TSC型动态无功补偿及其晶闸管触发装置的设计开题报告.doc

本科毕业设计开题报告 题 目：TSC型动态无功补偿及其晶闸管触发装置的设计专 题： 院 （系）： 电气与信息工程学院 班 级： 电气09-12班 姓 名： 王羚宇 学 号 2009021735 指导教师： 李一丹 教师职称： 副教授 黑龙江科技学院本科毕业设计开题报告题 目TSC型动态无功补偿及其晶闸管触发装置的设计来源工程实际1、 研究目的和意义据统计，输电线路，高压配电网、低压用户三大部分的线损中，低压用户的线损最大，因此，降损节能主要围绕低压用户进行。长期以来，我国低压配电网网架薄弱、线径小、设施老化，负荷电流大，自然功率因数低，而且结构复杂，电压质量不易控制，无功功率靠上级电网远距离输送，不能及时了解无功潮流变化，不能就地补偿无功功率，降低了电网的经济效益1。无功功率对供电系统和负载的运行都是十分重要的，电网的无功状况是衡量电网运行的重要指标之一。随着电力工业不断发展，发点，输电和配电部门正在成为独立的企业。在这种新形势下，输电公司必须对电力转运的需求作出响应，即在任何节点接收功率的注入，并在任何节点与符合连接；在较小范围内，配电公司也应与输电公司一样对电力转运的需求作出响应2。配电网处于电网的最末端，用户多为低压用户，大多数电力设备功率因数比较低，而且不带补偿装置，这给电网带来很大的功率负担和额外线损。补偿低压无功负荷，不仅可以减轻上一级电网的补偿压力而且可以提高配电变压器的利用率，改善用户功率因数和电压质量，并有效降低线损，对用户和供电部门均有益。在低压配电系统中，采用并联电容器装置对无功功率进行集中补偿或者分散就地补偿是降低线损、提高电网供电质量、节约电能的有效途径。我国配电网建设和运行中长期存在的问题是无功补偿容量不足，特别是可调的无功容量的不足，快速响应的无功调节设备更少，电力系统中经常过补偿和欠补偿，造成很大的损失。因此，新的补偿技术取代传统落后的补偿技术是大势所趋。现代的无功补偿装置都是不同性质的电力电子装置3。现在应用最多的无功补偿装置是SVC，其基本类型是晶闸管投切电容器（TSC）和晶闸管控制电抗器（TCR），与TCR相比TSC虽不能连续补偿无功且只能输出容性无功，但凭借其成本低，运行时不产生谐波，自身能耗小等优点，在配电系统中得到广泛应用。与机械投切电容器相比，晶闸管的开、关无触点，其操作寿命几乎是无限的，而且晶闸管的投切时刻可以精准控制，可以快速无冲击的将电容器接入电网，大大减小了投切时的冲击电流和操作困难。TSC能快速跟踪冲击负荷的突变，随时保持最佳的馈电功率因数，实现动态无功补偿，减小电压波动，提高电能质量，节约电能。而且近年来出现的VQC（电压无功综合控制）理论，由于是建立在频繁投切电容器和调节有载开关的基础上，在实际应用中存在很大的局限性，主要原因就是机械投切开关的性能不能达到要求，而用晶闸管出发装置就可以很好解决这个问题4。2、国内外发展情况(文献综述)在国内，目前机械投切电容器的方式比较普遍。尤其加入控制系统后，在负荷波动和频率变化不大，在对响应速度要求不高的配电网络中MSC以其优良的性价比，依然具有广泛的市场8。目前国内比较先进，且占据一定市场份额的动态无功补偿装置是SVC。中国目前有5个500KV变电站安装了SVC，容量大约在150-170Mvar之间。目前中国已经能够生产配电网用的SVC，价格一般为300元/kvar。但用于500KV输电系统的大容量、35KV以上的高电压等级SVC尚未实现国产化。国内SVC主要生产企业是荣信电力电子有限公司、西电科技、电科院电力电子公司。其中西电科技和电科院引进的是ABB和西门子的技术，荣信引进的是乌克兰的技术，他们都是中国最早引进SVC设备和技术的国内企业。其中电科院的鞍山红一变SVC国产化工程（35KV，100Mvar）是国内第一套应用于输电网络的国产化SVC产品。在国外，动态无功补偿中SVC占据绝大部分份额，而高电压等级，大容量的SVC几乎全部被ABB、西门子等跨国公司垄断。目前，在欧、美等一些发达国家，SVC动态无功补偿装置已经取得广泛应用，无功补偿的产业化也有将近10年的时间。目前国内企业只能提供35KV及以下的SVC装置，随着用户对电能质量的要求日益提高，市场对SVC的需求迅猛增长，国内企业必须迅速提高SVC产品的质量和产量，以满足国内需求，并发展高电压等级的SVC装置，以打破国外企业的垄断。3、 研究/设计的目标：(1)了解和熟悉无功补偿的理论。分析动态无功补偿的发展现状，对目前流行的动态无功补偿装置在原理、性能、使用场所等方面进行比较，用TSC型无功补偿装置快速补偿无功功率，满足电能质量要求，并降低电网运行成本。(2)提出采用晶闸管触发触发电路应用于动态无功补偿装置，从而保证在硬件电路上电容器组的无过渡过程投切，解决以往由于电容器残压过高而必须延时投切的问题。 4、设计方案（研究/设计方法、理论分析、计算、实验方法和步骤等）：（1）系统的总体设计主线设计方案：TSC型动态无功补偿装置的主电路是由电容器组和晶闸管（或其他形式的开关电路）开关及其附件构成的与电网直接相连接的部分电路。三相电容的接线有两种形式三角形和星形连接。电容器为三角形接线时，晶闸管开关可以分为三角形内控制和三角形外控制两种方式。三角形接法只适用于三相补电路，如果三相荷不平衡，三相的功率因数角和电流差异较大，TSC采用三角形接线也有一定优势：第一，可以降低晶闸管阀的电流容量；第二：电容器电压可以得到保证，避免中性点引起的电压漂移；第三，避免中线电流。采用Y型接法时，晶闸管中的电流为接法的1.17倍，这种接法线路简单，控制方法容易，所以采用这种方法作为主电路图。如图1所示，TSC型动态无功补偿主电路图采用Y型连接方式，运用到的电气设备和原件有晶闸管，电容器，电感等原件。下图采用晶闸管反并联方式并串联电阻来实现动态无功功率补偿。图1. TSC型动态无功补偿单相主电路图(2)触发控制装置设计如图2所示，触发控制包括：电压过零检测、信号隔离、投切时刻确定、高频脉冲发生和脉冲隔离放大这几个部分； 电压过零检测：用反向并联的二极管，电阻串联组成的电路采集电压U1、用发型并联的二极管组成的电路采集电压U2；并联二极管两端与比较器输入相连接；比较器将二极管两端的电压过零比较并放大，比较器的输出经过光耦隔离后为方波信号的上升沿、下降沿就是电压U1、电压U2的过零时刻，以电压U2的过零时刻延时作为电压U2的峰值时刻； 信号隔离：采用光耦隔离； 投切时刻确定：根据信号隔离部分传递的信号输出脉冲发生的控制信号； 高频脉冲发生：根据控制信号用定时器固定频率脉冲；当输入为高电平则输出高频脉冲，当输入为低电平则输出低电平； 脉冲隔离放大：用隔离变压器将高频脉冲隔离放大。图2.投切电力电容的晶闸管触发装置工作原理框图（3）电容器保护设计：电容器补偿装置的保护分为电容器组的保护和装置的保护，需要考虑以下几种保护： 过流保护。采用熔断器作为电容器的过流保护，当电容器内部发生短路故障时，它将切除故障电容器，以使其他运行良好的电容器避免受损，维持电容器组正常运行。 过电压保护。装设过电压保护器。 接电抗器抑制谐波。 装设门的放点装置。4、方案的可行性分析本文设计了一种用于动态无功补偿的晶闸管触发控制装置，经过检验 它能够实现平滑的、实时的投切不受电容器两端残余电压的影响也不会对电网造成冲击和产生谐波，从而保证在硬件电路上电容器组的无过渡过程投切，解决以往由于电容器残压过高而必须延迟投切的问题。6、该设计的创新之处 7、设计产品的主要用途和应用领域用途：对高压线路、高压设备进行无功功率补偿，就地平衡武功需求，确保电网安全、稳定、经济运行。应用领域：变电所、配电站、电网建设领域、电气化铁路领域、冶金煤矿化工及其他领域。 8、时间进程：序号设计各阶段名称日期备注（1）开题答辩、准备正式进入设计阶段第5周 （2）晶闸管和电容器的选择第6周（3）晶闸管如何实现反并联第7周（4）晶闸管触发装置的总体设计第8周（5）检测过零电压第9周（6）研究如何进行信号隔离第10周（7）研究高频脉冲如何产生和触发装置时刻确定第11周（8）完成整体的电路设计第12周（9）对总体设计进行检查和校验第13周（10）相关电路图绘制第14周（11）完成论文最终大图绘制第15周（12）完成毕业设计说明书第16周（13）完成毕业设计相关资料第17周（14）准备开始正式答辩第18周9、参考文献：1 陈一浩，王树民；TSC动态无功补偿技术述评J;中国电力；2004年第10期2 谷永刚，肖国春，裴云庆，王兆安；晶闸管投切电容器（TSC)技术的研究现状与发展，电力电子技术，2003（2）：85-883 孙成宝，李光泽;配电网实用技术；北京：中国水利水电出版社，19994 王丹，张波，丘东元，袁光明；基于DSP的TSC综合型动态无功补偿装置；电器应用2005，24（6）：57-605 黄绍平，彭晓，浣喜明；TSC无功补偿装置的设计；高压电气2003，39（6）：33-356 何利铨，邱国跃；电力系统无功功率与有功功率控制；重庆：重庆大学出版社19957 叶黎明，肖建华；电力系统无功补偿及谐波抑制智能系统；东北电力技术；2002（6）：29-318 伍小杰，白跀；动态无功补偿研究的现状和展望；煤矿自动化2000（5）：19-229 顾春雷；动态功率因数补偿中的参数测量与控制；电力电子技术，2001（6）：1-210赵学强，刘建新；晶闸管控制的串联电容器补偿技术；华东电力，1995（5）：1-511 华福年，陈宏剑，李仁杰；无功补偿装置综述；沈阳工业大学学报，1998（6）1-212 戴潮波，雷林绪，林海雪；晶闸管投切电容无功补偿星形连接方案的研究；电工技术杂志，2001（3）：5-713 TJE，米勒；电力系统无功功率控制M；北京：水利电力出版社 199014 SobtinkK.H，Renz，K.W；Operational experince and field tests of the SVC at Rejsby HedeC.IEEE Powercon98,Beijing:1998.Vol.1,18-21