发布时间 : 星期二 文章基于Matlab的电力系统无功补偿装置的研究与仿真更新完毕开始阅读
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图2.8 TCR控制系统原理框图
此外，控制系统中还可以包括各种保护功能，如限制补偿器的运行范围、过电流保护、谐波电流限制等，以及各种特殊调制功能，如手动控制与自动控制的切换、自动增益调整、频率补偿等，还应包括对与TCR配合使用的MSC或TSC的相应控制功能。
1.2.2.1 TCR型SVC的优缺点 优点主要有:
①可以进行连续感性和容性无功调节
单独的TCR由于只能吸收感性无功功率，与并联电容器配合使用，使得总的无功功率为TCR与并联电容器无功功率抵消后的净无功功率，因此可以将补偿器的总体无功电流偏置到可吸收容性无功的范围内。 ②能进行分相调节
降压变压器二次绕组连接成“开口星型”，中点分开，这是要使每相负载与另外两相独立，从而正序和负序的幅值可以单独控制、分相调节，可以平衡不平衡负载。 ③吸收谐波能力好
并联电抗器串上小调谐电抗器还可兼作滤波器，能很好地吸收TCR产生的谐波电流。 ④噪声较小 ⑤损耗相对较小 ⑥抑制灵活性好
TCR型SVC有多种可选择补偿方案，一种方案就是将电容器组的总容量固接在
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电网上，而将TCR的总容量平均分为n组小单元，根据系统无功功率的平衡要求来决定启用小补偿单元的组数及其控制角。
这样TCR型SVC就可以通过控制投入的组数进行粗调节，通过控制控制角进行细调节，实现平稳的无级补偿，因此整个控制过程十分灵活，而且效果也相当好。 ⑦动态响应时间较快(约10ms)，是能够胜任多类负荷的动态无功补偿。 缺点主要有:
①自身有谐波含量产生
TCR型SVC产生的谐波主要是奇次谐波，3K次谐波同相位，仅能在补偿装置的二角形接法绕组中流通，不能流入系统。流入系统中的谐波成分只是6k士1次。 产生的谐波电流会使系统电压产生畸变，从而对系统及设备产生一系列的危 害，因此利用TCR和改善功率因数用的电容器兼作滤波器，但这种滤波器体积大， 占地多，价格贵。
②不可直接接十超高压 ③运行维护复杂
由于组成部分较多而且较为复杂，TCR本身的反并联晶闸管、多组FC，这些虽然使得控制灵活，但也让运行维护更复杂。
1.2.2.2应用场合
由于TCR型SVC具有反应时间快，无级补偿，运行可靠，能分相调节，能平衡有功，适用范围广，价格较便宜等优点，实际应用最广，在控制电弧炉负荷产生的闪烁时，几乎都采用这种型式。目前国内几乎所有的轧钢机，提升机、电力机车、电弧炉的补偿设备都采用此类型的SVC。
最广泛用于高压大容量无功补偿，与固定电容器或滤波器联用。可用作电压支撑，无功潮流控制，增加系统稳定性，以及减小电压波动，可分相调节，有对称化功能。 目前，TCR与电容器联用，是动态无功补偿的第一选择，由于它产生谐波，滤波器与它联用是理想的方案，目前是连续调节的理想方法。
1.2.3晶闸管投切电容器(TSC)
为了解决电容器组频繁投切的问题，TSC装置应运而生。其单相原理图如图2.9所示，两个反并联的晶闸管只是将电容器并入电网或从电网中断开，串联的小电抗器用于抑制电容器投入电网运行时可能产生的冲击电流。
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选取投入时刻总的原则是，TSC投入电容的时刻，也就是晶闸管开通的时刻，必须是电源电压与电容器预先充电电压相等的时刻。因为根据电容器的特性，当加在电容上的电压有阶跃变化时(若电容器投入的时刻电源电压与电容器充电电压不相等就会发生这样的情况)，将产生冲击电流，则很可能破坏晶闸管或给电源带来高频振荡等不利影响。一般来讲，希望电容器预先充电电压为电源电压峰值，而且将晶闸管的触发相位也固定在电源电压的峰值点，因为根据电容器的特性方程：
（2.7）
图2.9 TSC补偿器原理图
如果在导通前电容器充电电压也等于电源电压峰值，则在电源峰值点投入电容时，由于在这一点电源电压的变化率(时间导数)为零，因此，电流小即为零，随后电源电压(也即电容电压)的变化率才按正弦规律上升，电流i即按正弦规律上升。这样，整个投入过程不但不会产生冲击电流，而且电流也没有阶跃变化。这就是所谓的理想投入时刻。图2.10以简单的电路原理图和投切时的波形对此作了说明。
图2.10 TSC理想投切时刻原理说明
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如图2.10所示，设电源电压为es，在本次导通开始之前，电容器的端电压Uc已通过上次导通时段最后导通的晶闸管V1充电至电源es的峰值，且极性为正。本次导通开始时刻取为es和Uc相等的时刻t1，给V2以触发脉冲而使之开通，电容电流ic开始流通。以后每半个周波发出触发脉冲轮流给V1和V2。直到需要切除这条电容支路时，如在t2时刻，停止发脉冲，ic为零，则V2关断，VI因未获触发而不导通，电容器电压保持为V2。导通结束时的电源电压为负峰值，为下次投人电容器做了准备。
TSC控制系统的思路跟TCR控制系统的思路是类似的，只不过其中的控制电路部分是以决定哪组电容投入或切除的逻辑功能为中心作为例子，图2.11给出了一个TSC用于对波动负载进行无功补偿时的控制系统示意图。
应当注意的是，在TSC控制系统中引入一定的滞环非线性环节是必要的，这可以避免在切换点处电容器组在短时间内来回地投入与切除。例如，当补偿器以稳定电压为目标时，在控制系统中引入滞环非线性环节可使电容器在系统电压低于某一较低阀值时接人系统，而在系统电压高于某一较高阀值时切除，但不是在相等的阀值下投入和切除，以防止在切换电压附近震荡不定。
图2.11 TSC用于负载补偿时控制系统的示意图
同样可以通过判断系统负载特性与补偿器电压一电流特性交点的方法来分析TSC的动态调节过程。
图2.12所示的是以改善电压调整为目标的TSC受扰动后的动态调节过程。在系统受到扰动前，其负载线为L1 , TSC有一组电容投入运行，其伏安特性为OA，因此
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