【正文】 MUR KI?? () 式中， RRMU 、 RRMI 為所用元件的斷態(tài)反向重復(fù)峰值電壓和電流。為達到動態(tài)均壓，首 先應(yīng)選用積蓄載流子數(shù)量比較一致的元件，另一方面，還需 RC 并聯(lián)支路作動態(tài)均壓。當(dāng)單向串聯(lián)二極管關(guān)斷，而反向串聯(lián)晶閘管停止觸發(fā)時，二極管積蓄載流子形成的恢復(fù)電流是相同的，但積蓄載流子數(shù)量少的二極管先恢復(fù)反向阻斷，因而它就承受全部的反向電壓，待串聯(lián)的其它二極管都恢復(fù)反向阻斷后，總的反向電壓才過渡到靜態(tài)均壓。 （ 2） 靜態(tài)均壓 由晶閘管和二極管的伏安特性不一致，串聯(lián)之后出現(xiàn)的穩(wěn)態(tài)電壓不均衡屬于靜態(tài)不均壓通常均壓系數(shù)衡量各串聯(lián)元件電壓分配不均勻程度，均壓系數(shù)為 : 100%Thu ThMUK nU??? () 式中， n一串聯(lián)晶閘管數(shù) 天津理工大學(xué)中環(huán)信息學(xué)院 2020屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 23 UthM 一串聯(lián)元件 :分擔(dān)最大峰值電壓 的元件所承受的正 (反 )向峰值電壓。門極特性中的最大和最小兩條曲線反映該器件在整個工作范圍內(nèi)可能出現(xiàn)的最大阻抗和最小阻抗，門極阻抗隨門極電流上升率的增大而增大。在設(shè)計時要充分考慮這些因素。 4. 關(guān)斷特性 當(dāng)外加反向電壓于正向?qū)顟B(tài)的晶閘管時 ，陽極電流逐步衰減到零，并反向流動達到最大值 RMI ，然后 RMI 衰減到零，晶閘管經(jīng)過 rrt 時間后恢復(fù)其反向阻斷能力。圖中示出了反向反向恢復(fù)電流最大值 RMI 、反向恢復(fù)時間 rrt ， 反向恢復(fù)復(fù)電流 rt 對時間的積分值稱為反向恢復(fù)電荷 rrQ 。因此，在設(shè)計時考慮到晶閘管的電流上升率 di/dt 應(yīng)低于器件允許的通態(tài)電流臨界上升率。晶閘管的動態(tài)特性主要有開通特性、通態(tài)電流臨界上升率、反向恢復(fù)特性、關(guān)斷 特性、斷態(tài)電壓臨界上升率等五個方面，其中開通和關(guān)斷特性是其最重要的動態(tài)特性指標(biāo)。 在兩種觸發(fā)電路中，晶閘管電壓過零觸發(fā)的使用范圍最為廣泛，無論電容殘壓出于何種狀態(tài)，其都適用。當(dāng)電源電壓與電容器的殘壓相等時，晶閘管上電壓為零，光電耦合器就會輸出一個負脈沖，如果此時 投入指令存在，此脈沖就會經(jīng)過一系列環(huán)節(jié)，產(chǎn)生脈沖串去觸發(fā)晶閘管，保證晶閘管的平穩(wěn)導(dǎo)通。圖 以簡單的電路原理圖和投切時的波形 對此作了說明。因為根據(jù)電容器的特性，當(dāng)加在電容上的電壓有階躍變化時，將產(chǎn)生沖擊 電流，很可能破壞晶閘管或給電源帶來高頻振蕩等不利影響。這些主要可以通過以下方法來解決 : (1)修正采樣頻率法； (2)利用加窗插值算法對 FFT 算法進行修正； (3)采用準(zhǔn)同步 DFT算法； (4)利用數(shù)字式鎖相器 (PLL)使信號頻率和采樣頻率同步。分別對電壓和電流做 FFT 運算， 得到基波和各次諧波電壓和電流的幅值和相位，然后利用這些數(shù)據(jù)計算無功功率。 積分法也能實現(xiàn)余弦和正弦之間的轉(zhuǎn)換。 具體的測量步驟為 :先 通過采樣和 A/D 轉(zhuǎn)換將電網(wǎng)的模擬電壓和電流信號采集到微處理器，然后進行離散化處理。當(dāng)電壓和電流由負向正上升延突變時，分別在 t(o), t(1)產(chǎn)生中斷，并在兩個中斷期間用計數(shù)器計數(shù)得到相位差(1) (0) 2ttT?????得到 ? 后， sin? 可以通過軟件查表法求得。 ． 1 公式法 直接根據(jù)無功功率公式 00sin( )Q U I ?? ，求出三個未知量 0U ,0I 和 ? 。 傳統(tǒng)的無功定義前提是電壓電流不含諧波，因此只有在諧波干擾比較小的 情況下才有較高的精確度。如何總結(jié)己有的經(jīng)驗，選擇適合于 TSC的技術(shù)是本章研究的重點。如果流過 LX 的電流是容性電流 CI? ，如圖 所示，則 2U? 與 1U? 同相， 2U? 比 1U? 大 Q LIX。過渡的無功補償也會使 cos? 必小于 1，反而適得其反，因此，只有設(shè)置許多個小容量的 TSC，根據(jù)負載無功的情況投、切不同容量的 TSC，才有可能得到較 好的補償效果。這時晶閘管只是作為一個電路開關(guān)在交流電網(wǎng)電壓周期中全部導(dǎo)通 (電 容器投入到電網(wǎng) )或全部阻斷 (從電網(wǎng)切除電容器 )?；蛘哒f使發(fā)電機、變壓器、線路可以發(fā)送最大的有功功率。換句話說，如果電氣設(shè)備發(fā)送的功率一定， cos? 越小 (無功電流、無功功率越大 )，則電氣設(shè)備所流過的電流 2/ ( cos )I P U ?? 越大，功耗和發(fā)熱溫升越嚴(yán)重。負載端電壓為 U2，負載通常為電阻、電感性負載，其電流為 I，功率因數(shù)角為 ? ，于是有公式（ ）： cosPII?? sinQII?? 22c o s PP U I U I??? () 22sin U I U I??? 式中 PI? 有功功率 QI? 無功功率 P? 有功功率 Q? 無功功率 負載電流 I 流經(jīng)電源、變壓器和線路電阻時所產(chǎn)生的功率損耗 I178。功率因數(shù)最小值為零，這時 P=0，表示負載和電源之間只有往返的無功功率在交換。 有功功率尸、無功功率 Q和視在功率 s三者之間的關(guān)系可用圖 所示的功率三角形表示。 由電工學(xué)可知，在交流電路中，只有純電阻負載上消耗的功率稱為有功功率，用 P表示，常用單位為 KW。基于這個目的，本文探討了 TSC 無功補償方面的相關(guān)技術(shù)和算法 ，研究了基于 DSP控制的新型低壓無功補償控制器的軟硬件設(shè)計，并作了相關(guān)的實驗驗證。運行實踐證明此裝置具有較快的反應(yīng)速度 (約為 510ms ) 體積刁、重量輕，對三相不平衡負荷可以分相補償，操作過程不產(chǎn)生有害的過電壓、過電流，但 TSC 對于抑制沖擊負荷引起的電壓閃變，單靠電容器投入電網(wǎng)的電容量的變化進行調(diào)節(jié)是不夠的，所以 TSC 裝置一 般與電感相并聯(lián)，其典型設(shè)備是 TSC+TCR 補償裝置。此時投切電容器，電路的沖擊電流為零。不論是星形還是三角形連接都采用電容器分組投切。兩個反并聯(lián)的晶閘管只是將電容器并入電網(wǎng)或從電網(wǎng)中斷開，串聯(lián)的小電抗器用于抑制電容器投入電網(wǎng)運行時可能產(chǎn)生的沖擊電流。由于固定電容器的 TCR+FC 型補償裝置在補償范圍從感性范圍延伸到容性范圍是要求電抗器的容量大于電容器的容量，另外當(dāng)補償器工作在吸收較小的無功電流時，其電抗器和電容器都己吸收了很大的無功電流，只是相互抵消而已。根據(jù)投切電容器的元件不同，又可分為 TCR 與固定電容器配合使用的靜止無功補償器 (TCR+FC)和 TCR 與斷路器投切電容器配合使用的靜止無功補償器 (TCR+MSC )。如果在電抗變壓器的第三繞組選擇適當(dāng)?shù)难b置回路，例如加裝濾波器，可以進一步陽氏無功補償產(chǎn)生的諧波。 180176。早在 1967 年，這種裝置就在英國制成，后來美國通用電氣公司 (GE)也制成了這樣的無功補償裝置。 具有飽和電抗器的無功補償裝置 (SR) 飽和電抗器分為自飽和電抗器和可控飽和電抗器兩種，相應(yīng)的無功補償裝置也就分為兩種。 當(dāng)前無功補償裝置分類 隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展及其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，交流無觸點開關(guān) SCR, GTR, GTO 等的出現(xiàn)，將其作為投切開關(guān)速度可以提高 500 倍 (約為 10 u)，對任何系統(tǒng)參數(shù)，無功補償都可以在一個周波內(nèi)完成，而且可以進行單向調(diào)節(jié)。現(xiàn)代的無功功率 (無功電流）控制的無功功率補償裝置，除基本的控制功能外，附加功能也很多，如一般都有的 :四象限操作、自動手動切換、自動識別各路電容器組的功率、自動根據(jù)負載調(diào)節(jié)切換時間、過電壓報警及保護、 線路諧振報警、電壓電流畸變率測量及功率因數(shù)、電壓、電流、視在功率、有功功率、無功功率、電網(wǎng)頻率的測量及顯示等。 (2)線路最大負荷時的最大無功，不會對電網(wǎng)造成大的危害 。但從表 中可看到，它在輕載時易發(fā)生投切振蕩 。 根據(jù)負荷的變化幅度，確定選擇功率因數(shù)補償或是無功功率 (無功電流 )補償。 表 ：兩種控制方式控制的無功補償器補償性能比較 Table : control of two control methods to pensate the reactive power pensation performance 天津理工大學(xué)中環(huán)信息學(xué)院 2020屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 9 parison 既然各種裝置之間有這樣大的差別，那么應(yīng)該怎樣選擇呢 ? 了解負載性質(zhì)，以決定是選擇由斷路器開關(guān)還是晶閘管開關(guān)控制投切的無功補償裝置對于居民區(qū)、寫字樓、商場、電子、化工等負載變化平穩(wěn)、周期長的場合，由于 負載變穩(wěn)、周期長，所以，接觸器的動作次數(shù)少，使用壽命己不再是主要問題。 本方法補償?shù)慕Y(jié)果是使電網(wǎng)中的無功功率 (無功電流 )始終保持在一個較低的水平上。 無功功率（無功電流）控制 針對功率因數(shù)控制的問題，出現(xiàn)了以系統(tǒng)中的無功功率 (無功電流 )為被控制對象，即無功功率 (無功電流 )控制方式。圖 12中 1pi 是輕載時的有功電流， 1qi 是與之對應(yīng)的無功電流，并且 1qi 較小，要小于一個電容器組的補償量。圖 中，負載今 1pi 大于負載 2pi ，無功 1qi 也大于 2qi ，而這時的功率因數(shù)卻是相同的。用當(dāng)前的功率因數(shù)值與設(shè)定的投切門限值進行比較，以確定是投入、切除、還是保持不變。補償后的參數(shù)為有功電流 2 2 1,p p pi i i? ，無功電流21q q ci i i??功率因數(shù) 2cos ? ? 我門又將切除門限設(shè)為 2 0qi ? 。下面介紹無功補償有功率因數(shù)控制和無功功率 (無功電流對空制兩種控制方式的特點。 表 ：斷路器開關(guān)與晶閘管開關(guān)控制投切的無功補償裝置性能比較 Thyristor switch control circuit breaker switch and switching of reactive power pensation device performance parison 任何一種智能無功補償裝置，都需要一個控 制器來完成電網(wǎng)參數(shù)的測量計算，控制電容器組的投切。一類是采用晶閘管控制。而低壓無功補償中要求裝置體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單易于安裝和維護， 因此 TSC和 TCR 裝置非常適合于在無功就地補償領(lǐng)域推廣。目前國內(nèi)外對 SVC 的研究集中在控制策略上，模糊控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和專家系統(tǒng)等智能控制手段也被引入 SVC 控制系統(tǒng)，使 SVC 系統(tǒng)的性能更加提高(Nikolaos Athanasiadis, 2020: J. Lu et al, 2020:J. Su et al， 2020)。 TSC補償器可以很好的補償系統(tǒng)所需的無功功率，如果級數(shù)分得夠細，基本上可以實現(xiàn)無級調(diào)節(jié)，瑞典某鋼廠的兩臺 100t 電弧爐安裝 60Mvar 的 TSC 后，有效的使 130kV 電網(wǎng)的電壓保持在 1,5%的波動范圍 .TCR 是用來吸收系統(tǒng)的無功功率的。 FACTS 的多個類型都具有諧波抑制和無功補償能力 (. Messina et al, 2020 ).靜止無功補償器 (Static Var CompensatorSVC)是它的一個類型，靜止無功補償技術(shù)是 20 世紀(jì)70 年代以后發(fā)展起來的，是指用不同的靜止開關(guān)投切電容器或電抗器，使其具有發(fā)出和吸收無功電流的能力，用于提高系統(tǒng)的功率因數(shù)和穩(wěn)定系統(tǒng)電壓等。并聯(lián)電容器補償簡單經(jīng)濟，靈活方便，有取代同步調(diào)相機的趨勢，但只能補償固定無功，還可能與系統(tǒng)發(fā)生并聯(lián)諧振，導(dǎo)致諧波放大。表 列出了各種無功補償裝置各種性能的簡要對比。由于使用基于晶閘管的 SVC 具有優(yōu)良勝能，所以十多年來占據(jù)了 SVC 的主導(dǎo)地位。 電力電子技術(shù)的發(fā)展及其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，將晶閘管的靜止無功補償裝置推上了無功補償?shù)奈枧_。雖然在 FACTS 概念形成以前 SVC 就己存在，但由于 SVC采用的閥元件也是電力電子器件，因此也把 SVC歸于 FACTS 控制器。但是由于它投切的隨意性，并未解決投切中的暫態(tài)過程過電壓造成的接觸器觸頭燃弧燒毀，壽命極短問題。電容補償可以根據(jù)系統(tǒng)所需無功的多少，由控制系統(tǒng)自動地投切補償電容，因此是一種性價比較高的無功補償方法。同步調(diào)相機 不僅能補償固定的無功功率，對變化的無功功率也能進行動態(tài)的補償。由于用戶內(nèi)部的有功損耗沒有減少，所以降損節(jié)電效果必然受到限制。在投切容量的確定方面，往往以功率因數(shù)為參考，電容器分組投切， 當(dāng)功率因數(shù)滯后時，則投入一組電容器。由于各用戶沒有統(tǒng)一的無功功率補償，造成補償不合理，效果不明顯 。 國內(nèi)外研究動態(tài)和趨勢 目前無功補償裝置的不足 目前，系統(tǒng)無功補償主要存在以下的問題 : （ 1）無功補償容量的不足。如果無功功率問題處理得天津理工大學(xué)中環(huán)信息學(xué)院 2020屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 3 好，不僅節(jié)約電 能，還可以減少系統(tǒng)變壓器和輸變電設(shè)備容量。 (3)在電氣化鐵道等三相負載不對稱的場合，通過適當(dāng)?shù)臒o功補償可以平衡三相負載。無功電流產(chǎn)生無功功率，給電網(wǎng)帶來額外的負擔(dān)且影響供電質(zhì)量。 電網(wǎng)電壓質(zhì)量通常用穩(wěn)定性、對稱性及正弦性等指標(biāo)衡量，隨著現(xiàn)代電力電子設(shè)備力系統(tǒng)諧波源可以分為兩大類。而大多數(shù)電力電子裝置的功率因數(shù)很低，它們所 消耗的無功功率在電力系統(tǒng)所輸送的電量中占有很大的比例。同時電力網(wǎng)中的無功問題也已逐漸引起人們的廣泛關(guān)注，這是由于隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，各種電力電子裝置在電力系統(tǒng)、工業(yè)、交通及家庭中的應(yīng)用日益廣泛。無功