基于TSC的电力系统电压波动抑制技术的研究开题报告

1. 研究目的与意义

随着科学技术的快速发展，电力负荷不断增长，电力工业也在不断发展。电压波动和闪变直接威胁到电力系统供电可靠性，不仅影响着农业的发展，还会影响到我们的日常生活。而且随着超大功率半导体器件的诞生，电力电子应用技术和控制技术的发展，通过静止无功补偿器抑制电压波动与闪变，得到了快速的发展和应用，电能质量问题已成为电力科学研究的热点。通过阐述电力系统电压波动与闪变的基本原理、产生的原因及相关抑制措施，同时介绍不同种类的无功补偿装置，分析其补偿原理，最后基于 TSC 对电力系统电压波动抑制技术进行研究。

近年来，由于电网容量的增加，对电网的无功要求也与日增加，同时对电能质量的要求也越来越高。传统无功补偿装置很难达到单位功率因数的补偿，电网无功功率不平衡将导致系统电压的巨大波动，严重时会导致用电设备的损坏，出现系统电压崩溃和稳定破坏事故。TSC 是当前使用较为广泛的无功补偿方式，其具有结构简单、成本较低等特点，有较大的应用价值。

2. 课题关键问题和重难点

本文研究了电力系统电压波动特点，提出了一些技术和方法，所以我总结的本课题关键问题如下：

1、电力系统电压波动的基本概述；

2、电力系统电压波动的影响与危害分析；

3. 国内外研究现状（文献综述）

电能的广泛使用导致大量电能质量问题的出现，现如今，随着工业技术和信息技术的快速发展，电能质量问题越来越受到人们的关注。由冲击性功率负荷引起的电压波动和闪变是电能质量问题的重要方面之一，冲击性功率负荷的增加，致使电压波动问题显著，严重影响电力系统供电稳定性和可靠性。

如何提高电能质量、抑制电压波动和闪变，一直都是国内外研究人员的重要课题。要做到有效抑制电压波动，首先需要准确监测。电力系统的电压波动和闪变主要是由具有冲击性功率的负荷引起的，如变频调速装置、炼钢电弧炉、电气化铁路和轧钢机等。这些非线性、不平衡冲击性负荷在生产过程中有功和无功功率随机或周期性的大幅度变动，当其波动电流流过供电线路阻抗时产生变动的压降，导致同一电网上其他用户电压以相同的频率波动。这种电压幅值在一定范围内（通常为额定值的90%~110%）有规律或随机地变化，即称为电压波动。电压波动通常会引起许多电工设备不能正常工作，如影响电视画面质量、使电动机转速脉动、使电子仪器工作失常、使白炽灯光发生闪烁等等。由于一般用电设备对电压波动的敏感度远低于白炽灯，为此，选择人对白炽灯照度波动的主观视感，即“闪变”，作为衡量电压波动危害程度的评价指标。目前，常用的电压波动监测方法有三种：平方解调减波法、全波整流检波法和半波有效值波法。而近年来，一些新理论和新原理应用于波动电压检测。其中，有一种采用小波多分辨率信号分解和同步检波的电压闪变信号检测新方法，该方法用小波多分辨率信号分解滤波器取代同步检波器中的解调带通滤波器，可以检测出电压闪变信号的突变时间和包络信号中的各个频率分量及其幅度。由于传统小波分析数字信号处理具有对信号所需采样数据多，检测突变故障信号的故障时刻延时较大等特点，因而在采用小波多分辨率信号分解时，必须寻求快速小波函数及其相应小波变换。半小波函数及其半小波变换是其中之一，它具有与全小波函数及其小波变换相同的时频域特性和故障信号特征提取能力，其信号处理速度要比常规小波变换的速度快一倍，而且检测突变故障信号的故障时刻更加及时，具有更好的实时性。由于电压波动在电力系统前期造成的危害相对较小，和电网谐波、三相不平衡等电能质量的衡量标准制定相比，电压波动的治理措施和标准制定都较落后。工业化时代带动电弧炉的大量使用，上个世纪的二十年代开始，针对电弧炉的测量技术研究逐渐兴起，于七十年代日本率先制定了统一的闪变衡量标准--Δv10 ，并基于此研制出了闪变测量仪。随后欧美地区以英国和美国为代表的各个国家也先后从不同角度研究了闪变测量方法和制定电压波动和闪变的相关衡量标准。各国对电压波动和闪变的相关技术的关注和研究推动了国际统一标准的发展，1986年国际电热协会（uie）和国际电工委员会（iec）制定颁布了闪变测量的数学模型和闪变仪的设计规范，之后从电磁兼容的概念出发制定了一系列电压波动与闪变标准。我国的相关研究起步较晚，1990年参考日本相关标准发布了第一部与电压波动和闪变有关的国家标准--gb/t 12326-1990《电能质量电压允许波动和闪变》标准。为了紧跟国际步伐，10年后我国根据iec标准颁布了新的电压波动和闪变制定评估标准，并于2008年继续更新修订了该标准。基于这个标准，以电弧炉为模型，研究减小电压波动的措施有：1、确定合理的供电接线方式；2、提高供电电压；3、增加短路电容。

目前，大部分用于改善和提高电能质量的补偿装置都具有抑制电压波动与闪变的功能，如静止无功补偿器（svc），有源滤波器（apf），动态电压恢复器（dvr）等，而现代无功补偿装置又发展出功能更多、适应性更强的多端口设备。静止无功补偿器（svc）是最早的基于电力电子器件的无功补偿装置，到如今已经发展的非常成熟，是大面积在使用的配电网电压补偿装置。它的基本结构为晶闸管控制电抗器（tcr）和晶闸管投切电容器（tsc）。单个使用 tsc 、tcr 或者组合使用两者来构成 svc 的主电路。单独使用 tsc 时，虽然可以对系统进行大功率补偿，但是由于电容器的存在不能实现连续补偿。单独使用 tcr 时可以实现对系统的连续补偿，但是晶闸管导通角持续不断改变会引起谐波增多，渗入电网。tsc和 tcr 的组合使用可以一定程度上改善以上不足，既可以增大补偿容量，又可以进行连续平滑补偿。目前很多部门无功补偿的出发点还放在补偿用户的功率因数,而不是立足于降低电网的损耗。如果要实现有效地降损，就必须通过计算无功潮流，确定各点的最优补偿容量和补偿方式，从整个电力系统的角度考虑问题，使有限的资源发挥最大的效益。保证无功补偿装置安全运行的关键是电容器无冲击地投入电网。但是，还有相当一部分 tsc 装置,因晶闸管触发脉冲控制不当(如脉冲变压器易损坏)，在运行过程中频繁出现故障，导致电容器组投入瞬间冲击电流过大,损坏晶闸管和电容器。有时，在投入过程中，甚至由于冲击致使开关装置在保护的作用下跳闸，造成多处变电站现有的该类装置形同虚设。因此，严格保证晶闸管开关无冲击地操作，提高触发电路的可靠性，还有待于进一步探讨。

4. 研究方案

本课题是基于 TSC 的电力系统电压波动抑制技术的研究，本论文将从电力系统电压波动的影响与危害、电压波动的检测及不同算法、电压波动对电力系统供电可靠性的影响三个方面论证，本课题的难点是电压波动抑制技术研究，所以论证方案如下图：

5. 工作计划

第 1 周：熟悉所分配课题，收集相关资料

第 2 周：完成外文资料的翻译和审核

第 3 周： 自拟开题报告、并完成审核