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TSC無功補償裝置的設計
更新時間:2020-03-29 發布:www.cxkfzx.com

摘要:晶閘管投切電容器(TSC)是靜止無功抵償技術的成長標的目的。憑據筆者設計的一種TSC無功抵償裝配,分析了TSC裝配經常使用的主電路的特點,介紹了電容器投切判據與旌旗燈號檢測、零電壓投進和晶閘管觸發電路等關頭問題的解決方案。
關頭詞:無功抵償晶閘管TSC零電壓觸發  DESIGNONATSCREACTIVEPOWERCOMPENSATIONDEVICE  Abstract:Thyristorswitchedcapactor(TSC)isanewdirectionofthestaticvarcompensator(SVC)technology.BasingonadesignprojectforTSCreactivepowercompensationdevice,thecharacteristicsofitsvariousmaincircuitsareanalysed.SomekeyproblemsondevelopingTSCdeviceareintroduced,i.e.thecriterionofswitchedcapactor,thedatadetectionmethod,zero-voltageswitching-on,andthetriggeringcircuitforthyristors.  keywords:reactivepowercompensation;thyristor;thyristorswitchedcapactor;zero-voltagetriggering  1引言  靜止無功抵償裝配(SVC)是配電網中控制無功功率的裝配,它憑據無功功率的需求,對無功器件(電容器和電抗器)進行投切或調理。傳統的無功抵償裝配采用機械開關(接觸器或斷路器)投切電容器,開關觸頭易受電弧作用而損壞。據查詢拜訪,我國曩昔使用的自動投切電容器無功抵償裝配在使用3年后損壞率達75%[1]。隨著電力電子技術的迅速成長,晶閘管起頭用于SVC裝配中,泛起了晶閘管控制電抗器(TCR)和晶閘管投切電容器(TSC)這兩種基本結構型式的SVC。  使用晶閘管作為電容器的投切開關,其最年夜優點是可以頻仍投切。是以,TSC正在成為電容器無功抵償裝配的更新換代產物。TSC裝配的關頭問題是若何對作為電容器投切開關的晶閘管進行控制,以保證整套裝配的平安靠得住工作和到達優良的無功抵償效果。  筆者設計了一種TSC無功抵償裝配。以下著重介紹設計方案中主電路選擇、旌旗燈號檢測、投切判據、零電壓投切、晶閘管觸發電路等TSC裝配的關頭技術問題。  2主電路的選擇  TSC無功抵償裝配由若干組電容器組成,電容器組經常使用的主電路方案如圖1所示。  
圖1TSC無功抵償裝配的主電路圖  圖1a~1d方案為三角形接線,其中圖1a、1b中的電容器為單相電容器;圖1c、1d中的電容器為三相電容器(內部已接成三角形)。  圖1a方案中的無觸點投切開關由兩只反并聯的晶閘管組成(可選用雙向晶閘管)。當晶閘管為正向電壓,且門極上有觸發旌旗燈號時,晶閘管導通,電容器投進;當往失落觸發脈沖旌旗燈號后,電流過零時,晶閘管截止,電容器從電網上切除。所以,剛切除時電容器上的電壓(稱為殘壓)為電網電壓幅值(或正或負)。  圖1b方案采用二極管取代部門晶閘管,從而下降裝配的成本。當電容器剛切除時,其殘壓為電網電壓幅值(正值)。這類方案的響應速度不如圖1a方案。其緣由是[2]:在切除電容器時,從切除指令的輸出到第一個電力電子器件截止,方案1a在半個周波內完成,即不年夜于10ms;方案1b則由于二極管的不成控性,凡是要年夜于半個周波才能被切除,但切除時間一般不會跨越一個周波,即不年夜于20ms。  圖1d方案爽性省失落了一相的晶閘管,一樣可以控制三相電容器的投切。  圖1e方案和圖1f方案為Y形接線,可用于三相負荷不服衡的電路中作為分相抵償。  筆者設計的TSC無功抵償裝配采用圖1a方案。晶閘管電壓值USCR的選摘要斟酌電力電容器上的充電電壓,可按式(1)選擇:  (1)  式中 k1為電壓裕度,取1.1;k2為電網電壓波動系數,取1.1;U為電網額定電壓。  晶閘管電流值ISCR可按式(2)選擇:  ISCR=2.54πfCU×10-6(2)  式中f為50Hz,C為電容(微法)。  
圖2電容器抵償的系統示意圖  3投切判據與旌旗燈號檢測  筆者設計的TSC無功抵償裝配經由過程檢測負荷側無功電流幅值作為電力電容器的投切判據。基原理以下:  圖2是電容器無功抵償系統示意圖。設節點電壓為  (3)  (4)負荷電流為  即  (5)  其中,ip(t)和iq(t)劃分為有功電流份量和無功電流份量。當ωt=2kπ時  (6)  可見,只要丈量在電壓正向過零時刻的負載電流,就可獲得無功電流幅值IQM。這類無功電流檢測方式簡單、快速(在一個周期內只要采樣一次)。  
圖3無功電流幅值檢測原理電路框圖  基于上述原理的無功電流幅值檢測原理電路框圖如圖3所示。來自電壓互感器的電壓旌旗燈號u和電流互感器的電流旌旗燈號i經太低通濾波器(LPF)濾波后由過零脈沖發生電路發生電壓正向過零脈沖旌旗燈號,作為采樣連結器的采樣開關旌旗燈號,因而采樣連結器的輸出就是無功電流幅值。  由圖2可知,il=ic is,若是使iq=ic,則實現了完全抵償。由  (7)  (8)  可得  (9)  △C即為全抵償所需投切的電容量。若△C為負,則是切除響應容量的電容器;反之,則應投進響應容量的電容器。  4零電壓投進問題  在電容器切除后重新投進時,若晶閘管導通(電容器接進電網)時的電網電壓與電容器殘壓相差較年夜,就會由于電容器上的電壓不能突變,而發生很年夜的電流沖擊(合閘涌流),這一沖擊極可能損壞晶閘管,或給電網帶來高頻沖擊。為了使電容器投進時不引發涌流沖擊,必需選準晶閘管觸發的理想時刻,即保證晶閘管導通時電網電壓與電容器殘壓年夜小相等、極性一致,這就要預先測知電容器殘壓,但這凡是不太容易做到。為解決這一問題,可斟酌以下方案:  (1)加放電電阻。每次切除電容器后,經由過程專門的放電電阻對電容器放電,使電容器殘壓接近為零,晶閘管在電網電壓過零時投進。這一方案要增加無功抵償裝配的成本,而且電容器切除后自動接進放電電阻的電路也較復雜。  (2)電容器預充電。投進電容器之前對其預充電,充電到電網電壓的峰值,在電網電壓峰值時觸發晶閘管。這類方式將使主電路變得很復雜,而且延長了電容器的投進時間。  (3)主電路采用晶閘管與二極管反并聯方式。如圖1b所示方案中,電容器投進前其電壓總是維持在電網電壓的峰值,一旦電容器電壓比電網電壓峰值有所下降,二極管城市將其電壓充電至電網峰值電壓。只要在電網電壓峰值時觸發晶閘管,就可避免電流沖擊。  
圖4零電壓觸發原理框圖  (4)檢測晶閘管兩頭電壓的零電壓觸發方式[3]。由于電容器殘壓的不肯定性,晶閘管上的電壓是一個不能憑據電網電壓計較的值,但可經由過程檢測晶閘管兩頭(陽極和陰極)的電壓來肯定電網電壓與電容器殘壓是否相等。當檢測到晶閘管兩頭電壓相等(電壓差為零)時,觸發晶閘管。其原理電路原理框圖如圖4所示。  圖4中,晶閘管兩頭電壓經電阻降壓送到光電耦合器,當交流電壓瞬時值與電容器殘壓相等時晶閘管上電壓為零,零電壓檢測電路輸出一個脈沖,該脈沖與TSC投進指令相“與”后啟動觸發電路,往觸發響應的晶閘管。  5晶閘管觸發電路  TSC無功抵償裝配的控制系統由80C196KB單片機、旌旗燈號檢測電路、晶閘管觸發電路、和其人機接口電路等部門組成。圖5是觸發電路的原理框圖。  圖5觸發電路的原理框圖  同步脈沖形成電路的作用是消除電網頻率不穩定釀成的觸發誤差。若是在單片機中以工頻周期20ms作為發生觸發脈沖旌旗燈號的時間基準,由于電網頻率不穩定,將會發生觸發誤差。同步脈沖形成電路能保證使晶閘管觸發脈沖旌旗燈號與電網工頻旌旗燈號同步。如圖5所示,電網工頻電壓旌旗燈號經鎖相環鎖相后再次形成50Hz工頻旌旗燈號,然落后行過零比力,整形輸出,送進單片機HSI.0端口,輸出的控制旌旗燈號為HS0.0端口在軟件按時控制下發生與電源同步的可移相的脈沖旌旗燈號,此脈沖旌旗燈號與單片機的P1.0~5端口輸出的旌旗燈號組合后,經脈沖變壓器驅動,最后劃分送給主電路中6個晶閘管的門極,觸發響應的晶閘管。  6結語  研制TSC無功抵償裝配的關頭是要解決晶閘管的投切控制問題,本文提供的解決方案具有簡單、有用、靠得住和易于實現的特點。  參考文獻:  [1]趙賀.電力電子學在電力系統中的運用-靈活交流輸電系統[M].北京:中國電力出書社,2001.  [2]王兆安,楊君,劉進軍.諧波抑制和無功功率抵償[M].北京:機械工業出書社,1998.  [3]石新春,楊梅玲,喻德忠等.一種采用零電壓型開關的TSC低壓無功抵償裝配[J].電網技術,2000,24(12).

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