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(jì)的發(fā)展和現(xiàn)代化技術(shù)的進(jìn)步，電力網(wǎng)負(fù)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(jī)、煉鋼電弧爐等沖擊負(fù)荷、非線性負(fù)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(bǔ)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(fù)荷的補(bǔ)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(shí)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(yùn)行可靠,無級補(bǔ)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(diǎn)。tcr裝置還能實(shí)現(xiàn)分相控制，有較好的抑制不對稱負(fù)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(bǔ)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(diǎn)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(bǔ)償電抗器的電流決定了從補(bǔ)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(fù)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(bǔ)償?shù)臒o功功率，計算機(jī)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(bǔ)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(shí)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(diǎn)，對某次諧波或以上諧波形

5、成低阻抗通路,以達(dá)到抑制高次諧波和無功補(bǔ)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(bǔ)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(yùn)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(jìn)行充分的計算機(jī)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(jìn)行濾波器各種運(yùn)行方式下的計算機(jī)仿真，避免與系統(tǒng)發(fā)生諧振;對濾波器的安全運(yùn)行應(yīng)進(jìn)行仔

6、細(xì)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(bǔ)償容量分別18mvar和17mvar的tcr+fc型sve。該工程負(fù)荷主要為兩臺粗軋機(jī)(2x4200kw同步電機(jī))。經(jīng)過晶閘管變流調(diào)速裝置進(jìn)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(jī)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(biāo)允許值為2%。所以允許無功波動為:q=sdminxAu%=238x2%=4.76mva補(bǔ)償容量為:qmax-q=15.12-4.76=10.36mvar。為留有余量，取11mvar?？傆嬎阖?fù)荷為19407kva,平均功率因數(shù)從0.75提高到0.95所需要補(bǔ)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(bǔ)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(bǔ)償容量為3.21mvar;h5次濾

8、波器安裝容量為6mvar,補(bǔ)償容量為4.25mvar;h7次濾波器安裝容量為5.4mvar，補(bǔ)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(diǎn)，使其成為未來無功補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展方向。.有源諧波濾除裝置目前在無功補(bǔ)償裝置中進(jìn)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(shí)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(jìn)行跟蹤補(bǔ)償，濾波特性不受另外，此裝置不僅能補(bǔ)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(fù)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(bǔ)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(jìn)行無功補(bǔ)償和諧k波治理的方案，適合在諧波嚴(yán)重的工況下使用率和幅值的危險。6KV母線方案其實(shí)就是在原來FC+TCR的基礎(chǔ)上，增加一有源濾波器。具體實(shí)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(bǔ)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(dá)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(bǔ)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。可見，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(zhǔn)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(bǔ)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(shí)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(shí)時跟蹤補(bǔ)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(bǔ)償。其中，如何實(shí)時準(zhǔn)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(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)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(yùn)用自適應(yīng)預(yù)測原理，實(shí)驗證明，該方法效果顯著，可達(dá)到預(yù)期目的。有源濾波器在我國已開始掛網(wǎng)運(yùn)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(fù)載動態(tài)過程條件下如何實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)調(diào)節(jié)；在嚴(yán)重畸變的不對稱電網(wǎng)及負(fù)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(dāng)于一個諧波隔離器?既能阻止負(fù)載的諧波電流進(jìn)入電網(wǎng)又能防止電網(wǎng)的諧波電壓影響負(fù)載，而電網(wǎng)公共連接點(diǎn)上其它負(fù)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(diǎn)，達(dá)到良好的補(bǔ)償目的?；旌闲陀性礊V波器最大的好處是，逆變器只需承擔(dān)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(fù)載的補(bǔ)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