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高壓靜止無功補(bǔ)償器的研究

作者: 時間:2012-03-18 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

  1 引言

  目前,我國電網(wǎng)的建設(shè)和運(yùn)行中長期存在的一個問題是無功補(bǔ)償容量不足和配備不合理,特別是可調(diào)節(jié)的無功容量不足,快速響應(yīng)的無功調(diào)節(jié)設(shè)備更少。近年來,隨著大功率非線性負(fù)荷的不斷增加,電網(wǎng)的無功沖擊和諧波污染呈不斷上升的趨勢,無功調(diào)節(jié)手段的缺乏使得母線電壓隨運(yùn)行方式的改變而變化很大,導(dǎo)致電網(wǎng)的線損增加,電壓合格率降低。此外,隨著電網(wǎng)的發(fā)展,系統(tǒng)穩(wěn)定性的問題也愈加重要。動態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)是一種提高電壓穩(wěn)定性的經(jīng)濟(jì)、有效的措施。另外,動態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)在冶金、電氣化鐵路、煤炭等工業(yè)領(lǐng)域的客觀需求也很大。在目前情況下,采用tcr靜止型動態(tài)無功補(bǔ)償裝置(svc)對于消除軋機(jī)和其他大型電動機(jī)等對稱性負(fù)載所產(chǎn)生的無功沖擊是很有效的,電網(wǎng)電壓波動明顯改善,功率因數(shù)明顯提高,是一種技術(shù)含量高、經(jīng)濟(jì)效益顯著的新型節(jié)能裝置。

  2 svc的基本類型和結(jié)構(gòu)

  svc的補(bǔ)償原理是通過控制晶閘管觸發(fā)角,改變接入系統(tǒng)中的svc等效電納的大小,從而使svc達(dá)到調(diào)節(jié)無功功率的目的。靜止" title="">的靜止無功補(bǔ)償裝置(saturatedreactor- sr);第二類是晶閘管控制電抗器(thyristor control reactor—tcr),晶閘管投切電容器(thyristor switch capacitor- tsc),這兩類裝置通稱為svc (staticvar compensator)。

  2.1 具有飽和電抗器的" title="無功">無功(sr)

  飽和電抗器分為自飽和電抗器和可控飽和電抗器兩種,相應(yīng)的無功補(bǔ)償裝置也就分為兩種。具有自飽和電抗器的無功補(bǔ)償裝置是依靠電抗器自身固有的能力來穩(wěn)定電壓,它利用鐵心的飽和特性來控制發(fā)出或吸收無功功率的大小??煽仫柡碗娍蛊魍ㄟ^改變控制繞組中的工作電流來控制鐵心的飽和程度,從而改變工作繞組的感抗,進(jìn)一步控制無功電流的大小。sr的缺點(diǎn)是:造價高、損耗大、有振動和噪聲、調(diào)整時間長、動態(tài)補(bǔ)償速度慢。由于具有這些缺點(diǎn),所以飽和電抗器的靜止無功補(bǔ)償器應(yīng)用的比較少。

  2.2 晶閘管投切電容器(tsc)

  單相tsc的原理,是采用兩個反并聯(lián)的晶閘管起到將電容接入電網(wǎng)或從電網(wǎng)中斷開的作用,而串聯(lián)小電感可以抑制電容器投入電網(wǎng)時可能產(chǎn)生的沖擊電流。tsc的關(guān)鍵技術(shù)是投切電容器時刻的選取。經(jīng)過多年的分析與實(shí)驗(yàn)研究,其最佳投切時間是晶閘管兩端的電壓為零的時刻,即電容器兩端電壓等于電源電壓的時刻,此時投切電容器,電路的沖擊電流為零。這種補(bǔ)償裝置為了保證更好的投切電容器,必須對電容器預(yù)先充電,充電結(jié)束之后再投入電容器。tsc的優(yōu)點(diǎn)在于它能對三相不平衡負(fù)載進(jìn)行分相補(bǔ)償,操作中不產(chǎn)生有害過電壓,但是它對于由于負(fù)載的突變引起的電壓閃變,單靠電容器投入電網(wǎng)的電容量的變化進(jìn)行調(diào)節(jié)是不夠的,因此tsc裝置一般與電感相并聯(lián),采用tcr與tsc配合使用構(gòu)成混合型補(bǔ)償器,這種補(bǔ)償器以電容器作分級粗調(diào),以電感作相控細(xì)調(diào)。但是,svc裝置在動態(tài)調(diào)節(jié)無功功率時不可避免的會產(chǎn)生大量諧波,需要將固定電容器和電感串聯(lián)構(gòu)成諧波濾波器來濾除諧波。而且svc運(yùn)行時電容和電感的一部分容量相互抵消,不經(jīng)濟(jì),且電容分組不連續(xù)投切會影響調(diào)節(jié)質(zhì)量。

  2.3 晶閘管控制電抗器(tcr)

  單相tcr原理如圖1所示,由兩個反并聯(lián)的晶閘管與一個電抗器串聯(lián)組成。其三相多接成三角形,這樣的電路并入到電網(wǎng)中相當(dāng)于接入了電感性負(fù)載的交流調(diào)壓電路。此電路的有效移相范圍為90°~180°。根據(jù)晶閘管的導(dǎo)通角與tcr的等效電納間的關(guān)系可知,當(dāng)觸發(fā)角為90

  °時,晶閘管全導(dǎo)通,晶閘管串聯(lián)的電抗全部接入電網(wǎng)上,此時電抗器吸收的無功電流最大。當(dāng)觸發(fā)角在90°~180°之間時,晶閘管部分區(qū)間導(dǎo)通。增大觸發(fā)角即可減小補(bǔ)償器的等效電納,這樣就會減小補(bǔ)償電流中的基波分量,即減少了吸收的無功功率。所以通過調(diào)整觸發(fā)角的大小就可以改變補(bǔ)償器所吸收的無功分量,達(dá)到調(diào)整無功功率的效果。

高壓靜止無功補(bǔ)償器的研究

  3 svc的基本控制原理

  svc控制系統(tǒng)包括四個部分。

  第一部分為“tcr基波電流(或電抗)參考值計(jì)算”,即根據(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;如果裝置的參考輸入為無功電流需求,實(shí)時測得fc支路的電流有效值,則tcr支路電流的參考值即為前者減去后者。

  第二部分為“觸發(fā)延遲角計(jì)算”,即根據(jù)tcr的無功電流或電抗的參考值變換得到晶閘管的觸發(fā)延遲角,有以下幾種方法可以實(shí)現(xiàn):

 ?。?) 模擬電路法,通過模擬電路構(gòu)造模擬函數(shù)發(fā)生器(analog functiongenerator),將輸入信號(如tcr支路的電流參考值)變換成一個與觸發(fā)延遲角成正比的輸出信號。

 ?。?) 數(shù)字查表法(digital lookuptable),將輸入?yún)⒖贾蹬c觸發(fā)角的函數(shù)關(guān)系用一個數(shù)字表存儲起來,“觸發(fā)延遲角產(chǎn)生”模塊每隔一定的時間,根據(jù)輸入查表獲得對應(yīng)的觸發(fā)延遲角。

  (3) 微處理器方法(microprocessor based method),采用單片機(jī)或者計(jì)算機(jī)構(gòu)成信號處理系統(tǒng),它根據(jù)參考輸入,實(shí)時計(jì)算觸發(fā)延遲角。

  第三部分為“同步定時”,即向脈沖控制提供同步用的基準(zhǔn)信號,它與輸入交流電壓頻率相同、有固定的相位關(guān)系,控制器根據(jù)該基準(zhǔn)信號產(chǎn)生晶閘管觸發(fā)脈沖。

  第四部分為晶閘管“觸發(fā)脈沖產(chǎn)生”,即根據(jù)“觸發(fā)延遲角計(jì)算”模塊產(chǎn)生的觸發(fā)延遲角,形成晶閘管門極觸發(fā)脈沖,在適當(dāng)時刻導(dǎo)通晶閘管,使tcr支路工作。

  4 svc的組成部分

  高壓靜止無功補(bǔ)償裝置一次部分主要由電容器、電抗器、晶閘管、空開、接觸器等組成;二次部分主要由數(shù)據(jù)采集板(das),數(shù)據(jù)處理板(dsp),電源模塊、驅(qū)動模塊等組成。晶閘管的作用主要是控制電抗器的輸出電流。

  裝置啟動后,先采集系統(tǒng)的電壓量、電流量、接觸器位置,計(jì)算出系統(tǒng)的功率因數(shù)。根據(jù)實(shí)際功率因數(shù)給出控制信號,由驅(qū)動模塊驅(qū)動晶閘管,使晶閘管保持相應(yīng)的導(dǎo)通角,從而控制整套裝置的無功輸出,使系統(tǒng)的功率因數(shù)滿足要求。

  5 svc主回路接線方案

  圖2是svc裝置的一次主接線圖。svc裝置接在單母線上,其中3次、5次濾波器分別為等容量的兩組支路,與tcr支路共同接在該10kv母線上。

高壓靜止無功補(bǔ)償器的研究

  六脈沖tcr由三角形連接的三個單相單元構(gòu)成,其中,每個單元由一個晶閘管閥和兩個分裂電抗器相串聯(lián)。晶閘管閥由多個晶閘管對串聯(lián)以獲得10kv額定電壓和承受正常運(yùn)行的過電壓情況,兩組晶閘管在正負(fù)半周交替導(dǎo)通,實(shí)現(xiàn)對交流電流的開關(guān)與控制。

  6 結(jié)束語

  該svc裝置已在現(xiàn)場投入運(yùn)行,并達(dá)到了預(yù)期的補(bǔ)償目標(biāo),為解決大型沖擊性、三相非對稱性、低功率因數(shù)及非線性負(fù)荷給電網(wǎng)帶來的公害提供了可行的方案和重要技術(shù)手段。

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