绪论电网中电力设备大多是根据电磁感应原理工作的，它们在能量转换过程中建立交变磁场，在一个周期内吸收的功率和释放的功率相等。

电源能量在通过纯电感或纯电容电路时并没有能量消耗，仅在用电负荷和电源之间往复交换，由于这种交换功率不对外做功，因此称为无功功率。

无功功率反映了内部与外部往返交换能量的情况，它并不像有功功率那样表示单位时间所做的平均功率，但是它和有功功率一样是维护电力系统稳定，保证电能质量和安全运行必不可少的。

如果电网中的无功功率不足，致使用电设备没有足够的无功功率来建立和维持正常的电磁场，就会造成设备的端电压下降，不能保证电力设备在额定的技术参数下工作，从而影响用电设备的正常工作。

具体表现在以下三方面：（1）降低有功功率，使电力系统内的电气设备容量不能得到充分利用。

在额定电压和额定电流下，由P=UIcosφ，若功率因数降低，则有功功率随之降低，是设备容量不能充分利用。

（2）增加输、配线电路中的有功功率和电能损耗。

设备功率因数降低，在线路输送同样有功功率时，线路中就会流过更多的电流，是线路中的有功功率损耗增加。

（3）是线路的电压损失增加。

使负载端的电压下降，有时甚至低于允许值，从而严重影响电动机及其他用电设备的正常运行。

特别是在用电高峰季节，功率因数太低，会出现大面积的电压偏低。

基于上述情况，在电力系统中经常要进行无功补偿。

无功补偿的主要作用就是提高功率因数以减少设备容量和功率损耗、稳定电压和提高供电质量，在长距离输电中提高系统输电稳定性和输电能力以及平衡三相负载的有功功率和无功功率。

安装并联电容器进行无功补偿，可限制无功功率在电网中传输，相应减小了线路的电压损耗，提高了配电网的电压质量。

无功补偿应根据分级就地和便于调整电压的原则进行配置。

集中补偿和分散补偿相结合，以分散补偿为主；高压补偿与低压补偿相结合，以低压补偿为主；调压与降损相结合；并且与配电网建设改造工程同步规划、设计、施工、同步投运。

无功补偿的作用具体体现在以下四方面：(1)提高电压质量配电网中无功补偿设备的合理配置，与电网的供电电压质量关系十分密切。

合理安装补偿设备可以改善电压质量。

由于越靠近线路末端，线路的电抗X 越大，因此，越靠近线路末端装设无功补偿装置效果越好。

(2)降低电能损耗安装无功补偿主要是为了降损节能，如输送的有功功率P 为定值，加装无功补偿设备后功率因数由cos φ 提高到cos φ1，因为P=UIcos φ，负荷电流I 与cos φ 成反比，又由于P=2I R ，线路的有功损失与电流I 的平方成正比。

当cos φ升高，负荷电流I 降低，即电流I 降低线路有功损耗就成倍降低。

反之当负荷的功率因数从1降低到cos φ时，电网元件中功率损耗将增加的百分数为ΔL P ％，计算公式如下：ΔL P ％=（1/2cos φ -1）*100%(3)提高发供电设备运行效率1)在设备容量不变的条件下，由于提高了功率因数可以少送无功功率，因此可以多送有功功率。

可多送的有功功率ΔP可由下式计算，其中1P为补偿前的有功功率ΔP=P1-P=S*（cosφ-cosφ1）2)如需要的有功不变，则由于需要的无功减少，所需配电变压器容量ΔS也相应减少。

即ΔS=S-S1=P[(1/cosφ)-(1/cosφ1)]可减少的供电设备容量占原容量的百分比为ΔS/S.即ΔS/S=（cosφ1-cosφ）/cosφ1=1-（cosφ/cosφ1）3)安装无功补偿设备，可使发电机多发有功功率。

系统采取无功补偿后，使无功负荷降低，发电机即可少发无功，多发有功，充分达到铭牌出力。

(4)减少用户电费支出1)可避免因功率因数低于规定值而受罚。

2)可减少用户内部因传输和分配无功功率造成的有功功率损耗，电费可相应降低。

无功补偿的电源装置主要包括：电力电容器，电力电抗器，输电线路平行排列导线，同步发电机，同步调相机，同步电机调相运行，同步电动机进相运行，异步电动机进相运行，异步电动机同步化运行，无功静止补偿器（SVC），无功静止发生器（SVG）等。

由于电网负载绝大多数是感性，因而采用并联电容器组，通过对并联电容器组的投切控制来进行就地无功补偿是一种较经济易行的措施并已得到广泛应用。

并联补偿电容器的优点是简单、经济、方便、灵活，缺点是只能补偿固定无功并有可能与系统发生谐波放大甚至并联谐振。

由于电力电容器是一种储能元件，在其通断时存在暂态过渡过程，给电容器的投切带来了严重问题，若投切控制设计不当，则会严重影响投切开关和电力电容器的使用寿命，造成较大的经济损失并影响电力系统的安全稳定运行。

自动投切电容器根据控制开关的不同，可分为断路器/ 接触器投切电容器装置和晶闸管投切电容器装置（Thyristor-switched Capacitor,TSC）。

断路器/接触器投切电容器装置具有结构简单，控制方便，性能稳定和成本低廉的优点，但是其缺点是合闸时，投切滤波支路有一个暂态过程会产生过电流、过电压，影响电容器及串联电抗器的可靠运行；切除滤波支路时，触头上恢复电压较高，有开关重燃的可能，多次重复击穿时，电容器上产生很高的过电压致使设备损坏。

另外，对电容器的投切冲击，国际电工技术委员会（IEC）规定每年不超过1000次，加之开关寿命的限制，不能频繁投切，从而影响动态补偿效果。

与机械开关投切电容器相比，晶闸管开、关无触点，其操作寿命几乎是无限的，而且晶闸管的投切时刻可以精确控制，可以快速无冲击的将电容器投入电网中，大大减少了投切时的操作困难和冲击电流，其动态响应时间约为0.01~0.02s，TSC能快速跟踪冲击负荷的突变，随时保持最佳馈电功率因数，实现动态无功补偿，减小电压波动，提高电能质量，节约电能。

另外，TSC虽然不能连续调节无功功率，但是运行时不产生谐波并且损耗较小。

综上所述，晶闸管投切电容器装置具有无机械磨损、响应速度快、平滑投切以及良好的综合补偿效果等优点。

不可否认，晶闸管投切电容器也有一些缺点，比如控制系统较复杂、可靠性低、投资费用高（需增设降压变压器，晶闸管机组等），并且对设计制造，运行管理的技术要求较高。

尽管如此，因为其优良的动态无功功率补偿性能，使得TSC近年来取得了较大的发展！晶闸管投切电容器的研究现状及前景由于晶闸管投切电容器具有优良的动态无功功率补偿性能，近年来该技术在低压配电网中得到了迅速的推广应用。

该技术在以下几个方面的发展动向值得注意。

（1）提高TSC产品可靠性，降低其成本。

产品的可靠性是其赖以生存和发展的可靠条件。

TSC产品集强电（晶闸管、电容器等）与弱电（微处理器、存储器等）于一体，它们之间的电磁干扰非常严重。

合理选择电子器件及设计控制器电路，合理选择检测物理量和控制算法，进一步提高产品的可靠性和抗干扰能力，减小投切的震荡，降低产品成本，提高产品的竞争力是今后的一个研究方向。

主电路中采用晶闸管阀，过零检测电路采用光耦，存在逻辑触发电路比较复杂、可靠性低的问题。

目前实用的是用过零固态继电器作为ＴＳＣ装置的开关元件来解决这一问题，得了满意的效果。

（２）无功参量的快速检测及控制新方法快速准确地检测系统的无功参数，是ＴＳＣ进行快速动态补偿的前提条件。

虽然目前提出了一些检测方法，但对于三相不平衡系统、存在谐波的系统的无功功率的定义及无功参数的测量还值得研究。

随着计算机数字控制技术和智能控制理论的发展，一些先进的控制方法引入ＴＳＣ控制，提高其智能控制水平也是一项非常有意义的工作。

（３）研制兼具补偿无功和抑制谐波的多功能产品随着电力电子技术的发展和电力电子产品的推广应用，供电系统或负荷中含有大量谐波。

研制开发兼有ＴＳＣ与电力滤波器双重优点的晶闸管开关滤波器，将成为改善系统功率因数、抑制谐波、稳定系统电压、改善电能质量的有效手段。

（４）高压系统中的ＴＳＣ技术由于受到晶闸管耐压水平的限制，目前用于高压系统的ＴＳＣ是通过变压器降压接入的，如用于电气化铁道牵引变电所中的ＴＳＣ。

研制直接接入高压电网（如１０ＫＶ）进行高压动态无功补偿的装置具有重要意义。

该方式的关键问题是要解决补偿装置晶闸管和二极管的耐压，即多个晶闸管元件串联及均压、触发控制的同步性等。

晶闸管投切电容器装置具有优良的动态无功功率补偿性能，特别适合于冲击性负荷及经常波动性负荷的场所，对提高配电系统的功率因数，稳定系统电压，降低能耗，具有重要的作用。

随着电力电子技术的迅速发展，特别是电力电子器件价格的下降，晶闸管投切电容器技术更值是进一步深入研究和大力推广应用。

论文的主要工作在本次的毕业设计中主要做以下工作：（１）无功功率的作用及无功补偿的意义（２）介绍主要的几种无功补偿方式（３）学习电容器投切过程的分析方法（４）学习Matlab的使用方法（５）利用Matlab对电容器投切过程进行仿真（６）改变电容器的分组，投切的时刻，设置不同的残压，观察电容器投切过程的变化（７）总结毕设内容，撰写毕业论文（８）外文翻译通过本次毕业设计，应达到的目标是：（１）掌握电容器投切过程的的分析方法（２）掌握Matlab的使用方法（３）了解电容器投切过程的特征（４）观察电容器投切过程中引起的电压暂降Matlab软件简介Matlab 简述研究电容器的投切过程需要进行仿真，因此选择使用Matlab软件进行仿真，首先简单介绍一下Matlab软件。

在MATLAB 桌面上可以得到和访问的窗口主要有：命令窗口（The Command Window）命令历史窗口（The Command History Window）启动平台（Launch Pad）编辑调试窗口（The Edit/Debug Window）工作台窗口和数组编辑器（Workspace Browser and Array Editor）帮助空间窗口（Help Browser）当前路径窗口（Current Directory Browser）Matlab具有友好的工作平台和编程环境、简单易学的编程语言、强大的科学计算和数据处理能力、出色的图形和图像处理功能、能适应多领域应用的工具葙、适应多种语言的程序接口、模块化的设计和系统级的仿真功能等诸多的优点和特点。

具体划分，主要包括：（1）易用性MATLAB 是种解释型语言，就像各种版本的BASIC。

和BASIC 一样，它简单易用程序可用作便笺簿求打在命令行处表达式的值，也可执行预先写好的大型程序。

在MATLAB集成开发环境下，程序可以方便的编写，修改和调试。

这是因为这种语言极易使用，对于教育应用和快速建立新程序的原型，它是一个理想的工具。

许多的编程工具使得MATLAB 十分简单易用。

这些工具包括：一个集成的编译/调试器，在线文件手册，工作台和扩展范例。

（2）平台独立性MATLAB 支持许多的操作系统，提供了大量的平台独立的措施。