變阻抗型靜止無功補(bǔ)償器

1、第五章 變阻抗型靜止無功補(bǔ)償器5.1概述類型：（1）并聯(lián)電容器（2）并聯(lián)飽和電抗器（SR）（3）晶閘管控制/投切電抗器（TCR/TSR）（3）晶閘管投切電抗器（TSC）（4）靜止無功補(bǔ)償器（SVC）統(tǒng)稱為變阻抗型靜止無功補(bǔ)償器按投切方式：（1） 機(jī)械開關(guān)的投切：并聯(lián)電容器，并聯(lián)飽和電抗器（SR），歸為不可控變阻抗型靜止無功補(bǔ)償器。（2） 晶閘管控制/投切：TCR/TSR，TSC，SVC，歸為可控變阻抗型靜止無功補(bǔ)償器。5.2并聯(lián)電容補(bǔ)償連接方式：單相，三相星形，三相三角形；主要參數(shù)：產(chǎn)品型號；額定電壓，額定容量，額定頻率，額定電容，額定電流，外形尺寸。缺點(diǎn)：電壓低時(shí)，輸出的無功變小，電壓高時(shí)，

2、輸出的無功變大；使用方法：（1）與有載調(diào)壓變壓器配合使用；（2）分組，按照需求投入或切除?？紤]容量及耐壓，將電容器進(jìn)行串并聯(lián)，m組并聯(lián)，n臺串聯(lián)電容器組的總電容量為： (5.2.1)應(yīng)用的有關(guān)問題：（1） 容量的選擇及其配置（2） 斷路器的選擇（3） 串聯(lián)電抗器，用于抑制高次諧波，限制合閘涌流，故障電流和操作過電壓；分析： 進(jìn)入電容器的諧波電流(以下的n為次諧波電流)： (5.2.2)進(jìn)入系統(tǒng)的諧波電流： (5.2.3)對應(yīng)的諧波電壓為： (5.2.4)定義并聯(lián)電容器諧波電流放大系數(shù)： (5.2.5)定義系統(tǒng)電容器諧波電流放大系數(shù)： (5.2.6)當(dāng)分子部分為零：對應(yīng)并聯(lián)電容支路串聯(lián)諧振點(diǎn)，諧

3、振諧波次數(shù)為： (4.3.7)其中：為電抗率在該點(diǎn)，諧波電流全部進(jìn)入補(bǔ)償裝置，不注入系統(tǒng)。當(dāng)分母部分為零時(shí)，對應(yīng)補(bǔ)償系統(tǒng)的并聯(lián)諧振點(diǎn)，諧振的諧波次數(shù)為 (5.2.8)并聯(lián)諧振點(diǎn)處于電容支路的容性頻帶內(nèi)， (5.2.9)理論上，并聯(lián)諧振點(diǎn)處，諧波電流和諧波電壓無限大，實(shí)際上由于存在電阻，為一有限大的值。當(dāng)： (5.2.10)對應(yīng)的諧波次數(shù)： (5.2.11)使系統(tǒng)諧波電流放大二倍，既： (5.2.12)該點(diǎn)為電容器諧波電流的起始放大點(diǎn)，稱為第一臨界點(diǎn)。當(dāng) (5.2.13)對應(yīng)的諧波次數(shù)： (5.2.14)使電容支路諧波電流放大二倍既： (5.2.15)電容器諧波和系統(tǒng)諧波電流均放大的頻率范圍為：

4、 (5.2.16)此事諧波環(huán)流 (5.2.17)并聯(lián)諧振點(diǎn)為以極端放大點(diǎn)，電容器諧波電流放大，系統(tǒng)諧波電流不放大的頻率范圍為： (5.2.18)此時(shí)諧振環(huán)流 (5.2.19)系統(tǒng)諧波電流放大，電容器諧波電流不放大的頻率范圍為： (5.2.20)此時(shí)諧振環(huán)流 (5.2.21)系統(tǒng)諧波電流、電容器諧波電流均不放大的頻率范圍為： (5.2.22)相應(yīng)的諧波環(huán)流為0.串聯(lián)電抗器后，會造成電容器端電壓升高，設(shè)母線電壓為，則電容器電壓為： (5.2.23)5.3并聯(lián)飽和電抗器（SR）（1）自飽和電抗器利用鐵芯的飽和特性使感性無功功率隨端電壓的的升降而增減。C：固定電容器組；：自飽和電抗器；：斜率校正電容。

5、電壓上升，感性電流增加，該電流在上產(chǎn)生壓降，維持系統(tǒng)電壓不變；電壓下降，感性電流減小，該電流在上產(chǎn)生升壓，維持系統(tǒng)電壓不變；優(yōu)點(diǎn)：反應(yīng)速度快，1020ms缺點(diǎn)：硅鋼片處于飽和狀態(tài)，鐵芯損耗大，有震動和噪聲。（2）可控飽和電抗器通過改變飽和電抗器控制繞組中電流的大小，改變電抗器鐵芯的工作點(diǎn)磁通密度，從而改變繞組的電感值及相應(yīng)的無功功率，適應(yīng)母線電壓較大的情況。優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)同上。SR在610ms起作用，震蕩阻尼回路參數(shù)合適，幾個(gè)周期可以達(dá)到穩(wěn)定。SR在抑制電壓閃變方面比TCR好。5.4晶閘管控制的電抗器（TCR）（TCR: Thyristor Controlled Reactor）導(dǎo)通：在每個(gè)正負(fù)半

6、周后1/4周波，觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通，用觸發(fā)延遲角表示。：感性電流最大；：電抗器不投入運(yùn)行?？梢赃B續(xù)調(diào)節(jié)電抗器電流分析設(shè)母線電壓為標(biāo)準(zhǔn)余弦信號： (5.4.24)正半波時(shí)： (5.4.25)其中：基波電抗為：，當(dāng)時(shí)，由于電流下降到0，晶閘管自動關(guān)斷。負(fù)半波時(shí)： (5.4.26)或 (5.4.26)通過控制觸發(fā)延遲角，可以控制支路上的電流連續(xù)變化，時(shí)取得最大值；時(shí)取最小值。對支路電流進(jìn)行分解，可以得到基波分量的幅值。 (5.4.27)采用導(dǎo)通角表示 (5.4.28) (5.4.29)TCR的基波等值電納為： (5.4.30)或 (5.4.31)因此TCR的電納連續(xù)可控，最小值為0：最大值為：運(yùn)行特性：

7、TCR：運(yùn)行特性為一個(gè)區(qū)域；TSR（Thyristor Switched Reactior）：按一個(gè)固定延遲角觸發(fā)，通常為觸發(fā)?？梢圆捎枚鄠€(gè)TSR并聯(lián)分級控制諧波分析與抑制： (5.4.32) 圖中諧波已乘10陪，諧波主要為3，5，7，9，11，13等次諧波，它們的最大值出現(xiàn)在不同的導(dǎo)通角。表：TCR正常運(yùn)行時(shí)特征諧波電流的最大值及導(dǎo)通角諧波次數(shù)357911131517諧波幅值0.13780.05450.02570.01560.01050.00780.00270.0022導(dǎo)通角12010810210098969595TCR正常運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生大量的諧波注入電網(wǎng)，必須采取措施將這些諧波消除或減弱，有以

8、下幾種方法。一、多脈沖TCR（1）6脈沖TCR將三個(gè)單相TCR按照三角形方式連接，用6組觸發(fā)脈沖控制晶閘管的開通，故稱為6脈沖TCR。如果各相參數(shù)一致，三相電壓平衡，6脈沖TCR特征諧波為： （2）12脈沖TCR假設(shè)三相對稱，電壓比為：第一組a相TCR與第二組a相TCR電壓幅值相同，相位滯后30度，各個(gè)TCR觸發(fā)角度相同，基波形狀相同，相位滯后30度，n次諧波相位滯后，以a相為例： (5.4.33)一次電流 (5.4.34)當(dāng)： 時(shí)，即去了5，7，17，19次諧波。由于6脈沖三角形聯(lián)結(jié)TCR中不含3，9，15，等0次諧波，所以12脈沖TCR特征諧波為： 二、并聯(lián)TCR的順序控制例如：四組TCR

9、并聯(lián)，參數(shù)一致，保留一組，其余為或關(guān)斷。三、并聯(lián)濾波器無源濾波器有源濾波器5.5 晶閘管控制的高阻抗變壓器（TCT）TCT(Thyristor Controlled Transformator)是一種特殊類型的TCR，它利用高阻抗變壓器代替電抗器與晶閘管串聯(lián)構(gòu)成。其特點(diǎn)如下：（1） 漏抗取為：33100%；（2） 一般采用星形-三角形聯(lián)結(jié)，以降低絕緣要求，三角形聯(lián)結(jié)可以消除3次諧波；（3） 這種裝置實(shí)際上是將常規(guī)的TCR中的耦合變壓器和電抗器和二為一，基本原理與TCR相同，同樣需要固定的電容支路提供固定的容性無功并兼作濾波；（4） 由于高阻抗變壓器的二次電壓取值較低，1000V左右，在單個(gè)晶閘

10、管的工作電壓以內(nèi)，主電路和門電路變得簡單，安裝容易在中小型的SVC中得到廣泛應(yīng)用（日本此類結(jié)構(gòu)有一半以上）；（5） 當(dāng)容量進(jìn)一步增大時(shí)，由于變壓器二次電流增大，其經(jīng)濟(jì)性變差，加上大電流引起的干擾和損耗問題，變得不適用。5.6晶閘管投切電容器（TSC）5.6.1 自動投切電容器（1）斷路器/接觸器投切電容器（2）晶閘管投切電容器（Thyristor-Switch Capactor, TSC）5.6.2 TSC原理L作用：限流電抗器，阻值很小，限流晶閘管誤操作引起的浪涌電流，與電容器參數(shù)配合避免與交流系統(tǒng)在某些特定頻率上發(fā)生諧振。假設(shè)TSC投入并進(jìn)入運(yùn)行穩(wěn)定狀態(tài)。假設(shè)母線為標(biāo)準(zhǔn)正弦信號： (5.6

11、.35)忽略晶閘管導(dǎo)通壓降： (5.6.36)：為LC電路自然頻率與工頻之比電容器上的電壓幅值為： (5.6.37)電容電流過零時(shí)晶閘管自然關(guān)斷：5.6.3 TSC投入的暫態(tài)分析設(shè)母線為正弦信號：，晶閘管為理想開關(guān)，用拉氏變換表示TSC支路的電壓方程： (5.6.38)分別為端電壓和端電流的拉氏變換，以晶閘管首次被觸發(fā)時(shí)刻為計(jì)算時(shí)間的起點(diǎn)，對應(yīng)的電壓波形中的角度是，經(jīng)過簡單的變換處理和逆變換得到電容上的瞬時(shí)電流為： (5.6.39 )式中：為電路自然頻率；為電容的基波電納；： 電流基波分量的幅值。上式中后面兩項(xiàng)為電流的震蕩分量，其頻率為自然頻率，實(shí)際上由于支路電阻會逐漸衰減為0，如果希望沒有過

12、渡過程，必須同時(shí)滿足兩個(gè)條件：（1） 自然換相條件：（2） 零電壓切換條件：條件（1）（為系統(tǒng)電壓最大時(shí)觸發(fā)晶閘管）是自然換相條件，條件（2）要求電容器已預(yù)充到是零電壓切換條件，一般采用假定電容器兩端已預(yù)充到系統(tǒng)峰（谷）值電壓，從電源電壓峰（谷）值開通晶閘管投入電容器組。實(shí)際上：（1）如果沒有預(yù)充電裝置，切除時(shí)間較長時(shí)，電壓實(shí)際為零，故會發(fā)生電流沖擊；（2）即使切除時(shí)間較短，由于放電，電容電壓會放電，達(dá)不到最好的效果。5.7靜止無功補(bǔ)償器（SVC）（第6次課結(jié)束點(diǎn)）5.7.1 概述靜止無功補(bǔ)償器實(shí)際上是一種組合裝置,各種類型并聯(lián)補(bǔ)償裝置的特性比較SVC類型SRTCRTCTTSC無功輸出連續(xù)連續(xù)

13、連續(xù)級差響應(yīng)時(shí)間大約10ms大約10ms大約10ms大約20ms分相調(diào)節(jié)不可以可以可以可以自身諧波含量小有有有噪聲大較小稍大很小損耗率0.71%0.50.7%0.71%0.30.5%控制靈活性差好好好限制過壓能力很好依靠設(shè)計(jì)依靠設(shè)計(jì)無運(yùn)行維護(hù)簡單復(fù)雜較復(fù)雜較復(fù)雜SVC是目前應(yīng)用最多，最成熟的并聯(lián)補(bǔ)償設(shè)備，也是一類較早得到應(yīng)用的FACTS控制器。靜止無功補(bǔ)償器包括：并聯(lián)電抗器和電容器，可調(diào)/可控電抗器或可調(diào)/可控電容器。以下是幾種常見方式的SVC5.7.2 固定電容-晶閘管控制電抗型無功補(bǔ)償（FC-TCR SVC）1. 原理2. 基本控制原理原理上包括4個(gè)模塊：（1） TCR基波電流（電抗）參考

14、計(jì)算，根據(jù)裝置的無功電流（或功率）需求，計(jì)算其中的TCR基波電流（或功率或電抗）參考值；（2） 觸發(fā)延遲角計(jì)算：a：模擬電路方法；b：數(shù)字查表方法；c：微處理器方法；（3） 同步定時(shí)：向脈沖控制提供同步基準(zhǔn)信號，它與輸入交流電壓頻率相同；（4） 晶閘管觸發(fā)脈沖發(fā)生器：根據(jù)觸發(fā)延遲角計(jì)算結(jié)果，產(chǎn)生晶閘管觸發(fā)門極觸發(fā)脈沖。3. 外特性（1）外特性曲線如下圖：（3） 動態(tài)特性由于采用觸發(fā)延遲控制，實(shí)際輸出的無功電流或容抗值將滯后于參考輸入，可以近似將FC-TCR的動態(tài)相應(yīng)曲線用傳遞函數(shù)表示： (5.7.39) (5.7.40)對于單相，響應(yīng)時(shí)間的最大值為半個(gè)周波，；對于三相三角形聯(lián)結(jié)TCR（6脈沖T

15、CR），在平衡條件下，增加感性無功電流為T/6，減少無功電流為T/3，造成這種情況的原因是晶閘管導(dǎo)通可控而關(guān)斷不可控。5.7.3 晶閘管投切電容-晶閘管控制電抗型無功補(bǔ)償器（TSC-TCR SVC）1. 原理n條TSC支路；m條TCR支路。圖中n=3，n=1；TSC支路都投入，TCR支路斷開時(shí)；輸出最大容性無功TSC支路都斷開，TCR支路投入（）時(shí)，輸出最大感性無功；當(dāng)要求裝置輸出容性無功，且：時(shí)，則投入k條支TSC路，使： (5.7.41)調(diào)節(jié)TCR支路的觸發(fā)延遲角，吸收多余的無功功率 (5.7.42)而要求感性無功功率時(shí)，關(guān)斷所有的TSC支路，調(diào)節(jié)TCR獲得所需的感性無功功率，為減少諧波，可以采用前面的減少諧波的方法。2. 基本控制原理（1）根據(jù)所需要的補(bǔ)償無功，假定需要投入的TSC或TCR支路的數(shù)目，同時(shí)計(jì)算出需要抵消的過補(bǔ)償感性電流值；（2）控制投入的TSC，使過渡的暫態(tài)過程最短；（3）控制觸發(fā)延遲角，控制TCR的輸出電流。3. 外特性曲線如下圖所示：5.7.4 機(jī)械開關(guān)投切電容-晶閘管控制電抗型無功補(bǔ)償器（MSC-