1．課題背景及研究的目的和意義
電力資源是我國目前最主要和應用相對成熟的資源,而隨著我國工業化取得突飛猛進的發展,對電力資源的要求也提高到新的階段。
現階段,由於大型非線性負載的大量使用,比如亂鋼機,捲揚機,化工裝置等,還有各種整流器,逆變器,變頻器等工業電子裝置的應用,直接引入了大量的電網諧波和與電網不匹配的無功功率,使得我國的電網系統遭到重大汙染。
其危害主要表現在以下幾個方面:
1、降低了電網電壓的穩定性:感性無功使供電點電壓降低,容性無功使供電點電壓升高。
2、無功功率的增加使得負載電流增大,導致電氣裝置的功耗和溫升更嚴重,嚴重損害裝置壽命。
3、視在功率隨著無功功率的增加而變大,使得電氣裝置所需容量也隨之增大,進而使得電氣裝置的成本增加。
因此,對電網進行合理的無功補償,對我國電力系統穩定執行、電網安全、降低損耗和提高經濟性等方面有著重大的意義。為解決上述問題,現階段比較有效的手段是採用無功補償裝置對電網的無功功率進行補償,達到治理汙染的效果。
針對電網中無功功率的補償不外乎兩個途徑：一種是裝設補償裝置，設法對無功功率進行補償；另一種是對電力電子裝置本身進行改造，使其不產生諧波同時也不產生無功需求，或根據需要對其無功功率進行調節。其中後一種措施需要對現有的電力電子裝置進行大規模的改造和更新，具有一定的侷限性。相比較而言，前一種措施則適合於所有低功率因數的裝置，實施起來方法簡單，應用前景十分廣闊。
靜止無功補償技術 SVC(Static Var Compensator)是 20 世紀 70 年代以後發展起來的，是指用不同的靜止開關投切電容器或是電抗器，使其具有發出和吸收無功電流的能力，用於提高系統的功率因數和穩定系統電壓等。現在靜止無功補償器一般專指使用閘流體的無功補償裝置，它具有各種不同的形式。閘流體投切電容器 TSC(Thyristor Switched Capacitor)和閘流體控制電抗器 TCR (Thyristor Controlled Reactor)是其典型代表。TCR 裝置採用相控原理，依靠調節 TCR 中閘流體的觸發延遲角連續調節補償裝置的無功功率。
高壓TSC裝置是指額定工作電壓為6kV以上的閘流體投切電容器補償裝置。由於採用閘流體開關代替了傳統的機械式開關，能夠實現無衝擊湧流投入和電流過零切除，解決了機械式開關投切電容器時發生的衝擊湧流和過電壓問題。同時在 TSC 系統中採用特定的電感器，可有效防止諧波放大、有效吸收大部分諧波電流，還能達到
諧波治理的`目的。
高壓 TSC 裝置是提高中高壓輸配電網執行經濟性和可靠性的一種實用技術手段，可有效的達到平衡中高壓輸配電網中的無功、提高系統功率因數、降低網損、改善電壓質量、提高系統無功儲備、防止電壓崩潰、提高系統穩定極限的目的。另外由於採用控制器進行自動投切，響應速度快，可頻繁投切，可以應用於快速波動變化、衝擊型、非線性負載（如電氣化鐵路、電弧爐、軋鋼機等）的應用場合，有效地抑制這些負荷所引起的電壓波動問題。
目前，我國應用於中高壓輸配電網及針對中高壓用電裝置的無功補償技術相對落後。很多需要進行動態無功補償的應用場合，如鍊鋼廠、大中型煤礦等都沒有采用有效的補償手段，造成中高壓電網電能質量下降，已經投入應用的 SVC裝置也大多數依賴於進口。因此對高壓 TSC 控制技術進行研究，加速高壓 TSC國產化，使其早日在我國電力系統中得到推廣應用，具有重要意義。
2．國內外在該方向的研究現狀及分析
2.1國外現狀及分析
國外對於大容量高壓 TSC 控制技術的研究起步較早，經過多年的研究和實際應用，技術相對成熟。
19xx年 8 月，安裝在美國西南部新墨西哥州的 Eddy County 變電站的 SVC裝置投入商業應用。該 SVC 裝置單線系統包括一條 76MVar 的高壓 TSC 支路，一條 74MVar 的 TCR 支路，以便連續調節無功功率，還包括兩條基頻容量為24MVar 的雙調諧濾波支路。該變電站一次側母線電壓 230kV，將 SVC 裝置裝設在變電站二次側
8.5kV 母線上，通過該 SVC 裝置可以滿足 Eddy County 變電站-50MVar（感性）至+100MVar（容性）範圍內的無功需求。
19xx 年，日本的 CEPCO(Chubu Electric Power Co., Inc.)為監視和控制 500kV主幹線，首次引入了主幹線高壓 TSC 系統。而後為保護西部供電區的大容量輸電系統，又於 1996 年引進了電源 TSC 補償系統。1998 年至 2002 年，CEPCO 又在東部供電區與和 Shin-mikawa 地區引入了電源 TSC 系統，從而完成了供電網系列補償工程，整個系統起到了良好的區域性無功補償和穩定電壓的作用。
以色列 ELSPEC 公司研製開發了一種全自動化、數字化、智慧化的 TSC 無功功率補償裝置，該裝置實時檢測感性負載的無功功率，能夠做到 5-20ms 投切全部電容器組，幾年來在我國四川攀枝花鋼鐵、遼寧錦州鐵路、上海通用汽車、中海油中石化油田等單位得到了推廣應用。
2.2國內現狀及分析
近幾年，國內大型高壓用電企業引進了大量國外的 TSC 無功補償裝置，自20 世紀 80 年代從 ABB、SIEMENS 等跨國公司引進 SVC 裝置，至今已有數十套進口 SVC 裝置。
國內一些科研單位與生產企業研究開發的高壓 TSC 裝置，因受國內大功率閘流體器件水平及高電壓、大電流的電力電子技術與數字化的微電子技術互相結合的技術限制，從效能上、元器件的質量、產品結構上還有一定的差距。主要表現在：（1）動態響應時間較慢，每一步的補償響應時間均在 100ms 以上，當需要投切大的電容器組時，其裝置響應時間將更長。（2）補償功率不能一步到位，衝擊電流過大，功率因數、電壓以及電流的波動均非常嚴重，投入時，因為反應時間不夠，補償電容是逐步加入，會造成欠補；切除時，會造成過補，因為電容器逐步切除而造成系統電壓抬高、電流抬升，加劇電壓的波動和閃變。（3）系統特性容易漂移，維護成本高、造成裝置整體投資費用高。
因此，國內各變電站及工業企業應用的 SVC 裝置多數依賴進口。從己投入執行的進口大容量高壓 TSC 裝置實際執行情況來看，這些裝置對支撐電網電壓、增強系統穩定性、提高輸電能力及改善電能質量都發揮了良好的作用。
3．研究內容及擬解決的關鍵問題
3.1研究內容
基於目前國內的高壓 TSC 裝置的研究現狀，確定本論文主要完成如下任務：
一、熟悉SVC、TSC的基本結構,理解其工作原理,對電力系統中的TSC裝置,利用等效電路圖,分析TSC是如何影響電網電壓和功率,列出公式分析TSC無功補償的過程。
二、深入分析 TSC 無功補償系統的補償原理，瞭解主電路連結方式、電容投切時刻的選擇、電容分組方式、電容投切控制策略和無功功率控制判據的設計。
三、對閘流體特性進行研究,分析閘流體靜態特性、動態特性和應用中的相關特性對器件串聯使用的影響。又根據其特性的分析和試驗,作出對閥元件引數的選擇。
四、利用MATLAB/Simulink搭建理想狀態下的TSC模型,確定補償引數,對TSC無功補償系統進行模擬,驗證補償系統的合理性。
3.2擬解決的關鍵問題
一、對高壓TSC裝置工作原理及結構的分析， TSC無功補償過程分析公式的
列寫。
二、在分析掌握主電路結構和原理的基礎上，對TSC拓撲、電容投入時刻、電容分組方式、電容投切控制策略以及閘流體相關閥元件引數的設計與選擇。
三、利用MATLAB/Simulink搭建理想狀態下的TSC模型,對TSC無功補償系統進行模擬以及補償系統的合理性的檢驗。
4. 擬採取的研究方法和技術路線、進度安排、預期達到的目標
4.1擬採取的研究方法和技術路線
一、對於TSC拓撲初步決定使用星型有中線的接法。
二、電容分組方式則採用等容式。
三、電容投切控制策略則採用九區圖控制以及為解決投切震盪和裝置動作頻繁等問題而產生的改進的九區圖。
四、基於以上方案的選擇和設計通過利用MATLAB/Simulink搭建理想狀態下的TSC模型，對所設計的補償系統的各項功能進行模擬和測試，從而確定方案的可行性。
4.2進度安排
（1）20xx.12 ——20xx.3：開題工作階段。
主要進行文獻蒐集和閱讀等相關準備工作，完成開題階段各項工作。完成系統數學模型搭建。
（2）20xx.3 ——20xx.5：主體工作階段。
按照計劃順序，進行TSC拓撲選擇、控制策略研究、MATLAB模擬等，完成研究主體工作。
（3）20xx.5——20xx.6：完善工作階段。
完善前期工作，修改個別不合理部分。對研究工作進行總結。
（4）20xx.6：撰寫畢業論文。
4.3預期達到的目標
通過模擬的結果說明所設計的TSC無功補償裝置能夠有效補償電網無功，基本滿足實際應用的需要。
5．課題已具備和所需的條件