谐波抑制和无功功率补偿 第五章(3)

2019-04-09 11:59

中介绍的多相整流原理完全一样,由供电电压相差30?相角的两个六脉冲TCR可以构成十二脉冲TCR,以进一步减小线电流中的谐波。如图5-7所示,TCR通过降压变压器连接到系统母线上,降压变压器二次侧设两个绕组,一个为Y接法,一个为?接法,就形成了30?的相差,分别连接一个六脉冲TCR,即可构成十二脉冲TCR。其一次侧线电流中将仅含12k?1次谐波(k为正整数)。当然,当组成它的一个六脉冲TCR出现故障时,另一个仍可正常工作,这也是十二脉冲TCR的一个优点。

图5-7 十二脉冲TCR的接线形式

在需使用降压变压器的场合,工程实际中有时将降压变压器设计成具有很大的漏抗。这样可以省去原来串联的电抗器,降压变压器二次侧绕组实际上通过晶闸管短接了起来。其?和Y两种接线分别如图5-8a和b所示。这其实是TCR的一种变形,又被称作晶闸管控制变压器(Thyristor Controlled Transformer,缩写为TCT)。其优点是可以降低成本,而且当二次侧发生短路故障时,高的漏抗可使变压器免受短路应力;另外,由于其高漏抗变压器不易饱和,线性度好,并且比之单独的电抗器有更大的热容量,因此可以吸收感性无功范围内更大的过负荷。缺点是如果需要与并联电容器配合使用,则电容器只能接在一次侧的高压母线上,

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这显然又增加了成本。

a) b) 图5-8 晶闸管控制变压器(TCT)

a)?接法 b)Y接法

S S S TCR 固定电容器(FC) 可兼作滤波器 (1) (2) (3) (4) 可投切电容器 MSC或TSC

图5-9 与并联电容器配合使用的TCR (S可以是机械断路器,也可以是晶闸管开关) (1) TCR+一组电容器;(2)TCR+两组电容器; (3)TCR+三组电容器;(4)TCR+四组电容器

单独的TCR由于只能吸收感性的无功功率,因此往往与并联

电容器配合使用,如图5-9所示。并联上电容器后,使得总的无

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功功率为TCR与并联电容器无功功率抵消后的净无功功率,因而可以将补偿器的总体无功电流偏置到可吸收容性无功的范围。另外,并联电容器串联上小的调谐电抗器还可兼作滤波器,以吸收TCR产生的谐波电流。

当TCR与固定电容器配合使用时,被称为TCR+FC型SVC,有时也简称为TCR,其电压—电流特性如图5-10所示。实际上,在下文中将可看到,改变控制系统的参考电压可以改变特性在纵轴上的截距,因而可以使特性的水平段上下移动。作为其特性左边界的斜线,就是晶闸管导通角为零,而仅有固定电容器并联在母线上时电容器的伏安特性;而作为右边界的斜线段,就是晶闸管完全导通,其串联电抗器直接接在母线上,并与并联电容器并联产生的总等效阻抗的伏安特性,而它所对应的无功功率是电容器与电抗器无功功率对消后的净无功功率。因此,当要求这种补偿器的补偿范围能延伸到容性和感性无功两个领域时,电抗器的容量必须大于电容器的容量。比如,当希望补偿器吸收无功的能力为一倍的容性无功到一倍的感性无功,则电抗器的容量必须为电容器的两倍。此外,当补偿器工作在吸收很小的容性或感性无功的状态时,其电抗器和电容器中实际上都已吸收了很大的无功,都有很大的电流流过,只是在相互对消而已。这些都是这种类型补偿器的缺陷。

V Vref IC O IL I

图5-10 TCR+FC型SVC的电压—电流特性

对以上配置加以改进,将并联电容器的一部分或全部改为可以分组投切的,如图5-9所示。这样电压—电流特性中电容造成的偏置度就可以分级调节,就可以使用容量相对较小的TCR。这

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样的补偿器被称为晶闸管控制电抗器+可投切电容器型的静止补偿器,或者称为混合型静止补偿器。图5-9给出的即为部分并联电容器可以分组投切的混合型静止补偿器,它包括一组固定电容器和三组可投切电容器。当电容器的投切开关为机械断路器时,又被称为TCR+MSC型静止补偿器;当电容器的投切开关为晶闸管时,又被称为TCR+TSC型静止补偿器。

(4) (3) (2) (4’) (1) V (3’) (2’) (1’) IC 0 IL I

图5-11 混合型SVC的电压—电流特性

混合型静止补偿器的电压—电流特性如图5-11所示。事实上,图中的特性0-(1)-(1’)、0-(2)-(2’)、0-(3)-(3’)和0-(4)-(4’)分别是图5-9中的TCR并联一组、两组、三组和四组电容器时的电压—电流特性,而所组成的混合型补偿器是在电容器组切换时与TCR的控制适当配合,形成总的电压—电流特性0-(4)-(1’)。为了在切换时保持电压—电流特性连续而不出现跳跃,在TCR的控制器中应有代表当前并联电容器组数的信号,当一组并联电容器投入或切除时,该信号使TCR的导通角立即调整,以使所增减的容性无功功率刚好被TCR的感性无功功率变化所平衡。

从电压—电流特性可以看出,混合型补偿器中TCR的容量只须在对消那组固定电容的容性无功后能满足对感性无功的要求即可,而不必象TCR+FC型补偿器那样要能在对消全部并联电容器的容性无功后满足对感性无功的要求。另外,混合型补偿器TCR的容量还应略大于每次电容切换时容性无功的变化,否则也会造成电压—电流特性在切换处断续。混合型补偿器的主要问题是在控制中应避免过于频繁地投入或切除电容器组,对于使用机械断

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路器投切电容的混合型补偿器更是如此。

5.2.3 控制系统

TCR的控制系统应能检测系统的有关变量,并根据检测量的大小以及给定(参考)输入量的大小,产生相应的晶闸管触发控制角,以调节补偿器吸收的无功功率。因此,其控制系统一般应包括以下三部分电路:

⑴检测电路—检测控制所需的系统变量和补偿器变量; ⑵控制电路—为获得所需的稳态和动态特性对检测信号和给定(参考)输入量进行处理;

⑶触发电路—根据控制电路输出的控制信号产生相应相位角的晶闸管触发脉冲。

应该讲,检测电路取哪些量作为补测对象,以及采取什么样的控制策略和控制电路,这些都取决于用户对补偿器功能(如本章5.1节中所列)的要求。但总体来说,其控制策略可以分为开环控制和闭环控制两大类。开环控制的优点是响应迅速,它适用于负荷补偿的场合,尤其在减少电压闪烁方面有成功的应用;而闭环控制的优点是精确,对于输电补偿,特别是那些远离负荷和电源的输电线的中点,则更适用闭环控制。不论是开环控制还是闭环控制,控制电路输出的控制信号一般是期望补偿器所具有的等效电纳,也就是补偿器等效电纳参考值Bref,当然,也有某些设计其控制算法直接得到触发脉冲而未出现代表Bref的显式信号。

下面将分别简要介绍TCR的控制系统中常见的信号检测方法,由控制信号产生触发脉冲的方法,以及具体的控制方法。

5.2.3.1 信号检测

根据对补偿器所期望的功能,被检测的信号应包含下列物理量中的一个或几个:

⑴系统电压;

⑵流过传输线或补偿器本身的无功功率; ⑶传输线输送的有功功率或其变化率; ⑷电压相角偏差;

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