【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 使電壓趨于正常。區(qū)域6：COSФCOSФH，U正常，切除電容器，視情況調(diào)節(jié)分接頭或不調(diào)分接頭，使電壓恢復(fù)正常。區(qū)域7：COSФCOSФH，UUL，調(diào)分接頭升壓，電壓正常后，切除電容器，否則不切。區(qū)域8：COSФ正常，UUL，調(diào)節(jié)分接頭升壓，至極限檔位后仍無(wú)法滿足要求，強(qiáng)行投入電容器。本章從無(wú)功補(bǔ)償?shù)幕驹沓霭l(fā)，分析了功率因數(shù)與電路參數(shù)的關(guān)系，對(duì)補(bǔ)償電容容量及參數(shù)的選擇進(jìn)行了計(jì)算，總結(jié)了無(wú)功補(bǔ)償?shù)幕痉椒捌鋵?duì)供電質(zhì)量的影響，討論了無(wú)功補(bǔ)償?shù)目刂撇呗?。第三? 無(wú)功補(bǔ)償電路晶閘管觸發(fā)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)和變流技術(shù)的發(fā)展，新型的電力電子器件不 斷問(wèn)世，作為高性能電子開(kāi)關(guān)晶閘管器件的應(yīng)用使無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)得到 迅速的發(fā)展。無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)中晶閘管作為開(kāi)關(guān)作用的優(yōu)勢(shì):一是作為投切電容器 的開(kāi)關(guān)。晶閘管開(kāi)關(guān)的響應(yīng)時(shí)間短(微秒級(jí))，而且能夠精確選擇電容器 的投切角度，實(shí)現(xiàn)零電壓投切，避免了涌流的產(chǎn)生，提高了電容器使 用的可靠性和電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。二是作為無(wú)功功率輸出的調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)。 由于晶閘管器件的高開(kāi)關(guān)頻率，使其能夠方便地控制晶閘管的導(dǎo)通角， 從而實(shí)現(xiàn)無(wú)功的連續(xù)調(diào)節(jié)，快速跟蹤負(fù)載無(wú)功的變化。晶閘管（THYRISTOR)是晶體閘流管的簡(jiǎn)稱，又稱作可控硅整流 管(SILICON CONTROLLED RECTIFIER —SCR)晶閘管是一個(gè)三端子反相阻斷半導(dǎo)體單向開(kāi)關(guān)元件。在正常工作條 件下，僅當(dāng)陽(yáng)極和門(mén)級(jí)的電壓對(duì)陰極為正時(shí)才能通過(guò)電流，晶閘管導(dǎo) 通后，門(mén)級(jí)失去控制作用，當(dāng)流經(jīng)外部電路的電流減小到零時(shí)晶閘管 停止導(dǎo)通。晶閘管為半控器件。晶閘管導(dǎo)通的工作原理可以用雙晶體模型來(lái)解釋，如圖31所示:(a)晶閘管的雙晶體模型結(jié)構(gòu) （b)晶閘管的工作原理圖對(duì)晶閘管的驅(qū)動(dòng)過(guò)程更多的是稱為觸發(fā)，產(chǎn)生注入門(mén)極的觸發(fā)電流的電路稱為門(mén)極觸發(fā)電路。正是由于通過(guò)門(mén)極只能控制晶閘管開(kāi)通，不能控制晶閘管的關(guān)斷，所以晶閘管才被稱為半控型器件。當(dāng)晶閘管承受反向電壓時(shí)，不論門(mén)極是否有觸發(fā)電流，晶閘管都不會(huì)導(dǎo)通。當(dāng)晶閘管承受正向電壓時(shí)，僅在門(mén)極有觸發(fā)電流的情況下晶閘管才能導(dǎo)通。晶閘管一旦導(dǎo)通，門(mén)極就失去控制作用，不論門(mén)極觸 發(fā)電流是否還存在，晶閘管都保持導(dǎo)通。若要使己導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷，只能利用外加電壓和外電路的作用使流過(guò)晶閘管的電流降到接近于零 的某一數(shù)值以下。晶閘管在以下幾種情況下也可能被觸發(fā)導(dǎo)通：陽(yáng)極電壓升高至相當(dāng)高的數(shù)值造成雪崩效應(yīng)；陽(yáng)極電壓上升率過(guò)高；結(jié)溫較高：光直接 照射硅片，即光觸發(fā)。晶閘管的動(dòng)態(tài)特性主要有開(kāi)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(kāi)通和 關(guān)斷特性是其最重要的動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)。晶閘管的動(dòng)態(tài)特性如圖32所 示：開(kāi)通時(shí)間amp。是延遲時(shí)間G和上升時(shí)間~之和，amp。是將門(mén)極觸發(fā)脈沖 加到未開(kāi)通的晶閘管上，到陽(yáng)極電流達(dá)到其額定電流值的90%所需的 時(shí)間，開(kāi)通時(shí)間會(huì)隨工作電壓、陽(yáng)極電流、門(mén)極電流和結(jié)溫而變化。 開(kāi)通損耗取決于開(kāi)通期間負(fù)載電流的上升時(shí)間。晶閘管開(kāi)通期間，其導(dǎo)電面積是由門(mén)極向四周逐漸展開(kāi)的，過(guò)快的開(kāi)通會(huì)使電流集中于門(mén)極區(qū)，導(dǎo)致器件局部過(guò)熱損壞。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。強(qiáng)觸發(fā)可以提高器件承受di/dt的能力。當(dāng)給處于正向?qū)顟B(tài)的晶閘管外加反向電壓時(shí)，陽(yáng)極電流逐步衰 減到零，并反向流動(dòng)達(dá)到最大值/心，然后衰減到零，晶閘管經(jīng)過(guò) 時(shí)間I后恢復(fù)其反向阻斷能力。由于載流子復(fù)合過(guò)程較慢，晶閘管要 再經(jīng)過(guò)正向阻斷恢復(fù)時(shí)間L之后才能安全的承受正向阻斷電壓。普通 晶閘管的關(guān)斷時(shí)間約為幾百微妙。關(guān)斷時(shí)間取決于結(jié)溫、陽(yáng) 極電流、陽(yáng)極電流上升率di/dt,反向電壓和陽(yáng)極電壓，陽(yáng)壓上升率du/dt。當(dāng)在阻斷的晶閘管陽(yáng)極一陰極間施加的電壓具有正向的上升率， 則由于結(jié)電容C的存在，會(huì)產(chǎn)生位移電流i = Cdu/dt而引起晶閘管的誤 觸發(fā)導(dǎo)通。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)采用吸收電路的措施，使加于晶閘管上的斷態(tài)電壓臨界上升率應(yīng)該小于器件允許的斷態(tài)電壓臨界上升率值。門(mén)極正向伏安特性如圖33所示，可以分為可靠觸發(fā)區(qū)、不可靠觸 發(fā)區(qū)和不觸發(fā)區(qū)等三個(gè)區(qū)域，門(mén)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(mén)極阻抗 隨門(mén)極電流上升率的增大而增大。利用門(mén)極特性曲線設(shè)計(jì)晶閘管觸發(fā)器時(shí)，使其兩個(gè)穩(wěn)定輸出狀態(tài)落入不可靠觸發(fā)區(qū)和可靠觸發(fā)區(qū)內(nèi)，觸發(fā)器輸出負(fù)載線與特性曲線的交點(diǎn)(A, B, C, D, E, J, K、I點(diǎn))確定了在 晶閘管開(kāi)通延遲時(shí)間內(nèi)流入門(mén)極所需的最小電流(E，J點(diǎn))和在運(yùn)行中觸 發(fā)器可能輸出的最大電流(K點(diǎn)）。斷態(tài)重復(fù)峰值電壓斷態(tài)重復(fù)峰值電壓是在門(mén)極斷路而 結(jié)溫為額定值時(shí)允許重復(fù)加在器件上的正向峰值電壓。反向重復(fù)峰值電壓反向重復(fù)峰值電壓是在門(mén)極斷路而結(jié)溫為額定值時(shí),允許重復(fù)加在器件上的反向峰值電壓。(3)通態(tài)（峰值）電壓這是晶閘管通以某一規(guī)定倍數(shù)的額定通態(tài)平均電流時(shí)的瞬態(tài)峰值電壓。如果通過(guò)晶閘管的實(shí)際電流的變化率超過(guò)其限制，或晶閘管兩端電壓的實(shí)際變化率超過(guò)其限制，都將導(dǎo)致晶閘管被擊穿。用于配電網(wǎng)的TSC或TCR的額定電壓大于單個(gè)晶閘管的額定電壓值，可以將晶閘管串聯(lián)起來(lái)以滿足電壓要求。 晶閘管串聯(lián)技術(shù)兩個(gè)反極性晶閘管并聯(lián)構(gòu)成晶閘管級(jí)，由多個(gè)晶閘管級(jí)串聯(lián)起來(lái)稱 為晶閘管串，作為幵關(guān)單元晶閘管串承受最大兩倍的峰值線電壓。對(duì)于lOkV的配電線路的SVC并聯(lián)電容器采用三角形連接。晶閘管靜態(tài)截止時(shí)，由于其漏電流不同，其漏電阻也不同，使晶閘 管的端電壓分布不均勻，造成靜態(tài)均壓?jiǎn)栴}。晶閘管在關(guān)斷和開(kāi)通的 過(guò)程中也存在動(dòng)態(tài)均壓?jiǎn)栴}。各晶閘管反相恢復(fù)電荷不同，其關(guān)斷時(shí) 間也不同。關(guān)斷電荷少，關(guān)斷時(shí)間短。先關(guān)斷的晶閘管會(huì)承擔(dān)外加電源電壓，造成動(dòng)態(tài)電壓不均。各晶閘管的開(kāi)通時(shí)間不一致，即使同時(shí)觸發(fā)，開(kāi)關(guān)時(shí)間短的元件先導(dǎo)通，于是全部正向電壓都由其余尚未導(dǎo) 通的晶閘管承擔(dān)，如果動(dòng)態(tài)均壓不良?？墒蛊渲心骋痪чl管的正向電 壓超過(guò)轉(zhuǎn)折電壓，造成硬性轉(zhuǎn)折，對(duì)元件是一種損傷。所以每個(gè)晶閘 管的性能和參數(shù)盡可能完全相同。兩個(gè)以上晶閘管級(jí)串聯(lián)運(yùn)行可以提高整體的工作電壓，但需要解決 靜態(tài)和動(dòng)態(tài)均壓?jiǎn)栴}。串聯(lián)運(yùn)行電壓分配不均的因素主要有：1靜態(tài)伏 安特性對(duì)靜態(tài)電壓的影響；2關(guān)斷電荷和開(kāi)通時(shí)間等動(dòng)態(tài)特性對(duì)均壓的影響；3雜散電容對(duì)均壓的影響。在選擇晶閘管元件時(shí)，盡量選擇性能、參數(shù)完全一致的元件，采用強(qiáng)觸發(fā)脈沖、光纖傳輸觸發(fā)信號(hào)可以減小開(kāi)通時(shí)間上的差異，可以有效改善開(kāi)通過(guò)程中的動(dòng)態(tài)均壓?jiǎn)栴}。若選擇晶閘管閥兩端電壓為零時(shí)觸發(fā)晶閘管，則不會(huì)出現(xiàn)開(kāi)通過(guò)壓?jiǎn)栴}。多個(gè)晶閘管級(jí)串聯(lián)后將電氣和機(jī)械部件結(jié)合，包括所有連接線、輔件和機(jī)械結(jié)構(gòu)，可與SVC的每一相的電抗器或電容器串聯(lián)構(gòu)成晶閘管閥。TSC開(kāi)關(guān)電路晶閘管閥每相一組的主電路如圖34所示。為避免晶閘管承受過(guò)電壓或過(guò)電流應(yīng)采取保護(hù)措施。晶閘管元件過(guò)電流保護(hù)方法中常用的是快速熔斷器，當(dāng)電路出現(xiàn)過(guò) 電流時(shí)，在晶閘管元件發(fā)生熱擊穿之前，快速熔斷器迅速熔斷，達(dá)到 保護(hù)晶閘管的目的。惡劣誤觸發(fā)帶來(lái)千安級(jí)的沖擊電流，閥兩端可能出現(xiàn)4倍峰值電 壓，在閥兩端并聯(lián)避雷器，限制過(guò)電壓的同時(shí)可旁路部分沖擊電流， 有效限制di/dt値。大電流流過(guò)晶閘管閥時(shí)，將會(huì)使元件發(fā)熱，若不能將元件結(jié)溫控制 在規(guī)定的范圍內(nèi)，可能導(dǎo)致元件的擊穿。晶閘管元件的通流水平在很 大程度上與能否保持元件的結(jié)溫有關(guān)，當(dāng)晶閘管額定容量不大時(shí)，可 在元件上加裝散熱器或采取強(qiáng)制風(fēng)冷的冷卻方式，對(duì)于大容量的晶閘 管閥采用油冷或采用低電導(dǎo)率水膠混合液冷卻方式。無(wú)功補(bǔ)償裝置的主電路是指電容器組和晶閘管開(kāi)關(guān)及其附件構(gòu)成的與電網(wǎng)直接連接的部分電路。三相電容有兩種連接形式：Y接線和 △接線。電容器為Y接時(shí)，晶閘管開(kāi)關(guān)和每相電容串聯(lián)接入電網(wǎng)，組 成無(wú)功補(bǔ)償?shù)闹麟娐?。電容器△接時(shí)，晶閘管開(kāi)關(guān)可以在△內(nèi)控制和 △外控制。△接只適用于三相共補(bǔ)電路，如果三相電路負(fù)荷不平衡、三相功率因數(shù)和電流差異較大，TSC主電路只能采用Y接法，以滿足 分項(xiàng)補(bǔ)償?shù)囊?。TSC常見(jiàn)主電路A接線方式如圖35所示。采用接線方式見(jiàn)圖35 (a)，晶閘管電壓定額可以降低，但電流 定額增大。電容器電壓降低會(huì)提高單位價(jià)格，同時(shí)投入時(shí)會(huì)產(chǎn)生短時(shí) 不平衡中線電流。若采用無(wú)中線的接法，電容器組可以選擇某一三相 電容器。由于沒(méi)有中線的電位固定作用晶閘管可能承受過(guò)大電壓，在 相同容量的情況下，流過(guò)晶閘管的電流也較大。.△接線角內(nèi)控制方式見(jiàn)圖35 (b),晶閘管截止時(shí)承受最大反向電 壓是兩倍線電壓的VI，但電容器的耐壓降低?！鹘泳€角外控制方式見(jiàn) 圖35 (c)，與圖35 (b)相比晶閘管的耐壓有所降低，但電容器的耐 壓將升高。TSC采用厶接線方式具有一定優(yōu)勢(shì)：1可以降低晶閘管閥的電流容量；2電容器電壓沒(méi)有中性點(diǎn)引起的電壓漂移；3避免中線電流。若釆 用Y連接，晶閘管中的電流是A接的力倍，而且投切過(guò)程中可能有較 大的中線電流，將產(chǎn)生較大的電壓漂移，影響投入時(shí)的準(zhǔn)確角度，可 能產(chǎn)生投切沖擊電流。電網(wǎng)的無(wú)功補(bǔ)償主回路都采用晶閘管作為三相電子開(kāi)關(guān)，這種電路 使用晶閘管元件數(shù)量較多，相應(yīng)的觸發(fā)電路也多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，投資大。若每個(gè)晶閘管級(jí)采用一只晶閘管和一只二極管反并聯(lián)構(gòu)成三相電子幵關(guān)即“3+3”電路結(jié)構(gòu)可較少晶閘管的數(shù)量，這種電路的特點(diǎn)是每次 切除電容器時(shí)，電容器的殘壓總是保持電源的峰值電壓，這樣晶閘管 重投時(shí)，只要脈沖序列從系統(tǒng)電壓峰值開(kāi)始觸發(fā)就可以保證平穩(wěn)過(guò)渡。 其缺點(diǎn)是第一次送電時(shí)仍會(huì)發(fā)生電流沖擊。為了降低成本，人們研究出了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、使用元件少 的TSC投切開(kāi)關(guān)的主電路結(jié)構(gòu)。在圖36所示主電路中，圖(a)用2只 晶閘管和1只二極管組成主電路電子開(kāi)關(guān)，稱為”2+1”電路，圖（b) 和圖（c)分別用2只晶閘管和2只二極管構(gòu)成主電路電子開(kāi)關(guān)，稱為 “2+2”電路?！?+1”電路結(jié)構(gòu)是電容器組接成星型，星點(diǎn)處用1只晶閘管和1 只二極管接成三角型。工作時(shí)，電路通過(guò)二極管給兩相電容器預(yù)充電 至一半的峰值線電壓，在電源線電壓負(fù)、正峰值時(shí)觸發(fā)晶閘管，在任 意時(shí)刻均有兩只管子導(dǎo)通，每只管子導(dǎo)通角為240176。三個(gè)元件的關(guān)斷 時(shí)間不同，關(guān)斷時(shí)元件端電壓也不同，二極管為3倍的線電壓，2只晶 ?！?+2”電路是在三相電源的兩相上分別用1只晶閘管和1只二極管 反并聯(lián)連接組成三相開(kāi)關(guān)電路，電容器組接成三角型也可以接成星形。 該電路的工作原理與“2+1”電路相似。 倍電源線電壓，另一相承受3倍線電壓。晶閘管重投時(shí)，需要考慮電容器的殘壓，系統(tǒng)電壓與電容器殘壓 相等時(shí)刻（允許有小差值），就是晶閘管投入的觸發(fā)時(shí)刻。由于電容器 兩端的電壓不能突變，當(dāng)系統(tǒng)電壓與電容器殘壓的差值較大時(shí)，觸發(fā) 晶閘管會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊電流，將損壞晶閘管。增大串聯(lián)電抗器可以降低沖擊電流，或選擇大的晶閘管。這需要 增加投資。為了確定觸發(fā)的合適時(shí)刻，可選擇脈沖序列作為晶閘管的 觸發(fā)信號(hào)。無(wú)論電容器殘壓有多高，它總是小于系統(tǒng)電壓幅值，在一 周期中，晶閘管總有處于零壓或反壓的時(shí)刻。選擇晶閘管承受反壓的 時(shí)