仿真新型SVC仿真特性要求

摘要：本文从实际角度阐述了新型SVC仿真特性分析，利用MATLAB搭建了电抗器模型，通过分析仿真的实验结果得出结论。
关键词：新型SVC仿真

1.新型FC+MCR的应用现状

静止补偿器(SVC，Static Var Compensator)已经应用于现代电力系统中，主要用于电压控制、提高系统的阻尼和稳定性等。SVC由并联电容器和并联电抗器等无功原件组成，可以快速响应的无功补偿装置
磁阀式可控电抗器的铁心结构不同与以往传统的电抗器铁心结构，其铁心有一段截面积减小,在整个电抗器工作的整个容量调节范围内,只有其一段小面积的磁路是饱和,其余段均处于未饱和线性状态,这样通过改变其电抗器小截面段磁路的饱和度来就可以改变磁阀式可控电抗器的容量。磁阀式可控电抗器制造工艺比较简单,而且其成本比起STATCOM要低廉的多,对于提高电力系统的输电能力,保持系统电压稳定性,补偿系统无功功率,以及限制过系统电压都有较大的应用前景。
MCR的铁芯有一段小截面，电抗器在工作过程中，只有小截面积饱和，其余大截面部分均处于未饱和状态，通过改变小截面积段饱和度就可以改变电抗器的容量，即通过改变晶闸管触发角来改变电抗器直流电流的大小，进而改变电抗器铁芯的饱和程度，最后改变电抗器的输出电流，从而可以平滑调节输出无功，相对于TCR，MCR晶闸管所承受的电压只有额定电压的3%左右，没有晶闸管容量等问题，较低，所以说研究基于磁阀式可控电抗器（MCR）静止无功补偿装置具有重要的意义。
2FC+MCR构成的SVC工作原理
固定电容+晶闸管控制的电抗型静止无功补偿器(FC+MCR型SVC)的单相结构如图1-1所示，其中电容之路为固定电容器，MCR支路控制晶闸管触发角，形成连续可控的感性电抗，这样保证既能输出容性无功也能输出感性无功。在实际应用中，通常用一个滤波网络(LC或LCR)来取代单纯的电容支路，滤波网络在基频下等效为容性阻抗，产生需要的容性无功功率，而在特定频段内表现为低阻抗，从而对MCR产生的谐波分量起到滤波作用。

图1-1 磁控电抗器的电路结构
固定电容+晶闸管控制的电抗器的(SVC)，实质上磁阀式可控电抗器和固定电容器的组合，固定电容发出恒定的容性无功QC与晶闸管控制电抗器的吸收的无功QL正好相反，它们代数和为所需总无功输出Q。当晶闸管控制电抗器关断(α=180°),无功发生器输出容性无功QC最大；当触发角α逐渐减小时，电抗器中电流逐渐增大，抵消部分容性无功QC。当Q=0时，容性和感性电流相等，意味着无功发生器产生的容性无功与其吸收的感性无功正好相互抵消。

2.1SVC控制特性

单独MCR在电力系统中只能消耗系统感性的无功，因此在实际应用中，通常是与电容器并联组合成无功补偿装置来使用，并联上电容器后，通过改变电感的低效电容无功的值，进而改变了装置的输出无功，就可以实现动态跟踪补偿系统的无功，所以将MCR与固定的电容器组合起来使用，就称为MCR+FC型的静止无功补偿装置（SVC）。
如图2-1所示为FC+MCR型SVC的电压.电流（U-I）运行区域，其中BCmax为由固定电容器支路确定的最大容抗，BLmax为MCR支路确定的最大感抗，即晶闸管导通角为180°时，并联电抗器的最大感抗；UCmax和ULmax BCmax、BLmax是系统固定电容支路和MCR支路的耐受电压和电流。如图电抗器与电容器并联产生的等效伏安特性，而它所对应的无功功率为电容器和电抗器无功功率相互抵消后剩下的无功功率。因此，当要求这种无功补偿装置的补偿范围能够在容性和感性两个领域调节式，电抗器的容量必须大于电容器的容量。如果当系统要求无功补偿器吸收的无功功率的能力为一倍的容性无功到一倍的感性无功功率，这必须要求电抗器容量为电容器容量的两倍。通过调节电抗器的触发角，进而就可以改变电感吸收容性的无功的大小，进而就改变了该补偿装置的输出无功。
当系统需要输出容性无功的，控制系统增加触发角，减小电抗器吸收无功，系统需要输出感性负载的时，控制系统减小触发角，增加电抗器吸收；在实际应用中减小触发角，系统电压会下降，如果增大触发角，系统电压上升。

图2-1FC+MCR型SVC的U.I特性曲线

2.2MCR系统模型仿真

2.1 MCR仿真模型

控制回路与工作回路相当于两台完全相同的变压器通过耦合，一次侧串联二次侧反串联，变压器的变比为1:1.变压器的容量，由于完全相同的两台变压器一次侧串联，故其容量为该电抗器容量的一半。电抗器模型参数均以500kVar，10kV样机实验参数为基础。变压器的饱和特性是将宝钢B27G130的磁化曲线分段线性化、选取四个点。电压10kV，频率50Hz，电压设置中需要输入电压的峰值，由于控制绕组为3%的抽头，所以控制绕组的电压为电压源的3%。

2.2电抗器控制特性仿真

图2-2，图2-3所示的波形分别在触发角a=0°、120°工作电流的稳态波形，通过分析仿真的波形可以得出，电抗器工作的电流值是随着晶闸管触发角减小而增大，与理论一致。
图2-2 a=0°的电抗器工作电流波形图2-3 a=120°的电抗器工作电流波形

2.3补偿系统仿真

补偿系统模型介绍：为了进一步验证基于磁阀式可控电抗器的新型SVC无功补偿装置补偿性能，本论文搭建了一个10kV配电网模型，然后将500kVar的电抗器和500kVar的电容器并联接入配电网中，电网负载为10kW，另外在通过断路器手动调节投入或者切除一个1000kW的负载，系统仿真开始，通过手动投入负载观测输电线路电压的变化情况，观测新型的SVC无功补偿装置是否能够实现电压调节自动跟踪补偿系统。将系统电压补偿到设定的区间内，保持系统电压稳定。
电压调节仿真实验：为了更加进一步明显的比较，通过仿真实验比较有无
功补偿装置和没有无功补偿装置两种情况下投入负载时，电压波动情况，系统没有新型SVC无功补偿装置时，通过手动投入1000kW的负载，手动切

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除100kW负载后，电压波动仿真如图下：
图2-4未加入补偿装置电压变化波形

系统接入新型SVC无功补偿装置时，通过手动投入1000kW的负载，手动切除100kW负载后电压波动仿真如图下：

图2-5加入补偿装置电压变化波形
通过分析比较图2-5和图2-6的波形可以知道，新型的SVC无功补偿装置可以自动跟踪电压补偿电压，当系统投入负载时，系统电压将会被拉低，然后通过自动增大晶闸管触发角，较小电抗器吸收的无功量，进而改变新型的SVC总的无功输出，将系统电压拉升；如果系统切除负载时，系统电压将会升高吗，系统通过减小晶闸管触发角，增加电抗器消耗的无功量，进而改变新型SVC总的无功输出，将系统电压降低，可见新型的SVC无功补偿装置可以实现电压调节。

3 本文小结

本文利用MATLAB搭建了电抗器模型，通过分析仿真的实验结果，可以得出如下结论:
1、力电子器件(GTO、GTR、IGBT、IGBT)未有大的技术突破之前，磁控电抗器(MCR)有其发展的空间及实际运用价值。在10kV这一电压等级，磁控电抗器(MCR)所需的绝缘栅双极晶体管(IGBT)的电压低至200V。磁控电抗器的维护简单，维修率低，对安装环境没有特殊要求。

2、C+MCR型SVC装置不能对用户的谐波进行治理，需要加装谐波治理装置;

参考文献：
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