论文总字数：16760字

摘 要

由于绝大部分用电设备不仅需要从电力系统吸收有功功率还需要吸收无功功率，所以从提高电能质量等方面都必须设法减少负荷无功功率带来的不利影响，要安装无功功率补偿设备。晶闸管控制电抗器（TCR）型静止无功补偿装置（SVC）有良好的补偿效果，近年来受到广泛关注。

本文首先研究了无功补偿技术及三种补偿装置的原理，在此基础上研究了晶闸管控制电抗器的原理及运行特性，之后研究了TCR的基本原理与特性并用SIMULINK进行了仿真。最后通过SIMULINK得到FC-TCR系统工程仿真方案，并分析FC-TCR系统补偿无功从而能有效的调节电网电压。

关键词：无功补偿, TCR, SIMULINK, 仿真, 研究

Abstract：For the most of the electrical equipment not only to absorb the active system, also require the reactive power. In improving power quality and other aspects, we must take actions to reduce the adverse effects caused by the reactive power load, so to install reactive power compensation equipments. The TCR of the SVC-type has a good compensation effect, attracted widespread attention in recent years.

Firstly, this paper described the principles of reactive power compensation and devices. Secondly, studied the TCR whose the basic principles, characteristics and get the simulation by using SIMULINK. Finally, got the FC-TCR system simulation solutions by SIMULINK, and analyzed that FC-TCR system can effectively regulate the grid voltage.

Keywords: reactive power compensation, TCR, SIMULINK, simulation, research

目录

1 前言 4

1.1 无功补偿技术的概述 4

1.2 无功补偿的原理 4

1.3 无功补偿的意义 5

1.4 无功补偿技术的发展 5

1.5 当前无功补偿装置的分类 7

2 晶闸管控制电抗器（TCR） 8

2.1 TCR的基本原理 8

2.2 TCR 的补偿特性 9

2.3 单相TCR的仿真 12

2.4 三相TCR基本原理与仿真 14

2.5 TCR的控制系统 19

2.6 滤波器 20

3 FC-TCR型静止无功补偿装置（SVC）的仿真研究 21

3.1 FC-TCR型SVC的结构与工作原理 21

3.2 PID控制在FC-TCR中的应用 24

3.3 FC-TCR系统的仿真 28

3.4 分析FC-TCR系统及仿真结果 28

结 论 30

参考文献 31

致 谢 32

1 前言

1.1 无功补偿技术的概述

在工业企业供电系统中，绝大部分用电设备为感性负载，这些设备不仅需要从电力系统吸收有功功率，还要吸收无功功率以产生正常工作所必须的交变磁场。然而在输送有功功率一定的情况下，无功功率增大，将带来许多不良后果:

1）引起线路的总电流增大，使供电网络中功率损耗和电能损耗增大。

2）使供电网络的电压损失增大，影响负荷端的电压质量。

3）使供电设备的容量不能得到充分利用，降低了供电能力。

4）使发电机的输出能力下降，发电设备的效率降低，发电成本提高。

综上所述，无功功率对电源及工业企业内部供配电系统都有不良影响。从节约电能，改善变配电设备的利用情况和提高电能质量等方面考虑，都必须设法减少负荷无功功率带来的不利影响。为此，需要安装无功功率补偿设备。而且无功补偿应包含对基波无功功率的补偿和对谐波无功功率补偿，本文只简述对基波无功功率的补偿。在三相负载不平衡的场合，通过适当地对无功补偿可以平衡三相负载的有功及无功功率。

1.2 无功补偿的原理

以改善电压调整的基本功能为例，对动态无功功率的补偿的原理作简要介绍。

图1-1 无功功率动态补偿单相电路 图1-2 无功功率动态补偿原理

上图1-1所示为无功功率动态补偿单相电路。其中，为系统电压；和分别为系统电阻和系统电抗。假设负载的变化很小，有，则假设时，上图中实线所反映的即是系统电压与无功功率关系的特性曲线。由图可得，该特性曲线是向下倾斜的，所以说当增加无功功率Q时，系统中的电压在逐渐下降。实际中，可以用式1-1来表示系统的特性曲线：

(1-1)

或者写为：

(1-2)

上式中：表示系统在无功功率Q为零时的电压；

表示系统的短路容量

可见，无功功率的变化会引起系统电压的变化。所以当补偿器加入系统之后，负载的无功功率加上补偿器的无功功率才是系统供给的，如式1-3所示:

(1-3)

所以无功功率在系统中动态补偿的原理：如果负载在电力系统中的无功功率Q发生变化时，补偿器的无功功率始终能够平衡的变化，即ΔQ=0，则ΔU=0，此时的电压基本保持恒定状态。正如上图1-2所示：系统的动态无功补偿，而且使系统保持在Q=Qa=常数的状态。

1.3 无功补偿的意义

电力系统的运行电压水平同无功功率平衡密切相关。电压质量直接影响着线路的损耗，电网的稳定运行等等。因此，必须对系统各支点进行监视和控制，控制中枢点电压让其在合理的范围内，再辅以各种分散安排的电压调整，就可以使各用户处的电压保持在容许的偏移范围内。而且用户中存在着大量的对无功功率使用变化的精密设备，所以必须对系统进行无功功率的补偿。

1.4 无功补偿技术的发展

1.4.1 早期的无功补偿装置

a. 同步调相机

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