變電站無功功率自動補償控制技術仿真研究

張尚然

(承德石油高等?？茖W校 電氣與電子系，河北 承德 067000)

無功補償可以提高電網的功率因數和電能質量，降低電網中無功損耗，增強電力系統運行的穩定性。動態無功補償裝置可以跟隨系統中用電負荷功率的變化而實時的調整其無功的輸出，極大提高了無功補償的效率，對電力系統的穩定運行有著重要的意義。靜止無功補償器(簡寫SVC)即動態無功補償裝置的一種。本文針對SVC進行了研究，并使用仿真軟件對SVC建立仿真模型，驗證了其動態無功補償的效果。

1 TCR+TSC型靜止無功補償裝置(SVC)

TCR由兩個反向并聯晶閘管、一個電抗器串聯而成的，通過控制晶閘管的移向觸發脈沖，能夠讓電抗器的感抗值可控，那么能夠等效為連續可調的電感元件，能夠吸收電網的感性無功；TSC由兩個反并聯的晶閘管、電容器和小電感串聯構成，控制晶閘管在過零時導通來投切電容器，其可以等效為有級可調的電容元件，能夠吸收電網的容性無功。以上可知TCR和TSC有著不同的局限，為了更好的對電網中的無功功率進行實時補償，滿足電網中不同狀況下的無功需求，TCR+TSC裝置便出現了，這種裝置以電容器組作為分級粗調，以電抗器進行相控細調[1]。

TCR+TSC裝置一般是用晶閘管控制電抗器和多組并聯的晶閘管控制投切的電容器構成，通過監測電網電壓的幅值來控制投入電網的電容器組數。因為電容器組容量是個定值，所以采用分級調節無功功率的方式，用其補償的容性無功略微大于電網需要的容性無功，這時就需要電抗器提高一部分感性無功用來抵消電容器組過量投入而產生的過補償。當電網需要容性無功時，此時TCR+TSC裝置投入的容性無功容量略大于電網實際需要的容性無功容量，通過計算得出需要投入電網的感性無功容量，以用來抵消多余的容性無功，最后通過脈沖生成電路生成相對應的晶閘管的觸發脈沖來改變投入電網的電感值，達到實時補償系統無功的目的[2]。在電網需要感性無功時，TCR+TSC裝置內只有TCR工作，向系統提供平滑連續可調的感性無功功率。采用此設計方式，需要明確在額定電壓點附近時，TCR與TSC要得到準確投入，以免出現二者同時運行給電力系統造成不必要振蕩的現象[3]。

TCR+TSC型SVC的總導納是由各組TSC的電容值并聯以及TCR的電感值兩部分組成，較大的電抗值也就使其具備了更大的調節范圍。而且由于TCR能無級調節無功功率，所以TCR+TSC可以做到連續、無級的調節系統的無功功率。

2 算例分析

2.1 樣本建模

建立如圖1所示的10 kV變電站的TCR+TSC型SVC的MATLAB/SIMULINK仿真圖。建模中使用了110 kV/10 kV， 50 MVA的變壓器，負荷側是1個24 MW的有功負荷和1個14 Mvar和7 Mvar的無功負荷，無功負荷可以隨時投入或切除，且并聯了一個22 Mvar的SVC設備。

給定功率因數為0.95，在仿真的過程中計算當前的功率因數，及所需補償的功率，并比較當前功率因數與給定功率因數0.95的大小及功率的范圍，然后控制TCR和TSC的投入或切除。投入TSC可以提高功率因數，投入TCR控制連續輸出感性無功功率。這樣就實現了自動控制無功補償的目的。其采用三相平衡電源輸入，電路有功功率、無功功率計算電路，1個TCR與3個TSC，TCR及每個TSC都有單獨的控制電路以輸出對應的觸發脈沖，驅動晶閘管工作，為電路提供所需的感性和容性無功，從而提高功率因數。

TCR+TSC型SVC建模仿真圖如下所示：

2.2 仿真結果與分析

仿真以變壓器容量為50 MVA，3個TSC容量均為7 Mvar，負荷為有功功率為24 MW，無功功率為21 Mvar時，測得功率因數變化情況如圖2和圖3。功率因數隨著TSC投切數量的變化，呈現跳躍，而TCR的投入使得功率因數的變化連續。

由圖4可知，在0.4 s時TSC1被觸發，TSC1內晶閘管導通，以實現對系統無功功率的調節。

由圖5可知，在1.96 s時TCR被觸發。

在0.4 s時TSC1被觸發，TSC1內晶閘管導通，以實現對系統無功功率的調節。在1.45 s時投入TSC2，其功率因數變化由0.9變為0.99，在1.96 s時投入TCR，其功率因數由0.99變為0.95達到要求。功率因數隨著TSC投切數量的變化，呈現跳躍，而TCR的投入使得功率因數的變化連續。

3 結論

從對上述搭建的仿真模型可以看出，在變電站中，采用TCR+TSC型SVC的無功補償方式，仿真結果與理論值誤差很小，在誤差范圍內，方案可行?？梢蕴岣呦到y的功率因數和電能質量，降低電力系統的無功損耗，增強電力系統運行的穩定性，