摘 要

在电网中，如果接入大量的冲击性负荷，就会引起电网电压的波动、电网电压的闪变、电网三相不平衡以及电流电压波形畸变等问题，从而严重降低电网的电能质量。尤其是随着我国电力系统的快速前进，在我国低压配电网的发展上，三相负荷不平衡的问题越来越严重。因此，在电网中适当的增设三相不平衡无功补偿装置是非常有必要的，可以满足电网的无功需求，降低电网的损耗。

针对中低压配电网负荷三相不平衡的问题，研究了一种实用的无功补偿方法--晶闸管投切电容器（TSC）。主要阐述了TSC无功补偿装置的基本原理、控制方式、投切方式、主电路、采样、测量电路等方面的关键问题。主电路采用晶闸管来控制电容器的投切，既能实现电容器的快速投切，而且在投切的过程中可以做到无弧、无冲击的投切，具有非常良好的性能。在补偿方案的设计上，采用以“三相共补”为主、“单相分补”为辅的混合补偿方案，可以很好的补偿三相不平衡负荷的问题，有效地避免了过补和欠补现象，与此同时也节省了补偿电容器的容量，具有良好的经济性。在投切原则上，采用过零投切的方式，可以实现无涌流投切电容器，有效地减小对电网的冲击。

本文利用MATLAB对三相TSC动态无功补偿系统进行了仿真，仿真结果表明本装置的设计方法合理，能够有效的改善负荷三项不平衡的问题，达到预期的目的。

关键词：无功补偿；三相不平衡负荷；晶闸管投切电容器；MATLAB仿真

Abstract

In the power system, if access to a large number of impact load, it will cause the power system voltage fluctuations, power grid voltage flicker, power grid three-phase imbalance and current and voltage waveform distortion and other issues, thus seriously reducing the power quality of the system. Especially with the rapid progress of China's power system, the development of low-voltage distribution network in China, the three-phase load imbalance is becoming more and more serious. Therefore, the appropriate addition of three-phase unbalanced reactive power compensation device in the grid is very necessary to meet the reactive power demand of the grid and reduce the loss of the power system.

Aiming at the problem of three - phase imbalance in the load distribution of medium and low voltage distribution network, a practical reactive power compensation method - Thyristor Switching Capacitor (TSC). This paper mainly introduces the basic principles of TSC reactive power compensation device, control mode, switching mode, main circuit, sampling, measuring circuit and other key issues. The main circuit using thyristor to control the capacitor switching, both to achieve the rapid switching capacitor, but also in the process of switching can be done without arc, no impact of switching, with very good performance. In the design of the compensation scheme, the hybrid compensation scheme, which is mainly composed of "three-phase complementary" and "single-phase compensation", can compensate the three-phase unbalanced load problem effectively, And the lack of fill the phenomenon, at the same time also saves the capacity of the compensation capacitor, with good economy. In the principle of switching in principle, the use of zero-switching method can be achieved without inrush current switching capacitor, effectively reduce the impact on the grid.

In this paper, three-phase TSC dynamic reactive power compensation system is simulated by MATLAB. The simulation results show that the design method of this device is reasonable and can improve the imbalance of load three times and achieve the desired purpose.

Key Words：Reactive power compensation; three-phase unbalance load; TSC; MATLAB simulation

目 录

第1章 绪论 1

1.1 无功补偿装置研究的背景及意义 1

1.2 国内外无功补偿现状与发展动向 2

1.2.1 无功补偿装置简介 2

1.2.2 无功补偿技术的发展动向 5

1.3研究三相不平衡负荷无功补偿的关键问题及技术难点 6

1.3.1 研究三相不平衡负荷无功补偿的关键问题 6

1.3.2 研究三相不平衡负荷无功补偿的技术难点 6

1.4 论文研究的内容及章节安排 6

第2章 无功补偿的基本原理与实现方法 8

2.1 无功功率和功率因数 8

2.2 无功功率动态补偿的原理 9

2.3 无功功率动态补偿的实现方法 11

2.3.1 低压电网中的几种无功补偿的方式 11

2.3.2 无功补偿的实用方法 12

第3章 系统总体方案设计 13

3.1 总体方案介绍 13

3.1.1 “混合补偿”无功补偿方案的设计原则 13

3.2 无功补偿容量的计算方法 13

3.2.1 无功功率补偿容量的计算 13

3.2.2 无功补偿容量的确定 14

3.3 主电路的设计 15

3.3.1 电容器的接线方式 15

3.3.2 电容器的分组方式 17

3.3.3 电容器投切单元 18

3.3.4 投入时刻的选取 19

3.4 检测点位置方案 19

3.5 控制电路的设计 19

3. 6三相不平衡负荷无功补偿系统总体设计方案 21

3.7 无功补偿系统电路原理图 22

3.8 本章小结 22

第4章 基于MATLAB的无功补偿系统仿真 23

4.1 系统的主电路模型 23

4.2 TSC模块 24

4.3 仿真结果分析 25

4.3.1 无功补偿前后三相电流电压的变化 25

4.3.2 无功补偿前后各相电流电压的变化仿真图 26

4.3.3 无功补偿前后各相无功变化仿真图 28

4.4 本章小结 29

第5章 总结与展望 30

5.1 总结 30

5.2 未来展望 30

参考文献 32

致 谢 33

附录A：系统仿真图 34

附录B：电路原理图 35

第1章 绪论

在我国现代化进程中，电力系统随着工业化程度的前进也在飞速的发展，与此同时电能质量的要求也随着电网容量的快速增长而越来越高。然而，我国的电力系统现在存在的低压配电网负荷三相不平衡的问题也很严重，这大大降低了电能质量。本文设计的无功补偿装置能大大改善电网负荷三相不平衡的问题，有效提高电能质量。

1.1无功补偿装置研究的背景及意义

在电力系统中，负荷的电功率包括两种：有功功率和无功功率。它们都是由电力系统的电源供给的，在用电设备运行的过程中，需要将电能转化为其他形式的能量，在这一过程中，电能需要做功，消耗的成为有功功率，因此，有功功率是设备正常运行时所必需的，比如各种照明设备发光就是将电能转换为光能。无功功率不参与做功，但其和有功功率一样重要，在电力系统中，经常会涉及到电场和磁场的转化，这一过程中，都需要建立电场和磁场，此时消耗的就是无功功率，它是维持磁场所必须的。在供电系统和负荷的运行中无功功率都起着十分重要的作用，电网的无功功率是衡量电网运行水平的重要指标之一。

近些年以来，我国经济改革不断深入，工业企业用电需求地迅速发展，导致电力负荷压力增长迅速，与此同时，发电机的装机容量和输配电能力跟不上需求，从而导致全国大部分地区出现供电紧张的“电荒”情况。这一现象在中低压配电网上表现得尤为突出，拉闸限电是一种常用的措施，部分地区常在用电高峰期采用这一措施，国民经济的发展因此受到了很大的制约，也给国民的日常生活带来了很大的不方便。就我国来说，整个工业用电中，电动机所耗的占百分之六十到百分之七十，加之近年来大力发展新能源，一大批风电、光伏发电等新能源发电的接入使得电网电压降低，电能质量严重下降等不良后果，因此必须供给足够的无功容量来满足负荷的要求。同时，由于负荷的不平衡和不规律性，无功功率要求根据电网负荷的情况合理的分配，在电网中有大量的无功功率在流动，电网容量随之下降，电网损耗增加，同时供电成本增加，供电系统的经济性也受到了很大的影响，这一现象在我国农村低压配电网内显得极为普遍。在农网，普遍存在着用电设备功率因数低，且不带补偿装置的现象，这在供电线路覆盖面积大，距离远的农村供电网中会造成大量的电能损耗,在电网的末端，电压由于损耗严重而下降，供电成本也随之提高。