TCR+FC型SVC原理及應(yīng)用

1、TCR+FC型SVC原理及應(yīng)用1引言隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和現(xiàn)代化技術(shù)的進步，電力網(wǎng)負荷急劇增大，對電網(wǎng)感性無功要求也與日懼增。特別是如可逆式大型軋鋼機、煉鋼電弧爐等沖擊負荷、非線性負荷容量的不斷增加，加上普遍應(yīng)用的電力電子和微電技術(shù)，使得電力網(wǎng)發(fā)生電壓波形畸變，電壓波動閃變和三相不平衡等，產(chǎn)生電能質(zhì)量降低，電網(wǎng)功率因數(shù)降低，網(wǎng)絡(luò)損耗增加等不良影響。近年發(fā)展起來的靜止型無功補償裝置（staticvarcompensator，下簡稱svc）是一種快速調(diào)節(jié)無功功率的裝置，已成功的應(yīng)于冶金、采礦和電氣化鐵路等沖擊性負荷的補償上。而晶閘管控制電抗器型（稱tcr型）svc用晶閘管控制線性電抗器實現(xiàn)較快、連續(xù)

2、的無功功率調(diào)節(jié)，由于它具有反應(yīng)時間快（520ms）,運行可靠,無級補償、分相調(diào)節(jié)，能平衡有功，適用范圍廣和價格便宜等優(yōu)點。tcr裝置還能實現(xiàn)分相控制，有較好的抑制不對稱負荷的能力，因而其應(yīng)用最廣。尤其是在冶金行業(yè)中，使用例子也最多。2tcr+fc型svc系統(tǒng)的組成及控制原理2.1系統(tǒng)組成tcr+fc型svc系統(tǒng)的組成如圖1所示，一般由tcr、濾波器（fc）及控制系統(tǒng)組成。通過控制與電抗器串聯(lián)的兩個反并聯(lián)晶閘的導(dǎo)通角，既可以向系統(tǒng)輸送感性無功電流，又可以向系統(tǒng)輸送容性無功電流。該補償器響應(yīng)時間快（小于半周波），靈活性大，而且可以連續(xù)調(diào)節(jié)無功輸出，缺點是產(chǎn)生諧波，但加上濾波裝置則可以克服。TCRA

3、Uua7圖2a為th1和th2的觸發(fā)角，則有電抗器流過的電流i,i和u的基本波形如圖2(b)所示。圖1tcr+fc型svc系統(tǒng)的組成2.2可調(diào)控電抗器相(ter)產(chǎn)生連續(xù)歸感性無功的基本原理如圖2(a)所示，u為交流電壓。thl、th2為兩個反并聯(lián)晶閘管，控制這兩個晶閘管在一定范圍內(nèi)導(dǎo)通，則可控制i=(cosa-cos3t)i的基波電流有效值為:i=（2n-2a+sin2a）式中:v為相電壓有效值；wl為電抗器的基波電抗（3）。因此，可以通過控制電抗器I上串聯(lián)的兩只反并聯(lián)晶閘管的觸發(fā)角a來控制電抗器吸收的無功功率的值。2.3恒無功控制、保證功率因數(shù)及電壓波動控制系統(tǒng)的基本組成如圖3所示。svc

4、連接到系統(tǒng)中，電容器提供固定容性無功功率qc,通過具有完好線性特征的補償電抗器的電流決定了從補償電抗器輸出的感性無功值qtcr,感性無功與容性無功相抵消，只要qn（系統(tǒng)）=qv（負載）-qc+qtcr=恒定值（或0）,功率因數(shù)就能保持恒定，電壓幾乎不波動。補償?shù)臒o功功率，計算機發(fā)出觸發(fā)脈沖，光纖傳輸?shù)矫}沖放大單元，經(jīng)放大后觸發(fā)晶閘管，得到所補償?shù)臒o功功率。2.4無源濾波器（fc）無源濾波器(filtercompensatior,簡稱fc),是現(xiàn)階段最常見、最實用、也是有效的抑制高次諧波的措施。由電容器、電抗器，有時還包括電阻等無源元件組成。其基本原理是利用電路諧振的特點，對某次諧波或以上諧波形

5、成低阻抗通路,以達到抑制高次諧波和無功補償?shù)淖饔?。分為單調(diào)諧波濾波器,雙調(diào)諧波濾波器和高通濾波器(減幅濾波器)等幾種。高通濾波器(減幅濾波器)又可分為一階、二階、三階和c型。如圖4所示:無源濾波器(fc)在設(shè)計時應(yīng)注意的問題:圖4高通濾波器濾波器發(fā)出的無功應(yīng)滿足補償功率因數(shù)，抑制電壓波動及閃變的要求;3階(阻尼)濾波器選取的濾波電容器的額定電壓應(yīng)保證濾波器的安全可靠運行；濾波器的分組應(yīng)滿足濾除諧波電流的要求;濾波器設(shè)計時應(yīng)進行充分的計算機仿真及數(shù)據(jù)庫優(yōu)選,經(jīng)多個方案比較,選擇最佳方案;6KV母線對選定的濾波器應(yīng)進行濾波器各種運行方式下的計算機仿真，避免與系統(tǒng)發(fā)生諧振;對濾波器的安全運行應(yīng)進行仔

6、細校驗。3tcr+fc型svc的應(yīng)用舉例2005年由遼寧榮信電力電子股份有限公司為安陽鋼廠新上了一套ter和fc補償容量分別18mvar和17mvar的tcr+fc型sve。該工程負荷主要為兩臺粗軋機(2x4200kw同步電機)。經(jīng)過晶閘管變流調(diào)速裝置進行調(diào)速，過載倍數(shù)為2倍。這些設(shè)備掛接在6kv母線上，系統(tǒng)最小短路容量為238mva。上輥定子整流變壓器容量為3000kva,連接組別為d/d03臺,下輥定子整流變壓器容量為3000kva，連接組別為d/y113臺。由于整流變壓器采用了d，y接法，故可以消除3的整數(shù)倍次的高次諧波，從而使注入電網(wǎng)的諧波電流只有5、7、11等諧波。經(jīng)計算粗軋機最大無

7、功沖擊為15120kvar,6kv母線最小短路容量為238mva。電壓波動國標允許值為2%。所以允許無功波動為:q=sdminxAu%=238x2%=4.76mva補償容量為:qmax-q=15.12-4.76=10.36mvar。為留有余量，取11mvar?？傆嬎阖摵蔀?9407kva,平均功率因數(shù)從0.75提高到0.95所需要補償?shù)臒o功為6.45mvar?？偵纤?，按電壓波動選擇容量，ter及fc的容量均為11mvar。經(jīng)仿真計算，濾波器總?cè)萘?15mvar,基波補償容量為11mvar，分為h3、h5、h7三個通道。h3次濾波器安裝容量為4.2mvar，補償容量為3.21mvar;h5次濾

8、波器安裝容量為6mvar,補償容量為4.25mvar;h7次濾波器安裝容量為5.4mvar，補償容量為3.54mvar注接線系統(tǒng)圖如圖5所示。圖5主接線系統(tǒng)圖I成了成熟的技術(shù)方案(Jct)等形式。對svc3系4結(jié)束語目前，tcr+fc型svc已在冶金行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。也取得了顯著的效果svc還有晶閘管投切電容器(tsc)型、飽和電抗器型(sr型)、晶閘管控制高研究王要集中在控制策略上，如模糊控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和專家系統(tǒng)控制系統(tǒng)也被引入svc控制系統(tǒng)，使svc統(tǒng)的性能更加提高。而且隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，出現(xiàn)了以大功率可關(guān)斷晶閘管(gto)器件代替普通的晶閘生的咼管構(gòu)成的靜止無功發(fā)生器(

9、staticvargenerator，簡稱svg)。由于其具有響應(yīng)速度快，吸收無功連續(xù)、產(chǎn)次諧波量小、調(diào)節(jié)范圍廣、損耗與噪聲小等特點，使其成為未來無功補償技術(shù)的發(fā)展方向。.有源諧波濾除裝置目前在無功補償裝置中進行諧波治理的一個重要趨勢是采用有源濾波器APF。它通過實時檢測電j大小相等相位相差180,從而可以相互都變化的諧波進行跟蹤補償，濾波特性不受另外，此裝置不僅能補償無功和各次諧波還工1中口)1心iza.ri|乂*-0viu?円nziviuj/I上夂1力心岡、心抵消使電網(wǎng)電流只含基波分量。這種濾波器能系統(tǒng)阻抗的影響可消除與系統(tǒng)阻抗或負載發(fā)生可抑制閃變，具有高度可控性和快速響應(yīng)性。對頻H7浦皆

10、振它是400/354補償和諧波治理領(lǐng)域重要的研究發(fā)展方向。里介紹種采用有源濾波器進行無功補償和諧k波治理的方案，適合在諧波嚴重的工況下使用率和幅值的危險。6KV母線方案其實就是在原來FC+TCR的基礎(chǔ)上，增加一有源濾波器。具體實現(xiàn)方法為，將一變壓器的原邊串聯(lián)接在電力系統(tǒng)和諧波源之間，副邊接有源濾波器的輸出部分。設(shè)計的初衷是，希望基波電流可以從變壓器的原邊流過，而諧波電流被隔離，無功補償裝置中的電容器和電抗器串聯(lián)的支路為被隔離起來的諧波提供通路，從而達到濾除諧波的目的。根據(jù)變壓器的工作原理，要滿足上述要求，就需要檢測變壓器原邊電流中的基波分量，然后采用有源逆變的方法跟蹤此基波分量，并將此基波分量

11、注入變壓器的副邊，從而補償變壓器原邊基波電流所產(chǎn)生的基波磁通，使得變壓器對原邊基波電流呈現(xiàn)低阻抗，而對于原邊諧波電流呈現(xiàn)高阻抗?？梢?，為了在變壓器的副邊產(chǎn)生一個與原邊基波電流大小成比例、方向相反的電流，就必須準確地從電網(wǎng)電流中檢測出基波電流，即需要有基波電流檢測部分，這也是此有源濾波器的關(guān)鍵部分。另外此裝置還要有功率放大部分，它由滯環(huán)控制、PWM驅(qū)動和逆變器組成，將檢測到的原邊基波電流經(jīng)轉(zhuǎn)換作為給定信號采用滯環(huán)電流控制使其能夠跟蹤原邊基波電流。從以上分析可見，該方案只需檢測、跟蹤基波電流，補償基波磁通，性能比較穩(wěn)定，電路結(jié)構(gòu)也較簡單，易于在工程中實現(xiàn)。從本質(zhì)上講，APF可看作一個大容量的諧波電

12、流發(fā)生裝置。通過對電網(wǎng)中的畸變波形實時跟蹤補償，可使任意頻率、任意幅值和相位的諧波都能被濾除，并使無功功率得到完全補償。其中，如何實時準確地檢測無功電流和諧波電流，并將此信號作為有源濾波的控制信號，是同時實現(xiàn)無功補償和諧波治理的關(guān)鍵問題。為了使濾波器有較好的信號跟蹤效果，有人提出運用自適應(yīng)預(yù)測原理，實驗證明，該方法效果顯著，可達到預(yù)期目的。有源濾波器在我國已開始掛網(wǎng)運行但還需要解決一些問題。比如：在大容量應(yīng)用中有源濾波器逆變器的容量如何最小化；有源濾波器在負載動態(tài)過程條件下如何實現(xiàn)自適應(yīng)調(diào)節(jié)；在嚴重畸變的不對稱電網(wǎng)及負載下如何提高適應(yīng)性等?，F(xiàn)階段有源濾波器研究和應(yīng)用的一個顯著特征是混合型有源濾波器，即將有源濾波器和無源濾波器相結(jié)合。有源部分相當于一個諧波隔離器?既能阻止負載的諧波電流進入電網(wǎng)又能防止電網(wǎng)的諧波電壓影響負載，而電網(wǎng)公共連接點上其它負荷的諧波電流則流入無源濾波器。這樣可以同時發(fā)揮兩者的優(yōu)點，達到良好的補償目的?；旌闲陀性礊V波器最大的好處是，逆變器只需承擔諧波電流和諧波電壓，從而極大地降低了有源部分的容量，非常適合于大功率諧波負載的補償。有源諧波濾除裝置是在無源濾波的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它的濾波效果好，在其額定的無功功率范圍內(nèi)，濾波效果是百分之百的。它主要是由電力電子元件組成電路，使之產(chǎn)生