1、晶閘管投、切并聯(lián)電容器TSC的綜述,目錄,1TSC概述,晶閘管投切電容器(TSC)是一種廣泛應(yīng)用于配電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)無功功率補(bǔ)償裝置。與機(jī)械投切電容器相比：優(yōu)點(diǎn)：晶閘管的開、關(guān)無觸點(diǎn)，其操作壽命幾乎是無限的，而且晶閘管的投切時(shí)刻可以精確控制，可以快速無沖擊地將電容器接入電網(wǎng)，晶閘管投切電容器能快速跟蹤沖擊負(fù)荷的突變，隨時(shí)保持最佳饋電功率因數(shù)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無功功率補(bǔ)償，減小電壓波動(dòng)，提高電能質(zhì)量，節(jié)約電能。并且不產(chǎn)生諧波，可做快速深度無功補(bǔ)償。缺點(diǎn)：只發(fā)出容性無功，只能做分級(jí)調(diào)節(jié)，補(bǔ)償精度差，不能限制過壓。,1.1TSC的基本原理,TSC的基本原理如圖所示，單相電路中的兩個(gè)反并聯(lián)晶閘管起著將電容器接入電

2、網(wǎng)或從電網(wǎng)斷開的作用，而串聯(lián)的電感主要是用來抑制電容器投切電網(wǎng)時(shí)可能造成的沖擊電流，還可抑制高次諧波。,1.2TSC的分類,(一)按電壓等級(jí)劃分(1)低壓補(bǔ)償方式：適用于lkv及其以下電壓的補(bǔ)償。使用單一晶閘管閥即可滿足耐壓要求，可直接接入低壓系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償。(2)高壓補(bǔ)償方式：即補(bǔ)償系統(tǒng)直接接入電網(wǎng)進(jìn)行高壓補(bǔ)償。關(guān)鍵問題是要解決補(bǔ)償裝置晶閘管閥的耐壓，即多個(gè)晶閘管串聯(lián)的均壓及晶閘管觸發(fā)控制的同步性。主電路接線有直接補(bǔ)償、降壓補(bǔ)償和調(diào)壓補(bǔ)償3種方式。(二)按應(yīng)用范圍劃分(1)負(fù)荷補(bǔ)償方式：直接對(duì)某一負(fù)荷進(jìn)行針對(duì)補(bǔ)償?？梢詫?duì)電網(wǎng)中頻繁啟動(dòng)的運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)荷進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，消除對(duì)電網(wǎng)的無功沖擊。(2)集中補(bǔ)償

3、方式：對(duì)電網(wǎng)供電采取系統(tǒng)補(bǔ)償?shù)姆椒▉斫鉀Q整個(gè)電網(wǎng)的各種無功功率的波動(dòng)問題，一般為高壓補(bǔ)償方式。,1.3TSC的主電路,TSC的典型裝置通常有兩大部分組成：一部分為TSC的主電路,它包括晶閘管閥（若干組）、補(bǔ)償電容器（同樣分成若干組）及阻尼電抗器；另一部分為TSC控制系統(tǒng)，主要由數(shù)據(jù)采集與檢測(cè)、參數(shù)運(yùn)算、投切控制、觸發(fā)控制組成如下圖示：,1.4研究方向和研究趨勢(shì),1進(jìn)一步提高TSC產(chǎn)品的可靠性，降低產(chǎn)品成本2無功參量的快速檢測(cè)及控制新方法3基于以太網(wǎng)或GMS網(wǎng)的嵌入式TSC4高壓系統(tǒng)中的TSC技術(shù),2硬件電路的設(shè)計(jì),通常TSC無功補(bǔ)償裝置由幾部分組成：電容器組數(shù)據(jù)采集電路、過零檢測(cè)電路、過零觸發(fā)

4、電路、控制主板、RC吸收電路、支路串聯(lián)電抗器等。,2.1主電路和裝置框架,TSC無功補(bǔ)償裝置主電路通常由若干組電容器組成，電容器組的常用的主接線方案如下圖(以晶閘管反并聯(lián)方式的晶閘管閥為例),圖中的(a)(c)方案為三角型接線，(d)和(e)方案為星型接線。在復(fù)合開關(guān)的基礎(chǔ)上，根據(jù)方案（b）設(shè)計(jì)的無功補(bǔ)償裝置主接線圖如下圖,該裝置主要特點(diǎn)是利用兩對(duì)晶閘管閥可以實(shí)現(xiàn)三組電容器組的投切，下面以C1電容器組投切為例進(jìn)行說明。當(dāng)進(jìn)行C1電容器組投切時(shí)首先合上開關(guān)K4、K5，然后在適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)觸發(fā)兩對(duì)晶閘管閥，接著合上開關(guān)K1，再使兩晶閘管閥依次關(guān)斷，最后斷開開關(guān)K4、K5，這樣就完成了一次電容組的投切。

5、(這里的開關(guān)指的是交流接觸器),2.2數(shù)據(jù)采集電路和無功功率,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和投切控制可以由單片機(jī)和DSP來完成。如果選用的80C196KC單片機(jī)芯片，將電壓、電流兩路模擬信號(hào)從AD轉(zhuǎn)換器的兩個(gè)通道輸入，測(cè)量三相參數(shù)則需使用六個(gè)AD輸入通道；測(cè)量電壓頻率和測(cè)量電壓電流相位差則從HSI0和HSI1兩個(gè)引腳輸入。,如果選用DSP芯片，其系統(tǒng)硬件框圖如下,2.2.1電壓、電流有效值的測(cè)量,根據(jù)電壓、電流有效值的定義式：因此得到由一周期內(nèi)的采樣值計(jì)算電壓、電流有效值的公式為：式中N為每周期T的采樣點(diǎn)數(shù)，且N=I+TAT，AT為采樣時(shí)間間隔，電壓?jiǎn)挝粸榉?V)，電流單位為安(A)。,2.2.2無功功率的控

6、制,無功功率作為控制物理量控制電容器的投切，是近年才出現(xiàn)的一種控制方式，它是根據(jù)所測(cè)得的電壓、電流、功率因數(shù)等參數(shù)，計(jì)算出應(yīng)該投入的電容容量，在電容器組合方式中選出一種最接近但又不會(huì)過補(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。,2.3過零檢測(cè)電路和觸發(fā)電路,晶閘管過零檢測(cè)和觸發(fā)電路的原理圖,晶閘管閥兩端(陽極和陰極)的電壓經(jīng)電壓互感器后得到信號(hào)Uvt。信號(hào)Uvt進(jìn)入濾波補(bǔ)償電路。濾波補(bǔ)償電路包含兩部分：一部分為RC濾波，另一部分為相位補(bǔ)償。接著經(jīng)過零檢測(cè)電路后得到與電壓過零點(diǎn)同相位

7、的矩形波，隨后通過光電隔離進(jìn)入D觸發(fā)器的正觸發(fā)使能輸入引腳A。在過零處，矩形波電平由低轉(zhuǎn)高，D觸發(fā)器在接收到高觸發(fā)后，從脈沖輸出引腳O輸出一個(gè)窄脈沖，這個(gè)脈沖寬度由電阻R13和電容C3決定。最后同步信號(hào)經(jīng)電路觸發(fā)晶閘管。,2.4電容器支路串聯(lián)電抗器的選擇,串聯(lián)電抗器額定端電壓、額定容量可以按如下原則進(jìn)行選擇：1)一相中僅一個(gè)串聯(lián)段時(shí)串聯(lián)電抗器額定端電壓=并聯(lián)電容器額定電壓電抗率2)單相和三相均可按如下算式核算串聯(lián)電抗器額定容量=并聯(lián)電容器額定容量電抗率,2.5晶閘管RC吸收電路,晶閘管屬于雙極性功率器件，其在導(dǎo)通時(shí)，基區(qū)被注入大量的載流子(空穴和電子)。晶閘管在關(guān)斷時(shí)，由于基區(qū)存儲(chǔ)的載流子不能

8、立即消失，不可能立即恢復(fù)其阻斷能力，必須先將其內(nèi)部的剩余載流子復(fù)合掉，晶閘管才能恢復(fù)阻斷。該過程被稱為晶閘管的反向恢復(fù)過程。由于受外電路中的電感負(fù)載的影響，反向恢復(fù)電流突然消失時(shí)，會(huì)在電路中產(chǎn)生一定的反向過電壓。采用RC吸收電路與元件并聯(lián)，可以抑制該過電壓。閘管關(guān)斷的等效電路如下圖所示,3.1諧波對(duì)電容器的危害,1波會(huì)導(dǎo)致電容器過電流和過負(fù)荷當(dāng)電網(wǎng)存在諧波時(shí)，電容電壓、電流的有效值及無功功率容量的增大，且電流有效值的增大要比電壓有效值的增長(zhǎng)來的迅速，特別是含高次諧波時(shí)，更為顯著。另外，當(dāng)諧波含量比較高，或諧波電流劇增，將使電容器的損耗功率大幅度增加，從而導(dǎo)致電容器異常發(fā)熱。2諧波使電容器的局部

9、放電性能變壞當(dāng)電網(wǎng)電壓存在諧波時(shí)，除了引起電容器端電壓有效值升高外，還同時(shí)引起電壓峰值的增高。尖項(xiàng)波電壓容易在介質(zhì)中誘發(fā)局部發(fā)電，而且由于電壓變化速率快，引起的局部放電強(qiáng)度較大，這將對(duì)電容器絕緣介質(zhì)的老化起著加速作用。3諧波使電容器壽命縮短諧波的存在可能使電壓呈現(xiàn)尖頂狀，尖頂?shù)幕冸妷翰ㄐ螌?duì)介質(zhì)壽命的影響最為嚴(yán)重，在含有諧波的電壓作用下，其每個(gè)周波的局部放電能量顯著增加，從而使電容器的工作壽命相應(yīng)縮短。,3.23串聯(lián)電抗器抑制諧波放大的原理,為了抑制諧波電流放大，通常在每相電容器電路中串聯(lián)一個(gè)適當(dāng)大小的空心電抗器。這樣，就會(huì)使整個(gè)補(bǔ)償電容器支路對(duì)諧波源基波仍呈電容性質(zhì)，保持其無功功率補(bǔ)償作用不變，不影響系統(tǒng)(或負(fù)載)正常工作。而對(duì)高次諧波補(bǔ)償支路則呈感性，避免了與系統(tǒng)(或負(fù)載)的電流諧振，消除或減小了由補(bǔ)償電容所引起的諧波電流放大現(xiàn)象。,4現(xiàn)階段工作總結(jié)及計(jì)劃,前期階段主要工作，翻閱了