TCR+FC型SVC靜止動態(tài)無功補償裝置簡介

1、TCR+FC型SVC靜止動態(tài)無功補償裝置簡介隨著國民經(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)無功功率的要求與日俱增。特別是如軋機、電弧爐等沖擊、非線性負荷的不斷增加，加上電力電子技術(shù)的普遍應(yīng)用，使得電力網(wǎng)發(fā)生了電壓波形畸變、電壓波動閃變和三相不平衡等，產(chǎn)生了電能質(zhì)量降低、網(wǎng)絡(luò)損耗增加等不良影響。因此解決好電網(wǎng)的無功功率因數(shù)補償和諧波濾波問題，對于提高電能質(zhì)量、安全運行、降低損耗、節(jié)能、充分利用電氣設(shè)備的出力等具有重要的意義。1、諧波的危害：電能的生產(chǎn)，傳輸和利用效率降低，電器設(shè)備過熱，產(chǎn)生附加的振動和噪聲絕緣老化，壽命縮短設(shè)備故障，引起電力系統(tǒng)局部發(fā)生串聯(lián)諧振或者并聯(lián)諧振諧波發(fā)

2、生放大，造成電容器過熱，膨脹甚至產(chǎn)生破裂繼電保護和自動化控制裝置誤動作，使電能計量失準，造成混亂對通信和電子設(shè)備產(chǎn)生干擾。2、簡介90年代以來，隨著高壓晶閘閥的制造技術(shù)日趨成熟，絕大部分用戶采用TCR+FC型SVC這種動態(tài)無功補償及濾波裝置來改善電網(wǎng)電能的質(zhì)量。晶閘管控制電抗器型靜止動態(tài)無功補償裝置是一種可以自動調(diào)節(jié)的無功功率補償裝置。它具有3個主要功能：抑制電壓波動，改善功率因數(shù)，吸收電網(wǎng)諧波。TCR+FC型SVC全稱如下：TCR+FC型SVC靜止翹無功補償成套設(shè)備1固罡電容器（兼濾波）晶閘管相控電抗器iE渥墓朮注詰-3心=喑運強宅流IH電3產(chǎn)1f網(wǎng)旺疏F-123S晅股申.3/3.圖1：TC

3、R+FC型SVC主回路接線圖無源單調(diào)諧濾器FC以其結(jié)構(gòu)簡單、成本低、運行維護方便等特點被廣泛應(yīng)用于負荷沖擊不大的有污染的供電系統(tǒng)中，具有吸收電網(wǎng)諧波和補償無功功率兩個功能。安裝于母線或者設(shè)備側(cè)，設(shè)備組合方便，性能穩(wěn)定。TCR(ThyristorControlledReactor)是晶閘管投切電抗器型靜止無功補償裝置。由于單獨的TCR只能吸收感性的無功功率，因此往往與并聯(lián)電容器配合使用。并聯(lián)電容器后，使得總的無功功率為TCR與并聯(lián)電容器無功功率抵消后的凈無功功率。3、TCR型補償裝置工作原理TCR型動補裝置的補償原理見圖2所示。圖中QC為電容器功率，Ql為負載感性無功功率，Qls為補償器所提供的

4、感性無功功率。圖2動態(tài)補償原理負載工作在不同的狀態(tài)所產(chǎn)生的無功功率也是不同的，例如當負載起動時，所消耗的無功功率很大，功率因素很低，補償器無功功率Qls降為0,此時容性無功功率QC全部用于補償負載無功功率Ql。當負載進入等速運行階段后，所需的無功功率減小，電容器會產(chǎn)生過補償，TCR的控制器提供一部分感性無功功率Qls，以補償容性無功功率的多余部分。當負載停止時，補償器全部容量投入，用于補償過剩的容性無功功率QC。控制器感性無功功率Qls對負載的感性無功功率Ql和電容器組的容性無功功率QC起平衡作用，以使系統(tǒng)電壓及功率因數(shù)保持為恒定值。圖3TCR主電路CfOoCj-O0口L/Coc.gci15n

5、yHp90緻護汎:沖;J*/P.wtytZvXv2河圧”：1*-wt1wWt圖5不同控制角a時的電流波形控制器感性無功電流的大小通過控制角a進行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍為a=90180（此即相對于卩=090）。圖4中閥1導(dǎo)通正半周，閥2導(dǎo)通負半周。圖6AC控制器諧波電流控制角的關(guān)系4、設(shè)備組成SVC型動補裝置由開關(guān)、觸發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)，晶閘管閥組及主電抗器，F(xiàn)C濾波器組等組成。下面介紹各單元的功能。主電抗器：主電抗器為空芯結(jié)構(gòu)，自然空冷。為了避免晶閘管承受過高的短路應(yīng)力，將每相電抗器分為兩部分，中間接AC控制器。當某一部分電抗器發(fā)生短路后，晶閘管最大承受2倍的額定電流。相當于一個可控的感性負載，通過電子調(diào)節(jié)器

6、和反并聯(lián)連接的晶閘管閥的相位控制，改變補償電抗器的電流大小，從而達到動態(tài)無功補償?shù)哪康?。晶閘管閥組：晶閘管閥組由串連的若干只晶閘管元件組成，串連后的晶閘管閥組可以承受系統(tǒng)電壓的4倍以上，有足夠的可靠性和裕度。晶閘管閥組采用相位觸發(fā)控制方式，用于控制主電抗器的電流，實現(xiàn)動態(tài)無功功率的調(diào)節(jié)和補償?shù)哪康?。晶閘管閥組采用光電觸發(fā)的方式。采用原裝優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，開通、關(guān)斷、觸發(fā)、一致性好，高溫特性優(yōu)良，通態(tài)壓降低，適合多只串聯(lián)應(yīng)用。因晶閘管閥為正、反向并聯(lián)，我公司提供的晶閘管參數(shù)一致性好，晶閘管更換時，用我公司提供的備件更換即可。每臂串聯(lián)的晶閘管有2只冗余，當冗余晶閘管損壞時，設(shè)備可正常運行，控制器發(fā)出報警信

7、號，可在設(shè)備檢修期間查明原因，進行更換。如果晶閘管損壞數(shù)量超過冗余數(shù)時，發(fā)出報警信號同時，立即跳閘，應(yīng)立即查明原因進行更換。晶閘管閥由晶閘管串聯(lián)而成，每臂閥組都有相應(yīng)的阻容吸收回路，均壓回路，晶閘管換向過電壓保護電路及晶閘管擊穿保護。晶閘管觸發(fā)采用光電觸發(fā)。晶閘管觸發(fā)角：110度165度，觸發(fā)角誤差小于0.1電角度。晶閘管的過載能力：1.3倍電流：300S,1.5倍電流：60S，2倍電流：10S。均壓阻容回路因晶閘管的伏安特性不完全一致及開通與關(guān)斷過程中的分散性，在多只晶閘管串聯(lián)使用下必須進行動態(tài)及靜態(tài)均壓措施。該裝置每一反并聯(lián)晶閘二端并有阻容元件，以吸收晶閘管換向過電壓，同時起動態(tài)、靜態(tài)均壓

8、作用，使每相中每只晶閘管的電壓差小于5%。在每相晶閘管兩端并有阻容吸收裝置吸收分合閘產(chǎn)生的瞬態(tài)過電壓，以對晶閘管起到保護作用，避免發(fā)生擊穿及損壞。同時阻容回路也起到靜態(tài)均壓效果。BOD保護回路流到BOD的電流很?。▂A級），當電壓超過動作電壓時，BOD迅速擊穿產(chǎn)生擊穿電流（峰值約為14A,持續(xù)時間lys）。保護原理：當某種原因（主要是由觸發(fā)電路引起，或某個觸發(fā)脈沖的觸發(fā)幅值不夠或觸發(fā)回路永久損壞時），沒有開通的晶閘管兩端電壓上升到BOD的動作電壓時，BOD擊穿，擊穿電流通過晶閘管控制級使晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通，所以在晶閘管兩端電壓未達到擊穿電壓時，晶閘管已被觸發(fā)導(dǎo)通，從而保護了晶閘管。光電回路晶閘管觸

9、發(fā)回路采用光電觸發(fā)，把控制單元和功率單元進行光隔離，提高控制系統(tǒng)的抗干擾性。FtIjJmilijLipjffl.11IfcBjIWf1tiRaaoH*13HisH圖8晶閘管閥的光電觸發(fā)TCR閥的觸發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)：晶閘管開關(guān)的控制系統(tǒng)，通過測量、比較、放大、移相觸發(fā)環(huán)節(jié)，按一定的調(diào)節(jié)規(guī)律產(chǎn)生晶閘管開關(guān)所需要的觸發(fā)脈沖，控制其觸發(fā)角大小，調(diào)節(jié)補充電抗器的電流，達到所要求的無功功率?？刂葡到y(tǒng)控制系統(tǒng)的任務(wù)是通過測量系統(tǒng)變量及人為給定量，計算出系統(tǒng)的有功功率，無功功率，電容器組的容性無功功率和主電抗器的感性無功功率，經(jīng)過運算處理，產(chǎn)生相應(yīng)的觸發(fā)脈沖，調(diào)節(jié)AC控制器的控制角，控制主電抗器的無功功率，以使電網(wǎng)

10、電壓保持穩(wěn)定?？刂葡到y(tǒng)接線見圖9所示。測壘圧調(diào)節(jié)電路揑制器實際電流;QL電壓及功率因數(shù)調(diào)節(jié)器控制器預(yù)首電流電流調(diào)節(jié)器q)J?u)q)控制系統(tǒng)的組成及功能整個控制系統(tǒng)由測量單元、計算單元、處理單元、觸發(fā)單元和同步單元組成其組成框圖見圖10圖10控制系統(tǒng)框圖測量單元測量以下變量：負載電流；補償回路電流；AC控制器電流；10kV線電壓。電流電壓信號均采用三相輸入。雖然對于三相對稱負荷，采用單相測量方法比較簡單經(jīng)濟，但由于對輸入信號進行濾波而使測量值具有慣性。因此，為了保證調(diào)節(jié)速度，需采取三相全信號輸入。10kV電壓測量通過10000/100V電壓互感器得到100V交流電壓，然后再降至7.07V輸入電

11、子電路。交流輸入信號經(jīng)三相全波整流器整流濾波，放大為直流10V，相當于交流10kV。電流測量負載電流回路，補償回路和AC控制器回路均采用M5A電流互感器，然后再經(jīng)5/0.1A中間電流互感器將信號輸入電子回路。計算單元計算單元根據(jù)輸入信號計算出各回路的有功功率、無功功率。無功功率信號的計算采用司坦因麥茲的方法，首先，三個無功功率是Uxl,此值包含一個直流成份和一個大于100Hz的交流成份。三個無功功率相加可消去100Hz成份，而剩下的直流成份總值正比于三個相無功功率值，即Q=(ui,ui,ui)32s1s1212s有功功率信號的計算采用的計算公式為P=ui+ui+ui112233由于u=uuXY

12、XYl+l+I=123可得P=uiui2s2s11處理單元處理單元包括一個電壓及功率因數(shù)調(diào)節(jié)器，一個電流調(diào)節(jié)器和線性化環(huán)節(jié)。電壓及功率因數(shù)調(diào)節(jié)器將實際無功功率與設(shè)定無功功率進行比較，然后輸出一個電流信號到電流調(diào)節(jié)器。數(shù)學(xué)表達式為C)jpsetQQ)dtQctset式中IAC控制器設(shè)定電流；ctsetPL負載有功功率；ql負載無功功率；QC補償無功功率；tgset設(shè)定功率因數(shù)；P時間常數(shù)電流調(diào)節(jié)器將電壓及功率因數(shù)調(diào)節(jié)器輸出的電流I與控制器實際電流進行比較，輸出ctset一個電壓信號到線性化環(huán)節(jié)。線性化環(huán)節(jié)將電流調(diào)節(jié)器輸出的電壓信號進行處理，以補償其與觸發(fā)角之間的非線性關(guān)系，補償后的信號稱為控制電

13、壓。觸發(fā)單元根據(jù)處理單元提供的控制電壓信號，產(chǎn)生觸發(fā)脈沖去觸發(fā)晶閘管。觸發(fā)單元包括觸發(fā)脈沖發(fā)生器和放大器。觸發(fā)脈沖發(fā)生器的工作原理見同步單元的敘述。觸發(fā)脈沖放大器的作用是將觸發(fā)脈沖的上升沿變陡，并將其功率放大，以保證可靠觸發(fā)。同步單元同步單元的作用是使觸發(fā)脈沖與電網(wǎng)交流電壓同步，以保證晶閘管觸發(fā)正確。同步單元由鎖相環(huán)及鋸齒波發(fā)生器組成，鎖相環(huán)產(chǎn)生一個跟隨電網(wǎng)頻率及相位的時鐘信號，并使鋸齒波發(fā)生器產(chǎn)生與電網(wǎng)交流電源同步的鋸齒波。觸發(fā)脈沖產(chǎn)生電路將鋸齒波電壓與控制電壓進行比較，當鋸齒波電壓大于控制電壓時，產(chǎn)生觸發(fā)脈沖。由于鋸齒波與電網(wǎng)交流電壓是同步的，所以觸發(fā)脈沖與電網(wǎng)電壓也能保持同步。4、FC濾

14、波回路單調(diào)諧濾波回路由電容器和電抗器組成，電容器選用金屬全膜介質(zhì)的濾波電容器，具有較高的場強和穩(wěn)定性，并裝有內(nèi)放電電阻。電抗器為鋁導(dǎo)線繞制，空芯結(jié)構(gòu)，帶間隙無級可調(diào)。在諧振頻率下，xCn=xLn,可對相關(guān)諧波形成近似短路回路。5、保護功能TCR過電壓保護采用國際上先進的BOD器件,它與其他電子器件一起構(gòu)成晶閘管二次觸發(fā)回路，使晶閘管免受過電壓沖擊而損壞。當晶閘管的端電壓超過某一指定值時，BOD立即觸發(fā)晶閘管，將高電壓泄放到電抗器等設(shè)備上，以避免過高的行波電壓對晶閘管產(chǎn)生破壞作用。動態(tài)均壓采用RC電路，可避免各閥端電壓的不平衡。SVC除裝有電流速斷和過流保護還設(shè)有以下保護：過電壓保護低電壓保護短路保護開口三角電壓保護電容器電壓不平衡保護過載保護：當電流出現(xiàn)過載時，監(jiān)控系統(tǒng)即發(fā)出就地和遠方報警信號。發(fā)出報警信號后，監(jiān)控系統(tǒng)將1.3倍、1.5倍和2倍額定電流的過載電流分別在300S、60S和10S內(nèi)降至額定值。當電流超過2.4倍額定電流時，將瞬時關(guān)閉晶閘管，同時聯(lián)跳高壓開關(guān)。每相晶閘管閥組中任一只晶閘管擊穿時，即發(fā)出就地和遠方報警信號。當任一晶閘管閥組中有2只以上的晶閘管擊穿時，即瞬時關(guān)閉晶閘管閥組，同時聯(lián)