TCC高压动态无功补偿装置TCC介绍

新型动态无功补偿装置———晶闸管控制电容（TCC）无功补偿装置

简介

李民族CompanyLogo一、TCC装置研发背景无功补偿装置也是无功电源，担当起供给电力系统大量无功的重任。实质上它是电力系统广泛应用的一次调节控制装置。它不仅可实现三相或单相无功平衡，还可实现三相间无功和有功的任意分配，因而实现“负载对称”和“电源对称”；它不仅实现无功“Q”的平衡还可实现“瞬时无功功率”平衡，进行“谐波补偿”和“过电压抑制”；串补装置还可调节控制线路元件的阻抗参数或者产生附加的串联电势。

传统的无功补偿装置--机械开关投切电容器组（MSC）根本不能完成上述重任。近十年来国内研制发展并正在推广应用多种基于晶闸管控制的动态无功补偿装置。例如TCR+FC、TSC、MCR+MSC、SVG等。它们响应速度快，能快速频繁调节，对电力系统的调节控制起到了十分显著的作用。所谓动态无功补偿就是指能快速频繁调节能跟随负荷变化补偿。CompanyLogo一、TCC装置研发背景

但这些动态无功补偿装置均存在一定的问题。大都产生高次谐波，为解决此问题，有的回路多，组成设备多；有的结构复杂；有的损耗大，因而它们的造价都比较贵，特别静止无功发生器SVG，

它们还有一个最大缺点，作为调节元件晶闸管都直接承受接入母线的网络电压或2倍网络电压，不仅增加了装置成本，而且装置能直接接入的工作母线电压均受到一定限制（目前最高35KV），也影响了对电力系统的调节控制效果。在贵州省市科技部门的支持下，贵州中泉电气集团有限公司和贵州大学联合研制的高压晶闸管控制电容无功补偿装置（TCC型，TCC——Thyristor

ControllCapacitor）为解决上述问题提供了一个有效途径。CompanyLogo

二、TCC装置原理、特点及技术性能1、原理

TCC装置也称晶闸管串联调压电容无功补偿装置，。原理接线见图1，通过晶闸管开关装置TV改变辅助变压器TB变比K，从而改变TB二次绕组所产生的附加电势，进而改变电容器C的端电压和装置发出的无功，据分析推证，装置发出的无功：式中，UC—电网母线电压，XC—电容器组容抗。图1TCC装置原理接线图CompanyLogo

二、TCC装置原理、特点及技术性能图26～35KVTCC装置一次结线2、TCC装置一次结线。图2所示TCC装置接入系统的主结线，实线框内为装置的一次结线。图中：QF——主开关，装置投入切除（包括故障切除）用；TB——为辅助变压器，产生不同变比的二次调节绕组电势；C——主电容，电容无功产生元件；L——限流电感，抑制高次谐波进入电容，同时改善装置换级时的晶闸管电流波形；TV——晶闸管开关装置，调节TB二次绕组电势；F2——氧化锌压敏电阻，QH——旁路开关。F2和QH综合构成TV装置的断态过电压保护。装置采用三角形接法，优点有二：a）便于三相独立控制，可实现三相非对称补偿；c）防止电网三次谐波进入电容，对电网三次谐波不放大；CompanyLogo

二、TCC装置原理、特点及技术性能

图3AB相TV具体结线CompanyLogo

二、TCC装置原理、特点及技术性能图4改进CKY装置三相结线CompanyLogo

3、TCC装置特点：

TCC装置具有其他动态无功补偿装置所具有的快速性和频繁调节性，但较之于国内其他动态无功补偿装置具有如下特点：1）对电网不产高次谐波；不需要滤波回路，对于容性补偿（大多数）不需要TCR或MCR来调节；只有一组电容器，回路少，组成设备少；2）TCC装置采用串联调节原理，通过调节机构（辅助变压器、晶闸管开关装置）的容量只是补偿装置容量的三分之一。故所需辅助变压器的容量只及TCR或MCR容量的三分之一。晶闸管的装设容量和TCR差不多（发展产品更少），但运行容量只及TCR晶闸管运行容量的一半。

二、TCC装置原理、特点及技术性能CompanyLogo

二、TCC装置原理、特点及技术性能

3）TCC装置组成设备少，容量更小，这不仅减少了投资，还减少了设备损耗。又加之晶闸管运行容量小，又是过零触发，触发损耗小。所以TCC装置比国内通用的TCR+FC型、MCR+MSC型等动补装置损耗小。

4）TCC装置的最大特点是晶闸管工作电压低，最高仅为接入母线电压的24％，继续研发后能低成本地直接接入110KV甚至220KV母线，更显示出优越的技术经济性能。晶闸管工作电压低，对于10～35kV级晶闸管串联少，降低了对触发控制要求，这为降低晶闸管开关装置成本，缩小它的占地面积提供了极大的可能性。

TCC装置的上述特点使它具有较国内同类技术性能的动补装置难以超越的很高的性价比。CompanyLogo三、在10KV电压运行水平下的基本特性测试1、稳态参数的测试：

a）当负荷不变时，手动调节从1级逐级升到7级，测试记录了母线电压变化如表2所示。由表2看出，本装置的电压调节范围为8.6%表2三相母线线电压变化（KV）级号0123467

Uab9.9710.3310.510.6010.7210.8610.96由表2看出，本装置的电压调节范围为9.9%,基本满足设计要求。

b）当系统电压U=9.77～10.4KV范围内，手动调节从1级逐级升到7级，测试记录了装置各级稳态参数，如表3所示。CompanyLogo三、在10KV电压运行下的基本特性测试级数

电容电压（KV）晶闸管电流(A)辅变一次电流（A）补偿电流（A）补偿无功（千乏）补偿无功%13.653.091.92.033.1425.954.952.234.475.4537.646.362.07.1123.048.947.341.869.51160.459.417.891.3410.6183.3610.69.030.6713.1229.7711.710.20.3415.7271.8表3TCC装置各级稳态参数

CompanyLogo三、在10KV电压运行下的基本特性测试

一级

二级

三级

四级

五级

六级

图5各级晶闸管电流的稳态波形

七级图5各级晶闸管电流的稳态波形CompanyLogo三、在10KV电压运行下的基本特性测试图6各级补偿电流的稳态波形一级二级三级四级五级六级七级级级图6各级补偿电流的稳态波形CompanyLogo三、在10KV电压运行下的基本特性测试图8输入电网的补偿电流各换级暂态波形

1→3级

3→5级

5→7级

7→5级

1→4级

4→7级

4→1级

7→4级

1→7级

7→1级图8输入电网的补偿电流各换级暂态波形CompanyLogo四、在10KV电压运行下的基本调节功能测试1、由于工作量大，我们设计只实现了下列基本自动调节功能：1）自动调节接入母线电压；2）自动调节进线cosφ；3）自动调节进线无功；上述任一个被控量调节时，其他被控量不受约束，至于其他调节功能，以后根据用户需要，容易实现。2、上述基本功能调节时限可根据需要任意整定，最小时限可每隔60ms判别调节一次。本试验时，整定150ms定值判别一次，一旦进行调节时，100ms调节一次。3、上述基本功能试验结果。电压调节精度可达1.5%UN，cosφ调节范围可达0.94～0.99。4、本装置，设计有调节曲线输出显示，但因今天才能调试好，故不能看到调节过程的曲线。CompanyLogo

五、TCC装置的优化设计和系列产品开发1、TCC装置的优化设计我们将从以下几方面努力，进行优化设计，提高装置运行可靠性，降低成本。

1）自己完全独立进行10～35kV晶闸管开关装置（包括光电触发系统）的设计制作调试；2)改变晶闸管开关装置结线，可将晶闸管需要量比现在约减少60%，大幅降低成本，缩小体积。3）充分发挥TCC装置晶闸管工作电压低的优势，对于串联数不多的10～

35kV级TCC装置，其晶闸管采用自触发电路，取消光电触发系统，不仅降低了成本，还提高了装置运行的可靠性；

4）采用自触发电路的晶闸管开关装置，不存在微电子电路板，元件单一，就有条件采用油冷却，即把晶闸管开关装置放在油箱内冷却，取消晶闸管的水冷或风冷散热元件，大大缩小晶闸管开关装置的体积；

以上优化方法，试验成功实现后，将把TCC装置的元部件成本比真空断路器投切电容器组降低20%左右，也就可能把肉价变成豆腐价。且占地面积将减少一半。

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五、TCC装置的优化设计和系列产品开发

2、在提高10~35kV装置可靠性，降低装置成本的基础上进行下列系列产品开发：

1）改进控制算法，使TCC装置具有非对称补偿功能和抑制电压闪变功能，使TCC装置进入冶炼行业应用；2）根据不同行业谐波补偿的需要，对TCC装置L、C参数进行不同配置使之具有不同的谐波补偿功能；

3）对TCC装置的一次系统和控制算法进行特殊设计，研发专用于铁道电气的TCC装置；

4）研发试制110kV级或220kV级的TCC装置系列产品为TCC装置进入220～500kV系统做准备。CompanyLogo六、我们的几点体会：

我们团队连我一起共5人，由电力系统专业、电子技术专业、计算机测控专业联合组成。从2005年起，从事国家基金项目TCSCAC应用基础研究，继而进行TCC装置的研发到现在进入实际应用，一直团结战斗到现在。这两个项目应该说都完成得好，我们有下列体会：1）研究课题立项不仅要具有创新性，更要抓住解决国民经济发展的重大技术问题，要具有重大的技术经济意义。2）具有重大技术经济意义的课题，必然是多学科知识、实现技术的高度集成。我们的两个课题项目，高度集中了电力系统知识，电路原理、电机学、电力电子、微电子、计算机知识。单靠一二个人是难以完成的。3）承担这种课题的成员，特别是主要成员，必须有深厚的基础理论知识和较丰富的实践技