低压动态无功补偿装置开发平台设计.docx

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1、第一章结论211型这探讨的背景及意义212国内外探讨动态和趋势3目前无功补偿装置的不足3无功补偿装置的现状3动态无功补偿的发展趋势413无功补偿装置的选择6限制投切装置的选择6限制方式的选掾614当前无功补偿袋置分类IO15本章小结12其次於动态无功补偿关键技术探讨122.1无功补偿原理132.2无功算法的选择162.2.1公式法17移相法17积分法18基于FFT的无功功率测量法182.3箭洞管的触发原则192. 4晶同管投切电容器理论20品闸管器件及其串联技术的应用探讨20品闸管器串并联技术探讨222. 5本注小结23第三章新型TSC系统的爱护部分设计243.1电容器爱护24过压爱护24缺相

2、爱护25欠压爱护25过流爱护25谐波爱护253. 2晶闸管爱护过压过流爱护2533其他爱护26限制器电源单元异样26冷却系统爱护26丢脉冲爱护263. 4本章小结26第四项系统硬件设计274. 1DSP限制系统实现274. 1.1TMS320F2812主要功能简介274. 2系统基本原理和硬件总框图334. 3系统功能模块34信号变换及调理模块344.3.2AD采样模块35锁相同步采样电路36电源模块36人机对话模块38通讯模块39其他防助模块40逻阻电平转换模块41可控畦驱动模块42补偿电容器过教电流调理电路434.4系统抗干扰考虑44干扰源44抑制干扰源444.3本章小结45第五章软件设计

3、与实现45第六章总结46冬考文献47致谢48第一章绪论1.1 课题探讨的背景及意义近年来，随着我国国民经济GDP(国民生产总值)的不怖增长，我国的电力工业也有了长足的发展。同时电力网中的无功问题也已渐渐引起人们的广泛关注，这是由于陵着电力电子技术的飞速发展，各种电力电子装置在电力系统、工业、交通及家庭中的应用日益广泛.而大多数电力电子装置的功率因数很低，它们所消耗的无功功率在电力系统所输送的电量中占有很大的比例。无功功率增加会导致电流的增大，设备及线路的损耗增加，导致大量有功电能损耗。同时使功率因数偏低、系统电压下降。无功功率假如不能就地补偿，用户负荷所须耍的无功功率全靠发、配电设备长距离供应

4、，就公使配电、输电和发电设施不能充分发挥作用，降低发、输电的实力，使电网的供电质量恶化，严峻时可能会使系统电压崩溃，造成大面积停电事故。电网电压版量:通常用校定性、对称性及正弦性等指标衡量，随着现代电力电了设备力系统谐波源可以分为两大类。等非线性负荷大量接入电网，使电网供电质量受到严峻影响，其中各种电力电子开关器件的大量应用和负载的频繁波动是最主要的干扰源，导致了一系列不良影响。在当今的电力系统中，感应式异步电动机和变压器作为传统的主要的负荷使电网产生感性无功电流。同时，随若现代电力电子技术的发展，大功率变流、变频等电力电子装巴在电力系统中得以广泛的应用，这些装置大多数功率因数很低，导致电网中

5、出现大量的无功电流。无功电流产生无功功率，给电网带来额外的负担且影响供电侦盘。因此，无功补偿就成为保证电网高质量运行的一种主要手段之一。无功补偿的作用主要有以下几点(王兆安等，2002)(D提高供用电系统及负载的功率因数，降低设备容量，削减功率损耗；(2)稳定受电端及电网的电J&,提高供电侦量.在长距离输电线中的合适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，提高输电实力；(3)在电气化铁道等三相负载不对称的场合，通过适当的无功补偿可以平衡三相负载。因此探讨无功功率补偿对电网的平安经济运行有很重要的遨义：a解决现代电力系统中与无功功率相关的一系列新的技术问题“b.促进节能。无功功率在

6、电网中不断循环，造成很大的奢侈。假如无功功率问题处理得好，不仅节约电能，还可以削减系统变压器和输变电设备容世。C.通过探讨无功功率测量，驾驭无功功率的经济规律。通过统计、理论分析和各项技术措施来达到经济运行的目的。d保证电能质量，促使电力系统平安运行。1.2 国内外探讨动态和趋势目前无功补偿装置的不足目前，系统无功补偿主要存在以下的问题：（1）无功补偿容量的不足。在供电方面，公用变压罂在全国大中小城市中大量存在，而且伴随若一户一表等城网改造的开展，还会大量增加。由了资金匾乏及重视程度不够，公用变压器区内无功补偿容量严峻的不足，有功损耗大，公用变压器的利用率不高。在用户方面，由于公用变压器区内低

7、压用户很多，供电企业管理不便，低压用户感性负荷很大。由r各用户没有统一的无功功率补偿,造成补偿不合理,效果不明显:而且，在高峰时，从电网接收无功过多，低谷时，往往向系统送无功。（2）无功补偿装电落后。在无功补偿装置上，大量的装置采纳采集任选一相的无功信号或是相电流另两相电压得出的无功信号并以此作为投切容量的依据，但这种方式只适用于以三相电为主的配电区，它可能会对非采样相造成过补或是欠补.在投切容量的确定方面，往往以功率因数为参考，电容器分组投切，当功率因数滞后时，则投入一组电容器。这些装凭常因为电容涔容量级差大而投切精度低或是频繁投切。（3）集中补偿占大多数。集中补偿只能削减装设点以上线路和变

8、压器因输送无功功率所产生的损耗，而不能削减用户内部通过配电线路向用电设符输送无功功率所造成的有功损耗“由于用户内部的有功损耗没有削减，所以降损节电效果必定受到限制。负荷所需的无功功率,仍旧须要通过线路供应，依旧产生有功损耗。无功补偿装置的现状传统的无功功率补偿装置主要是同步调相机和并联电容涔。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，对变更的无功功率也能进行动态的补偿。至今在无功补偿矮域中这种装置还在运用，而且随着限制技术的进步，其限制性能还有所改善。但是它居于旋转设备，运行中的损耗和噪声都比较大，技术上己显落后。由于实际中遇到的大多数的是感性负载，所以后来多

9、采纳低成本的电容器并联作为无功补偿装身。电容补偿可以依据系统所需无功的多少，由限制系统自动地投切补偿电容，因此是一种性价比较而的无功补偿方法。目前在电力系统多采纳开关投切电容器或接触器投切电容器。开关投切的电容器的补偿措施的缺点是不能细调且响应慢，投切过程中会产生涌潦和过电压问题。另外，接触器投切电容港较开关投切方式的响应时间短些，该种功补偿设备曾一度占据配电(IokV和380均市场，特殊是低压配电网。但是由于它投切的随意性，并未解决投切中的暂态过程过电压造成的接触器触头燃孤烧毁，寿命极短问题。同时，接触器式补偿设备的响应时间也较大，在某些快速变更负荷的场合，可能反调，达不到动态补偿的目的。因

10、此，广义上而言，接触器式的动态无功补偿设箸并未超脱开关投切的范畴。20世纪70年头以来，同步调相机(SC)SynchronousCOrIdenSer)起先渐渐被基于半控型器件晶网管(SCR)的岸止至无功补偿装置(SVC)所取代。虽然在PACTS概念形成以前SVC就己存在，但由于SVC采纳的阀元件也是电力电子器件，因此也把SYC归于FACTS限制器。早期的SVC静止无功补偿装理是饱和电抗器(SRSa1.UratCdReaCtOr)型的，1967年英国GEC公司制成了世界上第一批该型无功补偿装置，SR比之SC具有静止、响应速度快等优点;但其铁芯需磁化到饱和状态，因而损耗和噪声还是很大，而且存在非线

11、性电路的一些特殊问题，乂不能分相调整以补偿负荷的不平衡，所以未能占据SYC的主流。电力电子技术的发展及其在电力系统中的应用，将晶闸管的静止无功补偿装置推上了无功补偿的舞台。1977年美国GE公司首次在实际电力系统中运行了运用基于晶闸管的SVC;1978年，在美国电力探讨院支持下，美国西屋公司(WeStinghoUSeE1.ectricCorP)制造的运用基于晶闸管的SVC投入实际运行。随后，世界各大电气公司都竞相推出/各具特点的系列产品。由于运用基于晶闸管的SVC具有优良胜能，所以十多年来占据了SVC的主导地位。因此，SVC一般专指运用基于晶闸管的静止无功补偿装置。SVC是利用品闸管作为固态开

12、关来限制接入系统的电抗器和电容器的容量，从而变更输电系统的导纳.按限制对象和限制方式不同，可分为品闸管限制电抗器(TCR)、晶闸管投切电容器(TSC)以及两者的混合装巴(TOHTSC),或者TCR与固定电容器(FC)协作运用的静补装置(TCR+FC)等。表1.1列出了各种无功补偿装置各种性能的简要对比。通过比较我们可以看出TSC具有反映时间短，运行牢掌，分相调整，能平衡有功和适用范围广等优点，而且TSC还有很大的敏捷性，占地面积相对小，产生的高次谐波和噪声较小,相对于无功发生器SYG来说有限制简洁、开发时间短、成本低的优势。表1.1各种无功功牵动态朴卷装五各种性能的简笑对比Tab1.e1.1v

13、arietyofdynamicreactivepowercompensationdevicebriefcomparisonofvariousperformance网步调相机隹和电抗於cwctTSCTa.scSVG网应速度慢较快枚快较快快吸收无功连续连续分级连续连埃BWIt*不拉*um电流无大大无大小分相A的右曜不可可以fK可以可以大依大中小小很小*大大小小小也小动态无功补偿的发展趋势传统的无功功率补偿装置主要为同步调相机和并联电容器。同步调相机虽然能进行动态补偿，但它属于旋转设备，运行中的损耗和噪声都比较大，目前在现场仍有运用，但在技术上已显落后。并联电容器补偿简洁经济，敏捷便利，有取代同步调

14、相机的趋势，但只能补偿固定无功，还可能与系统发生并联谐振，导致谐波放大。目前在我国仍是主要的无功补偿方式。随着现代电力电子技术在电气传动领域的广泛应用，相控技术、脉宽调制等技术被引入到电力系统，与传统电力系统限制技术相结合，产生了近儿年出现的新技术一柔性沟通输电系统(FIeXib1.eACTransmissionSystem-FACTS)(NG.Hingorani;1988郑健超，1999),其本质就是将富压大功率的电力电子技术应用于电力系统中，以增加对电力系统的限制实力,提高原有电力系统的输电实力。FACTS的多个类型都具有谐波抑制和无功补偿实力(A.R.Mcssinaeta1.,2001)

15、.静止无功补偿器(StatiCVarCOmPCnSato1.SVC)是它的一个类型，静止无功补偿技术是20世纪70年头以后发展起来的，是指用不同的静止开关投切电容器或电抗器，使其具有发出和汲取无功电流的实力，用于提高系统的功率因数和稳定系统电压等。目前这种开关主要是沟通接触器和电力电子开关。但用接触器来投切会出现巨大的冲击涌流，而I1.闭合时触头抖动导致电能烧损严峻，现在静止无功补偿器一般专指运用晶闸管的无功补偿设备.品闸管投切电容St(ThyristorSwithCapacitoi-TSC)和晶闸管限制电抗器(ThyristorContro1.ReaCtor-TCR)是其典型代表。TSC补偿器可以很好的补偿系统所需的无功功率，假如级数分得够细，基本上可以实现无级调整，瑞典某钢厂的两台100t电弧炉安装60Mvar的TSC后，有效的使13OkV电网的电压保持在1,51.的波动范用.TCR是用来汲取系统的无功功率的。瑞上勃郎