摘要
近年来，由于电网容量的增加，对电网的无功要求也与日增加，同时对电能质量的要求也越来越高。传统无功补偿装置很难达到单位功率因数的补偿，电网无功功率不平衡将导致系统电压的巨大波动，严重时会导致用电设备的损坏，出现系统电压崩溃和稳定破坏事故。TSC是目前广泛使用的无功补偿方式，具有结构简单、费用较低的优点;
论文首先介绍了无功功率补偿的意义和现状，无功功率的作用。介绍了TSC基本结构和原理，建立了的数学模型，对稳定性进行了分析。其次，在分析TSC特点后，确定了整体控制策略:TSC以无功功率为主要控制目标，而大部分无功功率由TSC补偿，本文重点介绍TSC静止无功补偿稳定系统电压的研究。为验证本文研究的控制策略的有效性，
在MATLAB/Simi LINK环境下对TSC进行了仿真研究。对TSC系统进行了设计，仿真。结果验证了该控制算法的有效性，能增加系统的稳定性，减少电容器动作的次数。通过SIMULINK建立了TSC仿真模型，对仿真波形图进行了分析，结果表明TSC型静止无功补偿在提稳定系统电压方面能满足要求，显示出该无功补偿方式具有较大的应用价值。
关键词： 无功功率 静止补偿 稳定电压
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Abstract
In recent years, due to the increase of power capacity, the reactive power demands of electricity, and with increasing more and more is also high quality requirements. Traditional reactive compensation device is difficult to achieve unit power factor compensation, grid reactive power imbalance will cause the system voltage fluctuation, the huge will cause serious damage to the electric equipment, appear system voltage collapse and stable destruction accidents. TSC is currently the extensive use of reactive compensation methods, has simple structure, low cost advantages;
It firstly introduces the significance of power compensating reactive power and status quo, and reactive power function. Introduces the basic principle and structure, TSC, the mathematical model was established for stability is analyzed, and discusses the method of harmonic restrain themselves. Secondly, in the analysis, determines the TSC characteristics in overall control strategies: TSC of reactive power as the main control goal, but most of the reactive power compensation by the TSC, this paper puts emphasis on the introduction of TSC static reactive compensation stable system voltage research. In order to validate this paper studies the effectiveness of the control strategy,
In MATLAB/Simi LINK environment TSC simulations were performed. TSC system design, the simulation. Results verify the effectiveness of the control algorithm, can increase the stability of system, reduce the number of capacitor action. Established by simulink.this simulation model for simulation TSC fluctuations, analyzed, the results showed that the TSC type static reactive compensation in the voltage stabilizing system can meet demands, which shows that the reactive power compensation methods it has great practical value.
Key words: Reactive power Static compensator Stable voltage
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目录
摘要 ............................................................................................................................................ I Abstract ...................................................................................................................................... II
1 前言 ................................................................ 1 1.1 课题背景 .......................................................... 1 1.2 国内外在该方面的研究现状及分析 ................................... 2 1.3 本文所做的工作 .................................................... 5 2 TSC型静止无功补偿器的基本结构与工作原理 ............................ 6 2.1 TSC 的基本原理 .................................................... 6 2.2 TSC主电路选择和拓扑结构 .......................................... 7 2.3 TSC 投入时刻选取分析 .............................................. 8 2.4本章小结 .......................................................... 11 3 TSC静止无功补偿稳定系统电压 ....................................... 12 3.1 TSC控制策略 ..................................................... 12 3.2 九区图法控制原理 ................................................. 12 3.3 TSC控制方式 ..................................................... 14 3.4 TSC应用现状、问题及解决方案 ..................................... 16 3.5 本章小节 ......................................................... 18 4 TSC工作原理的仿真研究 ............................................. 19 4.1 关于MATLAB仿真软件 .............................................. 19 4.2 建立仿真模型 ..................................................... 19 4.3 TSC仿真分析 ..................................................... 20 4.4本章小结 .......................................................... 22 结 论........................................................................................................................................ 23 参考文献.................................................................................................................................. 24 致 谢........................................................................................................ 错误！未定义书签。
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1 前言
本章主要说明无功功率补偿的目的、意义与国内外研究现状，无功功率与系统电压变化的关系；
1.1 课题背景
能源是经济发展的物质基础，而能源紧缺是一个世界性的严峻问题。合有效地利用能源，最大限度地节约能源对人类的可持续发展具有深远的战略义。因此，被称为“第五能源”的节能技术引起了世界各国的高度重视。电能国家的支柱能源和工业经济的命脉，既是最重要的能源，又是消耗其它能源产的能源产品，所以节约电力资源是节能的重要内容。
近年来，由于电网容量的增加，对电网无功要求也与日增加。解决好电无功补偿问题，提高功率因数，以降低线损，节约能源，挖掘发供电设备的力，是当前各国电网发展的趋势。目前我国城网、农网无功补偿不足，调节段落后，造成电压偏低，损耗较高，2004年全国平均线损率高达6.9％。与些发达国家相比，约高出2~3个百分点，这对日供电量以百万度甚至千万度的城市来说，这个数字是不可低估的。因此《中国节能技术政策大纲》明确出要降低线损和配电损失,增加无功补偿容量。在电网中，大多数负载(如电机、电弧炉等)和网络元件(如变压器、传线等)的运行不仅需要电源为其提供有功功率，而且还需提供相应的无功率。这些无功功率如果都要由发电机提供并经过长距离传送显然是不合理的也是不可能的。合理的方法是在需要消耗无功功率的地方产生无功功率
这就是无功补偿。
无功补偿对供电系统和负荷的运行都具有十分重要的意义其作用主要体现在以下几个方面：
⑴无功功率的增加，会导致电流的增大和视在功率的增加，从而使导线发电机、变压器及其它电气设备容量的增加。而进行无功功率补偿提高供用系统及负载的功率因数，对电网来说可以挖掘发供电设备潜力，降低设备量，减少设备及线路的功率损耗，对用户来说不但避免了因功率因数低于规值而受罚，而且减少了用户内部因传输和分配无功功率造成的有功功率损耗从而减少了电费的支出。因此无功补偿是电力系统及工矿企业节能降耗的重手段；
⑵电网的无功容量不足，会造成负荷端的供电电压低，影响正常生产和活用电；反之，无功容量过剩，会造成电网的运行电压过高，电压波动率大。而冲击性的无功负载会使电网电压产生剧烈的波动，使供电质量严重低，对无功功率进行动态补偿可以稳定受电端，提高供电质量；
⑶在长距离输电线中合适的地点设置动态无功补偿装置还可以改善输电统的稳定性，提高输电能力等等；
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⑷对电力系统的发电设备来说，无功电流的增大，对发电机转子的去磁应增加，电压降低，如过度增加励磁电流，则使转子绕组超过允许温升，为保证转子绕组正常工作，发电机就不允许达到预定的出力。此外，原动机的率是按照有功功率衡量的，当发电机发出的视在功率一定时，无功功率的增加，会导致原动机效率的相对降低。
无功补偿是维持现代电力系统的稳定与经济运行所必需的，它对供电系和负载的运行都是十分重要的。网络组件和负载所需要的无功功率必须从网某个地方获得，因为这些无功功率由发电机提供并经过长距离传送是不合的，通常也是不可能的。因此，合理的方法应当是在需要消耗无功功率的地产生无功功率，即进行合理的无功补偿。
1.2 国内外在该方面的研究现状及分析
从电力系统的诞生开始，补偿技术就开始被应用，随着电力系统的发展，各种补偿装置不断出现，如采用机械投切的电容器和电抗器对系统进行的无功功率补偿，改善系统的电压水平。但由于机械投切会造成较大冲击，人们开始在负荷中心安装同步调相机，调相机可以平滑的调剂无功功率，而且既可以吸收也可以发出无功功率，因此具有较强的补偿控制功能，对调节负荷中心的无功功率平衡和维持负荷中心的电压水平有重要的作用。
随着社会的发展，对于电能质量的要求不断提高。电力系统瞬时的不平衡可能导致安全稳定问题，因而只有补偿装置得具有快速响应的能力，才能用于处理系统问题。机械调相机由于其机械投切装置惯性大，动作时间在秒级，已经无法满足电力系统的要求。20世纪70年代，晶闸管的身影开始出现在补偿装置中，采用高压大容量快速的电子开关代替机械开关应经成为趋势。一系列的晶闸管投切的补偿装置，如TSC、TSR、TCR及综合补偿装置SVC，成为当今主流。而传统的机械投切装置由于是旋转设备，运行维护都很复杂，响应速度也较慢，且随着负荷中心地区对环境要求的提高，旋转带来的噪声等问题也使得居民越来越不满意，因此同步调相机也逐渐被SVC等补偿装置所取代。
晶闸管投切或控制的补偿装置彻底的改变了机械投切速度慢的特点，控制速度快、维护简单、成本较低，因此在电力系统得到十分广泛的运用。但这种病例补偿装置本身也存在一定问题，如晶闸管控制的装置只能以斩波方式工作，而产生较大的谐波，其次这些装置接入系统后改变晕系统的阻抗特性，过多安装设备可能导致出现谐波。因此在系统电压偏低或偏高时，阻抗型装置的特点（如电压低时电流减小，导致补偿装置容量裕电压平方成比例下降）会影响补偿效果。
20世纪80年代，高压大容量关断器件的发展，如IGBT、GTO等。开始出现基于可判断器件的电压源或电流源变流器的并联补偿装置，由于此类装置的特性完全脱离了组抗性装置的特点，成为完全可控的电压源或电流源，使得补偿性能得到较大的提升。体积变小、调节速度快（可达到10ms）等优点可以将其做成模块，根据电力系统需求灵活运用。其典型代表有STATCOM和APF装置。从20世纪90年代起，
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