【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 差大，后者利用較少的分組就可獲得較小的補(bǔ)償級(jí)差，但不易控制。在實(shí)際中也有采用二者的折中，例如采用 n1 個(gè)電容值均為 C 的電容，和一個(gè)電容值為 C/2 的電容，這樣系統(tǒng)從零到最大補(bǔ)償量的調(diào)節(jié)則有2n級(jí)。TSC 系統(tǒng)應(yīng)用形式非常靈活，可按電壓等級(jí)劃分和按補(bǔ)償對(duì)象劃分。按電壓等級(jí)劃分：低壓補(bǔ)償，該補(bǔ)償方式適用于 1kV 及其以下電壓的補(bǔ)償；高壓補(bǔ)償，即 635kV的補(bǔ)償。按補(bǔ)償對(duì)象劃分為：面向系統(tǒng)補(bǔ)償，該補(bǔ)償方式是維持系統(tǒng)電壓在一定的范圍內(nèi)變化，該補(bǔ)償方式一般為高壓補(bǔ)償方式；面向負(fù)荷補(bǔ)償，該方式直接針對(duì)某一負(fù)荷進(jìn)行補(bǔ)償。 TSC主電路選擇和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 晶閘管和電容器的連接方式TSC的主電路按照晶閘管和電容器的連接方式，可以大致分為 4種類型: 星形有中線、星形無(wú)中線。角外接法、角內(nèi)接法。其中前兩者統(tǒng)稱為星形接法，后兩者統(tǒng)稱為三角形接法。(1)星形有中線 這種接法優(yōu)點(diǎn)在于，晶閘管電壓定額降低，可以進(jìn)行分相投切；但由于中線存在，對(duì)二倍次諧波無(wú)抑制作用，所以晶閘管電流定額增大，因此該接線方式適合系統(tǒng)電壓波形畸變率很小且電網(wǎng)負(fù)荷三相不平衡的情況。為了限制涌流和抑制諧波，通常在中線上加裝限流電抗器(見(jiàn)圖 22a)。(2)星形無(wú)中線 與星形有中線相比，該接線方式由于取消了中線，對(duì)三倍次諧波有抑制作用，對(duì)系統(tǒng)無(wú)污染；但需兩相電容才能形成回路，不能進(jìn)行分相投切，因此，該方式適合補(bǔ)償電網(wǎng)負(fù)荷三相不平衡的情況(見(jiàn)圖22b)。(3)角外接法 晶閘管處于電容器三角形的外部。按照電工理論中的“△—Y”變換原理，在電容器總?cè)萘肯嗟鹊那闆r下，角外接法和星形無(wú)中線對(duì)外電路所表現(xiàn)的特性都是一樣的。實(shí)際中，多采用三角形接法。角外接法對(duì)三倍次諧波也有抑制作用；與角內(nèi)接法相比，體積小，但不易控制，投切時(shí)暫態(tài)過(guò)程較長(zhǎng)。適合于三相平衡負(fù)載(見(jiàn)圖22c)。(4)角內(nèi)接法 晶閘管處于電容器三角形的內(nèi)部。該接法對(duì)系統(tǒng)無(wú)污染，相對(duì)另外 3 種接法，晶閘管電流定額小，只有相電流的 58%，但晶閘管電壓定額較大(見(jiàn)圖22d)。 a) 星型有中線 b）星型無(wú)中線c)角外接法 d）角內(nèi)接法圖22 TSC主電路拓?fù)鋱D TSC 投入時(shí)刻選取分析 TSC理想投切時(shí)刻TSC 投入電容的觸發(fā)時(shí)刻選取的總原則是，晶閘管開(kāi)通的時(shí)刻，必須是電源電壓與電容器殘壓的幅值和相位相同，也就是晶閘管兩端電壓為零的時(shí)刻。無(wú)論電容器殘壓是多少，其往往都是不易測(cè)量的，所以必須通過(guò)其他一些方法來(lái)解決電容器殘壓測(cè)量的難題。一般來(lái)講，希望電容器預(yù)先充電電壓為電源電壓峰值，而且將晶閘管的觸發(fā)相位也固定在電源電壓的峰值點(diǎn)。因?yàn)楦鶕?jù)電容器的特性方程 (21) 圖23 TSC理想投切時(shí)刻原理圖圖 23 所示為兩個(gè)晶閘管反并聯(lián)的結(jié)構(gòu)，設(shè)電源電壓為，在本次導(dǎo)通開(kāi)始以前，電容器的端電壓己通過(guò)上次導(dǎo)通時(shí)段最后導(dǎo)通的晶閘管充電至電源電壓的峰值，且極性為正。本次導(dǎo)通開(kāi)始時(shí)刻取為和相等的時(shí)刻,給以觸發(fā)脈沖而使之開(kāi)通，電容開(kāi)始導(dǎo)通其電流。以后每半個(gè)周波發(fā)出脈沖輪流給和,直到需要切除這條電容支路。如在時(shí)刻，停止發(fā)脈沖，為零，則關(guān)斷，因未獲觸發(fā)而不導(dǎo)通，電容器電壓保持為導(dǎo)通結(jié)束時(shí)的電源電壓負(fù)峰值，為下次投切電容器做了準(zhǔn)備。如果在導(dǎo)通前電容器充電電壓也等于電源電壓峰值，則在電源峰值點(diǎn)投入電容時(shí)，由于在這一點(diǎn)電源電壓的變化率（時(shí)間導(dǎo)數(shù)）為零，因此，電流即為零，隨后電源電壓（也即電容電壓）的變化率才按正弦規(guī)律上升，電流即按正弦規(guī)律上升。這樣，整個(gè)投入過(guò)程不但不會(huì)產(chǎn)生沖擊電流，而且電流也沒(méi)有階越變化。這就是所謂的理想投入時(shí)刻。圖23以簡(jiǎn)單的電路原理圖和投切的波形對(duì)此作了說(shuō)明。晶閘管和二極管反并聯(lián)的結(jié)構(gòu)同兩個(gè)晶閘管反并聯(lián)結(jié)構(gòu)類似，二極管可以給電容器充電，直到其電壓為電源電壓峰值為止，一旦電容電壓比電源電壓峰值低，二極管就會(huì)將其充至峰值電壓。 無(wú)涌流電容器投切時(shí)刻分析下面分析如圖24所示的含有抑制涌流電感的電容器無(wú)涌流投入時(shí)刻。圖24 單相TSC等效電路由圖可得電路的方程 (22)設(shè)電源電壓 ，投切時(shí)刻相角為，電感的初始電流，電容的初始電壓為，解方程可得 （23）式中為電路振蕩頻率，為電流穩(wěn)態(tài)峰值。要使電流不出現(xiàn)暫態(tài)過(guò)渡過(guò)程，應(yīng)同時(shí)滿足電容預(yù)充電和投切初相角條件 (24) 電容器必須預(yù)充電至 。當(dāng)時(shí)可以認(rèn)為電容器需預(yù)充至電源峰值電壓。可控硅必需在正弦電源電壓到達(dá)峰值導(dǎo)通，且導(dǎo)通時(shí)電源電壓與電容電壓極性相同。當(dāng)這兩個(gè)條件滿足時(shí)，電流由零值直接進(jìn)入穩(wěn)態(tài)，無(wú)過(guò)渡過(guò)程。 （25） 同時(shí)滿足無(wú)過(guò)渡過(guò)程投入的兩個(gè)條件，在實(shí)際中是很困難的。由于系統(tǒng)電壓波動(dòng)變化，以及電容上的殘壓等因素，在實(shí)際中很難保證無(wú)過(guò)渡投入條件中的電容預(yù)充電條件。當(dāng)投入電容器瞬間晶閘管兩端電壓差為零時(shí)，前述公式可以簡(jiǎn)化為 （26） 可以看出如投入電容器瞬間晶閘管兩端壓差為零，即可保證暫態(tài)電流峰值不超過(guò)穩(wěn)態(tài)電流峰值的 2 倍；且當(dāng)投入相位為士 90176。時(shí)，恰好滿足了無(wú)過(guò)渡投入電容器的條件。因此將“晶閘管兩端電壓為零”作為晶閘管無(wú)沖擊性涌流投入電容器的判據(jù)。 基于以上分析，常見(jiàn)的觸發(fā)方式有以下兩種： ⑴過(guò)零觸發(fā) 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，此時(shí)觸發(fā)可保證晶閘管平穩(wěn)導(dǎo)通。當(dāng) TSC 投入指令撤銷時(shí)，晶閘管在電流過(guò)零時(shí)斷開(kāi)，直到下次發(fā)出投入指令，TSC才會(huì)在零電壓時(shí)重新投入。 ⑵反壓觸發(fā) 一般來(lái)講，無(wú)論電容器殘壓多高，總是小于等于電源電壓幅值，在一個(gè)周期內(nèi)，晶閘管總有處于零壓或反壓的時(shí)刻。利用這一點(diǎn)，在晶閘管承受反壓時(shí)，觸發(fā)脈沖序列升始，這樣當(dāng)晶閘管由反向轉(zhuǎn)為正向偏置時(shí)就自動(dòng)進(jìn)入平穩(wěn)導(dǎo)通狀態(tài)。對(duì)于由 2 只晶閘管、1 只二極管組成的Y△連接的三相投切開(kāi)關(guān)的“2+1”電路，就可以應(yīng)用這種觸發(fā)方式，“2+1”電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖25所示。 圖25 2+1電路和相位觸發(fā)示意圖本章分析了TSC的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，并給出了系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。對(duì)TSC的補(bǔ)償特性進(jìn)行了深入分析。對(duì)晶閘管和電容器的連接方式進(jìn)行了說(shuō)明，對(duì)采取的晶閘管和二極管反并聯(lián)的方式進(jìn)行分析。3 TSC靜止無(wú)功補(bǔ)償穩(wěn)定系統(tǒng)電壓 TSC控制策略對(duì)于TSC，由其基本結(jié)構(gòu)和原理可知，兩個(gè)反并聯(lián)晶閘管只是起將電容器并入電網(wǎng)或從電網(wǎng)斷開(kāi)的作用，串聯(lián)的小電感只是用來(lái)抑制電容投入電網(wǎng)時(shí)可能造成的沖擊電流，在工程實(shí)際中一般將電容器分成組，每組都可由晶閘管投切，因而可根據(jù)電網(wǎng)的無(wú)功需求投切電容器，TSC實(shí)際上就是斷續(xù)可調(diào)的發(fā)出無(wú)功功率的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置。TSC雖然不能連續(xù)補(bǔ)償無(wú)功，且只能輸出容性無(wú)功，但憑借其成本低，運(yùn)行時(shí)不產(chǎn)生諧波，自身能耗小等優(yōu)點(diǎn)，近10年以來(lái)，在世界范圍內(nèi)其市場(chǎng)一直在迅速而穩(wěn)定的增長(zhǎng)。其主要缺點(diǎn)是對(duì)配電系統(tǒng)電能質(zhì)量補(bǔ)償能力弱隨著計(jì)算機(jī)測(cè)控技術(shù)的迅速發(fā)展，先后出現(xiàn)了多種TSC無(wú)功補(bǔ)償?shù)目刂撇呗?，主要可以分為兩種。⑴單一功能的控制策略這類控制包括：按功率因數(shù)大小控制；按母線電壓曲線控制；按無(wú)功功率變化控制；按晝夜時(shí)間段控制；按負(fù)載電流大小控制；按電壓電流相位差控制等。此類控制策略的方法較簡(jiǎn)單，以無(wú)功功率變化控制策略為例簡(jiǎn)要說(shuō)明，其余控制策略這里不再贅述。無(wú)功功率控制是指根據(jù)測(cè)得的電壓、電流和功率因數(shù)等參數(shù)，計(jì)算出應(yīng)該投入的電容容量，然后在電容組合方式中選出一種最接近但又不會(huì)過(guò)補(bǔ)償?shù)慕M合方式，電容器投切一次到位。如果計(jì)算值小于最小一組電容器的容量(下限值)，則應(yīng)保持補(bǔ)償狀態(tài)不變。只有當(dāng)所需容量大于或等于下限值時(shí)，才執(zhí)行相應(yīng)的投切。⑵綜合控制功能的控制策略這類控制器包括：按電壓、功率因數(shù)綜合控制；按電壓、時(shí)間綜合控制；按電壓、無(wú)功功率綜合控制。以電壓、功率因數(shù)綜合控制策略為例簡(jiǎn)要闡述，其他幾種只是控制目標(biāo)不同，這里不再說(shuō)明。電壓、功率因數(shù)控制是指根據(jù)預(yù)先設(shè)定的整定功率因數(shù)，由檢測(cè)到的電網(wǎng)實(shí)際功率因數(shù)控制所需的補(bǔ)償電容容量，電容器組投入后，只有當(dāng)且電壓不超過(guò)允許值時(shí)，才能運(yùn)行于穩(wěn)定區(qū)。 九區(qū)圖法控制原理對(duì)TSC的控制策略，傳統(tǒng)的方式是采用九區(qū)圖法。九區(qū)圖控制法是將電壓和無(wú)功的區(qū)域結(jié)合起來(lái)，組成一個(gè)平面，在該平面內(nèi)分為9個(gè)區(qū)域。分別為:電壓無(wú)功合格區(qū)，電壓越上限、無(wú)功越上限，電壓越上限、無(wú)功合格，電壓越上限、無(wú)功越下限，電壓合格、無(wú)功越下限，電壓合格、無(wú)功越上限，電壓越下限、無(wú)功越下限，電壓越下限、無(wú)功合格，電壓越下限、無(wú)功越上限9個(gè)區(qū)域。每個(gè)分區(qū)有不同的控制規(guī)則，以這樣的策略來(lái) 圖31 九區(qū)圖法控制原理圖控制電壓和無(wú)功。九區(qū)圖控制法原理圖如圖31所示，和是電壓偏差的上、下限值，是標(biāo)準(zhǔn)電壓值，下限是功率因數(shù)偏差下限值(無(wú)功上限值)，上限是功率因數(shù)偏差上限值(無(wú)功下限值)，圖31中縱坐標(biāo)是電壓，電壓偏差的上、下限由變電站的運(yùn)行要求決定。無(wú)功功率的上、下限值則由補(bǔ)償電容器的容量以及電網(wǎng)是否要求該站向電網(wǎng)輸送無(wú)功功率來(lái)決定。根據(jù)控制要求劃分，各個(gè)區(qū)的常規(guī)控制策略如下:O區(qū):電壓合格，無(wú)功功率合格，不操作。1區(qū):電壓合格，無(wú)功越下限(過(guò)補(bǔ)償)。發(fā)切除電容的指令。若電容己切完，無(wú)功仍然越下限，停發(fā)切電容指令，發(fā)降壓指令。2區(qū):電壓越上限，無(wú)功越下限(過(guò)補(bǔ)償)。先發(fā)切除電容指令，到無(wú)功補(bǔ)償合適時(shí)，若電壓還高，轉(zhuǎn)發(fā)降壓指令。3區(qū):電壓越上限，無(wú)功合格。發(fā)降壓指令，直到電壓降低至合格為止。4區(qū):電壓越上限，功率因數(shù)越下限(無(wú)功越上限)。先發(fā)降壓指令，待電壓降至合格后，再發(fā)投電容器組指令，直到電容器合適為止。若電容器己投完，無(wú)功仍然越上限值，則停發(fā)投電容器指令。5區(qū):電壓合格、功率因數(shù)越下限(無(wú)功越上限)。發(fā)投電容器組指令，投入電容器組直至無(wú)功補(bǔ)償合適為止。