【正文】 ，切除所有的投運(yùn)電容器組。第三章 新型TSC系統(tǒng)的保護(hù)部分設(shè)計(jì)電容器的功率損耗和發(fā)熱量都和運(yùn)行電壓的平方成正比，運(yùn)行電壓的升高，使得電容器的溫度顯著增加，另外在長(zhǎng)期電場(chǎng)的作用下，會(huì)加速電容器絕緣的老化，國(guó)際上公認(rèn)電容器的壽命與電壓的78次方成正比，例如電壓增高15%。（3）尖脈沖前沿應(yīng)盡可能小于0. 5us，傳遞到各元件的脈沖時(shí)差小于0. 5us在滿足上述要求前提下，按反向斷態(tài)均壓要求選取的RC參數(shù)，一般足以滿足開通過程的動(dòng)態(tài)均壓要求。晶閘管的開通時(shí)間一般小于10us，它跟觸發(fā)脈沖的大小和陡度，開通前陽極電壓，開通后陽極電流大小，結(jié)溫，外電路的時(shí)間常數(shù)L/R等都有關(guān)。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(shí)，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: ()式中，n一串聯(lián)晶閘管數(shù) 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(gè)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(jì)時(shí)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(shí)，陽極電流逐步衰減到零，并反向流動(dòng)達(dá)到最大值，然后衰減到零，晶閘管經(jīng)過時(shí)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、反向恢復(fù)時(shí)間，反向恢復(fù)復(fù)電流對(duì)時(shí)間的積分值稱為反向恢復(fù)電荷。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)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(dòng)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(gè)方面，其中開通和關(guān)斷特性是其最重要的動(dòng)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(shí)，晶閘管上電壓為零，光電耦合器就會(huì)輸出一個(gè)負(fù)脈沖，如果此時(shí)投入指令存在，此脈沖就會(huì)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。這就是所謂的理想投入時(shí)刻。一般晶閘管投入時(shí)刻總的原則是，TSC投入電容的時(shí)刻，也就是晶閘管開通的時(shí)刻，必須是電源電壓與電容器預(yù)先充電電壓相等的時(shí)刻。尤其是相位的誤差很大，無法滿足測(cè)量精度的要求。則有: () 基于FFT的無功功率測(cè)量法，關(guān)鍵是要測(cè)量出電壓電流的基波和各次諧波的幅值和相位，F(xiàn)FT正好能很好地實(shí)現(xiàn)這部分功能。 Diagram frequency synchronous digital lock device采用積分法測(cè)無功和移相法測(cè)無功相似，它的理論基礎(chǔ)是。移相法測(cè)量無功功率的理論基礎(chǔ)是，既通過移相來實(shí)現(xiàn)正弦余弦之間的轉(zhuǎn)換，其基本的原理如下: ()式中: 為角速度，T為電網(wǎng)周期，t為時(shí)間。電壓電流相位差可以通過檢測(cè)電壓和電流的過零點(diǎn)來檢測(cè)?；谶@種定義，常用的測(cè)量方法有公式法、移相法和積分法。本章將從無功算法的選擇、晶閘管的觸發(fā)原則、主電路的接線方式和控制策略等9個(gè)方面對(duì)TSC動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償有關(guān)技術(shù)進(jìn)行比較深入的論述。 Vector drawing of inductance current Vector drawing of capacitanceTSC裝置的發(fā)展己經(jīng)有了很長(zhǎng)歷史，根據(jù)TSC裝置的實(shí)際使用效果和反饋，前人在技術(shù)上進(jìn)行了很多的改進(jìn)和創(chuàng)新。圖22中和兩端的電壓將為 （）如果流過的電流是感性電流，則與同相，比小。由于負(fù)載無功功率的大小是隨時(shí)變化的，因此，設(shè)置一個(gè)或兩個(gè)電容器不可能任何時(shí)候都恰如其分地滿足需要。雙向晶閘管正、負(fù)半波都處于阻斷時(shí)，這種滯后無功補(bǔ)償器被稱為晶閘管投、切電容器無功補(bǔ)償器TSC。因此，等效于電容器向電網(wǎng)輸出感性電流，按()式選擇電容C，那么電容器輸出的感性電流正好等于負(fù)載的感性電流場(chǎng)，于是電容器和感性負(fù)載并聯(lián)后的等效負(fù)載就只有有功電流，等效負(fù)載的功率因數(shù)為1，發(fā)電機(jī)、變壓器、線路就只流過有功電流、只傳負(fù)載的有功功率P，減少了功率損耗。受功耗、發(fā)熱和溫升的限制，發(fā)電機(jī)、變壓器、線路、開關(guān)電器等一切電氣設(shè)備都只允許通過一定數(shù)值的電流lm,，當(dāng)有無功電流、無功功率而使功率因數(shù)小于1時(shí)，發(fā)電機(jī)、變壓器、線路、開關(guān)電器等電氣設(shè)備盡管其電流己達(dá)到最大允許值Im，但它們能發(fā)送的電功率P卻隨成比例地減小，即電氣設(shè)備發(fā)送功率的利用率成比例地減小。圖中交流電源U、經(jīng)變壓器PT和線路電抗后 The power system with TSC對(duì)負(fù)載供電。同時(shí)，由于 (U為電網(wǎng)相電壓)，因此在同一電壓下要輸送一定的功率，功率因數(shù)越大，線路中的電流越小，故線路中的損耗也越小。我們把有功及無功電流和電壓的乘積稱為視在功率，用S表示，即S=UI，常用單位為KVA。下面對(duì)TSC利用并聯(lián)電容器實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償?shù)幕驹磉M(jìn)行具體分析。隨著電力電子晶閘管器件工藝的成熟和成本的下降，F(xiàn)ACTS技術(shù)的無功補(bǔ)償將成為未來電力系統(tǒng)自動(dòng)化的主流，更是未來無功補(bǔ)償技術(shù)領(lǐng)域的重要研究課題之一。瑞典某鋼廠兩臺(tái)100T電弧爐，裝有60Mvar的TSC后，%的波動(dòng)范圍。經(jīng)過多年的分析與實(shí)驗(yàn)研究，其最佳投切時(shí)間是晶閘管兩端的電壓為零的時(shí)刻，即電容器兩端電壓等于電源電壓的時(shí)刻。一般對(duì)稱網(wǎng)絡(luò)采用星形連接，負(fù)荷不對(duì)稱網(wǎng)絡(luò)采用三角形連接。 晶閘管投切電容器(TSC）為了解決電容器組頻繁投切的問題，TSC裝置應(yīng)運(yùn)而生。我國(guó)江門變電站采用的靜止無功補(bǔ)償器是瑞士BBC公司生產(chǎn)的TCRFCMSC型的SVC，其控制范圍為士177。鮑威利公司已經(jīng)制造出此種補(bǔ)償器用于高電壓輸電系統(tǒng)的無功補(bǔ)償。根據(jù)觸發(fā)角與補(bǔ)償器等效導(dǎo)納之間的關(guān)系式: 和 （）可知，增大觸發(fā)角即可增大補(bǔ)償器的等效導(dǎo)納，這樣就會(huì)減小補(bǔ)償電流中的基波分量，所以通過調(diào)整觸發(fā)角的大小就可以改變補(bǔ)償器所吸收的無功分量，達(dá)到調(diào)整無功功率的效 TCR補(bǔ)償器原理 TSC型補(bǔ)償器原理 TCR pensator principle TSC pensator principle在工程實(shí)際中，可以將降壓變壓器設(shè)計(jì)成具有很大漏抗的電抗變壓器，用可控硅控制電抗變壓器，這樣就不需要單獨(dú)接入一個(gè)變壓器，也可以不裝設(shè)斷路器。 晶閘管控制電抗器兩個(gè)反并聯(lián)的晶閘管與一個(gè)電抗器相串聯(lián)，其單相原理圖如圖15所示?？煽仫柡碗娍蛊魍ㄟ^改變控制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(jìn)一步控制無功電流的大小。第二類是晶閘管控制電抗器(TCR: Thyristor Control Reactor )。這些功能中，有些是補(bǔ)償裝置工作所必須的，有些是為方便用戶抄表設(shè)置的，有些是為自動(dòng)化聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行設(shè)置的。從技術(shù)、補(bǔ)償效果、對(duì)負(fù)載的適應(yīng)性以及今后的發(fā)展上來講，建議還是選擇無功功率(無功電流）控制。既然功率因數(shù)控制不如無功功率(無功電砌控制，那么，什么場(chǎng)合選用它，我們從以下幾個(gè)方面來考慮。這是人們最先想到和做到的。若供電線路負(fù)荷很大，同時(shí)上面又掛有較重要的設(shè)備，則還是以選擇由晶閘管控制的無功補(bǔ)償裝置為宜對(duì)于有電焊機(jī)、頻繁起停的機(jī)械加工設(shè)備等負(fù)載變化快、變化幅度大的場(chǎng)合，由斷路器開關(guān)控制的無功補(bǔ)償裝置顯然無法滿足要求。 Schematic diagram of reactive power pensation由于本方法的控制對(duì)象是無功功率（無功電流)，而無功功率(無功電流)又始終保持在一個(gè)較低的水平上。若當(dāng)前值大于一個(gè)電容器組的補(bǔ)償值，則投入一個(gè)電容器組。按照補(bǔ)償原理應(yīng)投入一個(gè)電容器組，用該組電容器的超前電流去進(jìn)行補(bǔ)償，補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)果是得到了超前的功率因數(shù)。 Lightload power factor pensation oscillation功率因數(shù)控制的另一個(gè)問題是輕載下的投切振蕩。功率因數(shù)值是一個(gè)比例值，所以在重負(fù)荷時(shí)，雖然功率因數(shù)滿足了要求，但電網(wǎng)中的無功功率仍很大。則保持不變。用無功補(bǔ)償裝置進(jìn)行補(bǔ)償，使供電電網(wǎng)的功率因數(shù)滿足要求。以晶閘管作開關(guān)元件的無功補(bǔ)償裝置，控制器發(fā)出的是晶閘管的觸發(fā)信號(hào)。動(dòng)作時(shí)無火花，更安全可靠，壽命長(zhǎng)。美國(guó)電力研究院還提出統(tǒng)一潮流控制器(UnifiedPower Flow ControllerUPFC )(王建元等，2000。 Trujillo et al,2003: . Sahoo et al , 2004 )。鮑威利公司已造出此種補(bǔ)償器用于高壓輸電系統(tǒng)的無功補(bǔ)償。但用接觸器來投切會(huì)出現(xiàn)巨大的沖擊涌流，而且閉合時(shí)觸頭顫動(dòng)導(dǎo)致電弧燒損嚴(yán)重，現(xiàn)在靜止無功補(bǔ)償器一般專指使用晶閘管的無功補(bǔ)償設(shè)備。 隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)在電氣傳動(dòng)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，相控技術(shù)、脈寬調(diào)制等技術(shù)被引入到電力系統(tǒng)，與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)控制技術(shù)相結(jié)合，產(chǎn)生了近幾年出現(xiàn)的新技術(shù)—柔性交流輸電系統(tǒng)(Flexible AC Transmission System— FACTS) (N G. Hingorani。字典傳統(tǒng)的無功功率補(bǔ)償裝置主要為同步調(diào)相機(jī)和并聯(lián)電容器。SVC是利用晶閘管作為固態(tài)開關(guān)來控制接入系統(tǒng)的電抗器和電容器的容量，從而改變輸電系統(tǒng)的導(dǎo)納。 1978年，在美國(guó)電力研究院支持下，美國(guó)西屋公司(Westinghouse Electric Corp)制造的使用基于晶閘管的SVC投入實(shí)際運(yùn)行。SR比之SC具有靜止、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。因此，廣義上而言，接觸器式的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償設(shè)備并未超脫開關(guān)投切的范疇。開關(guān)投切的電容器的補(bǔ)償措施的缺點(diǎn)是不能細(xì)調(diào)且響應(yīng)慢，投切過程中會(huì)產(chǎn)生涌流和過電壓?jiǎn)栴}。但是它屬于旋轉(zhuǎn)設(shè)備，運(yùn)行中的損耗和噪聲都比較大，技術(shù)上己顯落后。傳統(tǒng)的無功功率補(bǔ)償裝置主要是同步調(diào)相機(jī)和并聯(lián)電容器。（3）集中補(bǔ)償占大多數(shù)。（2）無功補(bǔ)償裝置落后。由于資金匾乏及重視程度不夠，公用變壓器區(qū)內(nèi)無功補(bǔ)償容量嚴(yán)重的不足，有功損耗大，公用變壓器的利用率不高。通過統(tǒng)計(jì)、理論分析和各項(xiàng)技術(shù)措施來達(dá)到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。無功補(bǔ)償?shù)淖饔弥饕幸韵聨c(diǎn)(王兆安等，2002 )(1)提高供用電系統(tǒng)及負(fù)載的功率因數(shù)，降低設(shè)備容量，減少功率損耗。 在當(dāng)今的電力系統(tǒng)中，感應(yīng)式異步電動(dòng)機(jī)和變壓器作為傳統(tǒng)的主要的負(fù)荷使電網(wǎng)產(chǎn)生感性無功電流。同時(shí)使功率因數(shù)偏低、系統(tǒng)電壓下降。低壓動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置開發(fā)平臺(tái)設(shè)計(jì)第一章 緒論 2 2 3 3 3 5 6 6 6 10 12第二章 動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償關(guān)鍵技術(shù)研究 13 13 16．1公式法 17 17 18 18 19 20 20 22 24第三章 新型TSC系統(tǒng)的保護(hù)部分設(shè)計(jì) 25 25 25 25 25 25 25 26 26 26 26 27 27第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 28 DSP控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 28 28 34 35 35 AD采樣模塊 36 37 38 39 40 41 43 43 44 45 45 45 46第五章 軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 47第六章 總結(jié) 48參考文獻(xiàn) 49致 謝 50第一章 緒論 近年來，隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)GDP(國(guó)民生產(chǎn)總值)的不斷增長(zhǎng)，我國(guó)的電力工業(yè)也有了長(zhǎng)足的發(fā)展。無功功率增加會(huì)導(dǎo)致電流的增大，設(shè)備及線路的損耗增加，導(dǎo)致大量有功電能損耗。等非線性負(fù)荷大量接入電網(wǎng)，使電網(wǎng)供電質(zhì)量受到嚴(yán)重影響，其中各種電力電子開關(guān)器件的大量應(yīng)用和負(fù)載的頻繁波動(dòng)是最主要的干擾源，導(dǎo)致了一系列不良影響。因此，無功補(bǔ)償就成為保證電網(wǎng)高質(zhì)量運(yùn)行的一種主要手段之一。 因此研究無功功率補(bǔ)償對(duì)電網(wǎng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有很重要的意義:。，掌握無功功率的經(jīng)濟(jì)規(guī)律。在供電方面，公用變壓器在全國(guó)大中小城市中大量存在，而且伴隨著一戶一表等城網(wǎng)改造的開展，還會(huì)大量增加。而且，在高峰時(shí)，從電網(wǎng)接收無功過多，低谷時(shí)，往往向系統(tǒng)送無功。這些裝置常因?yàn)殡娙萜魅萘考?jí)差大而投切精度低或是頻繁投切。負(fù)荷所需的無功功率，仍然需要通過線路供給，依然產(chǎn)生有功損耗。至今在無功補(bǔ)償領(lǐng)域中這種裝置還在使用，而且隨著控制技術(shù)的進(jìn)步，其控制性能還有所改善。目前在電力系統(tǒng)多采用開關(guān)投切電容器或接觸器投切電容器。同時(shí)，接觸器式補(bǔ)償設(shè)備的響應(yīng)時(shí)間也較大，在某些快速變化負(fù)荷的場(chǎng)合，可能反調(diào)，達(dá)不到動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)哪康摹? 早期的SVC靜止無功補(bǔ)償裝置是飽和電抗器((SR} Saturated Reactor)型的，1967年英國(guó)GEC公司制成了世界上第一批該型無功補(bǔ)償裝置。1977年美國(guó)GE公司首次在實(shí)際電力系統(tǒng)中運(yùn)行了使用基于晶閘管的SVC。因此，SVC一般專指使用基于晶閘管的靜止無功補(bǔ)償裝置。Table variety of dynamic reactive power pensation device brief parison of v