【正文】 通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)可見(jiàn)TSC無(wú)功補(bǔ)償效果非常明顯。這種投切方式適合不同主 回路、不同晶閘管連接方式，投切效果良好。設(shè)計(jì)電路中考慮了晶閘管觸發(fā)脈沖的抗干擾措施。晶閘管觸發(fā)電路以及觸發(fā)方式是保證無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)可靠無(wú)沖擊觸發(fā)的重要部分，本文提出對(duì)于10kV電網(wǎng)靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置TSC采用電網(wǎng)峰值電壓時(shí)刻觸發(fā)最為理想。本文闡述了電子開(kāi)關(guān)元件晶閘管的工作特性及其主要參數(shù)、分析了晶閘管的工作原理，研究了晶閘管串聯(lián)技術(shù)及其參數(shù)的計(jì)算和選擇。本章對(duì)lOkV無(wú)功補(bǔ)償電容投切控制進(jìn)行了三組實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明 TSC能夠有效補(bǔ)償無(wú)功，電網(wǎng)功率因數(shù)得到明顯提高。說(shuō)明隨著補(bǔ)償電容容量的增加，電網(wǎng)無(wú)功總量逐漸減小，功率因數(shù)逐漸提高。當(dāng)投入第三組電 容后，電網(wǎng)電壓與電流的相位差接近于零，電路感性消弱呈現(xiàn)接近阻性性質(zhì)?！?76。從圖4圖411可以看出隨著補(bǔ)償電容投入容量的增加，電壓 超前電流的相位差逐漸減小60176。從表41可以看出：隨著補(bǔ)償電容量的增大，電網(wǎng)補(bǔ)償容性無(wú)功 功率增大，總無(wú)功功率減小，有功功率不變，功率因數(shù)提高從無(wú)功補(bǔ)償前后電網(wǎng)電壓與電流波形的相位關(guān)系來(lái)分析，圖49 是補(bǔ)償前電網(wǎng)電壓與電流的仿真波形，圖中上邊的波形是電網(wǎng)BC相 電流波形，下邊是電網(wǎng)BC相電壓波形，可以看出電壓波形超前電流進(jìn)行電容投切控制實(shí)驗(yàn)時(shí)，延時(shí)20ms觸發(fā)電路，分別投入三組電 容器，補(bǔ)償后電網(wǎng)BC相電壓與電流的波形如圖410和圖411所示。, cos(p=，進(jìn)行三組電容投切實(shí)驗(yàn)。 基于電容器投切控制的無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)的MATLAB仿真由于電網(wǎng)絕大多數(shù)負(fù)載呈感性，因而釆用并聯(lián)電容器組，通過(guò)對(duì) 并聯(lián)電容器組的投切控制來(lái)進(jìn)行無(wú)功的就地補(bǔ)償，這種無(wú)功補(bǔ)償經(jīng)濟(jì) 易行并得到廣泛的應(yīng)用。從圖47可清晰看出補(bǔ)償支路電流 過(guò)零時(shí)刻，電容器端電壓為最大值（峰值電壓時(shí)刻）。圖47是晶閘管導(dǎo)通前后BC相補(bǔ)償支路電容器組端電壓與電流的 波形，晶閘管導(dǎo)通前電容充電至電網(wǎng)峰值電壓，導(dǎo)通時(shí)電容器端電壓 値沒(méi)有發(fā)生突變，而是從峰值電壓開(kāi)始連續(xù)按正弦規(guī)律變化，導(dǎo)通后 電容器端電壓的波形為完好的正弦波，導(dǎo)通時(shí)補(bǔ)償支路的電流無(wú)從零 開(kāi)始按正弦規(guī)律變化，導(dǎo)通時(shí)刻無(wú)電流沖擊，在相位上電壓落后電流 90176。從圖46中可以看出：晶閘管導(dǎo)通前電流為零，在電網(wǎng)峰值時(shí)刻觸 發(fā)導(dǎo)通，導(dǎo)通時(shí)無(wú)電流沖擊，兩只晶閘管輪流導(dǎo)通交替工作，補(bǔ)償支 路電流波形為連續(xù)的正弦波，電流波形在交越處無(wú)畸變。 ，觀察晶閘管和電容器組 導(dǎo)通前后BC相電壓電流的波形。偏離峰值時(shí)刻觸發(fā)晶閘管，仿真線路運(yùn)行后，補(bǔ)償支路電容端電 壓波形發(fā)生嚴(yán)重畸變?nèi)鐖D44所示。角時(shí)刻觸發(fā)晶閘管（見(jiàn)圖42),即電網(wǎng)電壓與電容器殘 壓不相等時(shí)觸發(fā)補(bǔ)償支路時(shí)，仿真結(jié)果如圖43所示，補(bǔ)償支路產(chǎn)生 強(qiáng)大的電流沖擊，若強(qiáng)脈沖參數(shù)不符合要求（如脈寬不夠大等），而導(dǎo) 致補(bǔ)償支路電流發(fā)生畸變，正弦波形不連續(xù)（單向晶閘管的導(dǎo)通角小 于 180。角時(shí) 刻觸發(fā)該相晶閘管見(jiàn)圖42， 觸發(fā)，觀察晶閘管和電容器組導(dǎo)通前后BC相電壓電流的波形。圖41是晶閘管脈沖觸發(fā)實(shí)驗(yàn)的仿真線路，其中用線電壓10kV 的三相電壓源作為母線，補(bǔ)償主電路采用三角型連接，晶閘管位于三 角型內(nèi)，六路觸發(fā)脈沖分別接到電網(wǎng)AB、BC、CA補(bǔ)償支路中。角，當(dāng)晶閘管在補(bǔ)償電流過(guò)零而自然關(guān)斷時(shí)，補(bǔ)償電容器上的電壓剛好處于 電網(wǎng)電壓峰值時(shí)刻，即切除電容器時(shí)，電容器上的殘壓為電源峰值電 壓，再次投入時(shí)，電容的殘壓視電容器自行放電的時(shí)間而定。首次觸發(fā) 應(yīng)將電容器預(yù)先充電至電源峰值電壓，并在電網(wǎng)峰值電壓時(shí)刻觸發(fā)晶 閘管，這時(shí)電容電壓的變化率為零，所以不會(huì)引起電流沖擊，接通后 電容電壓按正弦規(guī)律變化。切除電容器時(shí)，只需除去觸發(fā)脈 沖信號(hào)，晶閘管在電流過(guò)零時(shí)自然關(guān)斷，即所謂“等電壓投入，零電流 切除”控制方案。 晶閘管觸發(fā)系統(tǒng)的MATLAB仿真電力電容器是一種儲(chǔ)能元件，在其通斷時(shí)存在暫態(tài)過(guò)渡過(guò)程，因 此若電容器投切控制不當(dāng)，則給電網(wǎng)帶來(lái)嚴(yán)重的電流沖擊，同時(shí)會(huì)嚴(yán) 重影響晶閘管開(kāi)關(guān)和電力電容器的使用壽命，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失并 影響電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定的運(yùn)行。與PSPICE和SABER等仿真分析不 同，SimPowerSystems中的模型更加關(guān)注器件的外特性，易于與控制系 統(tǒng)連接。MATLAB軟件系統(tǒng)是當(dāng)今流行的第四代計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，它在科學(xué)計(jì) 算、數(shù)值分析、系統(tǒng)建模與仿真、自動(dòng)控制等不同領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。為此出現(xiàn)了適合電力電子及電力系統(tǒng)仿真的專用仿真軟件如 PSPICE、SABER、MATLAB等。計(jì)算機(jī)仿真需要用數(shù)學(xué)模型代替實(shí)際的電力電子 裝置，通過(guò)數(shù)值分析方法求解數(shù)學(xué)方程，獲得系統(tǒng)中狀態(tài)變量的運(yùn)動(dòng) 規(guī)律。對(duì)晶閘管投切電容器組的主電路的接線方法進(jìn)行的分析，論述了晶閘 管脈沖觸發(fā)方式的特點(diǎn)，對(duì)峰值觸發(fā)方式給出了數(shù)字電路設(shè)計(jì)方案，該電路通過(guò)了仿真實(shí)驗(yàn)，簡(jiǎn)述了晶閘管觸發(fā)脈沖的抗干擾措施。5盡量減少或不設(shè)中間端子板 或連接線。3脈沖信號(hào)線采用絞距小于1cm的雙絞線或 屏蔽線，脈沖線單獨(dú)穿管，與其它信號(hào)線分開(kāi)布線，管道應(yīng)可靠接地。抑制外部干擾源對(duì)脈沖干擾的措施印制電路板采用“鋪地”方法， 即印制電路板上全部或局部鋪上地線，用地線將信號(hào)線包圍起來(lái)，以抑制內(nèi)部信號(hào)的干擾。 抑制脈沖間相互干擾的措施：1將控制電源與脈沖電源分，并將各路脈沖電源分開(kāi)，各電源應(yīng)采用大容量電容進(jìn)行濾波，提高電源輸 出特性的硬度。外部干擾源來(lái)自設(shè)備內(nèi)部其他信號(hào)如控制柜內(nèi)其它強(qiáng)電信號(hào)，和外部環(huán)境劇變的強(qiáng)電磁場(chǎng)的干擾。因?yàn)楦髀访}沖共用一組電 源，當(dāng)一路脈沖觸發(fā)時(shí)，由于瞬時(shí)功率較大，將電源波形拉下缺口， 同時(shí)在地線上產(chǎn)生較強(qiáng)的脈沖電流，在地線兩點(diǎn)間產(chǎn)生干擾毛剌，若 地線處理不好，毛刺傳至其它脈沖信號(hào)上。當(dāng)系統(tǒng)為強(qiáng)脈沖 觸發(fā)，而現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境比較惡劣時(shí)，系統(tǒng)的抗干擾能力更為重要。對(duì)脈沖系統(tǒng)的干擾主要是脈沖系統(tǒng)內(nèi)部存在的干擾和來(lái)自外部干擾源的干擾。改變 多諧振蕩器的參數(shù)可以調(diào)節(jié)高頻脈沖的頻率和幅值，調(diào)節(jié)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā) 器的參數(shù)可實(shí)現(xiàn)脈沖的定時(shí)選通、調(diào)整脈沖序列的寬度。，晶閘管觸發(fā)電路見(jiàn)圖312，仿真實(shí) 驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖313。它有十分豐富的電子元器件庫(kù)可供用戶調(diào)用組建仿真電路，它還有多 臺(tái)虛擬儀器儀表和一個(gè)實(shí)時(shí)測(cè)量探針可以滿足測(cè)試要求。由脈沖變壓器輸出的控制信號(hào)與可控硅觸發(fā)控制端 相連。再經(jīng)由9011與BU406組成的復(fù)合管對(duì)脈 沖信號(hào)進(jìn)行放大，之后送入脈沖變壓器。其工作原理為：由多諧振蕩器產(chǎn)生的高頻脈沖信號(hào)，與單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器產(chǎn)生的定時(shí)、 調(diào)整脈寬矩形脈沖信號(hào)，經(jīng)過(guò)與非門輸出符合脈沖產(chǎn)生時(shí)刻要求、脈 寬符合要求的脈沖序列。2. 利用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的定時(shí)選通作用，也就是通過(guò)調(diào)整單穩(wěn)態(tài)觸發(fā) 器的占空比，來(lái)調(diào)整觸發(fā)脈沖的寬度。在圖312所示的電路中，555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器 用來(lái)調(diào)制產(chǎn)生高頻脈沖信號(hào)。555定時(shí)器工作的電源電壓很寬，并可承受較大的負(fù)載電流。該電路使用靈活、方便，只需外接少量的阻容元件 就可以構(gòu)成單穩(wěn)、多諧和施密特觸發(fā)器。555定時(shí)器是一種數(shù)字電路與模擬電路相結(jié)合的中規(guī)模集成電路。同步信號(hào)的功能是提供電網(wǎng) 基波相位參考，提供晶閘管觸發(fā)角的相位參考，起定時(shí)作用。通常采用由復(fù)合管組成的射極輸出器進(jìn)行功率放大或采用強(qiáng)功率觸發(fā)脈沖電源。若觸發(fā)驅(qū)動(dòng)的晶閘管的容量較大，則要求觸發(fā)脈沖有較大的輸出功率。脈沖產(chǎn)生電路是觸發(fā)電路的核心，功能是產(chǎn)生一定功率（一定幅 值和脈寬）的脈沖信號(hào)。通常采用的方法是將主電路的電壓 信號(hào)直接引入或通過(guò)同步變壓器或經(jīng)過(guò)阻容移相電路引入作為觸發(fā)同 步信號(hào)。同步電路的功能是保證觸發(fā)脈沖每次產(chǎn)生的時(shí)刻，都能準(zhǔn)確地對(duì) 應(yīng)主電路電壓波形的某一時(shí)刻如電壓過(guò)零時(shí)刻或峰值電壓時(shí)刻等。晶閘管觸發(fā)電路的結(jié)構(gòu)主要有同步電路、移相電路、脈沖產(chǎn)生電 路及功率放大電路構(gòu)成。電網(wǎng)峰值電壓觸發(fā)方式，采樣回路中宜設(shè)計(jì)濾波功能，濾除電路諧波，提高出發(fā)時(shí)刻的準(zhǔn)確性。這種方式信號(hào)隔離，系統(tǒng)可靠性高，動(dòng)作速度快。電網(wǎng)峰值電壓觸發(fā)方式晶閘管在電網(wǎng)電壓的正或負(fù)峰值時(shí)觸發(fā)導(dǎo)通投切電容器組?？紤]到濾波電抗器的影響，以及電容器對(duì)系統(tǒng)電壓的影響，晶閘管 端電壓可能存在沒(méi)有零點(diǎn)的情況，在這種情況下，選擇晶閘管端電壓 最接近零時(shí)刻驅(qū)動(dòng)晶閘管。晶闡管兩端的電壓相等（電位差為零)即確定電網(wǎng)電壓與電容器殘壓相等時(shí)，觸發(fā)晶閘管。晶閘管端電壓過(guò)零觸發(fā)方式電容器殘壓的不確定性使晶閘管電壓不能根據(jù)電網(wǎng)電壓來(lái)計(jì)算，可采用檢測(cè)晶閘管兩端電壓過(guò)零時(shí)刻驅(qū)動(dòng)晶閘管。若電容器投入電網(wǎng)時(shí)的殘壓與晶閘管導(dǎo)通時(shí)的電網(wǎng)電壓相差較 大，由于電容器的端電壓投入前后不能突變而產(chǎn)生很大的沖擊電流，很可能損壞晶閘管或給電網(wǎng)帶來(lái)高頻沖擊。 晶閘管觸發(fā)方式的分析根據(jù)控制系統(tǒng)的投切命令，選擇合適的時(shí)刻產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，驅(qū)動(dòng) 晶閘管導(dǎo)通。5．觸發(fā)電路應(yīng)有良好的抗干擾能力、溫度的穩(wěn)定性及與主電路的電 氣隔離。（3)觸發(fā)脈沖應(yīng)與主電路同步，觸發(fā)信號(hào)與電 源電壓保持固定的相位關(guān)系，避免導(dǎo)通時(shí)的沖擊。（2)觸發(fā)脈沖的寬度可以調(diào)制， 以便得到寬脈沖、窄脈沖或脈沖序列等。為了獲得足夠的觸發(fā)功率， 在控制電路中通常需要功率放大電路。，并能方便獲得多個(gè)輸出脈沖。由于晶閘管的開(kāi)通過(guò)程只有幾微秒，若觸發(fā)電流小于擎住電流，幾微秒后觸發(fā)脈沖消失時(shí)晶閘管不能維持 導(dǎo)通而關(guān)斷，因此對(duì)脈沖寬度有一定要求。晶閘管觸發(fā)脈沖和觸發(fā)電路應(yīng)滿足以下要求：1. 觸發(fā)脈沖的寬度應(yīng)保證晶閘管可靠導(dǎo)通。觸發(fā)脈沖的參數(shù)包括脈沖電壓和脈沖電流，設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)考慮脈沖的 陡度和后沿波形，脈沖的相序和相角以及與主電路的同步關(guān)系，同時(shí) 還應(yīng)考慮門控電路與主電路的絕緣隔離問(wèn)題和抗干擾、防止誤觸發(fā)問(wèn) 題。再進(jìn)入A/D采樣最后輸入進(jìn)計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理 后，輸出到以上的晶閘管控制電路?？刂蒲b置的系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖38所示，輸入進(jìn)的電壓信號(hào)和電流 信號(hào)將分別流進(jìn)電壓采集前置電路和電流采集前置電路，以完成系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集任務(wù)，具體地說(shuō)就是采集傳感器輸出的模擬信號(hào)并轉(zhuǎn)換成 計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，然后送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算和處理, 得出所需的數(shù)據(jù)。所以其得到了廣泛的應(yīng)用。 近些年，晶閘管投切補(bǔ)償電容器裝置（TSC)較好的解決了用接觸器投切無(wú)功補(bǔ)償電容器裝置存在的問(wèn)題。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。這需要 增加投資。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。 倍電源線電壓，另一相承受3倍線電壓?！?+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。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。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。 其缺點(diǎn)是第一次送電時(shí)仍會(huì)發(fā)生電流沖擊。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