淺析晶閘管投切電容器動態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)

1、淺析晶閘管投切電容器動態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù) 摘 要：該文對晶閘管投切電容器技術(shù)進(jìn)行了探討。提出了該系統(tǒng)的分類，重點對tsc系統(tǒng)的主電路和檢測及控制系統(tǒng)進(jìn)行了介紹，并對該技術(shù)的不足進(jìn)行了探討，指出了目前的研究動向。 關(guān)鍵詞：晶閘管投切電容器 控制系統(tǒng) 檢測系統(tǒng) 中圖分類號：tm761 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：a 文章編號：1674-098x（2012）12（c）-00-02 隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步，電能質(zhì)量問題日益得到重視，許多新技術(shù)設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生。目前，為了減少損耗以及調(diào)整電壓，提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，在各級變電站里廣泛使用了新型電容器組進(jìn)行系統(tǒng)的無功補(bǔ)償，這些電容器組的正常運(yùn)行對降低線損和提高電能質(zhì)量起著重要

2、作用。晶閘管投切電容器就是其中的一種，于近年來得到了較大發(fā)展。晶閘管投切電容器具有無功功率補(bǔ)償性能的優(yōu)良動態(tài)，適合經(jīng)常有波動性負(fù)荷和沖擊性負(fù)荷的電網(wǎng)。與機(jī)械投切電容器相比，晶閘管作為電容器的投切開關(guān)克服了采用機(jī)械開關(guān)觸頭易受電弧作用而損壞的缺點，可頻繁投切，且投切時刻可精確控制。晶閘管投切電容器的上述優(yōu)良的動態(tài)性能，促使其近年發(fā)展迅猛，該文對該技術(shù)的現(xiàn)狀及最新發(fā)展動向進(jìn)行了介紹。 1 晶閘管投切電容器的分類 晶閘管投切電容器（thyristor switched capacitor，簡稱tsc）是利用晶閘管作為無觸點開關(guān)的無功補(bǔ)償裝置，它根據(jù)晶閘管具有精確的過程，迅速并平穩(wěn)的切割電容器，與機(jī)械

3、投切電容器相比，晶閘管具有操作壽命長，開、關(guān)無觸點，抗機(jī)械應(yīng)力能力強(qiáng)和動態(tài)開關(guān)特性優(yōu)越等優(yōu)點。晶閘管的投切時刻可以精確控制，能迅速的將電容器接入電網(wǎng)，有力的減少了投切時的沖擊電流的優(yōu)點。tsc可按電壓等級或按應(yīng)用范圍劃分。按電壓等級劃分為：低壓補(bǔ)償方式和高壓補(bǔ)償方式。低壓補(bǔ)償方式適用于1 kv及以下電壓的補(bǔ)償，高壓補(bǔ)償方式（即補(bǔ)償系統(tǒng)直接接入電網(wǎng)進(jìn)行高壓補(bǔ)償）則對635 kv電壓進(jìn)行補(bǔ)償。tsc按應(yīng)用范圍劃分為：負(fù)荷補(bǔ)償方式和集中補(bǔ)償方式。負(fù)補(bǔ)償方式是直接對某一負(fù)荷進(jìn)行針對性動態(tài)補(bǔ)償以消除對電網(wǎng)的無功沖擊，集中補(bǔ)償方式是對電網(wǎng)供電采取系統(tǒng)的補(bǔ)償，以解決整個電網(wǎng)無功功率波動的問題。 2 tsc的

4、主電路 目前，tsc只有兩個工作狀態(tài)：投入和切除狀態(tài)。在投入狀態(tài)下，雙向晶閘管導(dǎo)通，電容器并入線路中，tsc向系統(tǒng)發(fā)出容性無功功率；切除狀態(tài)下，雙向晶閘管（或反向并聯(lián)晶閘管）阻斷，tsc的支路并不起到任何作用，不輸出無功功率。tsc主電路設(shè)計除了滿足分級快速補(bǔ)償要求外，還應(yīng)考慮限制并聯(lián)電容器組的合閘涌流和抑制高次諧波等問題。tsc的關(guān)鍵技術(shù)是如何保證電流無沖擊，常見的接線方式有兩種：晶閘管與二極管反并聯(lián)接線方式和晶閘管反并聯(lián)接線方式。在tsc系統(tǒng)中，晶閘管反并聯(lián)方式是促使兩個晶閘管輪流觸發(fā)，接通和斷開補(bǔ)償回路。晶閘管反并聯(lián)方式的可靠性非常高，即使是某項損壞了一個晶閘管，也不會導(dǎo)致電容器投入失效

5、或錯誤。晶閘管和二極管反并聯(lián)方式與晶閘管反并聯(lián)方式相比之下，速率較差，但經(jīng)濟(jì)且操作簡便。晶閘管閥承受的最大反相電壓對于晶閘管反并聯(lián)方式是將電容器上的殘壓放掉時的電源電壓的峰值，晶閘管和二極管反并聯(lián)方式是電源電壓峰值的2倍。tsc系統(tǒng)中，為了限制因晶閘管誤觸發(fā)或事故情況下引起的合閘涌流，主電路中須安裝串聯(lián)電抗器，以抑制高次諧波和限制短路電流。而串聯(lián)電抗器后，電容器端的電壓會升高，所以額定電壓應(yīng)選擇電容器高于電網(wǎng)的。電抗器的類型有空芯電抗器和鐵芯電抗器兩種，其中，而鐵芯電抗器限流效果較差，但造價低，空芯電抗器的限流效果很好，但造價也很高。所以選擇時，應(yīng)通過經(jīng)濟(jì)、技術(shù)等方面比較來確定。tsc主回路接

6、線方式根據(jù)晶閘管閥和電容器的連接可分為三相控制的三角形接法、星形接法和其他組合接法。其中三角形與星形的組合接法既綜合了前兩種接法的優(yōu)勢，也可提升補(bǔ)償裝置的運(yùn)行質(zhì)量，因此更為常用。根據(jù)電容器電壓不能突變的特性，tsc系統(tǒng)投切當(dāng)電網(wǎng)電壓和電容器殘壓相差較大的時候，則很容易產(chǎn)生沖擊電流。當(dāng)沖擊電流與正常穩(wěn)定電流之比小于1.7倍時，可以認(rèn)為沖擊電流對晶閘管和電容器的使用無影響。投切停止后，電容器上有電網(wǎng)峰值電壓，晶閘管在電網(wǎng)電壓和電容器直流電壓的雙重作用下，存在過零電壓，過零點觸發(fā)晶閘管是理想狀態(tài)，不會產(chǎn)生沖擊電流。 3 tsc的檢測系統(tǒng)和控制系統(tǒng) tsc的檢測系統(tǒng)用于檢測電網(wǎng)與負(fù)載系統(tǒng)的相關(guān)變量，包

7、括相位采樣部分、電壓與電流有效值測算部分、待補(bǔ)無功量與無功功率計算部分等。目前比較先進(jìn)的技術(shù)則是利用微機(jī)同步相位控制技術(shù)和自適應(yīng)晶閘管觸發(fā)技術(shù)進(jìn)行檢測。當(dāng)檢測到電容器兩端電壓與電網(wǎng)電壓大小等同，極致一樣時，瞬時投入電容器，電流過零時晶閘管會自然斷開，無需對電容器預(yù)先充電，也無需加裝限流電抗器及專門的放電電阻，則可隨時實現(xiàn)無投切電容器。依據(jù)電網(wǎng)與負(fù)載的不同功能和需求，tsc的控制系統(tǒng)可分為開環(huán)控制、閉環(huán)控制和復(fù)合控制三種?？刂莆锢碜兞堪娏?、無功功率、電網(wǎng)電壓、全周期時間、功率因數(shù)角和相位差角等。根據(jù)電信號參數(shù)，對電信號變量分析處理，在電容組合方式中選出最接近且不會過補(bǔ)償?shù)慕M合方式，對無功功率

8、進(jìn)行實時補(bǔ)償。由控制系統(tǒng)發(fā)出投切指令，當(dāng)補(bǔ)償系統(tǒng)所需容量不小于最小一組電容器容量時，可快速、平穩(wěn)、高效地對設(shè)備進(jìn)行補(bǔ)償。 4 晶閘管投切電容器的研究動向 目前，采用tsc裝置的缺點是：補(bǔ)償電容器的投切可靠性低，容易引發(fā)諧振；功率損耗過大；電容器過電壓；裝置的制造成本增加、復(fù)雜程度提高及故障率大等；晶閘管投切具有誤觸發(fā)等問題。但由于tsc具有動態(tài)無功功率補(bǔ)償?shù)膬?yōu)良性能，近年來該技術(shù)還是在低壓配電網(wǎng)中得到很好的廣泛應(yīng)用。而針對tsc使用中的問題，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了相應(yīng)的研究，研究內(nèi)容主要針對以下方面：（1）尋找無功參量的快速檢測及控制新方法；（2）研制兼具補(bǔ)償無功和抑制諧波的多功能產(chǎn)品，控制振蕩問題；（3）探尋高壓系統(tǒng)中的tsc 技術(shù)；（4）提高tsc 產(chǎn)品可靠性，并降低其成本等。 5 結(jié)語 該文對tsc技術(shù)進(jìn)行了探討，重點對tsc系統(tǒng)的主電路和檢測及控制系統(tǒng)進(jìn)行了介紹，并對該技術(shù)的不足進(jìn)行了探討，指出了目前的研究動向。tsc裝置具有優(yōu)良的動態(tài)無功功率補(bǔ)償性能，特別適合于具有經(jīng)常沖擊性負(fù)荷和波動性負(fù)荷的場所。隨著微電子技術(shù)和電力電子技術(shù)的進(jìn)步，tsc 技術(shù)將會有更大的發(fā)展應(yīng)用空間。 參考文獻(xiàn) 1 鞏慶.晶閘管投切電容器動態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)及其應(yīng)用j.電網(wǎng)技術(shù)，2007，12（增2）. 2 牛飛.利用單相晶閘管投切電容器實現(xiàn)無