【正文】 可能出現的自勵磁諧振。 并聯電抗器主要以調控變電站母線的運行電壓，其最大裝置容量可按下式進行計算： =Sdl? U% (218) 式中 — 并聯電抗器的最大裝置容量， Mvar Sdl — 安裝處的三相短路容量， MVA ?U% — 預計母線電壓下降的百分值 18 第 三 章 靜止無功功率補償器 靜止無功功率補償器概念 靜止無功功率補償器 (Static Var Compensator — SVC)是指其輸出隨電力系統(tǒng)特定的控制參數而變化的并聯連接的靜止無功功率發(fā)生裝置或無功功率吸收裝置。 SVC 的一個重要特征是主要依靠晶閘管等電力電子器件完成調節(jié)或投切功能，它可以頻繁地調節(jié)和投切，其動作速度是毫秒級的，遠比機械設備的動作速度要快。目前，由于它的兩大特點：一是靜止型，其主要部件是無轉動部分；二是動態(tài)補償，其反應速度很快，能及時跟蹤無功功率快速變化作出變化，達到所設計的各種控制目標。 目前，靜止無功功率 補償器已廣泛用于輸電線路、工業(yè)網系統(tǒng) ?，F今的 SVC 的類型有晶閘管控制電抗器 ( Thyristor Control Reactor — TCR)、晶閘管投切電容器 ( Thyristor Switch Capacitor — TSC )、和飽和電抗器( Saturation Reactor — SR )等。這種連續(xù)調節(jié)時依靠調節(jié)TCR 中晶閘管的觸發(fā)延遲角 ? 得以實現，因此 SVC 的核心是 TCR。為確保兩晶閘管 V V2在正負半周內可靠、對稱導通，避免偶次諧波和直流分量，應采用寬脈沖或脈沖列觸發(fā)。電流基本上是無功功率性質和正弦形。與機械投切電容器相比，晶閘管的開、關無觸點，其操 作壽命幾乎是無限的，而且晶閘管的投切時刻可以精確控制，可以快速無沖擊地將電容器接入電網，大大減少了投切時的沖擊電流和操作困難，其動態(tài)響應時間約為 ～ 。 晶閘管投切電容器是一 個對供電網絡 波動無功功率進行動態(tài)補償的相對獨立系統(tǒng)，其應用形式有很大的靈活性。 晶閘管投切電容器的基本原理 TSC利用單向晶閘管反并聯或雙向晶閘管構成的交流無觸點開關將單組或多組電容器 21 投入到電網上或從電網切除 [16]， 原理示意圖如圖 ，其中 左 是其單相原理電路圖； 中 是工程上常采用的多組接入原理電路圖，每組由晶閘管單獨投切； 右 是晶閘管投切電容器的電壓 — 電流特性。為了對無功電流能盡量做到無級調節(jié)，總是希望電容器級數越多越好。 晶閘管投切電容器的 投切時刻 20 世紀 70 年代的電容器無功功率補償都是采用機械式交流接觸器投切，并且至今仍在沿用。 現在普遍采用單片機控制大功率晶閘管來投切電容，由于具有過零檢測、過零觸發(fā)的優(yōu)點，響應速度快，合閘涌流小，無操作過電壓，無電弧重燃，從而基本上解決了以往投切時交流接觸器經常拉弧設置于燒結而損壞的不良情況。 （ 2） 晶閘管投切電容投切時間選取 [17]。 圖 TSC 投切電路原理圖 設投入前電容器上端電壓 Cu 已由上次最后導通的 V1充到電源電壓 Su 的正峰值，故本次導通應選在 Su 與 Cu 相等的時刻使 V2 觸發(fā)導通，電容電流開始建立。此時投切電容器，電路的沖擊電流為零。因此， 可控飽和電抗器無功功率補償器 就是 通過改變繞組中的工作電流來控制鐵心的飽和程度，從而改變工作繞組的感抗，進一步控制無功電流的大小 [18]。 24 圖 各狀態(tài)與 Au 和晶閘管觸發(fā)角 ? 之間的關系圖 可控電抗器的不同攻工作狀態(tài)、是由晶閘管與二極管所承受的電壓、電流及觸發(fā)脈沖信號決定。當電源電壓為負半波時， V1 截止， VD 導通，此時， V1 承受反向電壓， V2 承受正向電壓。如當負載無功功率 FQ 突然增大時，使控制回路的電流減小，飽和電抗器的 LX 的增大，從而使電抗器吸收的無功功率 LQ 減小 [19]。另外這種裝置還 有振動和噪聲，而且調整時間長，動態(tài)補償速度慢。 通過這種方法可以達到對負載的功率因數進行及時調節(jié)，使其接近于1，提高系統(tǒng)的利用率。 ， 120176。 5s 開關 switch閉合并入系統(tǒng)。 如圖 圖 TCR 模塊 電 抗 器采用星形連接，通過控制反向并聯晶閘管的導通角， 進而控制 電感電流 的變化，達到 無功補償的目的，使系統(tǒng)的功率因數接近于 1。 PI輸出值與三角波比較構成 01階躍信號對晶閘管進行相位控制。 預期目標：當負載 為純阻性， 功率因數為 1， TCR 連入系統(tǒng)后不 工作 ，否則功率因數會降低；當負載功率因數小于 1， TCR 接入系統(tǒng)后隨功率因數的大小適量 改變與電抗器串聯的晶閘管的導通角，能快速連續(xù)改變裝置的電感電流 使功率因數 保持較高水平（處于 到 1 之間） 。ShowHiddenHandles39。menubar39。 圖 示波器 Data history 35 點擊運行得到仿真結果如圖 圖 仿真結果 上圖 — PI 模塊輸出值變化 下圖 — 功率因數變化 仿真結果分析： （ 1） 05s，負載為純阻性，功率因數為 1， PI 輸出 為 0 晶閘管不導通，系統(tǒng)功率因 數 接 近于 1，由于 無功補償裝置及 系統(tǒng)內阻影響，系統(tǒng)功率因數略低于 1,從圖中可知功率因數約等于 1 在誤差允許范圍內。 36 結 束 語 本文對 TCR 型無功補償裝置進行了仿真，驗證了 TCR 無功補償裝置能對系統(tǒng)進行快速平滑調節(jié)使系 統(tǒng)功率因數保持在較高水平，提高系統(tǒng)利用率。 近年來，由于電力電子技術的快速發(fā)展， 出現了柔性交流輸電技術，它 關鍵部分是由電力電子器件，代替了傳統(tǒng)的機械開關， 其重要 的家庭成員 為 SVC，靜止無功功率補償器，它 主要 包括 TCR， TSC。 37 參考文獻 ??? 戴曉亮 . 無功補償技術在配電網中的應用 [J]. 電網技術 , 1999, 23(6): 1114. 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TCR 無功補償控制新方法的研究 [J]. 電氣自。 相信未來電力系統(tǒng)的發(fā)展必定以電力電子技術的發(fā)展為動力，發(fā)揮其越來越大的作用。 而早期的無功功率補償裝置主要是電容器及同步調相機，其中并聯電容器由于經濟、靈活、操作簡單等優(yōu)點被廣泛應用在電力系統(tǒng)中的，但并聯電容器的主要缺點是其無功功率輸出與電壓平方成正比，無功 不足 時 ，電壓降低，導致電容器發(fā)出的無功功率減少，系統(tǒng)無功更感不足。 考慮到 PI 控制的快速性及穩(wěn)定性，無功補償裝置補償后，系統(tǒng)功率因數在 — 1 之間小幅波動，在可以接受的范圍內。figure39。On39。示波器輸出 PI 控制模塊 波形及測得系統(tǒng)功率因數波形，檢驗 TCR 無功補償裝置是否正常工作。 晶閘管屬于半控型器件，所以三角波的值由高到底，使晶閘管按需求量導通， 原理圖如 ， 。所以 A相三角波的周期為0— 10ms， B相角波的周期為 10/3ms— （ 10+10/3） ms， C相三角波的周期為 20/3ms— （ 10+20/3）ms， 輸出 值為 01。 原理：用 系統(tǒng) 的電壓電流測得有功功率（ P）與無功功率（ Q）， Q/P=tanφ，通過 atan,與 cos模塊，得到功率因數 cosφ。設置如圖 圖 三相 電源 負載 load1 為 純阻性 ， 額定電壓 10KV， 頻率 50HZ，功率：有功為 P=100KW 無功 為0kvar。 主仿真圖 如圖 : 圖 主仿真圖 27 仿真設定： 系統(tǒng)的電源為 三相 交流 10KV， 頻率 50HZ，相角 0176。 26 第四章 無功補償裝置的仿真 仿真 原理 采用 晶閘管控制電抗器 的方法對負載進行靜態(tài)無功補償。 25 圖 可控飽和電抗器補償原理圖 可控飽和電抗器的優(yōu)點與缺點 以快速響應的磁飽和可控電抗器和并聯電容器 組成的補償元件，配以相應的快速無功功率檢測環(huán)節(jié)組成的無功功率補償系統(tǒng)，可以保證補償的快速性 、準確性和合理性，能夠快速補償系統(tǒng)無功功率，使功率因數保持較高水平。 可控飽和電抗器 SVC 的原理圖如圖 所示，它主要包括 飽和電抗器、電容器組 (兼做濾波器 )和調節(jié)器 (由直流電源和控制單元 組成 )三部分。如 ??? ，當電源為正版波， ???t 時，電抗器處于狀態(tài) 2，即 V V2斷開， VD 導通，此時 V1 承受正向電壓， V2 承受反響電壓。若不考慮晶閘管和二極管的瞬時開關特性，電抗器在一個工頻周期的運行狀態(tài)可分析如下： 狀態(tài) 1： V VD 斷開， V1 導通； 狀態(tài) 2： V V2 斷開， VD 導通； 狀態(tài) 3： V VD 斷開， V2 導通。 可控飽和電抗器 可控飽和電抗器是基于偏磁可調原理，其輸出感性電流大小取決于可控硅觸發(fā)角 ? ，? 越小，產生的控制電流越強，輸出的感性電流越大。需要切除電容時，選擇 Ci 降 為零的時刻撤除觸發(fā)脈沖， V2關斷，V1也不再導通， Cu 則保持 V2導通結束時的電源電壓負峰值，為下次投入電容做準備。經過多年的分析與實驗研究， TSC 運行時，應選擇交流電源電壓和電容器預先充電電壓相等時刻，觸發(fā)導通相應晶閘管進行電容投入，使電容電壓不突變、不長生沖擊電流。 TSC 投切開關時要做到電流無沖擊，需要滿足兩個條件： 1)晶閘管必須在正弦 電源電壓的正負峰值時觸發(fā)。由于沖擊電流大，限制了一次投入的電容值，不得不把一次投入的電容值化整為零，分幾次投入，這將降低 補償的準確性和減慢響應的速度，而且常會引起接觸器觸頭燒焊現象，使接觸器斷不開，影響正常工作 。在電力系統(tǒng)補償器中，通 常 不追求這種靈活性，因為這樣一來控制裝置過于復雜，另一方面，使大多數導納相等，一般來說要經濟得多 。 圖 TSC 原理示 意圖 由 (a)，電納值可用投入運行的并聯電容器的數目來調整。 (1) 按電壓等級劃分：①低壓補償方式，該補償方式適用于 1kV 及以下電壓的補償；②高壓補償方式，即補償系統(tǒng)直接接入 1kV 以上的電網進行高壓補償。另外，晶閘管投切電容器雖然不能連續(xù)調節(jié)無功功率，但具有運行時不產生諧波而且損耗較小的優(yōu)點。 設導通角為 ? ，它與 ? 的關系 ? =2( ??? )，減小 ? ，則電流中基波分量減小，這相當于增大電抗器的感抗，減小基波無功功率。改變晶閘管的控制角 ? ，流經電抗器的電流波形中的基波分量發(fā)生變化，這相當于改變了電抗器的電感，使 TCR 等效于一個連續(xù)可 變的電感器。 TCR 的單相原理圖如圖 所示 [14]，其基本結構就是兩個反并聯的晶閘管與一個電抗器串聯，再與交流電源 u 相連，而 TCR 三相多接成三角形。靜止無功功率補償器 的基本功能是無功功率動態(tài)補償，但是對電力系統(tǒng)的作用不限于無功功率調節(jié)本身，因為無功功率直接和系統(tǒng)電壓情況有關，因此維持電壓穩(wěn)定，消除電壓波動和閃變，使用SVC 是理想的方法。在工業(yè)網系統(tǒng)中，能使電壓閃變削弱到規(guī)定值范圍內；調節(jié)負荷功率因數，限制無功功率向系統(tǒng)倒流，減少無功功率引起的損耗，提高輸電網的輸送有功功率的能力，穩(wěn)定和平衡系統(tǒng)的電壓；限制流向系統(tǒng)的諧波電流；平衡三相負荷，減少工業(yè)網對通信系統(tǒng)的干擾，