【文章內(nèi)容簡介】 頭，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，至極限檔位后仍無法滿足要求，強行投入電容器。本章從無功補償?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，對補償電容容量及參數(shù)的選擇進行了計算，總結(jié)了無功補償?shù)幕痉椒捌鋵╇娰|(zhì)量的影響，討論了無功補償?shù)目刂撇呗浴５谌? 無功補償電路晶閘管觸發(fā)系統(tǒng)的研究與設計隨著半導體制造技術(shù)和變流技術(shù)的發(fā)展，新型的電力電子器件不 斷問世，作為高性能電子開關(guān)晶閘管器件的應用使無功補償技術(shù)得到 迅速的發(fā)展。無功補償技術(shù)中晶閘管作為開關(guān)作用的優(yōu)勢:一是作為投切電容器 的開關(guān)。晶閘管開關(guān)的響應時間短(微秒級)，而且能夠精確選擇電容器 的投切角度，實現(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。二是作為無功功率輸出的調(diào)節(jié)開關(guān)。 由于晶閘管器件的高開關(guān)頻率，使其能夠方便地控制晶閘管的導通角， 從而實現(xiàn)無功的連續(xù)調(diào)節(jié)，快速跟蹤負載無功的變化。晶閘管（THYRISTOR)是晶體閘流管的簡稱，又稱作可控硅整流 管(SILICON CONTROLLED RECTIFIER —SCR)晶閘管是一個三端子反相阻斷半導體單向開關(guān)元件。在正常工作條 件下，僅當陽極和門級的電壓對陰極為正時才能通過電流，晶閘管導 通后，門級失去控制作用，當流經(jīng)外部電路的電流減小到零時晶閘管 停止導通。晶閘管為半控器件。晶閘管導通的工作原理可以用雙晶體模型來解釋，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晶閘管的驅(qū)動過程更多的是稱為觸發(fā)，產(chǎn)生注入門極的觸發(fā)電流的電路稱為門極觸發(fā)電路。正是由于通過門極只能控制晶閘管開通，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。當晶閘管承受反向電壓時，不論門極是否有觸發(fā)電流，晶閘管都不會導通。當晶閘管承受正向電壓時，僅在門極有觸發(fā)電流的情況下晶閘管才能導通。晶閘管一旦導通，門極就失去控制作用，不論門極觸 發(fā)電流是否還存在，晶閘管都保持導通。若要使己導通的晶閘管關(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)導通：陽極電壓升高至相當高的數(shù)值造成雪崩效應；陽極電壓上升率過高；結(jié)溫較高：光直接 照射硅片，即光觸發(fā)。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。晶閘管的動態(tài)特性如圖32所 示：開通時間amp。是延遲時間G和上升時間~之和，amp。是將門極觸發(fā)脈沖 加到未開通的晶閘管上，到陽極電流達到其額定電流值的90%所需的 時間，開通時間會隨工作電壓、陽極電流、門極電流和結(jié)溫而變化。 開通損耗取決于開通期間負載電流的上升時間。晶閘管開通期間，其導電面積是由門極向四周逐漸展開的，過快的開通會使電流集中于門極區(qū)，導致器件局部過熱損壞。因此，在設 計時考慮到晶閘管的電流上升率di/dt應低于器件允許的通態(tài)電流臨界 上升率。強觸發(fā)可以提高器件承受di/dt的能力。當給處于正向?qū)顟B(tài)的晶閘管外加反向電壓時，陽極電流逐步衰 減到零，并反向流動達到最大值/心，然后衰減到零，晶閘管經(jīng)過 時間I后恢復其反向阻斷能力。由于載流子復合過程較慢，晶閘管要 再經(jīng)過正向阻斷恢復時間L之后才能安全的承受正向阻斷電壓。普通 晶閘管的關(guān)斷時間約為幾百微妙。關(guān)斷時間取決于結(jié)溫、陽 極電流、陽極電流上升率di/dt,反向電壓和陽極電壓，陽壓上升率du/dt。當在阻斷的晶閘管陽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，會產(chǎn)生位移電流i = Cdu/dt而引起晶閘管的誤 觸發(fā)導通。因此，在設計時采用吸收電路的措施，使加于晶閘管上的斷態(tài)電壓臨界上升率應該小于器件允許的斷態(tài)電壓臨界上升率值。門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)等三個區(qū)域，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。利用門極特性曲線設計晶閘管觸發(fā)器時，使其兩個穩(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)器輸出負載線與特性曲線的交點(A, B, C, D, E, J, K、I點)確定了在 晶閘管開通延遲時間內(nèi)流入門極所需的最小電流(E，J點)和在運行中觸 發(fā)器可能輸出的最大電流(K點）。斷態(tài)重復峰值電壓斷態(tài)重復峰值電壓是在門極斷路而 結(jié)溫為額定值時允許重復加在器件上的正向峰值電壓。反向重復峰值電壓反向重復峰值電壓是在門極斷路而結(jié)溫為額定值時,允許重復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)平均電流時的瞬態(tài)峰值電壓。如果通過晶閘管的實際電流的變化率超過其限制，或晶閘管兩端電壓的實際變化率超過其限制，都將導致晶閘管被擊穿。用于配電網(wǎng)的TSC或TCR的額定電壓大于單個晶閘管的額定電壓值，可以將晶閘管串聯(lián)起來以滿足電壓要求。 晶閘管串聯(lián)技術(shù)兩個反極性晶閘管并聯(lián)構(gòu)成晶閘管級，由多個晶閘管級串聯(lián)起來稱 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，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)均壓問題。晶閘管在關(guān)斷和開通的 過程中也存在動態(tài)均壓問題。各晶閘管反相恢復電荷不同，其關(guān)斷時 間也不同。關(guān)斷電荷少，關(guān)斷時間短。先關(guān)斷的晶閘管會承擔外加電源電壓，造成動態(tài)電壓不均。各晶閘管的開通時間不一致，即使同時觸發(fā)，開關(guān)時間短的元件先導通，于是全部正向電壓都由其余尚未導 通的晶閘管承擔，如果動態(tài)均壓不良。可使其中某一晶閘管的正向電 壓超過轉(zhuǎn)折電壓，造成硬性轉(zhuǎn)折，對元件是一種損傷。所以每個晶閘 管的性能和參數(shù)盡可能完全相同。兩個以上晶閘管級串聯(lián)運行可以提高整體的工作電壓，但需要解決 靜態(tài)和動態(tài)均壓問題。串聯(lián)運行電壓分配不均的因素主要有：1靜態(tài)伏 安特性對靜態(tài)電壓的影響；2關(guān)斷電荷和開通時間等動態(tài)特性對均壓的影響；3雜散電容對均壓的影響。在選擇晶閘管元件時，盡量選擇性能、參數(shù)完全一致的元件，采用強觸發(fā)脈沖、光纖傳輸觸發(fā)信號可以減小開通時間上的差異，可以有效改善開通過程中的動態(tài)均壓問題。若選擇晶閘管閥兩端電壓為零時觸發(fā)晶閘管，則不會出現(xiàn)開通過壓問題。多個晶閘管級串聯(lián)后將電氣和機械部件結(jié)合，包括所有連接線、輔件和機械結(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電壓或過電流應采取保護措施。晶閘管元件過電流保護方法中常用的是快速熔斷器，當電路出現(xiàn)過 電流時，在晶閘管元件發(fā)生熱擊穿之前，快速熔斷器迅速熔斷，達到 保護晶閘管的目的。惡劣誤觸發(fā)帶來千安級的沖擊電流，閥兩端可能出現(xiàn)4倍峰值電 壓，在閥兩端并聯(lián)避雷器，限制過電壓的同時可旁路部分沖擊電流， 有效限制di/dt値。大電流流過晶閘管閥時，將會使元件發(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)，當晶閘管額定容量不大時，可 在元件上加裝散熱器或采取強制風冷的冷卻方式，對于大容量的晶閘 管閥采用油冷或采用低電導率水膠混合液冷卻方式。無功補償裝置的主電路是指電容器組和晶閘管開關(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，晶閘管開關(guān)和每相電容串聯(lián)接入電網(wǎng)，組 成無功補償?shù)闹麟娐?。電容器△接時，晶閘管開關(guān)可以在△內(nèi)控制和 △外控制?！鹘又贿m用于三相共補電路，如果三相電路負荷不平衡、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 分項補償?shù)囊?。TSC常見主電路A接線方式如圖35所示。采用接線方式見圖35 (a)，晶閘管電壓定額可以降低，但電流 定額增大。電容器電壓降低會提高單位價格，同時投入時會產(chǎn)生短時 不平衡中線電流。若采用無中線的接法，電容器組可以選擇某一三相 電容器。由于沒有中線的電位固定作用晶閘管可能承受過大電壓，在 相同容量的情況下，流過晶閘管的電流也較大。.△接線角內(nèi)控制方式見圖35 (b),晶閘管截止時承受最大反向電 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 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：1可以降低晶閘管閥的電流容量；2電容器電壓沒有中性點引起的電壓漂移；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，影響投入時的準確角度，可 能產(chǎn)生投切沖擊電流。電網(wǎng)的無功補償主回路都采用晶閘管作為三相電子開關(guān)，這種電路 使用晶閘管元件數(shù)量較多，相應的觸發(fā)電路也多，結(jié)構(gòu)復雜，投資大。若每個晶閘管級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，這種電路的特點是每次 切除電容器時，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，只要脈沖序列從系統(tǒng)電壓峰值開始觸發(fā)就可以保證平穩(wěn)過渡。 其缺點是第一次送電時仍會發(fā)生電流沖擊。為了降低成本，人們研究出了結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、使用元件少 的TSC投切開關(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，星點處用1只晶閘管和1 只二極管接成三角型。工作時，電路通過二極管給兩相電容器預充電 至一半的峰值線電壓，在電源線電壓負、正峰值時觸發(fā)晶閘管，在任 意時刻均有兩只管子導通，每只管子導通角為240176。三個元件的關(guān)斷 時間不同，關(guān)斷時元件端電壓也不同，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，需要考慮電容器的殘壓，系統(tǒng)電壓與電容器殘壓 相等時刻（允許有小差值），就是晶閘管投入的觸發(fā)時刻。由于電容器 兩端的電壓不能突變，當系統(tǒng)電壓與電容器殘壓的差值較大時，觸發(fā) 晶閘管會產(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)的合適時刻，可選擇脈沖序列作為晶閘管的 觸發(fā)信號。無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刻。選擇晶閘管承受反壓的