无功功率补偿器设计

目录

摘要............................................................... 错误！未定义书签。

1 绪论............................................................. 错误！未定义书签。

1.1 课题背景与意义............................................. 错误！未定义书签。

1.1.1 无功功率的产生....................................... 错误！未定义书签。

1.1.2 无功功率的影响....................................... 错误！未定义书签。

1.1.3 无功补偿的作用....................................... 错误！未定义书签。

1.2 国内外研究现状............................................. 错误！未定义书签。

1.3 论文的主要研究内容......................................... 错误！未定义书签。

2 SVG的基础理论 (4)

2.1 无功功率和功率因数的定义 (4)

2.1.1正弦电路无功功率和功率因数 (4)

2.1.2 非正弦电路无功功率和功率因数 (4)

2.2 无功功率动态补偿原理 (5)

2.3阻抗补偿方案 (6)

2.3.1 晶闸管投切电容器TSC (6)

2.3.2 晶闸管控制电抗器TCR (7)

2.3.3晶闸管控制串联电容器TSC (8)

2.4 电压源变流器型补偿方案 (8)

2.4.1 无功功率发生器 (9)

2.4.2 开关型串联基波电压补偿器 (10)

3静止无功发生器（SVG）的设计 (11)

3.1 静止无功发生器(SVG)主电路 (11)

3.2 无功电流检测电路 (14)

3.3 无功控制电路 (15)

4系统仿真及分析 (17)

4.1 系统仿真模型 (17)

4.2 仿真结果与分析 (19)

小结与体会 (23)

参考文献 (24)

无功功率补偿器（7000VA）设计

1绪论

1.1 课题背景与意义

1.1.1 无功功率的产生

在电网中由于大量感性负载的存在，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载间的能量交换的物理量，它的大小表明了电源与负载间能量交换的幅度，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。

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。感性负载必须吸收无功功率才能正常工作，这是由其本身的性质所决定的。

近年来，电力系统中非线性用电设备，特别是电力电子装置的应用日益广泛，而大多数电力电子装置功率因数较低，工作时基波电流滞后于电网电压，要消耗大量的无功功率，也给电网带来额外负担，并影响供电质量。因此，提高功率因数已成为电力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

(1) 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。

(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。

(3) 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，使供电质量严重降低。

(4) 功率因数降低，设备容量利用少。

1.1.3 无功补偿的作用

无功补偿是维持现代电力系统的稳定与经济运行所必须的，它对供电系统和负荷的

运行都是十分重要的。电力系统网络中不仅大多数负荷消耗无功功率，大多数网络组件也要消耗无功功率。网络组件和负荷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。无功补偿的作用主要有以下几点：

(1) 提高供用电系统及负载的功率因数，降低设备容量，减少功率损耗； (2) 稳定受电端及电网的电压，提高供电质量。在长距离输电线路中合适的地点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；

(3) 在一些三相负载不平衡的情况下，通过适当的无功补偿可以平衡三相的有功功率及无功负荷[1]。

1.2 国内外研究现状

解决电力电子装置产生的低功率因数问题不外乎两种途径：一种是对电力电子装置本身进行改进，使其不产生谐波也不消耗无功功率，或根据需要对其功率因数进行调节；另外一种是装设无功补偿装置，如无功功率补偿器等，设法对无功进行补偿。前一种方法是对现有电力电子设备进行大规模更新，代价较大，并且只适用于作为主要谐波源的电力电子装置，因此有一定的局限性。而后一种方法则适用于各种谐波源和低功率因数设备，并且方法简单，已得到广泛应用。

目前，使用较为广泛的无功补偿方法主要有以下几种。

(1) 同步调相机

同步调相机是早期无功补偿装置的典型代表。同步调相机不仅能补偿固定的无功功率，而且对变化的无功功率也能进行动态补偿。在过励磁运行时，它向系统供给感性无功功率，提高系统电压；在欠励磁运行时，从系统吸收感性无功功率，降低系统电压。至今在无功补偿领域中这种装置还在使用，但其运行维护比较复杂，而且总体上说这种补偿手段已然落后。

(2) 并联电容器

设置无功补偿电容器是补偿无功功率的传统方法之一，目前在国内外得到了广泛应用。这种方法有集中补偿、分散补偿、就地补偿三种方式。设置并联电容器补偿无功功率具有简单、经济、方便等优点。但由于电容器供给的无功功率与节点电压成正比，当节点电压下降时，供给无功反而减少，其无功功率调节性能较差。但其维护比较方便，