优点是简单、经济、方便、灵活，缺点是只能补偿固定无功并有可能与系统发生谐波放大甚至并联谐振。由于电力电容器是一种储能元件，在其通断时存在暂态过渡过程，给电容器的投切带来了严重问题，若投切控制设计不当，则会严重影响投切开关和电力电容器的使用寿命，造成较大的经济损失并影响电力系统的安全稳定运行。
自动投切电容器根据控制开关的不同，可分为断路器/接触器投切电容器装置和晶闸管投切电容器装置（Thyristor-switched Capacitor,TSC）。
断路器/接触器投切电容器装置具有结构简单，控制方便，性能稳定和成本低廉的优点，但是其缺点是合闸时，投切滤波支路有一个暂态过程会产生过电流、过电压，影响电容器及串联电抗器的可靠运行；切除滤波支路时，触头上恢复电压较高，有开关重燃的可能，多次重复击穿时，电容器上产生很高的过电压致使设备损坏。另外，对电容器的投切冲击，国际电工技术委员会（IEC）规定每年不超过1000次，加之开关寿命的限制，不能频繁投切，从而影响动态补偿效果。
与机械开关投切电容器相比，晶闸管开、关无触点，其操作寿命几乎是无限的，而且晶闸管的投切时刻可以精确控制，可以快速无冲击的将电容器投入电网中，大大减少了投切时的操作困难和冲击电流，其动态响应时间约为0.01~0.02s，TSC能快速跟踪冲击负荷的突变，随时保持最佳馈电功率因数，实现动态无功补偿，减小电压波动，提高电能质量，节约电能。另外，TSC虽然不能连续调节无功功率，但是运行时不产生谐波并且损耗较小。综上所述，晶闸管投切电容器装置具有无机械磨损、响应速度快、平滑投切以及良好的综合补偿效果等优点。不可否认，晶闸管投切电容器也有一些缺点，比如控制系统较复杂、可靠性低、投资费用高（在高压系统中需增设降压变压器，晶闸管机组等），并且对设计制造，运行管理的技术要求较高。尽管如此，因为其优良的动态无功功率补偿性能，使得TSC近年来取得了较大的发展！
1.2 晶闸管投切电容器的研究现状及前景
由于晶闸管投切电容器具有优良的动态无功功率补偿性能，近年来该技术在低压配电网中得到了迅速的推广应用。该技术在以下几个方面的发展动向值得注意。
（1）提高TSC产品可靠性，降低其成本。产品的可靠性是其赖以生存和发展的可靠条件。主电路中采用晶闸管阀，过零检测电路采用MOC3083光耦、电压比较器等器件存误触发、分压不均、可靠性低的问题。目前大多用的是单片机通过采样电路计算过零点驱动脉冲变压器作为ＴＳＣ装置的开关元件来解决这一问题。但是TSC产品集强电（晶闸管、电容器等）与弱电（微处理器、存储器等）于一体，它们之间的电磁干扰非常严重。合理选择电子器件及设计控制器电路，合理选择检测物理量和控制算法，进一步提高产品的可
4
靠性和抗干扰能力，减小投切的震荡，降低产品成本，提高产品的竞争力是今后的一个研究方向。
（２）无功参量的快速检测及控制新方法快速准确地检测系统的无功参数，是ＴＳＣ进行快速动态补偿的前提条件。虽然目前提出了一些检测方法，但对于三相不平衡系统、存在谐波的系统的无功功率的定义及无功参数的测量还值得研究。
随着计算机数字控制技术和智能控制理论的发展，一些先进的控制方法引入ＴＳＣ控制，提高其智能控制水平也是一项非常有意义的工作。
（３）研制兼具补偿无功和抑制谐波的多功能产品随着电力电子技术的发展和电力电子产品的推广应用，供电系统或负荷中含有大量谐波。研制开发兼有ＴＳＣ与电力滤波器双重优点的晶闸管开关滤波器，将成为改善系统功率因数、抑制谐波、稳定系统电压、改善电能质量的有效手段。
（４）高压系统中的ＴＳＣ技术由于受到晶闸管耐压水平的限制，目前用于高压系统的ＴＳＣ是通过变压器降压接入的，如用于电气化铁道牵引变电所中的ＴＳＣ。研制直接接入高压电网（如１０ＫＶ）进行高压动态无功补偿的装置具有重要意义。该方式的关键问题是要解决补偿装置晶闸管和二极管的耐压，即多个晶闸管元件串联及均压、触发控制的同步性等。
晶闸管投切电容器装置具有优良的动态无功功率补偿性能，特别适合于冲击性负荷及经常波动性负荷的场所，对提高配电系统的功率因数，稳定系统电压，降低能耗，具有重要的作用。随着电力电子技术的迅速发展，特别是电力电子器件价格的下降，晶闸管投切电容器技术更值是进一步深入研究和大力推广应用。
1.3 论文的主要工作
1.3.1 在本次的毕业设计中主要做以下工作：
（1） 无功功率的作用及无功补偿的意义 （2） 介绍主要的几种无功补偿方式 （3） 学习电容器投切过程的分析方法 （4） 学习Matlab的使用方法
（5） 利用Matlab对电容器投切过程进行仿真
（6） 改变电容器的分组，投切的时刻，设置不同的残压，观察电容器投切过程的变
化
（7） 总结毕设内容，撰写毕业论文
5
1.3.2 通过本次毕业设计，应达到的目标是：
（１） 掌握电容器投切过程的的分析方法 （２） 掌握Matlab的使用方法 （３） 了解电容器投切过程的特征
（４） 观察电容器投切过程中引起的电压暂降
第2章 Matlab软件简介
2.1 Matlab简述
研究电容器的投切过程需要进行仿真，因此选择使用Matlab软件进行仿真，首先简单介绍一下Matlab软件。
在MATLAB桌面上可以得到和访问的窗口主要有： （1） 命令窗口（The Command Window）
（2） 命令历史窗口（The Command History Window） （3） 启动平台（Launch Pad）
（4） 编辑调试窗口（The Edit / Debug Window）
（5） 工作台窗口和数组编辑器（Workspace Browserand Array Editor） （6） 帮助空间窗口（Help Browser）
（7） 当前路径窗口（Current Directory Browser）
Matlab具有友好的工作平台和编程环境、简单易学的编程语言、强大的科学计算和数据处理能力、出色的图形和图像处理功能、能适应多领域应用的工具葙、适应多种语言的程序接口、模块化的设计和系统级的仿真功能等诸多的优点和特点。具体划分，主要包括：
（1） 易用性
MATLAB是种解释型语言，就像各种版本的BASIC。和BASIC一样，它简单易用程序可用作便笺簿求打在命令行处表达式的值，也可执行预先写好的大型程序。在MATLAB集成开发环境下，程序可以方便的编写，修改和调试。这是因为这种语言极易使用，对于教育应用和快速建立新程序的原型，它是一个理想的工具。许多的编程工具使得MATLAB十分简单易用。这些工具包括：一个集成的编译/调试器，在线文件手册，工作台和扩展范例。
（2） 平台独立性
MATLAB支持许多的操作系统，提供了大量的平台独立的措施。在一个平台上编写的
6
程序，在其它平台上一样可以正常运行，在一个平台上编写的数据文件在其它平台上一样可以编译。因此用户可以根据需要把MATLAB编写的程序移植到新平台。
（3） 预定义函数
MATLAB带有一个极大的预定义函数库，它提供了许多已测试和打包过的基本工程问题的函数。例如，假设你正在编写一个程序，这个程序要求你必须计算与输入有关的统计量。在许多的语言中，你需要写出你所编数组的下标和执行计算所需要的函数，这些函数包括其数学意义，中值，标准误差等。像这样成百上千的函数已经在MATLAB中编写好，所以让编程变得更加简单。除了植入MATLAB基本语言中的大量函数，还有许多专用工具箱，以帮助用户解决在具体领域的复杂问题。例如，用户可以购买标准的工具箱以解决在信号处理，控制系统，通信，图象处理，神经网络和其他许多领域的问题。
（4） 制独立的画图
与其他语言不同，MATLAB有许多的画图和图象处理命令。当MATLAB运行时，这些标绘图和图片将会出现在这台电脑的图象输出设备中。此功能使得MATLAB成为一个形象化技术数据的卓越工具。
（5） 用户图形界面
MATLAB允许程序员为他们的程序建立一个交互式的用户图形界面。利用MATLAB的这种功能，程序员可以设计出相对于无经验的用户可以操作的复杂的数据分析程序。
2.2 Simulink简述
本课题需要对电容器的投切过程进行仿真，支持Matlab仿真是Simulink工具箱，Simulink一般可以附在Matlab上同时安装，也有独立版本来单独使用。但大多数用户都是附在Matlab上，以便能更好地发挥Matlab在科学计算上的优势，进一步扩展Simulink的使用领域和功能。
目前，Simulink已经成为动态系统建模和仿真领域中应用最为广泛的软件之一。Simulink可以很方便地创建和维护一个完整地模块，评估不同地算法和结构，并验证系统的性能。由于Simulink是采用模块组合方式来建模，从而可以使得用户能够快速、准确地创建动态系统的计算机仿真模型，特别是对复杂的不确定非线性系统，更为方便。
Simulink模型可以用来模拟线性和非线性、连续和离散或者两者的混合系统，也就是说它可以用来模拟几乎所有可能遇到动态系统。另外Simulink还提供一套图形动画的处理方法，使用户可以方便的观察到仿真的整个过程。
Simulink没有单独的语言，但是它提供了S函数规则。所谓的S函数可以是一个M函数文件、FORTRAN程序、C或C++语言程序等,通过特殊的语法规则使之能够被Simulink
7
模型或模块调用。S函数使Simulink更加充实、完备，具有更强的处理能力。
同Matlab一样，Simulink也不是封闭的,他允许用户可以很方便的定制自己的模块和模块库。同时Simulink也同样有比较完整的帮助系统，使用户可以随时找到对应模块的说明，便于应用。
因此，Simulink就是一种开放性的，用来模拟线性或非线性的以及连续或离散的或者两者混合的动态系统的强有力的系统级仿真工具。
2.2.1 Simulink模型基本结构
一个典型的Simulink包括如下三种类型的元素： （1） 信号源模块 （2） 被模拟的系统模块 （3） 输出显示模块
如图1中所示说明了这三种元素之间的典型关系。系统模块作为中心模块是Simulink仿真建模所要解决的主要部分；信号源为系统的输入，它包括常数信号源函数信号发生器（如正弦和阶跃函数波等）和用户自己在Matlab中创建的自定义信号或Matlab工作间中三种。输出模块主要是在Sinks库中。
源模块系统模块显示模块 图1 Simulink模型元素关联图
Simulink模型不一定要包含全部的三种元素，在实际应用中通常可以缺少其中的一个或两个。例如，若要模拟一个系统偏离平衡位置后的恢复行为，就可以建立一个没有输入而只有系统模块加显示模块的系统。在某种情况下，也可以建立一个只有源模块和显示模块的系统。若需要一个由几个函数符合的特殊信号，则可以使用源模块生成信号并将其送入Matlab工作间或文件中。
2.2.2 Simulink仿真运行原理
Simulink仿真包括两个阶段：初始化阶段和模型执行阶段 模块初始化
在初始化阶段要完成以下工作：
①模型参数传给Matlab进行估值，得到的数值结果将作为模型的实际参数 ②展开模型的各个层次，每一个非条件执行的子系统被它所包含的模块所代替；
8