無功補償裝置及應(yīng)用(四)

摘要：本文講述了無功補償?shù)幕靖拍?，介紹了各種無功補償裝置的原理和應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：無功功率；補償；裝置；應(yīng)用

(上接總第121期P．43)
    對于TCR的三相電路來說，一般采用三角形(△)連接方式，如圖10所示?！鬟B接方式比其他連接方式的線電流中的諧波電流要小一些。為了保護(hù)晶閘管，通常將電抗器一分為二，分別接在晶閘管的兩端，當(dāng)一個電抗器損壞時，另一個電抗器能對晶閘管提供保護(hù)。圖10所示的△連接方式也稱為支路控制的△連接方式，另外還有其他的△連接方式，這里不再介紹。
    在圖10所示的支路控制△連接的TCR三相電路中，當(dāng)負(fù)載為電感性時，控制角6c的有效移相范圍為90°～180°。各線電流Iab、Ibc和Ica的計算公式與式(23)相同，只要將公式中的相電壓峰值改為線電壓峰值即可。在各相獨立控制時，仍可采用圖9所示的控制角α、導(dǎo)通角θ和功率因數(shù)角ψ之間的關(guān)系曲線。

    圖10所示的支路控制△連接的TCR三相電路實際上是一個6脈波TCR電路，其線電流中所含有的諧波次數(shù)為6k±1(k=1，2，…，n)。為了減小線電流中的諧波，可以采用圖ll所示的12脈波TCR電路。按圖中所示，12脈波TCR電路是通過降壓變壓器接到供電系統(tǒng)的母線上，降壓變壓器的副邊為兩個變壓器繞組，其中一個接成△連接方式，另一個接成Y連接方式，而三組晶閘管和電抗器接成△連接方式，它們的供電電壓相差30°的相位角。這樣，構(gòu)成了12脈波TCR電路，變壓器原邊的線電流中所含有的諧波次數(shù)為12k±l(k=l，2，…，n)。與6脈波TCR電路相比，減小了線電流中的諧波。在設(shè)計降壓變壓器時，使其有較大的漏抗，該漏抗等效于與晶閘管串聯(lián)的電抗器。省去電抗器后，兩只反向并聯(lián)的晶閘管直接接到降壓變壓器的副邊繞組上。這種連接形式的TCR稱為晶閘管控制變壓器(TCT一Thyristor ControlledTrarlsfomer)。TCT的連接方式如圖12所示。圖中(a)為△連接方式，(b)為Y連接方式。

    TCT具有以下優(yōu)點：
    (1)與TCR相比，省去了電抗器，降低了成本；
    (2)由于漏抗較大，在變壓器副邊發(fā)生短路時，可以使變壓器免受短路應(yīng)力的影響；
    (3)高漏抗變壓器具有較大的熱容量，可以吸收較大的感性無功功率。
    TCR和TCT只能吸收感性無功功率。在實際應(yīng)用中，往往要與補償電容器配合使用。但TCT與補償電容器配合使用時，補償電容器只能接在降壓變壓器的原邊，要承受母線上的高電壓，這勢必增加成本。TCR與補償電容器配合使用的原理圖如圖13所示。

    圖13僅表示了單相TCR與補償電容器配合使用的原理圖，圖中的S為電力開關(guān)。TCR與固定補償電容器并聯(lián)使用為基本形式，稱為TCR+FC型SVC。通過S的開與關(guān)，還可以增加一組或幾組投切補償電容器投入使用。

    下面簡要說明TCR+FC型SVC的工作原理。
    TCR+FC型SVC由感性支路TCR和容性支路FC組成。電路正常工作時，與電力系統(tǒng)交換的無功功率QS為
   
式中QZ一負(fù)載的無功功率；
    QL一感性支路提供的無功功率；
    QC一容性支路提供的無功功率。
    QC是固定不變的超前的容性無功功率，QL是感性無功功率，QL在控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)下，隨QZ的變化而變化。當(dāng)QZ增大時，QL減小，當(dāng)QZ減小時，QL增大，使QS近似為常數(shù)。正確設(shè)計TCR+FC型SVC電路和控制系統(tǒng)，可以使QS減小到限定的范圍內(nèi)，并且QS的變化量為最小。
    從式(26)可以看出，容性支路補償?shù)娜菪詿o功功率QC是一個定值，當(dāng)TCR+FC電路僅需要補償很小的感性無功功率QZ時，感性支路補償?shù)母行詿o功功率QL除吸收QZ外，還應(yīng)抵消QC。實際上在容性支路和感性支路中已流過了很大的電流，只不過是所提供的無功功率相互抵消罷了。當(dāng)TCR+FC電路僅需要補償很小的容性無功功率QZ時，也存在類似的情況。從上述分析可知，如果QZ為很大的感性無功功率，那么，感性支路必須有很強的補償感性無功功率的能力。以上所述均為TCR+FC型SVC的不足之處。
    為了克服這些缺點，可以采用圖13所示的并入投切補償電容器的方式，每組補償電容器的容量選得小一些，根據(jù)所需要補償?shù)娜菪詿o功功率QC的大小，通過開關(guān)S將并聯(lián)的補償電容器分組投切，控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)感性無功功率QL滿足補償要求，即滿足式(26)的要求。開關(guān)s可采用機械開關(guān)，也可采用晶閘管電子開關(guān)，采用機械開關(guān)的補償電路稱為TCR+MSC型SVC，而采用晶閘管電子開關(guān)的補償電路稱為TCR+TSC型SVC，它們統(tǒng)稱為混合型SCV。
    2)TCR的控制方式
    從圖7所示的TCR等效電路可以看出，TCR電路中的電流I可以表示為

   
式中 BL-TCR電路的等效電納。
    TCR電路的電流基波分量I1為

    式中的BLmax=1／XL為等效電納BL的最大值。式(29)給出了TCR電路的等效電納BL與晶閘管導(dǎo)通角θ之間的關(guān)系。這種關(guān)系不是線性的，如圖14所示。

    TCR的控制方式與前面講過的瞬時無功功率補償?shù)姆椒ㄊ腔鞠嗤?，只是在形成晶閘管觸發(fā)脈沖之前要求插入一個非線性環(huán)節(jié)，來補償?shù)刃щ娂{BL與晶閘管導(dǎo)通角θ之間的非線性關(guān)系。這個插入的非線性環(huán)節(jié)成為線性化環(huán)節(jié)，其原理框圖如圖15所示。圖中的Bref為等效電納的參考值，插入線性化環(huán)節(jié)后，實現(xiàn)了Bref與BL之間的線性關(guān)系，BL線性跟蹤Bref，從而線性調(diào)節(jié)基波電流I1，通過TCR的控制系統(tǒng)實現(xiàn)無功功率的補償。

    TCR閉環(huán)控制系統(tǒng)的原理框圖如圖16所示。從圖中可以看出，TCR閉環(huán)控制系統(tǒng)為電壓和電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。下面就電壓閉環(huán)控制和電流閉環(huán)控制分別予以說明。

（未完待續(xù)）