基于MATLAB的静止同步补偿器仿真.doc

基于MATLAB的静止同步补偿器仿真.doc

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密级：

科学技术学院

NANCHANGUNIVERSITYCOLLEGEOF

SCIENCEANDTECHNOLOGY

学士学位论文

THESISOFBACHELOR

（2012—2016年）

题目基于MATLAB的静止同步补偿器仿真

学科部：

信息学科部

专业：

电气工程及其自动化

班级：

电气122班

学号：

7022812082

学生姓名：

胡曙斌

指导教师：

万旻

起讫日期：

2015年12月—2016年5月29日

南昌大学科学技术学院

学士学位论文原创性申明

本人郑重申明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。

本人完全意识到本申明的法律后果由本人承担。

作者签名：

日期：

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权南昌大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

本学位论文属于

保密□，在年解密后适用本授权书。

不保密□。

（请在以上相应方框内打“√”）

作者签名：

日期：

导师签名：

日期：

基于MATLAB的静止同步补偿器仿真

专业：

电气工程及其自动化学号：

70228112082学生姓名：

胡曙斌指导教师：

万旻

摘要：

现如今，随着当代社会的进步，我国有了越来越多的大规模电网远距离传输线路，这些远距离传输线路虽然满足了人们的需求，但是同时也带来了一些安全隐患。

线路的电压稳定性与线路的无功功率直接相关。

而静止同步补偿器（STATCOM）能够快速、有效的补偿系统中的无功功率，并且具有良好的调节特性，现在已成为当今世界研究的重点。

本文主要是对基于MATLAB的静止同步补偿器的仿真进行研究。

本文介绍了静止同步补偿器的工作原理、基本结构及其在提高电能质量中的作用。

借助MATLAB/SIMULINK的电力模块搭建500kV配电系统及补偿器电路。

并利用其构建补偿装置主电路电压逆变器模块,并搭建了仿真电路。

通过电网电压波动和负载冲击，在这两种情况下对电路进行仿真分析，结果表明，该补偿器达到了预期的补偿效果，有效的抑制了高次谐波，显著提高了电能质量。

关键词：

静止同步补偿器,MATLAB仿真,数学建模,无功功率,电能质量

SimulationofstaticsynchronouscompensatorbasedonMATLAB

ABSTRACT：

Now,withtheprogressofmodernsociety,ourcountryhasagrowingnumberoflarge-scalelong-distancepowergridtransmissionlines,althoughtheselong-distancetransmissionlinestomeetthepeople'sneeds,butitalsobringssomesecurityrisks.Voltagestabilityisdirectlyrelatedtothelineandreactivepowerlines.Thestaticsynchronouscompensator（STATCOM）canquicklyandeffectivecompensationsystemreactivepower,andhasgoodregulationcharacteristics,hasnowbecometheworldfocusofthestudy.ThisarticleisbasedonMATLABSTATCOMsimulationstudy.

ThispaperIntroductiontheSTATCOMoperatingprinciple,thebasicstructureanditsroleinimprovingpowerquality.WithMATLAB/SIMULINKtobuilda500kVpowerdistributionsystemmoduleandcompensationcircuitry.Andcompensatingmeansusedintheconstructionofthemaincircuitvoltageinvertermodule,andsetupthesimulationcircuit.Byvoltagefluctuationsandloadshocks,inbothcasesthecircuitsimulationresultsshowthatthecompensatortoachievethedesiredcompensationeffect,effectivelysuppressesthehigherharmonics,significantlyimprovedpowerquality.

Keywords:

STATCOM，MATLABsimulation，mathematicalmodeling，reactivepower，powerquality

目录

摘要 I

ABSTRACT II

第1章绪论 1

1.1课题的研究背景及意义 1

1.2国内外研究现状及发展趋势 1

1.3无功功率的产生和危害 2

第2章静止同步补偿器的工作原理 4

2.1静止同步补偿器工作原理 4

2.1静止同步补偿器的基本结构 4

第3章静止同步补偿器的建模 6

3.1静止同步补偿器的数学模型 6

3.2静止同步补偿器的作用 6

3.3500kV配电系统的设计 7

第4章静止同步补偿器的仿真研究 8

4.1仿真软件MATLAB/SIMULINK简介 8

4.1.1仿真软件MATLAB/SIMULINK的概括 8

4.1.2仿真软件MATLAB/SIMULINK的主要功能 9

4.2静止同步补偿器的仿真 10

4.2.1静止同步补偿器仿真的主接线 10

4.2.2仿真波形及结果分析 11

第5章结论与展望 15

5.1结论 15

5.1展望 15

致谢 16

参考文献 17

第1章绪论

1.1课题的研究背景及意义

随着我国经济的发展，一次能源的消耗与日俱增，而我国一次能源的地理位置分布又不均匀，所以国家决定实行全国联网和西电东送。

随着我国电力行业的发展，我们已经取得了很大的进步，从2013年开始，我国电力部门计划实现全国联网，虽然各大区域电力系统的并网给我国带来了显著的经济效益，但还是面临着以下问题：

（1）我国的煤炭资源和水力资源地理位置分布不均匀，主要集中在我国的西部地区，国家为了给东部地区提供足够的电力需求，提出了“西电东输”的国策，就是通过远距离输电将大量的电能输送到东部地区，像国家首都北京、经济发达的上海和广东等地区。

我国每年输送的功率达到1.2-1.5亿KW，为了输送这么巨大的电能，我们就需要建设多条远距离输电线路。

因为我国的地理环境比较复杂，架设这些输电线路的造价非常昂贵，所以就必须尽可能的减少线路的输送容量和线路损耗。

而线路的输送容量和损耗主要受电压稳定性和热稳定性的影响。

所以我们要减少输送容量就必须控制好电压稳定性和热稳定性，让我们架设的线路得到得到充分的利用，提高我们的经济效益。

（2）导致功率分布不均匀，引起两端设备严重过负荷，其他线路发生轻载现象，不但使现有设备得不到充分利用而且还会引发一系列的稳定性问题；使电压质量变差，系统无功功率分配不均匀；使整个系统的有功功率损耗增加，系统运行不经济而且不稳定。

无功补偿的优点主要有以下三点:

（1）增强供电质量。

为了增强系统的稳定性和传输能力，我们需要设置动态无功补偿装置在合适的地方；

（2）降低系统的设备容量，降低系统的功率损耗，可以提高系统的功率因数;

（3）当三相负载不平衡时，我们可以适当的利用无功补偿来平衡三相负载的有功和无功。

综上所述，可以看出STATCOM拥有这么多的优点,所以它作为一种新型的无功调节装置，现在已经成为电力行业研究的热点话题。

也是本课题研究的重点对象。

1.2国内外研究现状及发展趋势

（一）STATCOM的研究现状

随着世界的发展，人们早就会利用电力电子变流器进行无功控制，但是因为当时电力电子器件的耐压和功率水平有限，无法生产出具有实用价值的输电系统装置。

直到门极可关断晶闸管GTO的出现，才有力的推动了STATCOM的发展和应用。

STATCOM同可控电抗器和电容器的静止无功补偿器SVC相比，具有极大的性能优势，已经得到越来越多的关注，新一代的无功电压控制设备必将取代SVC。

STATCOM的应用工程通常具有以下特点：

基本采用VSC；系统控制目标多样化；在电力半导体器件选用上，大多数选用GTO和IGBT；大容量STATCOM大多数都采用水冷方式。

到目前为止，世界上已有多台STATCOM投入运行，但是实际上在90年代后才大规模投放市场，国际上主要投入运行的国家有：

1991年日本投入运行的80Mvar的STATCOM；1995年美国投入运行的100Mvar的STATCOM；1997年丹麦投入运行的8Mvar的STATCOM。

由于STATCOM技术含量较高，国际上只有美国、日本、德国、中国、英国等少数几个发达国家掌握了STATCOM的研发技术。

我国第一台20Mvar的STATCOM装置是由清华大学与河南省供电局共同研发生产的，这台20Mvar的STATCOM装置于1999年3月在河南洛阳朝阳变电站投入运行，它的成功运行标志着我国STATCOM技术得到显著发展，成为世界上第四个拥有STATCOM制造技术的国家，使我国进入了一个新的阶段。

让我国的科技水平更进一步。

（二）STATCOM的发展趋势

随着世界的发展，国际上有关STATCOM的研究和发展已经有了很大的进步，根据最近几年的发展状况可以看出STATCOM的发展趋势越来越好，主要表现在以下几个方面:

（1）装置的容量越来越大，例如：

对100Mvar-200Mvar的STATCOM进行研究。

鉴于开关元器件IGBT，IGCT等的容量有限，为了提高500kV开关站的电压调节能