TCR的工作特性及無功補(bǔ)償方案研究

孟杰

摘要：TCR型靜止無功補(bǔ)償器能夠快速跟蹤負(fù)荷的變化并實現(xiàn)平滑調(diào)節(jié)，以滿足負(fù)荷動態(tài)無功補(bǔ)償快速、精確的要求。對TCR的工作特性及其無功補(bǔ)償方案進(jìn)行分析與研究，以期為TCR在電力系統(tǒng)中的進(jìn)一步應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：TCR；無功補(bǔ)償；諧波；電能質(zhì)量

中圖分類號：TM47；TM761 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-1161（2016）06-0036-02

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，晶閘管控制電抗器（TCR）的應(yīng)用越來越多。TCR型靜止無功補(bǔ)償器可以安裝在高壓端，其工作電流小、損耗小，在10～35 kV電壓等級應(yīng)用廣泛。

1 TCR的工作原理與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

1.1 TCR補(bǔ)償系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

在電力系統(tǒng)運行過程中，TCR與濾波器協(xié)同工作聯(lián)結(jié)于系統(tǒng)之中，對系統(tǒng)進(jìn)行無功功率補(bǔ)償。TCR無功補(bǔ)償系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

由圖1可以看出，整個系統(tǒng)主要包括電源、TCR、濾波器以及負(fù)載。由于負(fù)載是隨機(jī)變化的，而濾波器所供給的無功功率是定值；TCR是能夠隨著負(fù)載的變化而可控的，促使電力系統(tǒng)的無功處于平衡態(tài)。這就是實現(xiàn)基于TCR無功補(bǔ)償?shù)暮唵芜^程。TCR是一個能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)可調(diào)的感性無功電源，濾波器在濾除諧波的同時相當(dāng)于一個容性無功電源。

1.2 TCR的工作原理

TCR的單相結(jié)構(gòu)主要由電抗器和反向并聯(lián)的晶閘管串聯(lián)，將其與網(wǎng)絡(luò)回路相并聯(lián)，類似于感性負(fù)載組成的調(diào)壓電路。TCR的工作原理為通過控制晶閘管的導(dǎo)通角實現(xiàn)對電抗器的電流的控制，進(jìn)而改變電抗器產(chǎn)生的感性無功。

晶閘管屬于電力電子器件，晶閘管的觸發(fā)角α的有效移相角是90～180°。觸發(fā)角為90°時，器件完全導(dǎo)通。導(dǎo)通角δ=180°，電抗器線圈作為負(fù)載接于網(wǎng)絡(luò)，能夠有效地吸收基波電流和無功功率。觸發(fā)延遲角變化在90～180° 范圍內(nèi)，晶閘管器件則為部分導(dǎo)通，其角度小于180°。也就是說，觸發(fā)角增大導(dǎo)致電流基波分量減小，減少了無功功率的有效吸收。需要指出的是，在實際現(xiàn)場中往往把電抗器部分分成兩部分加以使用，處于晶閘管的兩側(cè)，這樣電抗器若發(fā)生故障可以有效地保護(hù)晶閘管器件。

2 TCR的諧波分析與抑制方法

2.1 TCR的諧波分析

TCR基波和諧波電流波形如圖2所示。TCR在工作的同時也相當(dāng)于諧波源會產(chǎn)生大量高頻諧波，諧波值與觸發(fā)角相對應(yīng)。考慮到實際情況，對TCR產(chǎn)生的諧波也必須加以抑制和消除。

2.2 TCR的諧波抑制

通過上述分析可知，在用TCR進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)耐瑫r也相應(yīng)地產(chǎn)生大量的諧波。對此，往往采取兩類辦法加以抑制或消除，即對TCR本身進(jìn)行研究改造和加裝濾波器對諧波進(jìn)行消除。改變TCR裝置本身的設(shè)計來消除諧波的措施非常有限，主要是采用多脈沖聯(lián)結(jié)和并聯(lián)順序控制。這種措施晶閘管的數(shù)量和控制系統(tǒng)的復(fù)雜性導(dǎo)致成本增加，在現(xiàn)場中應(yīng)用的不多。相比之下，直接加裝濾波器頗為有效，濾波設(shè)備與TCR協(xié)同進(jìn)行補(bǔ)償和控制。

3 TCR的補(bǔ)償特性對電能質(zhì)量的影響

無功補(bǔ)償是達(dá)到良好的供電電能質(zhì)量的有效措施之一。無功補(bǔ)償對電能質(zhì)量的改善主要體現(xiàn)在以下方面。

3.1 有效降低設(shè)備的額定容量

用功率因數(shù)描述有功功率與視在功率的關(guān)系

P=Scosφ，提高cosφ值，可以減小視在功率值，即相應(yīng)地減小設(shè)備的容量。

3.2 提高網(wǎng)絡(luò)運行電壓

網(wǎng)絡(luò)運行電壓：

4 不同目的下確定補(bǔ)償容量的依據(jù)和方法

對電力系統(tǒng)進(jìn)行無功補(bǔ)償，需要計算無功補(bǔ)償?shù)娜萘康拇笮?。在不同的條件和目的下，計算的方式方法也是不同的。在確定補(bǔ)償容量時，應(yīng)遵循“全面規(guī)劃、分級補(bǔ)償、就地平衡”的原則，在降低網(wǎng)損和電壓調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上，獲得無功補(bǔ)償?shù)淖畲蠼?jīng)濟(jì)效益?，F(xiàn)將針對不同目的的計算方法總結(jié)如下。

4.1 以提高功率因數(shù)為目的

電力系統(tǒng)的功率因數(shù)很低時，會影響有功的輸送，進(jìn)而影響輸電系統(tǒng)的效率，對此，無功補(bǔ)償需要提高功率因數(shù)。

4.2 以降低線路損耗為目的

對于固定的電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，設(shè)備及元件已經(jīng)確定、很難改變，系統(tǒng)線路損耗與導(dǎo)線電流的平方成比例關(guān)系。因此，為了提高線路的輸電能力，降低損耗是行之有效的措施之一?，F(xiàn)場中，導(dǎo)線損耗也是檢驗電力系統(tǒng)是否經(jīng)濟(jì)運行的一項重要指標(biāo)。

4.3 以平衡系統(tǒng)電壓為目的

在電力系統(tǒng)中，線路末端帶有大負(fù)載時會導(dǎo)致末端電壓下降，影響設(shè)備和電器的正常運行，進(jìn)行無功補(bǔ)償后會使電壓升高。需要注意電壓升高的同時對設(shè)備絕緣的影響，如是否會導(dǎo)致絕緣老化加速等。

5 結(jié)論

本課題對TCR的工作原理和系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析與研究。對諧波產(chǎn)生過程以及諧波幅值、次數(shù)及延遲角進(jìn)行理論分析，并探討諧波抑制方法，總結(jié)針對降低設(shè)備容量、提高運行電壓、提高功率因數(shù)等補(bǔ)償特性的確定方法。

參考文獻(xiàn)

[1] 高連強(qiáng).低壓動態(tài)無功補(bǔ)償裝置的研究[D].天津：河北工業(yè)大學(xué)，2007.

[2] 范瑞祥，李政，趙剛，等.移動式SVC的設(shè)計及其在江西電網(wǎng)中的應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)自動化，2008，32（14）：91-95.

[3] 傅光祖.具有最佳濾波效益的交流濾波裝置設(shè)計[J].電網(wǎng)技術(shù)，1989，13（1）：57-88.

[4] 富佳佳.TSC動態(tài)調(diào)整不平衡電流無功功率補(bǔ)償技術(shù)的研究[D].沈陽：沈陽理工大學(xué)，2010.

Abstract： The TCR type static reactive power compensation can quickly monitor the changes of load and achieve a smooth adjustment to meet the requirement of fast and accurate load dynamic reactive power compensation. This paper analyzed and studied the working characteristics of TCR and the reactive power compensation scheme， so as to provide reference for TCR further application in electric system.

Key words： TCR； reactive power compensation； harmonic； quality of electric energy