中选中“控制参数（Control parameters）”选项，将显示控制参数设置界面，如图2-3所示。Mode of operation：定义SVC的运行模式，包括“电压调整（Voltage regulation）”和“无功控制（Var control）”两种模式。External control of reference voltage Vref： 当此项选中时，在仿真模块上将会显示Vref端子，允许由外部信号来控制电压参考信号。Reference voltage Vref：参考电压值（单位p.u.）。Droop Xs：只有在“电压调整（Voltage regulati

12、on）”模式下才有此参数，用于定义SVC伏安特性的斜率。Voltage regulatorKp Ki：只有在“电压调整（Voltage regulation）”模式下才有此参数，用于定义电压调整器的比例和积分常数。Bref for var control mode：只有在“无功控制（Var control）”模式下才有此参数，用于定义无功控制模式下的参考电纳2.2 SVC模块的控制系统一个通用的TSC-TCR型SVC控制系统的框图如图2-4所示。主要包含电压测量系统、电压调节器、同步单元触发脉冲发生器等。其中的电压调节器将测量得到的控制变量与参考信号相比较，然后将误差信号经过控制器的变换后输出

13、了一个标幺值Bref信号，这个信号的大小可以使误差减小，并达到稳态误差为零。Bref信号再经过电压同步系统和触发脉冲发生器产生脉冲信号，从而实现对TSC和TCR支路的晶闸管进行导通控制。图2-4 SVC控制系统框图3 SVC系统的仿真模拟图3-1 具备并联补偿设备的简单系统为了分析SVC装置所安装处的电压控制效果，设一个具有并联补偿设备的简单系统如图所示，假设计算电压降落时可略去其横分量，则无功补偿前母线i的电压Ui为 （5）式中，Uj为设置不成设备前母线j的电压。当装设无功补偿装置后，母线j的电压变为Ujc，则母线i的电压为 （6）设这两种情况下Ui保持不变，则有上式可得 （7）由此可得 （

14、8）式中方括号内第二项的数值一般不大，可略去。从而可以简化为 （9）根据式就可以按照调压的要求计算补偿设备的容量Qc。参考Matlab的例程power_svc，进行SVC的仿真验证，仿真模型如图3-2。图3-2 相控模式下SVC仿真系统图SVC常用于500kV，300MVA系统的电压调整，当系统电压低的时，SVC发出无功；当系统电压高时，SVC吸收无功。系统的参数如仿真图所示。在整个仿真过程中，可编程电源的电压变化设置如下：1）00.1s时电压源幅值为1.0p.u.。2）0.10.4s时电压源幅值为0.97p.u.。3）0.40.7s时电压源幅值为1.03p.u.。4）0.71.0s时电压源幅

15、值为1.0p.u.。运行仿真，结果如图3-3所示。（a）正序电纳的实际值Bactual、SVC的电纳输出曲线（b）母线实际电压Vactual、SVC测量到的正序电压以及电源电压变化曲线（c）SVC补偿设备的容量Qc曲线图3-3 仿真结果图从图3-3中可见，在电压源发生变化时，SVC装置输出的无功也随之变化，限制了母线电压的升高或降低。当母线电压降低时，SVC装置可以发出无功功率防止母线电压降低过多。当母线电压降低时，SVC装置从系统中吸收无功功率，可以限制电压的升高。上面的分析虽然表明了SVC装置动作的正确性，但并不能说明SVC装置对母线电压的控制效果。通过对比未加SVC装置和加装SVC装置后的母线电压Uj随电源电压变化的情况。从图中可以看出，当电源电压变化相同时，加装SVC后的母线电压比未加装SVC的电压波动要小