摘 要

随着现代工业和技术的飞速发展，电力系统中各种用电设备对电压闪变、频率偏差、电压畸变率、三相不平衡度等电能质量要求越来越高，无功补偿装置（Static Var Compensator，SVC）能够对电力系统功率因数、电压闪变、三相平衡起到动态调整的作用，由于其稳定可靠的特性在电力系统中得到了广泛的应用。

本设计针对晶闸管控制电抗型（Thyrister Controller Re）无功补偿装置对电力系统功率因数的改善进行了分析与研究，论文首先对SVC的结构和工作原理进行了分类介绍，进而论述了TCR型补偿装置对容性负荷进行无功补偿的原理与方法，分析了基于瞬时负荷电流电压计算三相补偿电路等效电纳的方法，针对晶闸管控制角实时计算问题，利用三次样条插值法实现了快速、准确的放大系数与控制角之间的转换，较传统的查表发具有更高的控制精度。最后，利用MATLAB仿真软件搭建了SVC无功补偿装置开环控制系统仿真平台，模拟了TCR补偿装置动态运行过程。通过分析仿真结果中系统在补偿前后的功率因数和无功功率曲线，仿真结果表明本文设计的SVC无功补偿装置的有效性。

关键词：SVC无功补偿装置，补偿电纳，控制角，三次样条插值

Abstract

With the rapid development of modern industry and technology, the power quality of a variety of electrical equipment in voltage flicker, frequency deviation, voltage distortion, phase imbalance has become increasingly demanding in the power system. Reactive power compensation device (Var Compensator Static, SVC) is able to adjust the power factor, voltage flicker and three-phase balance in power system.And it has been widely used because of its stable and reliable characteristics in power system .

The design is to analysis and research the thyristor controlled reactance type (Controller Re Thyrister) reactive power compensation device for the improvement of power system power factor.Firstly, the structure and working principle of SVC were introduced by category, and then discusses the principles and methods of TCR compensator means capacitive load reactive power compensation, analyzes the calculation of three-phase compensation circuit is electrically equivalent based on the instantaneous load current-voltage Carolina the method for real-time calculation of thyristor control angle, to achieve a cubic spline interpolation method is rapid, accurate conversion and amplification factor control angle between the more traditional look-up hair has higher control precision.Finally, the use of MATLAB simulation software to build a reactive power compensation device SVC open loop control system simulation platform to simulate the dynamic process TCR compensation device. By analyzing the simulation results before and after the system power factor compensation and reactive power curve, the simulation results show that the effectiveness of the proposed design of the SVC reactive power compensation device.

Key words: SVC reactive power compensation device,Compensation,Control angle,Three spline interpolation

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 国内外现状及SVC的主要类型 1

1.2.1 SVC补偿技术的国内外现状 1

1.2.2 SVC的主要类型 2

1.3本文主要研究内容和章节安排 6

第2章 SVC无功补偿网络 7

2.1 SVC无功补偿的工作原理 7

2.2 理想补偿导纳网络 7

2.3补偿电纳的对称分量算法 10

2.4瞬时电流电压值计算无功补偿电纳 12

2.4.1 分相控制的基本要求 12

2.4.2 求解补偿电路三相导纳 13

2.4.3 基于平均值法计算补偿电路导纳 14

2.5 本章小结 17

第3章 开环控制系统设计 18

3.1 开环控制系统的定义 18

3.2 无功补偿开环控制策略 18

3.3 晶闸管控制角的计算 19

3.3.1 晶闸管的控制原理 19

3.3.2 样条插值法计算控制角 21

3.4 本章小结 23

第4章 基于MATLAB的SVC控制系统的仿真 24

4.1 MATLAB的简介 24

4.2 仿真模型的建立 24

4.2.1 SVC无功补偿系统主电路的搭建 24

4.2.2 三相负载模块 24

4.2.3 SVC无功补偿电路模块 25

4.2.4锁相模块 26

4.3 SVC无功补偿系统仿真的运行过程 28

4.4 SVC无功补偿装置仿真结果分析 28

4.5 本章小结 32

第5章 总结与展望 33

5.1全文工作总结 33

5.2今后工作展望 33

参考文献 35

附录A 37

致谢 43

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

随着社会的不断发展与进步，人们逐渐认识到电力发展对于社会生产生活的影响,与此同时，随着用电量不断增加，现代工业对电力系统的性能要求也越来越高。

在电力系统中，无功功率补偿装置起着至关重要的作用。电力系统电压的稳定、功率因数的提高以及三相无功功率的平衡都与无功补偿密切相关，除此之外，对电力系统提供适当的无功补偿，还可以提高设备利用率，进而提高电网的输电能力, 保证系统运行的安全可靠性。电力系统中的元件大多数是阻感性的，在运行过程中需要消耗容性无功功率。在电力系统运行过程中无功功率对外是不做功的，但对于电源和负载之间由于线路阻抗等造成的电压降落所消耗的能量有一定的补偿作用，以此来稳定电网系统的电压。如：在现代生产生活用电中，电力系统提供的无功功率有很高的一部分被异步电动机和变压器等阻感性负载吸收。若这部分无功功率都由发电机提供，再经线路的远距离传输，显然是不切实际的。因此，我们通常把无功补偿装置安装在有无功功率需求的地方用以提供无功。电力系统中通常利用电容补偿容性无功功率以调整系统功率因数，在补偿容性无功的同时，利用电阻、电抗与电容组合形成单调谐滤波器或多调谐滤波器以滤除系统中的主要谐波成分。由于负荷波动是无法预测的，单纯利用固定容量的电容器进行无功补偿时可能导致过补或欠补现象，而利用晶闸管调整接入系统中的无功功率则能够很好解决过补或欠补问题，这种利用晶闸管调整系统无功功率的装置就是静止无功补偿器(Static Var Compensator，SVC)。

工程实际中，SVC 装置主要用于动态无功负荷的功率因数校正、电压调整、谐波治理、抑制电压闪变以及降低三相不平衡度^[1]，它能动态调整系统的容性和感性无功功率，不仅能够改善电能质量，还能够减小系统损耗，在电力系统和工业系统中得到了广泛的应用^[2]。