TSC无功补偿装置的设计

1、论文名称：TSC 无功补偿装置的设计作者：hsp2100推荐人：hsp2100该推荐人全部论文：1 篇阅读:1133 次上传时间：2006-05-09文件大小：8923 字节摘要：晶闸管投切电容器（TSC）是静止无功补偿技术的发展方向。根据笔者设计的一种 TSC 无功补偿装置，分析了 TSC 装置常用的主电路的特点，介绍了电容器投切判据与信号检测、零电压投入以及晶闸管触发电路等关键问题的解决方案。关键字：无功补偿晶闸管 TSC 零电压触发1 引言静止无功补偿装置（SVC）是配电网中控制无功功率的装置，它根据无功功率的需求，对无功器件（电容器和电抗器）进行投切或调节。传统的无功补偿装置采用机械开

2、关（接触器或断路器）投切电容器，开关触头易受电弧作用而损坏。据调查，我国过去使用的自动投切电容器无功补偿装置在使用 3年后损坏率达 75%1。随着电力电子技术的迅速发展，晶闸管开始用于 SVC 装置中，出现了晶闸管控制电抗器（TCR）和晶闸管投切电容器（TSC）这两种基本结构型式的 SVC。使用晶闸管作为电容器的投切开关，其最大优点是可以频繁投切。因此，TSC 正在成为电容器无功补偿装置的更新换代产品。TSC 装置的关键问题是如何对作为电容器投切开关的晶闸管进行控制，以保证整套装置的安全可靠工作和达到优良的无功补偿效果。笔者设计了一种 TSC 无功补偿装置。以下着重介绍设计方案中主电路选择、信

3、号检测、投切判据、零电压投切、晶闸管触发电路等 TSC 装置的关键技术问题。2 主电路的选择TSC 无功补偿装置由若干组电容器构成，电容器组常用的主电路方案如图1 所示。f)图 1TSC 无功补偿装置的主电路图图 1a1d 方案为三角形接线，其中图 1a、1b 中的电容器为单相电容器；图 1c、1d 中的电容器为三相电容器（内部已接成三角形）。图 1a 方案中的无触点投切开关由两只反并联的晶闸管构成（可选用双向晶闸管）。当晶闸管为正向电压，且门极上有触发信号时，晶闸管导通，电容器投入；当去掉触发脉冲信号后，电流过零时，晶闸管截止，电容器从电网上切除。所以，刚切除时电容器上的电压（称为残压）为电

4、网电压幅值（或正或负）。图 1b 方案采用二极管代替部分晶闸管，从而降低装置的成本。当电容器刚切除时，其残压为电网电压幅值（正值）。这种方案的响应速度不如图 1a 方案。其原因是2：在切除电容器时，从切除指令的输出到第一个电力电子器件截止，方案 1a 在半个周波内完成，即不大于 10ms;方案 1b 则由于二极管的不可控性，通常要大于半个周波才能被切除，但切除时间一般不会超过一个周波，即不大于 20ms。图 1d 方案干脆省掉了一相的晶闸管，同样可以控制三相电容器的投切。图 1e 方案和图 1f 方案为 Y 形接线，可用于三相负荷不平衡的电路中作为分相补偿。笔者设计的 TSC 无功补偿装置采用

5、图 1a 方案。晶闸管电压值 USCR 的选择要考虑电力电容器上的充电电压，可按式（1）选择：（1）式中 k1 为电压裕度，取 1.1;k2 为电网电压波动系数，取 1.1;U 为电网额定电压。TT11晶闸管电流值 ISCR 可按式（2）选择:ISCR=2.54 兀 fCUX106(2)式中 f 为 50Hz,C 为电容(微法)电源於图 2 电容器补偿的系统示意图3 投切判据与信号检测笔者设计的 TSC 无功补偿装置通过检测负荷侧无功电流幅值作为电力电容器的投切判据。基原理如下：图 2 是电容器无功补偿系统示意图。设节点电压为二心】sin（成+0）（4）负荷电流为即词，物C。部次+5卿COM乜

6、+（小5其中，ip（t）和 iq（t）分别为有功电流分量和无功电流分量。当t=2k 兀时“（2版）=仞血。=/妣可见，只要测量在电压正向过零时刻的负载电流，就可得到无功电流幅值种无功电流检测方法简单、快速（在一个周期内只要采样一次）。IQM。这图 3 无功电流幅值检测原理电路框图基于上述原理的无功电流幅值检测原理电路框图如图 3 所示。来自电压互感器的电压信号 u 和电流互感器的电流信号 i 经过低通滤波器（LPF）滤波后由过零脉冲发生电路产生电压正向过零脉冲信号，作为采样保持器的采样开关信号，于是采样保持器的输出就是无功电流幅值。由图 2 可知，il=ic+is,如果使 iq=ic,则实现了

7、完全补偿。由虬dt1比1smp)c。血二%cos以可得(9)C 即为全补偿所需投切的电容量。若C 为负，则是切除相应容量的电容器；反之，则应投入相应容量的电容器。4 零电压投入问题在电容器切除后重新投入时，若晶闸管导通（电容器接入电网）时的电网电压与电容器残压相差较大，就会由于电容器上的电压不能突变，而产生很大的电流冲击（合闸涌流），这一冲击很可能损坏晶闸管，或给电网带来高频冲击。为了使电容器投入时不引起涌流冲击，必须选准晶闸管触发的理想时刻，即保证晶闸管导通时电网电压与电容器残压大小相等、极性一致，这就要预先测知电容器残压，但这通常不太容易做到。为解决这一问题，可考虑以下方案：（1）加放电电

8、阻。每次切除电容器后，通过专门的放电电阻对电容器放电，使电容器残压接近为零，晶闸管在电网电压过零时投入。这一方案要增加无功补偿装置的成本，并且电容器切除后自动接入放电电阻的电路也较复杂。（2）电容器预充电。投入电容器之前对其预充电，充电到电网电压的峰值，在电网电压峰值时触发晶闸管。这种方法将使主电路变得很复杂，并且延长了电容器的投入时间。A/DLPF迫零脉冲发生电瞌采样保持器（3）主电路采用晶闸管与二极管反并联方式。如图 1b 所示方案中，电容器投入前其电压总是维持在电网电压的峰值，一旦电容器电压比电网电压峰值有所降低，二极管都会将其电压充电至电网峰值电压。只要在电网电压峰值时触发晶闸管，就可

9、避免电流冲击。投入命令图 4 零电压触发原理框图（4）检测晶闸管两端电压的零电压触发方式3。由于电容器残压的不确定性，晶闸管上的电压是一个不能根据电网电压计算的值，但可通过检测晶闸管两端（阳极和阴极）的电压来确定电网电压与电容器残压是否相等。当检测到晶闸管两端电压相等（电压差为零）时，触发晶闸管。其原理电路原理框图如图 4 所示。图 4 中，晶闸管两端电压经电阻降压送到光电耦合器，当交流电压瞬时值与电容器残压相等时晶闸管上电压为零，零电压检测电路输出一个脉冲，该脉冲与 TSC 投入指令相“与”后启动触发电路，去触发相应的晶闸管。5 晶闸管触发电路80C196KB 单片机、信号检测电路、晶闸管触

10、发电路、5 是触发电路的原理框图。图 5 触发电路的原理框图同步脉冲形成电路的作用是消除电网频率不稳定造成的触发误差。如果在单片机中以工频周期 20ms 作为产生触发脉冲信号的时间基准，由于电网频率不稳定，将会产生触发误差。同步脉冲形成电路能保证使晶闸管触发脉冲信号与电网工频信号同步。如图 5 所示，电网工频电压信号经锁相环锁相后再次形成 50Hz 工频信号，然后进行过零比较，整形输出，送入单片机 HSI.0 端口，输出的控制信号为 HS0.0 端口在软件定时控制下产生与电源同步的可移相的脉冲信号，此脉冲信号与单片机的 P1.05 端口输出的信号组合后，经脉冲变压器驱动，最后分别送给主电路中 6 个晶闸管的门极，触发相应的晶