tsc无功补偿装置的设计电气设计.doc

TSC无功补偿装置的设计摘 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 　　DESIGN ON A TSC REACTIVE POWER COMPENSATION DEVICE 　　Abstract:Thyristor switchedcapactor（TSC）is a new direction of the staticvar compensator（SVC）technology.Basing on a designproject for TSC reactive power compensation device, the characteristics of itsvarious main circuits are analysed.Some key problems on developing TSC deviceare introduced, i.e. the criterion of switched capactor,the data detectionmethod, zero-voltage switching-on,and the triggering circuit for thyristors. 　　key words: reactive power compensation；thyristor；thyristor switched capactor；zero-voltage triggering 　　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。 　　图1 TSC无功补偿装置的主电路图 　　图1a~1d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。 　　晶闸管电流值 ISCR可按式（2）选择： 　　ISCR =2.54πfCU×10－6（2） 　　式中 f为50Hz，C为电容（微法）。 　　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 　　（3） 　　（