7.5靜止無功補償裝置電力電子技術(第5版)第7章電力電子裝置

7.5靜止無功補償裝置1、組成：由電力電子器件與儲能元件構成。2、特點：在于能快速調(diào)節(jié)容性和感性無功功率，實現(xiàn)動態(tài)補償。3、應用：常用于防止電網(wǎng)中部分沖擊性負荷引起的電壓波動干擾、重負荷突然投切造成的無功功率強烈變化。4、分類：（1）采用晶閘管開關的靜止無功補償裝置：

◆晶閘管控制電抗器（ThyristorControlledReactor—TCR）

◆晶閘管投切電容器（ThyristorSwitched

Capacitor—TSC）（2）采用自換相變流器的靜止無功補償裝置：◆靜止無功發(fā)生器（StaticVarGenerator—SVG）◆高級靜止無功補償裝置（AdTancedStaticVarCompensator—ASVC）。7.5.1晶閘管控制電抗器(TCR)

圖7.5.1TCR的基本原理圖

基本原理：單相基本結構是兩個反并聯(lián)的晶閘管與一個電抗器串聯(lián)，這樣的電路并聯(lián)到電網(wǎng)上，就相當于電感負載的交流調(diào)壓電路結構。工作原理和不同觸發(fā)角時的工作波形與交流調(diào)壓電路完全相同。7.5.2晶閘管投切電容器(TSC)

圖7.5.2TSC單相機構及其控制系統(tǒng)原理圖

工作原理：

TSC由兩個反并聯(lián)的晶閘管構成的靜態(tài)開關與電容器串聯(lián)組成。

TSC與電網(wǎng)并聯(lián)，當控制電路檢測到電網(wǎng)需要無功補償時，觸發(fā)晶閘管靜態(tài)開關并使之導通，這樣，便將電容器接入電網(wǎng)，進行無功補償；當電網(wǎng)不需要無功補償時，關斷晶閘管靜態(tài)開關，從而切斷電容器與電網(wǎng)的聯(lián)接。因此，TSC實際上就是斷續(xù)可調(diào)的吸收容性無功功率的動態(tài)無功補償裝置。

1、TSC主電路

一般將電容器分成幾組，每組均可由晶閘管投切，如圖8.4.3所示。電容器分組通常采用二進制方案，即采用n-1個電容值為C的電容和一個電容值為C/2的電容，這樣的分組可以使組合成的電容值有2n級。

2、零電壓投入問題

為使補償電容器的投入與切除過程不引發(fā)主電路的涌流沖擊，必須選擇準備投入的電容器上的電壓為電網(wǎng)線電壓的正或負峰值且電壓極性相同的時刻，切除時只要撤消觸發(fā)信號即可，開關在電流過零之后會自行關斷。

圖7.5.3TSC主電路

圖7.5.4晶閘管電壓過零觸發(fā)電路示意圖

7.5.2晶閘管投切電容器(TSC)

3、電容器投切判據(jù)與信號檢測

在圖7.5.5中設節(jié)點相電壓為：

圖7.5.5節(jié)點相電壓與負載電流

負載電流為：

上式中，ip(t)和iq(t)分別為有功電流分量和無功電流分量。當ωt=2kπ時：

可見，只要測量在相電壓正向過零時刻的負載電流，就可知對應的無功電流最大值IQM。這種無功電流檢測方法簡單、快速（在一個周期內(nèi)只要采樣一次）。（1）以無功電流為投切判據(jù)7.5.2晶閘管投切電容器(TSC)

（1）以無功電流為投切判據(jù)

上式△C即為全補償所需投切的電容量，△C為負值，則是切除相應容量的電容器；反之，則應投入相應容量的電容器。

圖7.5.6中，電壓信號經(jīng)濾波后由過零脈沖發(fā)生電路產(chǎn)生相電壓，正向過零脈沖信號，作為采樣保持器的采樣開關信號，于是采樣保持器的輸出就是無功電流幅值。圖7.5.5中，iL=ic+is

，如果使iq=ic

，則實現(xiàn)了完全補償。圖7.5.6無功電流為投切判據(jù)的檢測電路原理圖由和可得7.5.2晶閘管投切電容器(TSC)

（2）以無功功率為投切判據(jù)

可讓單片機通過Ａ/Ｄ轉(zhuǎn)換同時對和信號在一個周期內(nèi)進行Ｎ次采樣，得到2Ｎ個數(shù)據(jù)，由此進行下述離散運算得到UBC、IA和PBC

：

對于對稱三相補償，只要取任意兩相電壓（線電壓）和另一相電流，就可測得無功功率。圖7.5.7檢測A相電流BC相線電壓向量圖由于PBC=UBCIAsinΦ，則功率因數(shù)為:7.5.2晶閘管投切電容器(TSC)

4、控制器原理框圖

圖7.5.8TSC控制器原理框圖

TSC的控制器主要由單片機、鍵盤接口電路、液晶顯示接口電路、數(shù)據(jù)存儲器、同步電壓檢測、電壓電流和頻率檢測，還有觸發(fā)電路等部分組成。該控制器硬件的原理方框圖如圖7.5.8所示。

7.5.2晶閘管投切電容器(TSC)

7.5.3靜止無功發(fā)生器(SVG)

工作原理

圖7.5.9SVG基本電路結構

適當調(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的相位和幅值，就可以使該電路吸收或者發(fā)出滿足要求的無功電流，實現(xiàn)動態(tài)無功補償?shù)哪康摹?/p>

圖7.5.9給出了采用自換相電壓型橋式的SVG基本電路結構。圖7.5.10SVG等效電路及其工作原理

通過同步電路控制，使與同頻同相，然后改變的幅值大小即可以控制SVG從電網(wǎng)吸收的電流是超前還是滯后90°，并且還能控制該電流的大小。

僅考慮基波頻率時

SVG工作原理可以用圖7.5.10（a）所示的單相等效電路來說明。