淺析晶閘管投切電容器動態(tài)無功補償技術(shù)

摘 要：該文對晶閘管投切電容器技術(shù)進行了探討。提出了該系統(tǒng)的分類，重點對TSC系統(tǒng)的主電路和檢測及控制系統(tǒng)進行了介紹，并對該技術(shù)的不足進行了探討，指出了目前的研究動向。

關(guān)鍵詞：晶閘管投切電容器 控制系統(tǒng) 檢測系統(tǒng)

中圖分類號：TM761 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2012）12（c）-00-02

隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展和技術(shù)進步，電能質(zhì)量問題日益得到重視，許多新技術(shù)設(shè)備應(yīng)運而生。目前，為了減少損耗以及調(diào)整電壓，提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，在各級變電站里廣泛使用了新型電容器組進行系統(tǒng)的無功補償，這些電容器組的正常運行對降低線損和提高電能質(zhì)量起著重要作用。晶閘管投切電容器就是其中的一種，于近年來得到了較大發(fā)展。晶閘管投切電容器具有無功功率補償性能的優(yōu)良動態(tài)，適合經(jīng)常有波動性負荷和沖擊性負荷的電網(wǎng)。與機械投切電容器相比，晶閘管作為電容器的投切開關(guān)克服了采用機械開關(guān)觸頭易受電弧作用而損壞的缺點，可頻繁投切，且投切時刻可精確控制。晶閘管投切電容器的上述優(yōu)良的動態(tài)性能，促使其近年發(fā)展迅猛，該文對該技術(shù)的現(xiàn)狀及最新發(fā)展動向進行了介紹。

1 晶閘管投切電容器的分類

晶閘管投切電容器（thyristor switched capacitor，簡稱TSC）是利用晶閘管作為無觸點開關(guān)的無功補償裝置，它根據(jù)晶閘管具有精確的過程，迅速并平穩(wěn)的切割電容器，與機械投切電容器相比，晶閘管具有操作壽命長，開、關(guān)無觸點，抗機械應(yīng)力能力強和動態(tài)開關(guān)特性優(yōu)越等優(yōu)點。晶閘管的投切時刻可以精確控制，能迅速的將電容器接入電網(wǎng)，有力的減少了投切時的沖擊電流的優(yōu)點。TSC可按電壓等級或按應(yīng)用范圍劃分。按電壓等級劃分為：低壓補償方式和高壓補償方式。低壓補償方式適用于1 kV及以下電壓的補償，高壓補償方式（即補償系統(tǒng)直接接入電網(wǎng)進行高壓補償）則對6～35 kV電壓進行補償。TSC按應(yīng)用范圍劃分為：負荷補償方式和集中補償方式。負補償方式是直接對某一負荷進行針對性動態(tài)補償以消除對電網(wǎng)的無功沖擊，集中補償方式是對電網(wǎng)供電采取系統(tǒng)的補償，以解決整個電網(wǎng)無功功率波動的問題。

2 TSC的主電路

目前，TSC只有兩個工作狀態(tài)：投入和切除狀態(tài)。在投入狀態(tài)下，雙向晶閘管導通，電容器并入線路中，TSC向系統(tǒng)發(fā)出容性無功功率；切除狀態(tài)下，雙向晶閘管（或反向并聯(lián)晶閘管）阻斷，TSC的支路并不起到任何作用，不輸出無功功率。TSC主電路設(shè)計除了滿足分級快速補償要求外，還應(yīng)考慮限制并聯(lián)電容器組的合閘涌流和抑制高次諧波等問題。TSC的關(guān)鍵技術(shù)是如何保證電流無沖擊，常見的接線方式有兩種：晶閘管與二極管反并聯(lián)接線方式和晶閘管反并聯(lián)接線方式。在TSC系統(tǒng)中，晶閘管反并聯(lián)方式是促使兩個晶閘管輪流觸發(fā)，接通和斷開補償回路。晶閘管反并聯(lián)方式的可靠性非常高，即使是某項損壞了一個晶閘管，也不會導致電容器投入失效或錯誤。晶閘管和二極管反并聯(lián)方式與晶閘管反并聯(lián)方式相比之下，速率較差，但經(jīng)濟且操作簡便。晶閘管閥承受的最大反相電壓對于晶閘管反并聯(lián)方式是將電容器上的殘壓放掉時的電源電壓的峰值，晶閘管和二極管反并聯(lián)方式是電源電壓峰值的2倍。TSC系統(tǒng)中，為了限制因晶閘管誤觸發(fā)或事故情況下引起的合閘涌流，主電路中須安裝串聯(lián)電抗器，以抑制高次諧波和限制短路電流。而串聯(lián)電抗器后，電容器端的電壓會升高，所以額定電壓應(yīng)選擇電容器高于電網(wǎng)的。電抗器的類型有空芯電抗器和鐵芯電抗器兩種，其中，而鐵芯電抗器限流效果較差，但造價低，空芯電抗器的限流效果很好，但造價也很高。所以選擇時，應(yīng)通過經(jīng)濟、技術(shù)等方面比較來確定。TSC主回路接線方式根據(jù)晶閘管閥和電容器的連接可分為三相控制的三角形接法、星形接法和其他組合接法。其中三角形與星形的組合接法既綜合了前兩種接法的優(yōu)勢，也可提升補償裝置的運行質(zhì)量，因此更為常用。根據(jù)電容器電壓不能突變的特性，TSC系統(tǒng)投切當電網(wǎng)電壓和電容器殘壓相差較大的時候，則很容易產(chǎn)生沖擊電流。當沖擊電流與正常穩(wěn)定電流之比小于1.7倍時，可以認為沖擊電流對晶閘管和電容器的使用無影響。投切停止后，電容器上有電網(wǎng)峰值電壓，晶閘管在電網(wǎng)電壓和電容器直流電壓的雙重作用下，存在過零電壓，過零點觸發(fā)晶閘管是理想狀態(tài)，不會產(chǎn)生沖擊電流。

3 TSC的檢測系統(tǒng)和控制系統(tǒng)

TSC的檢測系統(tǒng)用于檢測電網(wǎng)與負載系統(tǒng)的相關(guān)變量，包括相位采樣部分、電壓與電流有效值測算部分、待補無功量與無功功率計算部分等。目前比較先進的技術(shù)則是利用微機同步相位控制技術(shù)和自適應(yīng)晶閘管觸發(fā)技術(shù)進行檢測。當檢測到電容器兩端電壓與電網(wǎng)電壓大小等同，極致一樣時，瞬時投入電容器，電流過零時晶閘管會自然斷開，無需對電容器預(yù)先充電，也無需加裝限流電抗器及專門的放電電阻，則可隨時實現(xiàn)無投切電容器。依據(jù)電網(wǎng)與負載的不同功能和需求，TSC的控制系統(tǒng)可分為開環(huán)控制、閉環(huán)控制和復(fù)合控制三種?？刂莆锢碜兞堪娏?、無功功率、電網(wǎng)電壓、全周期時間、功率因數(shù)角和相位差角等。根據(jù)電信號參數(shù)，對電信號變量分析處理，在電容組合方式中選出最接近且不會過補償?shù)慕M合方式，對無功功率進行實時補償。由控制系統(tǒng)發(fā)出投切指令，當補償系統(tǒng)所需容量不小于最小一組電容器容量時，可快速、平穩(wěn)、高效地對設(shè)備進行補償。

4 晶閘管投切電容器的研究動向

目前，采用TSC裝置的缺點是：①補償電容器的投切可靠性低，容易引發(fā)諧振；②功率損耗過大；③電容器過電壓；④裝置的制造成本增加、復(fù)雜程度提高及故障率大等；⑤晶閘管投切具有誤觸發(fā)等問題。但由于TSC具有動態(tài)無功功率補償?shù)膬?yōu)良性能，近年來該技術(shù)還是在低壓配電網(wǎng)中得到很好的廣泛應(yīng)用。而針對TSC使用中的問題，國內(nèi)外學者進行了相應(yīng)的研究，研究內(nèi)容主要針對以下方面：（1）尋找無功參量的快速檢測及控制新方法；（2）研制兼具補償無功和抑制諧波的多功能產(chǎn)品，控制振蕩問題；（3）探尋高壓系統(tǒng)中的TSC 技術(shù)；（4）提高TSC 產(chǎn)品可靠性，并降低其成本等。

5 結(jié)語

該文對TSC技術(shù)進行了探討，重點對TSC系統(tǒng)的主電路和檢測及控制系統(tǒng)進行了介紹，并對該技術(shù)的不足進行了探討，指出了目前的研究動向。TSC裝置具有優(yōu)良的動態(tài)無功功率補償性能，特別適合于具有經(jīng)常沖擊性負荷和波動性負荷的場所。隨著微電子技術(shù)和電力電子技術(shù)的進步，TSC 技術(shù)將會有更大的發(fā)展應(yīng)用空間。

參考文獻

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