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磁控电抗器(mcr)的静态无功补偿设计磁控电抗器(mcr)的静态无功补偿设计毕业设计说明书第 1 页目目录录目录.1 摘要.3 ABSTRACT .4 前言.5 第一章绪论1 1.1 课题研究的背景及意义.1 1.2 国内外研究现状及发展概况.2 1.3 磁阀式可控电抗器的应用前景.5 第二章柔性交流输电系统概述 6 2.1 现代电力系统的概述.6 2.1.1 输电技术的发展历史.6 2.1.2 现代电力系统的主要特点.7 2.2 传统解决方法及其局限性10 2.3 新的解决方法——FACTS .11 2.3.1 柔性交流输电技术的概述11 2.3.2 柔性交流输电技术的发展及现状12 2.3.3 柔性交流输电技术的分类及其技术原理13 2.3.4 柔性交流输电技术在电力系统中的作用14 2.3.5 柔性交流输电技术的前景15 第三章无功补偿的原理.17 毕业设计说明书第 2 页 3.1 电力系统采用无功补偿的意义17 3.1.1 什么是无功功率17 3.1.2 无功补偿的原理17 3.1.3 无功补偿的意义18 3.2 电力系统常用的静止无功补偿装置20 3.2.1 自饱和电抗器（SR）20 3.2.2 晶闸管控制电抗器（TCR）.21 3.2.3 晶闸管投切电容器（TSC）.22 3.2.4 磁阀式可控电抗器（MCR）.23 3.3 静止无功补偿装置的现状及发展趋势23 第四章磁阀式可控电抗器的理论及特性分析.26 4.1 磁阀式可控电抗器的基本结构和工作原理26 4.1.1 磁阀式可控电抗器的基本结构26 4.1.2 磁阀式可控电抗器的工作原理27 4.2 磁阀式可控电抗器在无功补偿中的应用原理31 4.3 磁阀式可控电抗器的等效电路31 4.4 磁阀式可控电抗器的工作状态33 4.5 磁阀式可控电抗器控制特性的理论分析35 4.5.1 谐波特性35 4.5.2 伏安特性36 4.5.3 控制特性36 4.5.4 响应速度37 第五章磁阀式可控电抗器的仿真分析.38 5.1 MATLAB/SIMULINK以及PSB 电力系统模块库简介38 毕业设计说明书第 3 页5.1.1 Matlab/Simulink 简介.38 5.1.2 PSB 电力系统模块库简介.39 5.1.3 基于MATLAB/PSB 仿真与分析的步骤.39 5.2 磁阀式可控电抗器仿真模型39 5.2.1 仿真模型元件的选取39 5.2.2 仿真系统模型的建立41 5.3 基于磁阀式可控电抗器动态无功补偿装置的仿真实例43 5.4 磁阀式可控电抗器的应用场合49 第六章结论.52 总结和体会54 谢辞56 参考文献57 毕业设计说明书第 4 页摘要摘要随着智能电网建设逐渐升温，超高压、特高压电网不断发展，电网的稳定、安全及可靠运行愈发受到重视，而无功功率的平衡是首要问题，新型无功补偿装置的研制和应用自然就成了当前电力系统迫切所需解决的问题，磁阀式可控电抗器正是在这一背景下诞生和发展的。
基于磁饱和可控电抗器的静止无功补偿器王建元;孔和琴;蔡国伟【期刊名称】《中国电力》【年(卷),期】2008(41)7【摘要】研究一种基于磁饱和可控电抗器的静止无功补偿器(The magnetically-saturated contmllable reactorbased static VAR compen8ator,MCSR-SVC).MCSR-SVC的阀体控制电压不到额定工作电压的10%,需要的晶闸管功率低,实现了用小功率控制大功率的目的,适合应用在高压电网上.在单机无穷大系统中,运用小扰动法推导出MCSR-SVC的一阶惯性模型.理论分析证明,MCSR-SVC与可控电抗器(TCR)和晶闸管切换电容器(TSC)等其他静止无功补偿器(SVC)相比,可以更快速、精确地补偿无功功率,而且自身产生的谐波很小,从而可有效地稳定系统电压.对MCSR-SVC开环和闭环系统的计算机仿真结果证明了理论分析的正确性.【总页数】5页(P11-15)【作者】王建元;孔和琴;蔡国伟【作者单位】东北电力大学电气工程学院,吉林132012;东北电力大学电气工程学院,吉林132012;东北电力大学电气工程学院,吉林132012【正文语种】中文【中图分类】TM713【相关文献】1.基于饱和变压器的磁饱和式可控电抗器分析 [J], 田铭兴;陈华泰;杨秀川;安海军2.基于MATLAB多绕组变压器模型的磁饱和式可控电抗器仿真建模方法 [J], 田铭兴;杨秀川;杨雪凇3.基于MATLAB的磁饱和式可控电抗器的仿真模型参数及过渡时间分析 [J], 田铭兴;杨雪凇;顾生杰;原东昇4.基于磁饱和式可控电抗器的静止无功补偿器提高系统阻尼的研究 [J], 陈剑平;张丽娣;王建元5.基于MATLAB的静止无功补偿器和静止同步补偿器的仿真 [J], 牛俊龙;李静因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于磁饱和式可控电抗器无功补偿的研究的开题报告一、研究背景随着电力系统规模的不断扩大和电力负荷的不断增长，电力系统稳定性和可靠性的问题越来越引起人们的关注。
特别是无功补偿技术，是电力系统中解决电压稳定性和能效问题的重要手段之一。
现有的无功补偿技术主要包括电容器补偿和STATCOM无功补偿等，但存在效率低、体积大、成本高等问题。
因此，如何选取一种合适的无功补偿技术，对电力系统的正常运行和经济效益都具有深远的影响。
二、研究目的本项研究旨在研究基于磁饱和式可控电抗器无功补偿技术，探索其在电力系统中的应用。
具体目的包括：1.研究磁饱和式可控电抗器结构及原理；2.分析磁饱和式可控电抗器在电力系统中的应用；3.基于PSCAD/EMTDC仿真平台，搭建磁饱和式可控电抗器无功补偿系统，并进行仿真实验；4.分析磁饱和式可控电抗器无功补偿系统在电力系统中的性能和经济效益，探讨其在电力系统中的应用前景。
三、研究内容1.磁饱和式可控电抗器结构及原理的研究2.磁饱和式可控电抗器在电力系统中的应用及其优缺点的分析3.基于PSCAD/EMTDC仿真平台，搭建磁饱和式可控电抗器无功补偿系统4.进行仿真实验，分析系统的性能5.探讨磁饱和式可控电抗器无功补偿技术在电力系统中的应用前景四、研究方法本项研究采用文献研究、理论分析和仿真实验相结合的方法。
首先通过文献研究和理论分析，深入探讨磁饱和式可控电抗器结构、原理及其在电力系统中的应用，并制定仿真实验方案。
然后使用PSCAD/EMTDC 仿真平台，建立磁饱和式可控电抗器无功补偿系统，并进行仿真实验，分析系统的性能及经济效益。
最后，对研究结果进行总结，探讨磁饱和式可控电抗器无功补偿技术在电力系统中的应用前景。
五、预期成果1.研究报告：包括研究背景、研究目的、研究内容、研究方法、实验结果和分析以及结论等。
2.仿真实验报告：包括仿真实验方案、实验结果和数据分析等。
3.研究论文：撰写并发表一篇关于磁饱和式可控电抗器无功补偿技术在电力系统中的应用的研究论文。
采用磁控电抗器的静止型高压动态无功补偿装置曾铃筠发布时间：2021-11-05T05:39:05.798Z 来源：《福光技术》2021年17期作者：曾铃筠[导读] 在深入了解母线安装及并联可控电抗器的基础上，研制了 110kV 静态高压动态无功补偿装置，提出 Intel80C196KC 单片机控制器和保护装置问题的解决方案。
国网福建省电力有限公司连城县供电公司福建龙岩366200摘要：本文在深入探讨 10kV 母线电压波动较为频繁的原因的同时，在深入了解母线安装及并联可控电抗器的基础上，研制了 110kV 静态高压动态无功补偿装置，提出 Intel80C196KC 单片机控制器和保护装置问题的解决方案。
关键词：静态高压动态无功补偿装置；充电功率；无功补偿；变电站；电源系统前言：目前，我国在无功补偿方面还存在很多不足和问题。
相关专业人士也为此专门开发了多种新型无功补偿调节装置。
主要有：可控硅可控电抗器、可控硅开关电容器等各类器件。
他们的表现或多或少有些不同。
然而，笔者在研究这些新型稳压器时，发现它们的目的都是一样的：稳定电网；使电网电压；保证电力的正常传输；调整电压；改善无功潮流。
这五项功能确保了国家电网的稳定和安全。
但是，国家电网要想更好地发展，必须保证连续可调的无功功率能够持续提供。
同时我们国家的政策也从各个方面给予支持。
就我国目前的情况而言，我国 110kV 及以上电网很少有这种直装式无功补偿装置。
我国大部分采用低压侧动态无功补偿装置来实现电压和无功功率控制。
但是，如果这样使用，补偿效果会降低，损耗也会增加。
除了这些因素之外，低压侧压力装置本身价格昂贵、体积庞大，以及安装后维护和检查文件的缺点也使得该装置目前在中国的市场非常小。
基于上述基本情况，该装置更不适合在没有人员看守的变电站中使用。
笔者在前人研究成果的基础上，分析了磁控电抗器的特点和工作原理，研制成功了一种新型高压并联电磁阀电抗器样机。
磁饱和式可控电抗器的磁路模型及其应用研究磁饱和式可控电抗器的磁路模型及其应用研究摘要：磁饱和式可控电抗器是一种广泛应用于电力系统中的有源无功补偿设备，它能够通过调节电抗值来实现对电力系统的电压和无功功率的控制。
本文主要研究了磁饱和式可控电抗器的磁路模型以及其在电力系统中的应用。
引言磁饱和式可控电抗器由磁致伸缩材料和控制系统组成，可通过调整控制系统的输入信号来改变电抗器的电抗值。
电抗值的变化将会导致电力系统中的电流和电压的变化，从而实现电力系统的无功功率的控制。
由于其具有快速响应、高精度和可靠性好等优点，磁饱和式可控电抗器在电力系统中得到了广泛的应用。
磁路模型磁饱和式可控电抗器的磁路模型是研究其性能及特性的基础。
该模型主要由磁芯、线圈和磁致伸缩材料等构成。
磁芯起到导磁、集中磁场和定义电磁耦合等作用，线圈用于产生磁场，而磁致伸缩材料则用于控制磁芯的饱和状态。
采用饱和磁路模型可以更准确地描述磁饱和式可控电抗器的性能，并进行性能分析和参数设计。
磁路模型中的参数包括磁芯的磁导率、线圈的匝数和磁致伸缩材料的磁饱和度等。
磁芯的磁导率随着磁场强度的增加而降低，这是一种非线性关系，需要通过一系列试验进行测量。
线圈的匝数直接影响到磁场的强度，通常通过计算和实验来确定。
磁致伸缩材料的磁饱和度是控制磁芯饱和状态的关键参数，根据不同的工作条件和要求进行选择。
应用研究磁饱和式可控电抗器在电力系统中的应用主要包括无功补偿和电压控制两个方面。
在无功补偿方面，磁饱和式可控电抗器能够通过调节其电抗值来实现对电力系统的无功功率的控制。
它可以将过剩的无功功率吸收并注入到电力系统中，从而使电力系统的功率因数得以提高。
在电力系统中，无功功率是维持电压稳定和传输能力的重要指标，有效的无功补偿可以提高电力系统的运行质量。
在电压控制方面，磁饱和式可控电抗器可以通过调节其电抗值来实现对电力系统中的电压的调整。
它可以根据电力系统中的电压变化情况，实时调整电抗值来维持系统电压的稳定。
一种基于磁控开关电抗器的新型无功补偿方法王静;余航;张欣【摘要】电力系统常见的无功补偿方法在实际使用时存在损耗高、谐波干扰以及可靠性低等问题.通过比较电力系统现行的无功补偿方式,提出了一种新型的动态无功功率补偿方法.通过PSCAD软件搭建仿真计算模型,对主电路的稳态和暂态特性进行了分析,提出了减少铁磁谐振及谐波的控制措施,并对输出波形进行对比分析.在此基础上,设计并制备了一套10kV/1200kVA磁控开关电抗器测试样机.仿真及试验结果表明,该补偿方法具有响应速度快、功耗低、体积小、瞬态浪涌较小等特点.【期刊名称】《山东理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(031)005【总页数】5页(P46-50)【关键词】磁控开关电抗器;无功补偿;过零投切;动态补偿【作者】王静;余航;张欣【作者单位】深圳供电局有限公司,广东深圳 518001;深圳供电局有限公司,广东深圳 518001;深圳供电局有限公司,广东深圳 518001【正文语种】中文【中图分类】TM753随着电力系统分布式发电的快速发展，电网无功功率控制的非线性因素及复杂程度逐渐增加[1].无功功率影响了电压质量与有功功率传输.由于地理和气象条件的限制，一些分布式电源发电装置，如光伏电站、风力发电场通常建在偏远的地方，缺乏足够的无功功率支持，可能会导致在重载或者严重干扰下电压不稳定[2-3].因此，为分布式发电装置配备无功补偿装置显得尤为重要.国内外比较常用的无功补偿装置是基于磁阀式可控电抗器(MCR)的无功补偿和晶闸管投切电容器(TSC)的无功补偿装置.其中，磁阀式可控电抗器(MCR)具有能平滑调节无功功率、造价低、可靠性高、产生谐波小等优点，但在运行时工作电流中存在较多的谐波干扰；晶闸管投切电容器(TSC)具有结构简单、易于控制、损耗比较小并且在运行过程中不产生谐波等优势，但TSC自身在使用时耐压等级一般较低，限制了其使用范围[4-6].此外，磁控电抗器作为一种新型无功补偿装备广泛应用于铁路电气化无功补偿中，其通过直流回路控制电流的激磁改变铁心的磁饱和度，从而达到平滑调节无功输出的目的，目前在高压电网和铁路电气化中得到广泛应用[7-8].本文通过比较电力系统现行的无功补偿方式，提出了一种新型的动态无功功率补偿方法.通过搭建仿真计算模型，分析了主电路的稳态和暂态特性，提出了减少铁磁谐振及谐波的控制措施，并对输出波形进行对比分析.在此基础上，设计并制备了一套10kV/1200kVA磁控开关电抗器测试样机，并通过对测试样机进行试验及调试.针对现有传统无功补偿装置的不足之处，提出利用变压器的工作状态，将磁饱和曲线作为磁控开关组成无功补偿电抗器.其主控回路(图1)包括双向可控硅、变压器、开关等元件.由图1可以看出，变压器的二次侧绕组通过双向可控硅控制，变压器分别工作在空载(饱和)与短路(不饱和)两种工作状态.当变压器从空载向短路状态过渡时，采用无过渡投切，避免了冲击电流的产生.1.1 空载状态在变压器处于空载状态时，闭合开关KM2，此时阻尼电阻投入运行.变压器励磁电抗数值较大，从而初级侧电流很小，整个分支近似为开路状态.1.2 补偿状态当变压器工作在补偿状态时，次级绕组短路，KM2断开阻尼电阻器.该变压器具有一个非常小的漏抗，使整个支路成为一个无功功率补偿器，电抗率为Xσ/ XC.上述两种状态之间的转换是通过次级绕组﹑KM2以及可控硅实现的.当三端双向可控硅关断，KM2闭合时，该分支是在无负荷状态;当三端双向可控硅导通和KM2断开时，支路转换成补偿状态.2.1 参数设定在空载状态下，励磁电抗XM数值很大，假设10kV系统变压器空载阻抗值为100 p.u.(p.u.为标幺值)，电容器的电容为1 p.u..空载电流= 1 /(100-1)≈0.01p.u.(滞后).由于空载电流数值较小，在建模时是可忽略的，这样支路可视为开路.在补偿状态下，双向可控硅导通.变压器短路，呈现一个非常小的漏抗.在这种情况下，漏磁电抗设计为0.06 p.u..补偿电流是= 1 /(1-0.06)≈1p.u..(超前).该支路处于无功功率补偿状态.此外，由于该支路电抗率为0.06，可以吸收5﹑7次谐波电流.2.2 仿真模型建立采用PSCAD仿真软件搭建计算模型，以空载状态为例，设定系统侧线电压为10kV，假设电容器在系统电压下可以补偿的容量是600kV·A，磁控开关变压器的容量是600kV·A，铁芯额定磁密为1.55T，磁化曲线以2mm气隙的铁芯计算，仿真结果均采用标幺值表示.图2仿真模型中，变压器二次侧采用双向晶闸管控制，晶闸管两端电压过零时触发导通.阻尼电阻两端并联开关，通过开关控制阻尼电阻的切除和投入.3.1 瞬态仿真结果(1)瞬态1：阻尼电阻R串联在支路中，当待空载电流达到稳定状态后切除阻尼电阻.支路电流以及晶闸管两端的电压如图3所示.从图3可知，阻尼电阻R的存在有效地限制了变压器的励磁涌流，避免铁心饱和，使空载电流很快地过渡到稳态.(2)瞬态2：晶闸管由断开到闭合状态瞬间，支路电流波形以及晶闸管两端电压波形如图4所示.由图4可知，晶闸管在两端电压过零时触发导通，支路可以在几个周波之内过渡到稳态.(3)瞬态3：晶闸管由闭合状态到断开的瞬间，支路电流波形以及晶闸管两端电压波形如图6所示：由图6可知，在晶闸管由闭合到断开这个动作之前串入阻尼电阻R，可以有效限制谐波分量，使支路过渡到稳定状态.3.2 抑制铁芯饱和仿真结果变压器空载时，铁芯接近饱和点.在可控硅闭合的瞬间，一个正弦波电压被施加到变压器，在铁芯中产生余弦波交链磁通.由于铁芯磁链不能突变，因此过渡过程初始阶段铁芯中会出现非周期分量磁通以维持过渡过程初始时刻的磁链守恒，与工频分量叠加后使得铁芯进入饱和区，其励磁电感急剧下降，从而引发与电容的谐振.变压器的电感急剧下降时，其铁芯是饱和的.当电感减小到足够接近电容，铁磁谐振发生，就不会停止，除非外部干扰.因此，避免铁磁谐振的关键点是抑制非周期性磁通量[9-10].如果非周期性磁通在很短的时间下降，使得它不能导致铁芯饱和，就不会发生铁磁谐振.本文在主电路中加入阻尼电阻R，该元件消耗非周期性磁通的能量，避免在空载闭合过程铁芯出现饱和现象.采用阻尼电阻前后，变压器铁芯铁磁谐振的仿真试验波形如图6所示.由图6(a)和图6(b)可知：在电路状态改变之前，将阻尼电阻通过电容器并联入电路，电流无冲击响应，避免电路中出现刺激铁心饱和的“源”，从而避免了整个投切过程谐振的产生.由此可以看出，通过调节阻尼电阻的投切时序可以有效抑制变压器贴心的铁磁谐振，实现电容器投切的平稳过渡.4.1 测试样机为了证明以上理论分析，本文按照设计方案制备了一套磁控开关电抗器(10kV/1200kV·A)测试样机，样机内部结构如图7所示.试验样机中变压器的励磁电抗设计值为100p.u.，漏抗设计为0.06p.u.，而阻尼电阻R为1.0 p.u..4.2 空载合闸试验空载合闸试验时，首先关闭KM2，然后关闭KM1 给样机提供电源.试验波形如图8所示.由图8可知：在空载合闸的瞬间，变压器产生非周期性电流来维持磁链的不变.阻尼电阻器在很短的时间内消耗非周期性电流分量的能量，所以铁芯不会饱和.经过一个基波周期，支路进入稳定状态.由于励磁电感比较大，稳态电流是非常小的.图8(b)可以看出，空载状态的稳态电流是线性的，几乎没有谐波.4.3 切换到补偿状态实验当支路在空载稳定状态时，同时闭合可控硅和断开KM2，支路切换到补偿状态(延迟小于10ms).因为KM2打开需要时间，电阻R在非常短的时间(约100ms)吸收有功功率.KM2完全断开后，电阻R从电路中切除，支路成为一个无功功率补偿器(超前)，测得的波形如图9所示.由图9可以看到，由于电抗率是6%，电流波形存在5次和7次谐波.如果需要停止补偿，控制器会发出信号，KM2闭合，投入阻尼电阻R.KM2是闭合后，双向可控硅断开，可控硅断开时电流波形如图10所示.由图10可知：双向可控硅在电流过零瞬间切断.双向可控硅彻底切断前，阻尼电阻R与电容器连接，它消耗存储在电容器中的能量，以使瞬态过程的时间比一个基波周期短.因此，铁芯不能进入饱和状态，避免了铁磁谐振.瞬态过程结束后，支路进入空载稳定状态.在此过程中，最大浪涌电流小于2 p.u..4.4 长期运行实验为了测试这种新型无功补偿解决方案的可靠性，试验样机投入运行12h，负载为最大额定负荷.经过12h后，采用红外测温仪测量双向可控硅的散热片和本体的温度.测量结果表明：双向可控硅的散热片表面的温度低于40℃时，双向可控硅本体的温度低于70℃.由于本文所述的新型补偿器补偿每个支路仅包含一个可控硅，因此产生的热消耗比TSC和STATCOM的热量小很多，避免了因附加冷却系统增加投资成本.本文提出了一种基于磁控开关高压无功补偿方法，相对于传统的无功补偿方式具备以下优势：(1)无需配置额外的串联滤波电感，减小了占地面积；每相仅使用一串低压晶闸管，结构简单，可靠性高，而且作为投切元件的晶闸管在低压下工作，安全系数更高. (2)在实际应用时采用正向补偿，轻载和空载时损耗极低，远小于 MCR，负载时损耗也小于TCR.(3))该无功补偿方案不产生谐波，还能吸收特定次谐波.(4)通过改变阻尼电阻的投切时序可以抑制铁磁谐振，从而实现电容器投切的平稳过渡.因此，本文所述无功补偿方案适合应用于光伏电站、风力发电场、港口及电力铁路等领域的动态无功功率补偿，具有一定的工程实用价值.【相关文献】[1]赵士硕,尹忠东,刘海鹏. 快速响应磁控电抗器的新结构与控制方法[J]. 中国电机工程学报,2013,15:149-155+4.[2]林卫星，文劲宇，艾小猛，等．风电功率波动特性的概率分布研究[J]．中国电机工程学报，2012，32(1)：38-46．[3]杨秀媛，刘小河，张芳，等．大型太阳能并网发电模型及应用[J]．中国电机工程学报，2011，31(S1)：19-22．[4]邓威，李欣然，刘志勇，等．考虑无功补偿影响因素的间歇性分布式电源综合优化配置[J]．中国电机工程学报，2012，32(10)：80-88．[5]林克曼,李念,林明耀,等. 考虑漏磁效应的新型磁控可调电抗器的磁路建模和特性[J]. 电工技术学报,2015(2):114-121.[6]陈绪轩，田翠华，陈柏超，等．多级饱和磁阀式可控电抗器谐波分析数学模型[J]．电工技术学报，2011，26(3)：57-64．[7]刘海鹏,尹忠东,董旭,等. 基于磁控电抗器的谐波励磁方法[J]. 电力系统自动化,2015(8):120-125+154.[8]栗然,唐凡,刘英培,等. 双馈风电场新型无功补偿与电压控制方案[J]. 中国电机工程学报,2012,32(19):16-23,180.[9]陈惠粉,乔颖,闵勇,等. 风电场动静态无功补偿协调控制策略[J]. 电网技术,2013(1):248-254.[10]邢军强,安振,陈雷. 磁控式并联电抗器数值计算研究[J]. 高压电器,2015(4):93-97，103.。
