本科毕业论文---静止无功补偿器(svc)仿真研究正文.doc
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1、 本科生毕业设计设计题目: 静止无功补偿器(SVC)仿真研究 中国矿业大学毕业设计任务书学院 应用学院 专业年级 电气051 学生姓名 张贵稀 任务下达日期: 2009年3月 9 日毕业设计日期: 2009年3月 9日 至 2009年 6月 5日毕业设计题目:静止无功补偿器(SVC)仿真研究毕业设计专题题目:毕业设计主要内容和要求:低功率因数是供电系统普遍存在的问题,已成为供电领域迫切需要解决的重要课题之一。无功补偿是维持电网电压稳定,维护电力系统安全运行的重要手段。无功补偿技术是当前研究的热点之一。无功补偿技术主要包括大功率电子器件、无功电流检测方法、无功的补偿控制技术等主要内容。基于本国国
2、情,在我国较长一段时间内,静止无功补偿器(SVC)仍然占据重要地位,因此,本文选择以静止无功补偿器(SVC)为无功补偿研究对象。本课题要求:1 熟悉SVC主电路的结构特点;2 分析SVC的工作原理,建立合适的模型;3 熟悉SVC的常规控制策略; 4 利用PSCAD建立SVC的仿真模型并利用仿真模型分析SVC对负荷进行无功补偿的过程。院长签字: 指导教师签字:中国矿业大学毕业论文指导教师评阅书指导教师评语(基础理论及基本技能的掌握;独立解决实际问题的能力;研究内容的理论依据和技术方法;取得的主要成果及创新点;工作态度及工作量;总体评价及建议成绩;存在问题;是否同意答辩等):成 绩: 指导教师签字
3、: 年 月 日中国矿业大学毕业论文评阅教师评阅书指导教师评语(基础理论及基本技能的掌握;独立解决实际问题的能力;研究内容的理论依据和技术方法;取得的主要成果及创新点;工作态度及工作量;总体评价及建议成绩;存在问题;是否同意答辩等):成 绩: 评阅教师签字: 年 月 日 中国矿业大学毕业论文评阅教师评阅书指导教师评语(基础理论及基本技能的掌握;独立解决实际问题的能力;研究内容的理论依据和技术方法;取得的主要成果及创新点;工作态度及工作量;总体评价及建议成绩;存在问题;是否同意答辩等):成 绩: 评阅教师签字: 年 月 日 中国矿业大学毕业设计答辩及综合成绩答 辩 情 况提 出 问 题回 答 问
4、题正 确基本正确有一般性错误有原则性错误没有回答答辩委员会评语及建议成绩:答辩委员会主任签字: 年 月 日学院领导小组综合评定成绩:学院领导小组负责人: 年 月 日摘 要电网功率因数偏低已成为当今供电领域迫切需要解决的重要课题之一。无功补偿是维持电网电压稳定,维护电力系统安全运行的重要手段。无功补偿技术主要包括大功率电子器件、无功电流检测方法、无功的补偿控制技术等主要内容,是当前研究的热点之一。在较长一段时间内,静止无功补偿器(SVC)在无功补偿中仍然占据重要地位。本文首先介绍了无功功率的产生与影响,阐述了无功补偿的作用于发展,分析了FC十TCR型SVC的基本元件与结构和工作原理。然后重点讨论
5、了无功功率的检测方法与SVC的控制策略。最后论文在PSCAD/EMTDC环境下构建了SVC的仿真模型,并进行了仿真分析。仿真结果表明,由于采取了无功补偿措施,大负荷投入后,电压经过0.05S的过渡过程后,相电压又恢复到原来的水平;系统线电压也恢复到原来的水平;负荷侧电流变化降低;电源侧电流值降低,节约了电能,同时降低了输电线上的损耗。关健词:无功补偿; SVC; PSCAD/EMTDC; 仿真ABSTRACT Grid power factor low power has become an urgent need to address the area of one of the impor
6、tant issues.Reactive power compensation to maintain voltage stability and safe operation of power system an important tool. Reactive power compensation technologies including high-power electronic devices, non-reactive current detection methods, the compensation of reactive power control technology,
7、 such as the main content is one of the hot current research.An extended period of time,Static Var Compensator (SVC) reactive power compensation in the still occupy an important place. This article first introduced the generation of reactive power and influence, on the role of reactive power compens
8、ation in the development, analysis of TCR type SVC 10 FC basic components and structure and working principle. And then focused on detection of reactive power control methods and strategy of SVC.The last paper in the PSCAD/EMTDC environment SVC constructed the simulation model and simulation analysi
9、s. The simulation results show that, due to adopt a measure of reactive power compensation, the input load, the voltage 0.05S after the transition process, the phase voltage has returned to its original level; system line voltage is also restored to their original levels; load side to reduce current
10、 changes; power supply side current values decrease, saving electricity, while reducing wear and tear on the transmission line.Keywords: reactive power compensation; SVC; PSCAD/EMTDC; simulation目 录第一章 绪论11.1 无功功率11.1.1 无功功率的产生11.1.2 无功功率的影响11.2 无功补偿31.2.1 无功补偿概念31.2.2 无功补偿的作用及意义31.2.3 无功补偿的发展41.2.4
11、无功补偿问题的现状及对策51.3 本文的主要工作5第二章SVC及其数学模型72.1 静止无功补偿器(SVC)72.1.1 SVC概念72.1.2 SVC的特点72.1.3 SVC的应用82.1.4 SVC的基本类型82.2 TCR+FC型SVC设计82.2.1 TCR特性82.2.2 FC +TCR型SVC的基本结构112.2.3 FC +TCR型SVC的工作原理11第三章 无功补偿理论143.1 无功功率检测方法143.1.1 d-q矢量变换143.1.2 基于d-q三相对称系统的瞬时无功功率173. 2 SVC控制策略193.2.1 概述193.2.2 面对电力系统的闭环反馈控制策略193
12、.3 仿真主电路图的检测控制分析203.3.1 仿真主接线图203.3.2 主检测电路图213.3.3 主控制电路图23第四章SVC的无功补偿仿真研究254.1 模拟试验平台和仿真模型的搭建254.1.1 仿真工具软件PSCAD/EMTDC简介254.1.2 PSCAD/EMTDC的主要功能254.1.3 PSCAD/EMTDC主要结构及元件库264.1.4 PSCAD/EMTDC基本操作步骤264.2 SVC的仿真274.2.1仿真过程波形图及其分析274.2.2 SVC未投入系统情况下仿真结果及其分析294.2.3 SVC投入系统情况下仿真结果及其分析304.3 本章小结31第五章 总结与
13、展望32参考文献:33翻译部分36英文原文36中文翻译48致 谢58中国矿业大学2009届本科生毕业设计 第64页第一章 绪论1.1 无功功率1.1.1 无功功率的产生众所周知,在工业和生活用电负载中,感性负载占有很大比例。异步电动机、变压器、荧光灯等都是典型的感性负载。异步电动机和变压器所消耗的无功功率在电力系统所提供的无功功率中占很大的比例。电力系统中的电抗器和架空线等也消耗一些无功功率。由于电网中存在大量必须吸收无功功率才能正常工作的感性负载,使线路电压与线路电流在相位上存在一个角度差,这样就引出了无功功率的概念。无功功率是一个反映电源与负荷间的能量交换的物理量,它的大小表明了电源与负荷
14、间能量交换的幅度,本身并不消耗能量。同时,无功功率在系统中的流动对电力系统本身也产生了很大的影响。近年来,随着国民经济的发展和现代化高新技术的进步,电力网负荷急剧增大,电力系统中非线性用电设备逐渐增多,对电网感性无功要求也与日俱增,如可逆式大型轧钢机、炼钢电弧炉等冲击负荷、非线性负荷容量的不断增加。再加上电力电子装置应用的日益广泛,而大多数电力电子装置功率因数较低(如:相控整流器等),工作时基波电流滞后于电网电压,使得电力网发生电压波形畸变,电压波动闪变和三相不平衡等,产生电能质量降低,电网功率因数降低,要消耗大量的无功功率,给电网带来额外负担,并影响供电质量。因此,提高电网功率因数己成为电力
15、电子技术和电力系统研究领域所面临的一个重大课题,正在受到越来越多的关注。1.1.2 无功功率的影响(l) 增加设备容量。无功功率的增加会导致电流增大和视在功率增加,从而使发电机,变压器等各种电气设备的容量和导线的容量增加。同时,也使得电力用户的起动及控制设备、测量仪表的规格也要相应的加大。(2) 设备及线路损耗增加。无功功率的增加,使总电流增大,因而使设备及线路的损耗增加,这是显而易见的。设线路中电流了由有功分量和无功分量组成,线路电阻为R,则线路损耗为: (1-1)其中,一部分损耗就是无功功率引起的。(3) 使线路和变压器的电压降增大,若是冲击性无功功率负载,还会使电压产生剧烈波动,使供电质
16、量严重降低。在图1-1中引起的电压降为: (1-2)图1-1 等效电路图另外,负载电流I可由下式求得: (1-3)把(1-3)代入(1-2)可得: (1-4)分析图中各参数可看出,和之间的夹角很小,因此: (1-5)在一般的电网中,比小得多,因此可以得出这样的结论:电网电压的波动主要是由无功功率的波动引起的,而有功功率的波动对电网电压一般影响较小。例如:电动机起动时功率因数很低,这种冲击性无功功率会使电网电压剧烈波动,甚至使接在同一电网上的用户无法正常工作。电弧炉、轧钢机等大型设备会产生频繁的无功功率冲击,严重影响电网供电质量。(4) 功率因数降低,设备容量利用少,降低工业生产效益。1.2 无
17、功补偿1.2.1 无功补偿概念由上一节可见,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,无功补偿对于供电系统和负荷的运行都是十分重要的:电力系统网络中不仅大多数负载要消耗无功功率,大多数网络组件也要消耗无功功率。网络组件和负载所需要的无功功率必须从网络中某个地方获得。显然,这些无功功率由发电机提供并经过长距离传送是不合理的,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方产生无功功率,即进行合理的无功补偿。1.2.2 无功补偿的作用及意义对电力系统中无功功率进行快速的动态补偿,可以实现如下的功能:(l) 降低过电压。(2) 减少电压闪变。(3) 阻尼次同步振荡。(4)
18、减少电压和电流的不平衡。(5) 对动态无功负荷的功率因数校正。(6) 提高电力系统的静态和动态稳定性,阻尼功率振荡。(7) 提高供用电系统及负载的功率,降低设备容量,减少功率损耗。(8) 在三相负载不平衡的场合,通过适当的无功补偿可以平衡三相的有功及无功负载。(9) 改善电压调整。稳定受电端及电网的电压,提高供电能量,在长距离输电线中合适的地方设置动态无功补偿装置还可以改善输电系统的稳定性,提高输电能力。由于无功补偿具有上述重要的作用,因此对于无功补偿技术进行研究具有相当重要的实际意义:我国电网的建设和运行中长期存在的一个问题是无功补偿容量不足和配备不合理,特别是可调节的无功容量不足,快速响应
19、的无功调节设备更少。近年来,随着大功率非线性负荷的不断增加,电网的无功冲击和谐波污染呈不断上升的趋势,无功调节手段的缺乏使得母线电压随运行方式的变化很大,导致电网(特别是配电系统)的线损增加、电压合格率降低。此外,随着电网的发展,系统稳定性的问题也愈加重要。电网的动态稳定性与快速无功功率调节器的性能有关;电网的电压稳定性与无功功率的有效提供有关。动态无功补偿技术是一种提高电压稳定性的经济、有效的措施,是促进电网安全稳定和战略防御的客观需求,利用它可以提高西电东送工程的输电能力以及受端系统的电压稳定性;为枢纽变电站提供动态无功支撑,从而提高电压稳定性;提高配电网电能质量的综合指标,改善系统的动态
20、和静态品质。1.2.3 无功补偿的发展就在配电力电网迫切需要先进的输配电技术来提高电能质量和系统稳定性的时候,电力电子技术和现代控制技术的迅猛发展,一种改变输电能力的新技术-灵活交流输电系统(Flexible AC Transmission System,简称FACTS)悄然兴起。FACTS技术是基于电力电子技术改造传统交流输电的系列技术,它可以对交流电的无功(电压)、电抗和相角进行控制,从而能有效提高交流系统的安全稳定性,使交流输电系统具有更高的柔性和灵活性,使输电线路得到充分利用,实现电力系统安全、可靠和经济运行的目标。其发展经历以下几个阶段:(l) 早期无功补偿装置的典型代表是同步调相机
21、。同步调相机不仅能补偿固定的无功功率,对变化的无功功率也能进行动态补偿。至今在无功功率领域中这种装置还在使用,而且随着控制技术的进步,其控制性能还有所改善。但从总体上说这种补偿手段已显陈旧。(2) 并联电容器的成本较低。把并联电容器和同步调相机比较,在调解效果相近的条件下,前者的费用要节省很多。因此,电容器的迅速发展几乎取代了输电系统中的同步调相机。但是,和同步调相机相比,电容器只能补偿固定的无功功率,在系统中有谐波时,还有可能发生并联谐振,使谐波放大,电容器因此而烧毁的事故也时常发生。(3) 静止无功补偿装置(SVC)近年来获得了很大发展,已被广泛用于输电系统阻抗补偿及长距离输电的分段补偿,
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