基于DSP的综合并联型静止无功发生器的研究-硕士论文

中图分类号： 学科分类号： 论文编号： 密级：公珏 安徽理工大学 硕士学位论文 基于D S P 的综合并联型静止无功发生器的研究 作者姓名：直三超 专业名称：电左电王量电力佳动 研究方向：电杰电王堇本硒究应用 导师姓名：周蟊然麴援 导师单位：塞徽堡王太堂 答辩委员会主席：奎塞 论文答辩日期：2 0 1 3 年6 月1 日 安徽理工大学研究生处 2 0 1 年月日 AD i s s e r t a t i o ni nP o w e re l e c t r o n i c sa n dP o w e rt r a n s m i s s i o n T h eR e s e a r c ho f I n t e g r a t e dp a r a l l e ls t a t i cv a r g e n e r a t o r b a s e do nD S P C a n d i d a t e ：G a oE r c h a o S u p e r v i s o r ：Z h o uM e n g r a n E l e c t r i c a le n g i n e e r i n gS c h o o l A nH u i U n i v e r s i t yo f S c i e n c ea n dT e c h n o l o g y N o 16 8 ，S h u n g e n gR o a d ，H u a i n a n ，2 3 2 0 01 ，P R C H I N A 9川3咖3删5舢0删5籼2洲Y 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得窆邀堡王太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过 的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：苞：幺 日期：年一月一日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解塞堂堡三太堂有保留、使用学位 论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权 单位属于塞邀望墨太堂。学校有权保留并向国家有关部门或机 构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阕。本人授权 安徽理工大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编 学位论文。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：南荧堡签字日期： 年月 日 导师签名：签字日期：年月 日 摘要 捅要 本文采用静止同步调相：器r ( S T A T C O M ) 和T S C + T C R 器组并联运行方案。这里 笔者定义为综合并联型静止无功发生器，其英文简称为I S V G 。通过推导出三相 V S C 变流器的逆系统并构造出伪线性系统。实现了较好对q 轴电流和直流电压 的解耦控制，虽也采用了传统的电流内环、电压外环的双环设计，但合理的优化 提高响应速度，增强了整个系统的鲁棒性。 本文在实现良好的电压电流良好跟随特性和谐波抑制的同时，较好的解决了 电压跌落补偿的设计，并且可靠的解决了电网电压不平衡时的诸多电能质量问题， 即提出电压环中加入带阻滤波器滤除二次谐波电压。电网运行过程中电磁暂态的 影响，还是在一定程度上，对输出电压品质造成影响。笔者这里应用优化开关函 数法，解决了从根本消除三次谐波的目的。根据瞬时功率平衡原理，既包括有功 平衡和无功平衡，设计出基于基波负序电压的前馈控制策略，使电网不平衡产生 的负序电压，全部降落在自耦变压器漏感和滤波器阻抗上。 在实验部分把能通过电网电压平衡中存在的无功补偿问题、功率因数的单位 化等问题；把在实物实验解决不了的电网电不平衡问题进行M a u a b 仿真来证明笔 者的设想。结果显示系统设计完善，谐波滤除效果较好，基本实现了功率因素的 单位化，使得电压电流具有良好的跟随特性，并且在冲击性负载的影响下，对电 压跌落补偿效果较好，能较即时的实现电网电压平衡、不平衡之间的切换。并设 计了基于T M S 3 2 0 F 2 4 0 7 型D S P 的硬件控制系统。并在满足实验设备条件下进行 了相关实验，对于复杂难于进行实物实验的部分进行了M a t l a b S i m u l i n k 的仿真， 且效果较好。 1 羽 6 7 】表 5 参 6 0 】 关键词：综合并联型静止无功发生器；逆系统；I G B T ；T M S 3 2 0 F 2 4 0 7 分类号：T M 7 1 4 3 安徽理工大学硕士学位论文 A b s t r a c t T h ei n t e g r a t e d p a r a l l e l v a tg e n e r a t o rp r o g r a m ( i s v G ) i n c l u d e sS t a t i cV a r G e n e r a t o r ( S T A T C O M ) a n dT S C + T C R w h i c hi m p r o v e st h ep e r f o r m a n c eo ft h e c o m p e n s a t i o ns y s t e m ，a n dg r e a t l yr e d u c e st h ec o s to ft h es y s t e m A c c o r d i n gd e r i v a t i o n o ft h ei n v e r s es y s t e mo ft h et h r e e - p h a s eV S Cc o n v e r t e r , a n dc o n s t r u c tap s e u d o - l i n e a r s y s t e m T h e r ei sab e t t e rd e c o u p l i n gc o n t r o lo ft h eq - a x i sc u r r e n ta n dD Cv o l t a g e C u r r e n ti n n e rr i n ga n do u t e rv o l t a g eb i c y c l i ct h a td e s i g n e di m p r o v et h er e s p o n s es p e e d ， e n h a n c e dr o b u s t n e s s G o o dv o l t a g ea n dc u r r e n tg o o df o l l o w e rc h a r a c t e r i s t i c sa n dh a r m o n i cs u p p r e s s i o n b e t t e rs o l v et h ev o l t a g ed r o pc o m p e n s a t i o nd e s i g na n dr e l i a b l es o l u t i o nt ot h eg r i d v o l t a g eu n b a l a n c eo fp o w e rq u a l i t yp r o b l e m s ，n a m e l yt h a tt h ev o l t a g el o o pT h eb a n d r e j e c t i o nf i l t e rt of i l t e ro u tt h es e c o n dh a r m o n i cv o l t a g e A f f e c t e db ye l e c t r o m a g n e t i c t r a n s i e n tp r o c e s s ，o rw i l la f f e c tt h eq u a l i t yo ft h eo u t p u tv o l t a g et oa c h i e v et h ec o m p l e t e e l i m i n a t i o no ft h ee f f e c to ft h et h i r dh a r m o n i cw a yt oo p t i m i z et h es w i t c h i n gf u n c t i o n A c c o r d i n gt o t h e i n s t a n t a n e o u sp o w e rb a l a n c ep r i n c i p l e ，d e s i g nt h ef u n d a m e n t a l n e g a t i v es e q u e n c ev o l t a g ef e e df o r w a r dc o n t r o lg r i dn e g a t i v es e q u e n c ev o l t a g ea l l l a n d e di nt h ea u t o t r a n s f o r m e rl e a k a g ei n d u c t a n c ea n dt h ef i l t e ri m p e d a n c e I nt h ee x p e r i m e n t a ls e c t i o nt h r o u g ht h eg r i dv o l t a g eb a l a n c eo fr e a c t i v ep o w e r c o m p e n s a t i o n , p o w e rf a c t o ru n i t ss u c hp r o b l e m s ；t h eE l e c t r i cG r i di m b a l a n c eC a nn o tb e r e s o l v e di n - k i n de x p e r i m e n tM a 廿a bs i m u l a t i o nt op r o v et h ea u t h o r Sv i s i o n D e s i g n e d s y s t e mi sp e r f e c t ，i th a sag o o db e h a v i o ro ns w i t c h i n gb e t w e e nb a l a n c e d 鲥dv o l t a g e 、 u n b a l a n c e d 鲥dv o l t a g e T h ee f f e c ti so b v i o u s ，t h es y s t e mi ss t a b l e ，g o o dp h y s i c a l e x p e r i m e n t sa n ds i m u l a t i o np r o v e dt h ep o i n t F i g u r e 6 7 t a b l e 5 】r e f e r e n c e 6 0 】 K e y w o r d s ：I n t e g r a t e dp a r a l l e l s t a t i cV a r g e n e r a t o r ； I n v e r s e s y s t e m ；I G B T ； 卫M $ 3 2 0 F 2 4 0 7 C h i n e s eb o o k sc a t a l o g ：T M 714 3 目录 目录 摘要I A b s t r a c t I I 目录。 C o n t e n t s V 1 绪论。1 1 1 选题背景及意义1 1 2 无功补偿装置国际和本国发展进程。2 1 2 1国际发展进程3 1 2 2 国内发展概况3 1 2 3 无功补偿发展的主要代表3 1 3 无功补偿装置选择的客观分析9 1 4 笔者研究重点内容和主要任务。9 2 无功补偿的结构及原理1 l 2 1综合并联静止无功发生器的基本结构1 1 2 1 1 各类补偿装置的总述1 1 2 1 2 综合并联型静止无功发生器的基本结构1 1 2 2 综合并联型静止无功发生装置的工作原理13 2 3 通过I G B T 器件的变流器构造17 2 3 1 通过I G B T 开关变流器的实际应用1 8 2 3 2I G B T 器件装置的相关驱动电路1 9 2 3 3 通过I G B T 逆变器件实现的保护环节2 0 2 4I G B T 的三相P W M 逆变电路。2 1 3综合并联静止无功发生器控制系统设计及数学建模2 4 3 1 数学模型的建立2 4 3 2 建立内电流环和电压环控制方式2 5 3 2 1 电流内环的设计2 5 3 2 2 外电压环的有效设计2 6 3 3 三相不平衡变流器的建模及其理论分析2 9 3 4电网电压不平衡时谐波解决办法和相关控制设计3 1 3 4 1 高次谐波的解决途径3 1 I I I 安徽理工大学硕士学位论文 3 4 2 三相不对称系统闭环控制设计及其优化3 3 3 4 3 三相V S C 变流器的容量整定3 6 4I S V G 的D S P 控制系统的应用实现3 8 4 1 控制环节的硬件电路设计3 8 4 1 1 主电路的硬件的设计3 9 4 1 2 模块控制环节的有效设计4 0 4 1 3 系统检测电路设计4 2 4 2 系统数字算法的实现4 6 4 2 1 硬件驱动的简介4 6 4 2 2 数字算法的硬件驱动4 8 4 3 对应系统的相关软件设计4 9 4 3 1 操作系统主程序的相关设计5 0 4 3 2 外部中断1 服务子程序5 1 4 3 3 软件锁相( P L L ) 子程序。51 4 3 4T 3 定时器触发中断的对应子程序5 2 4 3 5电压、电流环调节器及矢量解耦子程序5 3 4 3 6 调制方式S P W M 子程序5 4 5 实验结果及其分析5 6 5 1 整体系统实验及分析5 6 5 1 1电压、电流开环实验5 6 5 1 2 系统相应的闭环实验5 7 5 2 部分电能质量参数的建模仿真及分析5 8 5 2 1电压跌落补偿的仿真6 0 5 2 2 三相不平衡负载电压的仿真分析6 1 5 3 本章小结6 4 6 结论及展望6 5 参考文献6 6 致谢6 9 作者简介及读研期间主要科研成果7 0 I V C o n t o n t s A b s t r a c t 1 C o n t e n t s 。1 I r lI n t r o d u c t i o n 1 1 1R e s e a r c hb a c k g r o u n da n ds i g n i f i c a n c e 。1 1 2R e a c t i v ep o w e rc o m p e n s a t i o na n da b r o a dD e v e l o p m e n t 2 1 2 1D e v e l o p m e n tA b r o a d 3 1 2 2D o m e s t i cD e v e l o p m e n to fC h i n a 3 1 2 3 ，n l em a i n f o r mo f r e a c t i v ep o w e rc o m p e n s a t i o n 3 1 3C o n s i d e r i n ge x i s t i n gr e a c t i v ep o w e rc o m p e n s a t i o ni s s u e s 9 1 4C o n t e n ta n dt a s k so f r e s e a r c h 9 2 啊1 es t r u c t u r ea n d p r i n c i p l e so f r e a c t i v ep o w e rc o m p e n s a t i o n 1 1 2 。1n eb a s i cs t r u c t u r eo ft h ei n t e g r a t e dp a r a l l e ls t a t i cv a tg e n e r a t o r 1 l 2 1 1O u t l i n e 1 1 2 1 2 1 1 1 ei n t e g r a t e ds h u n tS t a t i cb a s i cs t r u c t u r eo f t h ep o w e rg e n e r a t o r 1 l 2 2 即1 eb a s i cp r i n c i p l e so f t h ep o w e rI n t e g r a t e dp a r a l l e lg e n e r a t o r 1 3 2 3n ed e s i g no f b a s e do nt h eI G B Ti n v e r t e r 1 7 2 3 1n l ea p p l i c a t i o no f b a s e do nt h eI G B Ti n v e r t e r 。1 8 2 3 2Ad r i v ec i r c u i to f t h eI G B T 19 2 3 3n e p r o t e c t i o nc i r c u i to f t h eI G B T 2 0 2 4T h r e e p h a s eP W Mi n v e r t e rc i r c u i to f t h eI G B T 21 3I n t e g r a t e dp a r a l l e ls t a t i cV a rg e n e r a t o rc o n t r o ld e s i g nm a t h e m a t i c a lm o d e l i n g 2 4 ：；1M a t h e m a t i c a lM o d e l 2 4 3 2T h ee s t a b l i s h m e n to ft h ei n n e rc u r r e n tl o o pa n d v o l t a g el o o pc o n t r o lm o d e2 5 3 2 1T h ed e s i g no f t h ei n n e rc u r r e n tl o o p 2 5 3 2 2 皿1 ed e s i g no f t h eo u t e rv o l t a g e 2 6 3 3M o d e l i n ga n da n a l y s i so f t h r e e - p h a s eu n b a l a n c e dc o n v e r t e r 2 9 3 4U n b a l a n c e dg r i dv o l t a g eh a r m o n i cs o l u t i o n sa n dtc o n t r o ls t r a t e g i e s 3 0 3 4 1S e c o n d a r y 、t e r t i a r yh a r m o n i cs o l u t i o n s 31 3 4 2 皿1 eu n b a l a n c e ds y s t e mc l o s e d l o o pc o n t r o ls t r a t e g yd e s i g n 3 3 3 4 3T h r e e - p h a s eV S Cc o n v e r t e rc a p a c i t yt u n i n g 3 6 V 安徽理工大学硕士学位论文 4D S Pc o n t r o ls y s t e mb a s e do nI S V G 3 8 4 1S y s t e mh a r d w a r ec i r c u i td e s i g n 3 8 4 1 1T h ed e s i g no f t h eh a r d w a r eo f t h em a i nc i r c u i t 3 9 4 1 2S y s t e mc o n t r o ll o o pd e s i g n 4 0 4 1 3T h es y s t e md e t e c t i o nc i r c u i td e s i g n 4 2 4 2S y s t e md i g i t a la l g o r i t h m 4 6 4 2 1H a r dw a r eP r o f i l e 4 6 4 2 3I m p l e m e n t a t i o no fd i g i t a la l g o r i t h m s 4 8 4 3T h es o f t w a r ed e s i g no f t h es y s t e m 4 9 4 3 1T h ed e s i g no f t h em a i np r o g r a m 5 0 4 3 2E x t e r n a li n t e r r u p ts e r v i c er o u t i n e 。5 1 4 3 3S o f t w a r ep h a s e - l o c k e d ( P L L ) s u b r o u t i n e 5 1 4 3 4T i m e rT 3U n d e r f l o wi n t e r r u p ts e r v i c er o u t i n e 5 2 4 3 5V o l t a g e 、c u r r e n tl o o pr e g u l a t o ra n dv e c t o rd e c o u p l i n gs u b r o u t i n e 5 3 4 3 6S P W Ms u b r o u t i n e 5 4 5E x p e r i m e n t a lr e s u l t sa n dt h e i ra n a l y s i s 5 6 5 1S y s t e me x p e r i m e n t sa n da n a l y s i s 5 6 5 1 1O p e n - l o o pe x p e r i m e n t s 5 6 5 1 2C l o s e d 1 0 0 pe x p e r i m e n t s 5 7 5 2M o d e l i n gs i m u l a t i o na n a l y s i so fs o m eo f p o w e rq u a l i t yp a r a m e t e r s 5 8 5 2 1S i m u l a t i o no f v o l t a g ed r o pc o m p e n s a t i o n 6 0 5 2 2S i m u l a t i o na n a l y s i so f t h et h r e e - p h a s eu n b a l a n c e dl o a dv o l t a g e 6 1 5 3T h i sC h a p t e rS u m m a r y 6 4 6C o n c l u s i o n sa n dP r o s p e c t s 6 5 R e f e r e n c e s 6 6 A c k n o w l e d g e m e n t s 6 9 A u t h o ra n dg r a d u a t es c h o o ld u r i n gt h em a i ns c i e n t i f i ca c h i e v e m e n t s 7 0 V 1 绪论 1 绪论 1 1 选题背景及意义 信息化时代的快速发展，也伴随着电力科技日新月异的变迁，大电网的构建 造使得系统中受冲击性负荷影响越来越大。从而，加快了大功率电力电子逆变器 件的普及和使用。电力系统运行中的电压、电流跟随性能较差使得功率因数较低， 给电网带来额外负担，产生高次谐波，从而影响电能质量。因此，提高功率因数 、改善电流、电压跟随特性和解决并网时电网电压不平衡是我们以后研究的学术 前沿方向。 在解决电网运行的出现的无功补偿等电能质量问题时，性能好的补偿装置器 件是我们的首选。但是凡事皆有利弊各面，它的应用也带来了许多现实性的电气 问题。比如说非正常的运行导致电网运行中的诸多并网电气设备总的视在容量不 断加大；同时也很明显的情况是相应损耗在跟着变大，输电线路和滤波逆变器件 也在非理性突变；随之的不利情况还有电压、电流跟随特性较差，使得功率因数 降低，设备的利用率随之变小。近年来，随着国家电网“三集五大”理念的提出， 建大电网，构建超高压电网势在必行，电网无功补偿对提高整个电网电能质量要 求迫在眉睫。此时，静止同步调相器( S T A T C O M ) 以其卓越的性能，实时动态补 偿来提高电力系统稳暂态特性的完美表现，体格轻盈等诸多优点，受到人民的亲 睐。尽管如此然而，静止同步调相器( S T A T C O M ) 的设计成本着实较高，国内的使 用许多方面是停留在应用研究阶段，远没有大规模使用。笔者结合实际情况，综 合考虑提出了一种综合并联型静止无功发生器器，即S T A T C O M 与成本低、结构 简单的S V C 设备组件( T S C + T C R ) 装置综合并联投入运行。其优点后者降低了前者 的成本，前者改善了后者补偿性能，减少了高次谐波，真可谓是珠联璧合。 尽管如此然而，有先前学者研究设计的综合并联型无功发生器的大功率电力 电子器件均是建立在晶闸管G T O 或I G C T 基础上，本文则是采用晶体管器件I G B T 作为变流开关器件，I G B T 器件的优点可参阅参考文献 3 7 ，这里不再赘述。对于 综合并联型无功发生器的控制环节，笔者综合考虑，选择了市场广泛流行的T I 公 司生产的1 6 位T M S 3 2 0 F2 4 0 7 型D S P 处理器，系统的采集精度较强，灵敏度高， 而且在运行过程中，实时跟随特性较好。笔者本文综合系统的控制部分，是以 T M S 3 2 0 F 2 4 0 7 型D S P 构成的控制环节，在很大程度上，能满足整个线路的运行标 准。对于电网运行要求有较好的稳定性实际要求，同时满足后续试验结论的理想 安徽理工大学硕士学位论文 验证。所以本文对2 4 0 7 型的D S P 的供应电源部分重新优化设计，使得模拟环节部 分为3 3 V ，内嵌的数字电源内部达到了较稳定的1 8 V 大小，满足了系统实时运行 的整体要求。 目前，不论是国内厂商，还是国外生产厂家生产的电力电子逆变器件参差不 齐，不稳定现象环生、成本耗费着实太高等诸多不足。笔者在本文综合考虑，在 鉴于国内外同类产品经验的优秀基础上，提出改善方案，优化设计，提高补偿性 能，改善电流电压跟随特性。 1 2 无功补偿装置国际和本国发展进程 1 2 1 国际发展进程 输变电技术革新速度在加快，使得国外的补偿技术发展非常迅速，并逐渐的 开始应用于工业用户和输配电领域。其具体的年代更新如下表1 ： 表1 国外无功补偿装置的发展 T a b l e1R e a c t i v ep o w e rc o m p e n s a t i o nd e v i c ed e v e l o p m e n t 发展时间主要代表公司及装置 2 0 世纪2 0 、3 0 年代以来 同步调相机( S y n c h r o n o u sC o n d e n s e r - S C ) 7 0 年代以来 静止无功补偿装置( s v c l 2 。世纪7 0 年代中期开始翔炯器孺嬲雾甾锄e n S 炯先 ，o ，1 忙 美国G E 公司首次在实际电力系统中演示运行了其使用品闸管 ”“。 的静止无功补偿装置 ，n 1 Q 信 美国电力研究院和西屋电气公司合作制造晶闸管的静止无功 ”。 补偿装置投入实际运行 美国电力研究院提出统一潮流控制器( U n i f i e dP o w e rF l o w 2 0 世纪9 0 年代末以后 C o n t r o l l e r - U P F C ) ，换流型自换相桥式电路，交交变频电路以 及交流斩波电路 F A C T S 控制器的类型众多。基于晶闸管控N 投切的串联型有T C S C 、T P S C 、 T S S C 、S C C L 、G C S C 、T C S R 、T S S R 、N G H S S RD a m p e r ；并联串联组合型有 T C P A R 、T C V R 。基于变换器的F A C T S 控制器有静止同步调相器S T A T C O M ，串 联型的有S S S C ，串联串联组合型I P F C ，并联串联组合型有U P F C 、C S C ；随 着电网对于无功补偿的续流能力的显示要求，带储能装置的控制器应运而生，有 并联型的S S G ( S M E S 、B E S S ) 。 H V D C 与F A C T S 一样都是基于大功率电力电子技术。上世纪5 0 年代的时候， 可控汞弧阀换流器研制成功在瑞典研制成功，并逐步在西欧、北欧投入运用，开 绪论 启了H V D C 的时代，也为柔性输变电的发展带来了契机，可谓意义重大。其主要 应用在输电线路超高压传输、电网系统并网、远距离特种电缆输电、地下特种电 缆输电等等。 可以说H V D C 和F A C T S 在电网应用领域是相得益彰，但H V D C 还是依赖高 耐压和大容量的晶闸管器件，如G T O 、I G C T ；大量的F A C T S 控制器件采用耐压和 容量不及晶闸管的可关断器件，如I G B T 等。 事实上，S V C 、S V G 和U P F C 、T S C 、T C R 、S M E S 等都是柔性输电的技术概 念范畴，所以经过不断的技术发展和归纳，国际社会统称这类装置系统为柔性输 变电系统。英文表示为F l e x i b l eA CT r a n s m i s s i o ns y s t e m ，其简称也就是我们现在熟 知的F A C T S 。 1 2 2 国内发展概况 我国的无功补偿装置发展起步较晚，大多都是学习国外技术。改革开发以后， 国内对于国际先进科技奋起直追。因此由原机械部和电力部等多部委联合引进心 先进无功装置，即A B B 公司的T C R 型无功补偿装置。并随之在许多有关乎国民 生产的厂矿企业单位得到广泛使用。 1 9 8 0 年以后，我国许多电力科研单位对S V C 技术的研究、开发付出颇多心血， 也取得了喜人的成绩，即完全自主知识产权的S V C 国产化研制成功，鼓舞了整整 一代人的热情。中国电科院在2 0 0 1 年推出了T C R 型S V C 的补偿新平台，结合采 用当今国际社会先进的数字化信息化技术，使之完美地得到设计并且逐渐的得以 广泛应用，得到了厂矿企业单位的一片赞许。同时，该单位的此类系列产品在国 内的市场已占据一席之地，较好的维护了民族产业的发展，并且其具有安全可靠， 又非常低碳环保等顺应时代发展的优点。2 1 世纪初，国内某高校和有关单位已联 合研制出2 0 M v a r ( 在河南) 的工程样机，填补了国内空白，达到了国际水平。同 时，更大容量的无功系统装置正在有条不紊的研制中。 1 2 3 无功补偿发展的主要代表 可以很明显的看出，无功补偿技术的发展了好几个过程，比如说像先前的传 统机械补偿装置( 即M S C 、M C R ) ，到现而今流行的大功率功率逆变器件应用， 跨过了较长时间艰苦卓绝的发展史。笔者这里归纳为如下图1 所示。 安徽理工大学硕士学位论文 无功补偿 同步调相机 开关投切电容器( M S C ) 以及M C R 晶闸管控制电抗器( T c R ) 型s V c 装置 晶闸管投切电容器( T S C ) 型S V C 装置 T C R + T S C 混合型S V C 装置 静止同步( S T A T C O M ) 图1 动态无功补偿成品发展历程 F i g lR e a c t i v ep o w e rc o m p e n s a t i o nf i n i s h e dt h eC O R _ r S Co fd e v e l o p m e n t 1 、同步调相机 此类装置是先前早期科学技术不发达时期，在无功补偿装置方向的经典之作。 它相当于空载运行的同步电动机。其运行方式也可以包括：发生过励磁和欠励磁 运行过程，对于前者输出感性无功功率而后者吸收感性无功功率。尽管如此，后 者确实是降低补偿系统电压，而对于前者则反映为提高补偿系统电压的能力。 总是把总体拉在容性感性之间。尽管如此然而，其本身旋转电机存在的噪声 较大，在系统快同步运行过程中补偿性能较差等些许缺点，确实是客观存在的。 同时，运行过程的同步维护也相当复杂，实时跟随特性较差。 2 、机械开关投切电容器 原先存在的，机械控制投切电容器( M S C ) ，不仅受交流接触器通断频率的影 响，还受到寿命长度的掣肘。还有如果投入时，形成冲击的电流较大，切除过程 中随之产生过电压，设备在一定程度上受到损坏，导致设备故障率高，投入运行 效果差。还有机械开关控制电抗器( M C R ) ，和M S C 大致相同。 3 、晶闸管控制电抗器( T C R ) 型补偿器件 由图可知，T C R 型S V C 补偿装置包括两个主要部分，一部分是T C R 装置， 另一部分是多组的最为传统的电容装置。还包括两个晶闸管，英文简称为S C R ， 不过，这两个整流器件在装置中是以反并联的形式存在的。当然，与它们构成的 这一分支还有一个电抗器L 一串联的形式在里面，如图2 左边部分。其单相原理 图如下图2 所示。 图2T C R 补偿器原理图 F i g2T C Rc o m p e n s a t o rs c h e m a t i c 通过对S C R 装置导通角的有效调节，并且是根据实际补偿运行情况，实时向 系统输送感性无功，抑或是容性无功，来达到真正有效补偿的目的。鉴于此类补 偿装置灵敏度高，且灵活性能优越。同时，据其有效连续调节无功的显著能力， 目前在我国国内，电力系统运行过程中得到最为切实可行的应用。但其还是存在 不少缺点，该种类型的补偿装置输出，电压电流跟随特性较差，电抗器体积大笨 拙，耗能较高。 4 、晶闸管投切电容器( T S C ) 型补偿器件 客观存在的问题是，电容器组较为频繁的投切。T S C 装置应运而生。T S C 型 补偿系统装置和先前的T C R 补偿装置比较起来，在结构形态上大部分是相同的， 差异在于是把电容换成了电感装置来构成。其原理结构图如下图3 所示。 图3T S C 补偿器原理图 F i g3T S Cc o m p e n s a t o rs c h e m a t i c 此类装置在补偿运行过程中，会实时检测补偿电流值的变化，以动态调整电 容投入组数的形式来达到器件本身所起的作用。随之出现的问题是，电容及整个 系统装置投切的客观事实，使得系统运行过程中，影响稳定的甚至可能损毁装置 的冲击电流不可避免的出现了。 在此，为了达到系统运行有效调节的要求。笔者在这里，根据对诸多著名学 者学习积累的认识，提出了行之有效的处理手段，第一种是实时动态调整电容组 数，而且我们知道，组数的多少和级差就成反比。但随之产生的问题是，补偿装 置耗费的经费随之继续增加。如何有效搞好它们之间的问题，是许多工矿企业单 位首要考虑的问题，迫在眉睫；其次就是在有效的时间。准确判断电容器的投切 问题，使得系统不至于中途崩溃。 经研究笔者随之发现，补偿装置最佳有效投切时间是电力电子器件两端电压 过零状态，即是电容器端电压与电源电压相等时( 这点已经很清楚) 。 5 、T C R + T S C 并联混合型补偿系统 安徽理工大学硕士学位论文 T S C 型S V C 补偿装置对于补偿无功来说，效果良好。如果级数分得足明细简 单，可在一定程度上实现无级调节。尽管如此其客观存在的，在运行过程中引起 电压闪变，所以，T C R 型补偿装置系统可提供理想的感性无功功率。但是，单独 的T C R 装置存在对于无功功率仅只是单向的吸收关系，不能进行有效补偿。不容 忽视的事在运行中形成谐波。所以，二者的缺点正是对方恰恰具有的优点，随之 T C R + T S C 型S V C 补偿装置应运而生，效果明显。其结构原理图如下图4 所示。 从以上图可以明显看出，所有此种类型的S V C 装置在认识上，都应是并联无 功结构的范畴。即在实际调解过程中，都是有效调节晶闸管器件的触发角万，转换 运行网络系统中数学等效电纳。这样的话，就能出现较为理想的调节结果。 U ( t 图4T C R + T S C 补偿器原理图 F i 9 4T C R + T S Cc o m p e n s a