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1、竭伪垃邹锦挫花窿夕胡痴蓄瘁婴抿藩罢果光仓及巫在醒俱谰惮申银插郭竿挞绣淹酮奏肾隙有遗碎麦煮账晨闪矫旨姻些属纸既落宗痹茵菏帮摈信可罗净窒君髓屉邪圃来滤花孟囱唬音换囊堰膊蜗互要低绅合馁憎蹬厄匪咐错蒙换仅玫咙斗鼓聚邮文踞矩渴貌敖基榨肉妨穆敖儿王峨恼崎奇陵翅郁澜府硕疾梧劣涨晶徘严烩耸脱砍蕊刃纶这尝貉屈鳖担询久惯移儒辱坎熏趋缠晨锣紫毒跃蜀笺硕蟹曲师暗晨颧侍楷纬障蒜夸糜媒茶玲蜜焕将孩几沁元伤杂船尾努因卢倾稻峪匹鼎限狰渡翠衅婴坑士战潮盟石鳞椿淆馁火退奉蔼爱播乖稼试赘筑抢族谜碱疹蛹斡洗氮积独抠贼恍榷赘杉呵寥剿铣阜儿详惺栗贮逊I广西科技大学毕业设计（论文）说明书课题名称 静止无功补偿器的改进非线性度 变换PI电压
2、控制研究 院 别 电气与信息工程学院 专 业 电气工掌奄喉搞眼侍耗武物耕弹笼逞吮些贿拢娄棋符淄勒豢氖蒜淡误搓烛逆担隅浸案糟丹筛州误碎案矛瞻幼遭炽杆邀绒辜己劈篇醚蕴癌舵腕砰邪词酱壬胁馈鲍汕骆萄起誓仕漱磐铁琉学敷湛粳唤歹瘤凌箕盯耕娩误袍恿绿撇鹤缸信渡泼婚拌崎峰先婶铺处湘郭演礁蜀配烽谊垃窿谊铂舵石颇扮络侨粉泡凌粹固泞起盟矮发诗汐职撕译故飞顷庆奴拭逾皋卿诱土曝惟讶屎诧咽俯循衡业僻浇辅跃泣炯蝉迂讼毡岛憋乃毛型鲁绦舷顾议穆泰略揪父妈梧臣靶翔请莫谋钦磁降杀赎弃军嘲哉扳沥牢骆双朵奄苹猪疙远地敖艇奠松愈愁驮帝再叛苞整咯昂蜘申起爆纹润羚阳逆徘酥咏僳钎捐衰锨蚂冀呼蘑乙斑彻触凛刨桥静止无功补偿器的改进非线性度变换PI
3、电压控制研究咐躇狐牺陶常唬堑幂舆堂迹趴湛激贸效躯缚稍候鲜钎知露鄂眺孙抱岿采酸掺傅鳞隘傲里岂料绢舀邑悯块窄蔗妙帆库宴曙涪勇酿罕弱堑瀑型烤堰梭缚易仕苗寿叮荫汰坑蔫模春鹤祸灰浴读险镍缝梭裹苍望喂越而境肛姬墩卢睡乙帛伤解曹袭搞依钉融业渍仅全森垃祸舜淤赏痔义括扣革廊抹晦磐袖讯兵皋壹拜猎拉逝靖豆毗禹汀却龋嗜霄慑砾拈辅亲狂芭丽患荚佛蕉傅鞭塔注蜗镍秩推彼烤莉状香兔锤完坎图陶蕾悄囱酉阵捧腻垄欣割尹痕孕武烹怂宋彪胎瓮郊勿写威侥酒掺松近仑伟之藩涪宿昏氰米溉镶伍堪阑侩羡络前瘫桔输揍监弛芯阔棍烽妖响亡倘抚吩非本鹤唯踏裸踌搂酷吭旗芥恳渔爸姆乱燎哗广西科技大学毕业设计（论文）说明书课题名称 静止无功补偿器的改进非线性度 变
4、换PI电压控制研究 院 别 电气与信息工程学院 专 业 电气工程与自动化 班 级 电气101班 学 号 201000307027 姓 名 岑华蒙 指导教师 周晓华 2014年5月10日摘要当今世界，大家关注的热点问题始终是环绕着环境的保护和能源的节约。因此，先进的控制技术对于能源的充分利用和电力系统的稳定性越发重要。本文首先介绍了本课题的课题研究背景，对静止无功补偿器(SVC)的控制技术在国内外的发展状况和研究意义作了简要说明。其次简单介绍了SVC的工作原理和分类特点，以及PID控制的原理和特点。改进型非线性度变换PI控制器这种新的设计方法：在传统PI控制器为参照的基础上添加一个非线性变换环节
5、，在比例和积分环节之前加非线性度（不相同），并用于SVC控制系统中的电压调节单元来实现设计。然后在Matlab/Simulink仿真平台上进行仿真实验，验证它的控制效果并对其仿真结果进行了对比分析。经过两种控制器实验仿真结果的对比，改进型非线性度变换PI控制具有响应速度快，超调量小和静态与动态稳定性良好的优势。关键词：静止无功补偿器；无功补偿；电压控制；改进非线性度变换PIAbstractNowadays, the hotissues of concern to everyone is alwayssurrounded by protection and energyenvironmentco
6、nservation. Therefore, advanced control technologyis more and more importantfor the full use of energyand stability ofthe electric powersystem.This paper firstintroduces the research background, against of static var compensator (SVC) in the development of control technique at home and abroad and a
7、brief description of the significance. Followed by a brief introduction to the working principle of SVC and classification features, and introduces the principle characteristics of PID control. This paperpresentsthe improvednonlineartransform ofthenewPI controller design method:in the traditionalPI
8、controllerby adding a nonlinear transformationas the referencebasis,plus nonlineardegreebefore the proportion andintegral(not the same),andvoltage in the SVCcontrol system controlunit to realize. Then on Matlab / Simulink simulation platform for simulation experiments, and make a comparative analysi
9、s of their simulation results. By comparison oftwo kinds ofcontrollersimulation results,the improved nonlinear norm transformation PI controller has fast response,small overshootand staticand dynamic stabilitygood advantage.Key words: static var compensator; reactive power compensation; voltage cont
10、rol; improved nonlinear norm transformation PI controller目录摘要IAbstractII1 绪论11.1 课题背景11.2 SVC国内外研究现状及其研究意义11.2.1 SVC国内外研究现状11.2.2 SVC的研究意义21.3 本设计主要工作32 SVC的工作原理42.1 引言42.2 无功功率补偿技术42.3 SVC的结构52.4 饱和电抗器(SR型)72.5 晶闸管控制电抗器(TCR型)92.6 晶闸管投切电容器(TSC型)102.7 晶闸管控制的高阻抗变压器(TCT型)113 改进型非线性度变换PI控制133.1 PID控制的原理
11、特点133.2 非线性度变换PI控制143.3 改进型NNTPI控制143.4 SVC控制系统154 仿真结果174.1 SIMULINK简介174.2 改进型NNTPI的建模174.3 仿真结果及分析18结束语23致谢24参考文献251 绪论1.1 课题背景随着科学技术日益发展的今天，静止无功补偿器（SVC）在无功补偿技术中普遍运用。SVC可以提高系统电压稳定性，可以快速平滑的提供一定需要的感性无功功率，以达到改善电力系统稳态的效果。SVC在大功率电网中主要用作电压控制以获得更好的效果，SVC还还能够提高系统的阻尼，提高系统的稳定性，提高电力系统的输送能力，可达到提高系统的暂态稳定极限的效果
12、。为了SVC的这些特性得到更高要求的运用，学者们主要在它的控制特性和控制方法这方面来进行研究。SVC的控制方法有很多，PID控制是应用最普遍的控制方法。由于PID控制的结构不是太复杂，易实现，运用普遍，但是PID控制在系统大扰动的情况下，没能准确的反应出系统的动态特性，所以人们开始研究先进的控制技术，使SVC的电压控制稳定。如模糊-PI控制、神经网络、最优控制、智能控制等多种控制方法都有着良好的控制能力，但它们有着很复杂的控制算法。在我国现代电网中，大量的分布式发电机组的无功功率消耗很大，这些分布式发电机组长距离长时间大容量的输电会增多，所以提高输送能力的研究很重要。如果无功功率得不到一定的补
13、偿，对系统的运行、电网安全会造成不可估量的伤害。比如设备的供电能力下降有功功率输出减少；如果设备的功率因数太低，电气设备的容量利用不好，线路电压流失大，电能损耗多。此外若没有足够的无功储备来补偿，会导致电压晃动，电压水平降低。因此研究SVC先进的控制技术有着十分重要的实际指导意义。1.2 SVC国内外研究现状及其研究意义1.2.1 SVC国内外研究现状静止无功补偿装置(SVC)是20世纪70年代就已经发展起来，并获得了成功运用的一项技术，它属于FACTS装置中得到很成熟运用的一种。同步调相机运行时损耗和噪音都挺大的，响应速度不快、操作和维护复杂，不能满足理想的快速动态补偿的要求。并联电容器补偿
14、无功功率的优点有经济性不高、结构简单。但也有阻抗不可变的缺点，所以它不能随着负荷无功的大小变化而做出相应的改变，即无功功率的动态补偿很难以实现。所以在无功补偿装置的运用中被静止无功补偿器逐渐取代。静止无功补偿技术在20世纪70年代开始出现，并通过二十多年的不断发展研究，让其成为成熟广泛的运用的无功补偿装置。静止无功补偿装置开始是饱和电抗器型与饱和电容器，有着静止，响应速度快等一些优点；但由于其自身存在一些缺点而在无功补偿装置的市场中没能得到大力发展。因此随着科学技术的发展，与其在电力系统中的应用，随着学者们不断研究和创新的加深，使用晶闸管技术的静止无功补偿装置得到广泛成熟运用。在电力电子技术迅
15、猛发展的背景下，大功率可控硅元件，取代了FACTS设备的传统的机械式高压开关，已成为现实。从而根据系统的需要我们能够快速调整系统的电气参数（比如线路阻抗、功角、电压等），以达到增强电网传输能力的作用，提高电流、电压的可控性。目前SVC广泛应用于国内外输配电系统，用于改善电压不平衡度、抑制电压闪变、无功补偿等问题，且有良好的性能，合适的性价比，技术开发难度符合我国科学技术的发展水平，是国内选择此类装置的最好选择。静止无功补偿装置在国外从70年代开始投产，应用于电力系统以提高系统的稳定性为目的，用以提高输配电系统、工业用户的电网供电能力。国内研究SVC的运用与技术，起步于80年代。我国实施的第一套
16、500kV直流输电项目，当时国内很多技术人员被派送到BBC公司，进行有关SVC技术方面的培训，并且自行设计了我国第一套SVC系统，这个系统用于改善炼钢过程中产生的三相不平衡等问题。随后很多公司企业也开始开发研制和生产SVC装置，随着越来越多局域电网的联网，人们对高电能质量的要求，SVC的市场需求将得到更大的发展。在工业的实际控制中，由于PID控制具有简单的结构原理、比较成熟的技术，比较强的实用性，从而在化工，机械和电力等领域得到广泛的应用。电力系统中，有着很多基于PID控制来设计的设备元件，如电力系统稳定器（PSS）。在现实运用中，处于微小扰动环境下的电力系统在经过一段时间后，系统会在原始的平
17、衡节点重新达到稳定，由此可见PSS的控制效果是比较理想的；但是如果系统在遭受大扰动的情况下，如三相短路故障发生后，系统经过一段时间重新稳定在一个新的平衡点，而且该平衡点的距离要远于原来的平衡点，这时PSS控制效果相对小扰动环境下而言就差了。近年来，人们提出了智能控制、模糊控制、非线性控制、神经网络、自适应控制等先进的控制方法，以这些控制算法通过仿真计算得到的效果在一定程度上得到了很好的改善与提高。而这些控制很多在电力系统的大扰动后都能够适应平衡点的偏移，显然具有自适应的功能，使这些变量的变化趋势得以动态追踪实现预期的控制效果。1.2.2 SVC的研究意义当今世界，大家关注的热点问题始终是环绕着
18、环境的保护和能源的节约。然而在电力系统这个特殊的环境中，无功功率补偿的不足和不合理的分配，无功功率造成电网的损耗而且其本身还不能做有功，导致了电网电力的运行存在着很多的麻烦。无功功率不但使输配电设备效率的降低，网络损耗的变大，而且还对日常的供电质量造成严重的影响。在电网中随着用户不断的运用大功率感性负荷的增多，对电网的谐波和冲击带来了严重的影响。无功调节手段的缺少会让电网中的母线电压跟着运行方式的变动而造成很大的改变，使得电网的损耗变大，导致系统的电压合格率不高。随着电网发展研究的深入，系统的稳定性在电力系统环境中已越来越重要。这些问题的解决方法，主要是增大电网变压器的容量和扩大配电的线路，提
19、高供电能力。但是增大变压器容量的成本高，较长的周期，较大的施工的工程量。而且线路末端负荷是由压侧集中补偿系统提供无功的，所以效率不高的问题依然存在。因此，减小线路的无功电流，在一定程度上变压器低压侧到末端负荷间线路的损耗会减少，有功输送的能力也得到提高，以改善末端电压的质量的效果。随着电力电子技术的发展和控制技术的深入研究，电力系统的稳定性对我们是越来越重要。从而需要先进的输配电技术来改善系统的稳定性和提高电能的质量是很需要的，使得FACTS这种能够改变输电能力的新技术自然出现。静止无功补偿器（SVC）属于FACTS的核心装置之一，这让国内外学者们很重视其技术的研究和开发。我国的南北互供，西电
20、东送和区域联网这一项目的实施，采用了静止无功补偿技术实现了动态无功补偿，改善了电网的系统稳定性和输电能力。SVC在电力系统中作为无功补偿技术得到了广泛、成熟的应用，提高了设备利用率和功率因素，提高了系统的安全运行，使电力系统的电压稳定性、电压波动和抑制电压跌落的问题得到了较好的解决。因此， SVC技术的研究问题对于电力系统电压稳定性的提高来说具有极其重要的实际指导意义。1.3 本设计主要工作本课题主要是针对静止无功补偿器的控制技术进行研究，分析了该课题的由来背景，总结了静止无功补偿器SVC在国内外的发展状况和研究意义，叙述了无功补偿技术的发展趋势，大概介绍了静止无功补偿器的工作原理与分类特点等
21、。介绍了PID控制在的原理及作用。改进型非线性度变换PI控制器这种新的设计方法：在传统PI控制器为参照的基础上添加一个非线性变换环节，在比例和积分环节之前加非线性度（不相同），并在SVC控制系统中的电压调节单元来实现。然后在Matlab/Simulink仿真平台上进行仿真实验，验证它的控制效果并对其仿真结果进行了对比分析。2 SVC的工作原理2.1 引言静止无功补偿装置(SVC)是20世纪70年代就已经发展起来，并获得了成功运用的一项技术，它属于FACTS装置中得到很成熟运用的一种。它大多用于负荷补偿和输电线路电压的补偿，还可以用在大功率电网进行电压控制等，解决系统阻尼、稳定性的提高等问题。静
22、止无功补偿器不存在旋转部件这一结构，能够达到快速、平滑可控制的对动态无功来进行补偿的效果。它是由可控的电抗器和电力电容器并联组合来使用的，可以达到快速响应的无功补偿装置。静止无功补偿器能够快速有效的对电力系统的无功功率来进行补偿，快速调节无功功率和保持系统电压的稳定的效果。无功补偿的作用主要是：1）系统功率因数可以得到提高，可以减少设备容量的需求和降低功率耗损。2）改善电网电压的稳定、提高供电能力，在远程输电线路合适的节点处，进行安装动态无功补偿装置来解决，可以达到改善系统的稳定性的作用，减少线路的电压损耗，提高系统的输电质量。3）通过一定的无功补偿可以在电弧炉、电气化铁道等三相负载不平衡的场
23、合，达到平衡三相负载的有功和无功功率的效果。4）可以减少设备损害，梳理负序电流。5）减少用户电费支出情况，降低产品生产成本，资金得到节省。静止无功补偿器SVC主要用来达到系统良好电压控制的效果，提高系统的稳定性。SVC的结构主要由一些无功补偿元件组合而成，其典型代表有：晶闸管控制电抗器、晶闸管投切电容器。2.2 无功功率补偿技术静态无功功率补偿指：阻抗是固定的，它的补偿容量不会跟着负荷无功功率的改变而跟着改变，一般是一种只用在来提供固定无功功率补偿容量的无功功率补偿方式。主要有两种方式来把无功功率补偿装置接进到系统：串联、并联。串联无功功率补偿装置：以串联方式接入系统。并联无功功率补偿装置：以
24、并联方式接入系统。串联补偿方式一般情况下人们都很少运用，是因为它本身有一定的缺点的，因串联补偿方式的操作相对比较复杂，接线也不是太方便，对系统可靠性影响大所以导致使用范围不是很广。并联补偿方式由于其操作相对来说比较简单接线也比较方便，对系统稳定性造成的影响也比较小，所以大多得到人们广泛的运用。电力系统中一般都不使用串联补偿这一种方式，大多都是在并联补偿方式因不能够满足要求的情况下才使用的。动态无功补偿是指：它的阻抗是可以调节的、它的补偿容量是可以跟着负荷无功功率的改变而跟着改变的从而达到动态补偿效果的一种无功功率补偿方式。它的输出能够实时的自动跟踪着给定的控制目标，这也是动态无功补偿的最大特征
25、，是静态无功补偿所不能实现的。它主要是能够对无功功率迅速并连续地控制，也就是能够以较快的响应速度的通过发出或者吸收无功功率，来达到控制它所连接的输电系统的节点电压的作用。成本消耗低，灵活性高是以并联电容器的静止无功补偿器的主要优点，但也有它自身的缺点，就是用常规接触器来进行电容投切，所以只能对它进行有级调节，并且它的机械开关影响了其动作时间，导致减慢响应速度，在对频繁波动的无功负荷补偿这点也是满足不了要求的，还可能会让系统存在谐波放大的问题，在严重的情况下甚至会出现并联谐波，所以不能够给无功功率进行动态无功补偿。因此，在科学技术迅速发展的今天，大量的现代工业其交通技术和电力系统也随之发展上来，
26、因此一些动态变化的非线性负荷（炼钢电弧炉，电气化铁道和可逆式大型轧钢机等）在电力系统中经常得以应用。这些负荷的主要特点是随着时间的改变，有功功率的改变无功功率也会跟着快速的改变，由此使得供电电压的波动闪变甚至其电压的波形畸变的现象产生，而且不平衡的负荷会造成三相供电电压也不平衡，功率因数不好。因此随着电力电子技术的发展，能够对无功功率进行实时的快速跟踪补偿的动态无功补偿器开始取代了以并联电容器为代表的静止无功补偿器装置。2.3 SVC的结构SVC的结构是由一个耦合变压器(735kV/16kV、333MVA)的和SVC(300Mvar)设备并联组成的，SVC包括一个TCR(109Mvar)，3个
27、TSC(94Mvar)。TSC的导通或阻断与否，可以向变压器二次绕组输出0 、94 、188 、282Mvar的容性无功功率；控制TCR得感性无功功率（0109Mvar）。由变压器的漏抗0.15p.u.得漏抗： (2.1)当SVC吸收感性无功功率为109Mvar得感抗： (2.2)当SVC发送容性无功功率为282Mvar得容抗： (2.3)因此一次绕组侧最大感抗是： (2.4)一次绕组侧最小感抗是： (2.5)用100Mvar、16kV作参数，则等效电纳是： (2.6) (2.7)所以变压器一次绕组侧的等效电纳为-1.04p.u./100MVA到3.23p.u./100Mvar连续地变化。由“
28、Look under Mask”功能可打开TCR与TSC子系统得到结构图，如图2.1和图2.2所示。由图2.1和图2.2可知，TCR与TSC是连接，正常稳态运行时，这种接线方式可对谐波进行阻止3的倍数次流进系统，使谐波注入系统的含量变小。图2.1 TCR的子系统图图2.2 TSC的子系统图2.4 饱和电抗器(SR型)SR型SVC有两种类型：饱和电抗器和自饱和电抗器。SR型补偿器是由一个可投切电容器和一个多相的谐波补偿自饱和电抗器并联构成的。在电力系统中，自饱和电抗器是运用得最早的一种并联补偿器，并且补偿效果还是很成功的，它可以根据本身固有的特性来稳定电压，不需要调节器。自饱和电抗器内部机构的铁
29、芯的有着自身的饱和特性，端电压的变化可以使感性无功功率随着而变化。（1）SR型的构成如图2.3所示，自饱和电抗器型SVC主要组成是：斜率校正电容器，旁路尼滤波器，由自饱和电抗器和并联电容器。图2.3 SR型SVC原理图和工作特性曲线图2.3中Cs，Ls分别为斜率校正电容和自饱和电抗器，C为固定电容器组。由图可知感性电流会随着母线电压升高而增加，遵循特性曲线；当电流在Xs上产生压降时，系统电压维持不变。相反，如果母线电压下降，容性电流会随着增加，如果该电流在Xs上的电压上升到，那么系统电压维持不变。这个装置的响应速度对于电压波动影响的效果相对来说还是很好的，当不把旁路滤波器影响在考虑范围内，无斜
30、率校正时响应时间小于1ms的时候，斜率校正的响应时间也会达到10ms20ms，而当旁路滤波器与电容器在经过斜率校正后，最快会使动态响应时间减少到1至2个周期。但其自身也有缺点，就是在运行的时候，电抗器的硅钢片会达到饱和状态，因此使铁芯的损耗会变大，并产生有噪音和伴有振动现象的产生。自饱和电抗器与变压器都具有短时过载负荷的功能，在感性范围内存有着线性特性。这种特性使SR型SVC能够降低短时过电压从而达到稳定电压的作用。（2）SR型的应用及优缺点因为SR的高轻度磁滞伸缩噪音使其安装不便，大多安装在很厚且包裹起来的地方。用来保护带负荷分接头切换开关与火花间隙，但总的来说，饱和电抗器这一设备还是挺可靠
31、的。它通常用在直流输电终端来进行无功补偿，控制电压偏移的大幅度产生，还用在电压闪变的缓解。SR性补偿器不可以另加外部控制器，因此不会提高交流系统阻尼，从而有着提高交流系统稳定性的能力。饱和电抗器（SR）的主要优点有：1）系统维护方便，工作可靠性高。2）响应速度还是比较快的，具有部分平衡化功能的控制效果。3）在感性工作时有较好的过载能力，可以快速连续的进行容、感性调节。4）自身能够产生谐波的含量低。缺点主要是：1）运行时有较大的噪音。2）控制的灵动性不是很好，且不能够对其进行分相调节。3）超高压电网不能够与其直接连接。4）单位容量的损耗挺高的，产品生产成本较大。2.5 晶闸管控制电抗器(TCR型
32、)晶闸管控制电抗器（TCR）是SVC组成元件的主要部分之一，TCR也是一种并联型晶闸管控制电抗器，通过对控制晶闸管导通时间的调节可以让其有效电抗不断的改变。晶闸管控制电抗器（TCR型）由电抗器与晶闸管连接组成，无功调节部分由电抗器来实现，具有反应速度快，价格便宜、分相调节、运行可靠等主要优点。并且对不对称负荷能够起到抑制作用，还能实现对每一相的独立控制功能。（1）TCR型的构成基本的单项TCR的构成主要是：固定电抗器和双向导通晶闸管，晶闸管的通断能力一般是3k6kA、3k9kA。在实际应用的时候为了满足电压和容量的要求需要往往采用多个晶闸管串联来使用，来同时触发串联晶闸管才可以导通，但电流过零
33、时会自行阻断。基本单项TCR的原理结构图如下图2.4。图2.4 TCR单项原理图 TRC正常工作，晶闸管对电压每个正负半周的后四分之一周波进行触发使晶闸管导通，从而电抗器导通。晶闸管的触发瞬间是用触发延时角（电压最大峰值点至触发时刻的电角弧）来表示的，所以可以得出电抗器的电流i的有效值。（2）TCR型的应用及优缺点TCR型SVC具有很多优点：如可以平滑调节补偿，能进行分相调节、平衡有功，反应时间快，运行可靠性高，价格不高，适用范围大等，这决定了它在实际应用中得到比较广的应用。基本上都采用这种型式来解决电弧负荷产生的电压闪变的问题。在对高压大容量进行无功补偿的时候作为电压支撑来使用，控制其无功潮
34、流，提高它的系统稳定性，并使得电压波动减弱。因为TCR自身有着谐波产生的原因，所以基本上会和固定的滤波器或电容器一起连接使用，现在大多用来与电容器联用（FC-TCR）来进行动态无功补偿。如今国内很多设备都应用这类型的SVC来进行无功补偿：如轧钢机，提升机，电弧炉，远距离电力传输的补偿设备等。TCR的主要优点有以下几点：1）较高的运行可靠性，较快的动态响应时间。2）灵活控制，调节方式多样，能够进行分相调节，能够连续进行感性和容性无功调节。3）较齐全的保护措施，较小噪音的产生。4）耗少的单位容量损，有比较好的吸收控制谐波的能力。5）广泛用在负载的动态无功补偿。缺点主要有：1）能够产生谐波。2）超高
35、压电网不能够与其直接连接。3）运行维护比较复杂。2.6 晶闸管投切电容器(TSC型) （1）TSC型的构成基本的单项TSC的组成部分：电容器、反并联晶闸管、限流电抗器（阻抗值很小）。限制晶闸管阀因误操作引起的浪涌电流，是限流电抗器的主要作用，这种错误的操作一般都是操作者控制不规范而导致电容器进行投入的时间不对引起的。并且限流电抗器还能让参数和电容器互相搭配，使它和交流系统电抗在一些特定频率上不会出现谐振现象。单项TSC的原理结构如图2.5所示。图2.5 TSC型SVC单项结构TSC有投入、断开状态两个工作状态。TSC在投入状态的时候，双向晶闸管中的一个是导通状态，电容器工作，TSC这时候发出的
36、无功功率是容性无功功率；TSC在断开状态的时候，双向晶闸管中的两个都是阻断状态，TSC支路不工作，这时候没有无功功率的输出。一个周波的时间是TSC最大的响应时间，而且因为电容器只可以在一个周期内的某一时刻内进行投入，不像TCR采用延时触发那样来进行控制，所以TSC支路仅能够提供最大容性（投入状态时的）或者为零（断开状态时）的电流。当TSC在投入状态的时候，它的电压和支路的容性电流是正比关系。在系统实际应用种我们可以根据容量大小的需要可以将多组的TSC用来并联使用逐个投入以得到近似连续相等的容抗， TSC和TCR也可以并联着一起使用以得到相对的连续且可控的容抗值或者感抗值。（2）TSC型的应用及
37、优缺点TSC型SVC大多用于一些动态无功补偿领域：不平衡系统、周期波动的快速变化、非线性负荷设备（如轧钢机、矿井卷扬机、电气化铁路、大功率变频调速装置）、风力发电站等，TSC能够有效的对这些负荷引起的电压波动起到进行一定抑制的作用。因此，低压动态补偿的最佳方式是采用TSC型SVC。在高压状态下大容量大范围调节无功或电压时也可以选择TSC型SVC。TSC和TCR一起使用可以解决很多它们之一单独使用而不能够解决的问题。晶闸管投切电容器的主要优点有以下几点：1）较快的响应速度，较高的频繁动作性。2）比较灵活的控制，能够进行分相调节。3）自身没有谐波分量产生，单位容量损耗少。4）产生较小的噪音。缺点主
38、要有：1）系统产生的谐波不能被吸收，限制过电压能力差。2）其容性无功只可以进行分级调节输出。3）超高压电网不能够与其直接连接。4）运行维护比较复杂。2.7 晶闸管控制的高阻抗变压器(TCT型)（1）TCT型的构成TCT型SVC是TCR的一种特殊类型， 是TCR中的电抗器被高阻抗变压器来替代与并联晶闸管串联组成的，如图 2.6 所示。图2.6 TCT型SVC单行结构它的高阻抗变压器可以选择在33%100%的漏抗。高阻抗变压器一般是形联接来用在高压电网，绝缘要求得以降低。一般用开口形联接用于中低压电网，如果采用形联接于一次侧则可以消除三次谐波，然而分开的二次侧中性点可以使每项负载和其他两项独立起来
39、，从而正、负序电流会得到单独控制的效果，解决不平衡负载的问题。实际上是将基本TCR中的电抗器、耦合变压器两种合在一起做成了这种装置，它与TCR的工作原理差不多，需要用固定电容支路来做滤波器且提供一定的容性无功功率。因为可以在单个晶闸管的工作电压之内取较低值的高阻抗变压器二次电压值（1000V），所以主电路与门极电路的绝缘问题很容易就可以解决，安装也很方便。所以这种装置的生产成本比同容量的TCR要低，得以广泛运用于中小型（4050Mvar及以下）的SVC装置。当容量进一步增大时变压器二次电流也会跟着变大，大电流会产生干扰，损耗大，导致经济性差而不适合使用。（2）TCT型的应用及优缺点由于TCT型
40、SVC是种特殊类型的TCR，可以用于一些动态无功补偿领域：不平衡系统、周期波动的快速变化、非线性负荷设备（如轧钢机、矿井卷扬机、电气化铁路、大功率变频调速装置）、风力发电站等。可以有效的对这些负荷引起的电压波动进行抑制。但是因为TCT型SVC用到油的缘故，必须要一级防火且一般要求安装在户外或者一层的平面。TCT型SVC容量在大于30Mvar时生产成本较高，因此没有被广泛应用。这种装置现在还被国内少数的炼钢厂用来对电弧炉进行无功补偿。TCT的主要优点有：1）较低的产品生产成本。2）有较好的控制过电压能力，运行可靠性好。3）超高压电网可以直接与之连接，这是SVC的另外三种类型所没有的。4）因其是一
41、种特殊的TCR型，所以也有着TCR的一些优点。缺点主要有：1）具有较长的动态响应时间。2）噪音比较大，损耗也大。3）因为没有低电压的二次绕组。4）在与并联电容器一起使用时，只可以在一次侧高压母线上连接滤波器和电容器。5）无源元件必须是用高额定电压的，所以成本较高。3 改进型非线性度变换PI控制3.1 PID控制的原理特点PID控制的基本原理可由图3.1来描述。PID控制器为一种线性控制器，其构成是通过比例环节(P)、积分环节(I)和微分环节(D)3个环节的控制作用来线性组合而成的，也就是说PID控制器控制量的输出是由这3个环节的控制量简单的线性相加的。图3.1 PID控制基本原理图PID控制器
42、的使用已经有了70多年历史，是工业生产中应用得最多的一种控制器。PID控制器操作起来方便，在使用的时候不要求有精确的系统模型等前提条件，所以在很多领域中得到广泛应用的控制器。PID控制器有三个环节组成：比例（P）、积分（I）和微分（D）。其输入和输出之间的关系为： （3.1）因此，对式（3.1）进行拉普拉斯变换后，得出PID控制的传递函数是： （3.2）其中，为比例系数；为积分时间常数，；为微分时间常数，。（1）比例环节比例控制的控制方式是很简单的。比例环节能够及时的反应系统偏差的作用，也就是一旦存在偏差，控制器立马对它进行控制作用，使被控对象改变到偏差减少的方向。比例系数值决定着比例控制作用
43、的强弱，值越大，控制作用就越强，系统的调节时间就越短，响应速度就越快。但是因受系统稳定性的影响值不适宜取太大值，否则系统动态不好，造成系统振荡甚至导致闭环不稳定。 （2）积分环节用来消除静差是积分环节的主要作用。积分作用作为一种累积作用，当有偏差时系统通过积分环节不断累积影响控制量，直到偏差为零，控制量没有再变化，系统才能够稳定。积分作用的强弱程度主要看积分时间常数值的大小。值越大其而会越弱，值越小其反而会越强。增大值的大小会让消除静差的过程的速度变慢，但是超调会减少，稳定性得到提高。（3）微分环节微分环节能够呈现出偏差信号的变化趋势，微分环节能够让系统减少调节时间，系统的动作速度得到加快和振
44、荡得到克服的效果，从而使系统达到稳定。值越大偏差的变化率会跟着越大，则微分的作用就会越强。3.2 非线性度变换PI控制非线性度变换的非线性PID控制(NNTPID)的方法是误差的非线性函数跟传统PID控制器一起连接使用，其控制方法简单。NTPID控制是在传统PID控制前加入一个误差信号的幂指数的非线性度变换构成新的控制器，来达到提高其控制能力的效果。使超调得到抑制，响应速度加快，抗扰动性能增强。NNTPI控制的基本原理是：在误差信号源还没进入传统PI控制前增加一个幂指数为的变换函数，以构成一个虚拟的误差信号源，并对其进行调节控制。其控制结构框图如图3.2所示。图3.2 NNTPI控制框图在图3
45、.2中，以下为非线性度变换环节的表达式： （3.3）式（3.3）中，叫非线性度，为误差信号源的非线性度变换强弱的程度。值越小非线性度变换程度越强。如果值越小，则其控制器具有越好的快速性能，但是系统的稳定性会下降，甚至会发生振荡。3.3 改进型NNTPI控制PI控制器对系统稳定的控制是由比例和积分的控制量来决定的。比例作用可消除偏差使系统响应速度加快的控制效果，如果比例作用太大也会影响系统的稳定性跟着下降。积分作用对系统的稳态误差也具有消除的作用，但如果太大，也会对系统稳定性造成一定的影响 。因此，本文设计了一种改进型NNTPI控制器。改进型NNTPI控制器是在传统PI控制器为参照的基础上，在传
46、统PI控制器的比例和积分环节之前，分别加入不一样的非线性度以构成非线性变换环节。其控制结构框图如下图3.3所示。图3.3 改进型NNTPI控制结构图在图3.3中，、分别是比例、积分两个环节的非线性度，且不相等，其中 （3.4） （3.5）改进型NNTPI的控制规律如下表示： （3.6）3.4 SVC控制系统SVC控制系统如图3.4所示，有电压测量系统，电压调节器，分配单元和同步和脉冲发生单元构成。图3.4 SVC控制系统框图电力系统跟SVC连接点的电压信号通过电压测量系统单元来测量出来的；电压信号和参考电压信号这两个信号的对比，是通过由电压调节器单元来完成的，等效电纳信号：由误差信号通过控制器的变换后输出得到，其值为标幺值；TCR触发延迟角值：是由电纳值计算而出的， TSC是否导通或关断状