無功補償裝置及應用(五)

摘要：本文講述了無功補償的基本概念，介紹了各種無功補償裝置的原理和應用。
關鍵詞：無功功率；補償；裝置；應用

(上接總第122期P．40)
    電壓閉環(huán)控制的原理框圖如圖17所示。圖中的Uref為參考電壓。從圖18所示的TcR+FC型SVC的電壓一電流特性中可以看出，改變Uref，也就是改變特性在縱坐標軸上的截距，使特性的水平段上下移動。縱坐標軸左部分的特性相當于反向并聯晶閘管的導通角為零，僅有固定的補償電容器FC并聯在母線上的情況。而縱坐標軸右部分的特性相當于反向并聯晶閘管導通，TCR接在母線上，并與FC并聯的情況。此時，IL所對應的感性無功功率與IC所對應的容性無功功率的差值，即為負載的感性無功功率。

    在介紹線性化環(huán)節(jié)時，曾說過線性化環(huán)節(jié)的作用是實現Bref與BL之間的線性關系，BL線性跟蹤Bref。但在電壓閉環(huán)控制中，參考信號為Uref。此處，Bref與Uref是等效的。
    另一點需要說明的是，U～F應為直流信號，圖l6和圖17中的電壓檢測單元除包括電壓檢測以外，還應包括整流和濾波單元。這樣，得到的U～的反饋信號U～F才是直流信號，與Uref比較后，得到其差值△U，△U經過PI調節(jié)器和包括線性化環(huán)節(jié)在內的觸發(fā)單元得到導通角為θ的觸發(fā)脈沖序列，得到穩(wěn)定的輸出電壓U～。
    從以上分析可知，TCR+FC型SVC的電壓一電流特性在縱坐標軸上的截距是由參考電壓Uref決定的，而該特性的斜率是由比環(huán)系統的開環(huán)放大倍數決定的，所以，改變PI調節(jié)器的放大倍數就可以改變特性的斜率。
    混合型SVC的電壓一電流特性如圖19所示。實際上，特性0—1—1′，0—2—2′，0—3—3′和0—4—4′分別是圖13中并聯的補償電容器分別為1組、2組、3組和4組的TCR與補償電容器配合使用時的電壓一電流特性。由此所形成的混合型SVC在補償電容器組切換時，與TCR的控制相配合，其最大的容性無功功率和相對應的最大的感性無功功率的電壓一電流特性為0—4—1′。在補償電容器組進行切換時，TCR的控制器應隨著補償電容器組的投入或切除，發(fā)出相對應的控制信號，實時地調整TCR的觸發(fā)導通角，使所增加的容性無功功率(補償電容器組投入)或減少的容性無功功率(補償電容器組切除)被TCR的感性無功功率的增加或減少所平衡。為了防止在切換點發(fā)生斷續(xù)，要求TCR的感性無功功率略大于補償電容器切換時的容性無功功率。

    如前所述，在TCR+FC型SVC中，要求TCR的感性無功功率大于FC的容性無功功率，這樣，若FC的補償容量很大，則TCR的補償容量會更大。但在?昆合型SVC中，TCR的補償容量只要滿足“在線”的補償電容器的補償容量即可?；旌闲蚐VC的這個優(yōu)點也帶來了不足，即在實際運行中，應盡量避免補償電容器組的過于頻繁的投切，特別是在TCR+MSC型SVC中，為使系統可靠運行，要防止補償電容器組的過于頻繁的投切造成機械開關的失控。
    為了提高控制精度，通常在電壓閉環(huán)控制的基礎上引入補償電流的反饋控制，其控制原理框圖如圖20和圖21所示。在圖20中，引入了電流內環(huán)反饋控制。若電流調節(jié)器的放大倍數足夠高，或者采用有積分作用的電流調節(jié)器，電流內反饋的控制精度達到很高，則整個控制系統的精度完全由電壓調節(jié)器的輸出信號Iref所決定，即混合型SVC的電壓一電流特性的斜率由電壓調節(jié)器的放大倍數來決定。

    圖2l與圖17相比，增加了電流反饋，此時的調節(jié)器具有積分作用，穩(wěn)態(tài)電壓偏差為零，可實現對穩(wěn)態(tài)電壓的精確控制。電流反饋的作用是根據SVC的無功電流ISVC的大小來修正參考電壓Uref。所以，電流反饋單元的增益K，決定了混合型SVC的電壓一電流特性的斜率。而其動態(tài)特性是由調節(jié)器的積分增益和系統的時間常數決定的。顯而易見，圖16為圖17和圖21的合成。
2．3 晶閘管投切電容器(TSC)
    1)晶閘管投切電容器(TSC)的工作原理晶閘管投切電容器又稱為TSC型靜止無功功率補償器。TSC的原理圖如圖22所示。圖中給出的是單相TSC的原理圖，對于三相電路來說，三相TSC為三個單相TSC的組合。在圖22中，反并聯晶閘管的作用是將補償電容器投入電網或從電網切除，圖中的小電感L1，L2，L3，…，Lk的作用是抑制補償電容器投入電網時可能產生的沖擊電流。

    當支路1的反并聯晶閘管導通，而其他支路的反并聯晶閘管關斷時，只有補償電容器C1投入電網，其工作情況如與1．1節(jié)介紹的無功功率補償電容器完全相同，其補償容量由C1決定。當k個支路全部投入電網時，補償容量最大。所以，TSC實際上是一個分組投切的無功功率補償電容器。
    2)補償電容器的分組方式
    補償電容器的分組要綜合考慮電容器組合的級數和性價比兩個方面。一般情況下，采用“二進制”分組方式。即在k組補償電容器中，有k一1組的電容器的容量相等，均為C，只有1組的電容器的容量為C／2。這種分組方式可以得到2k種電容器組和。圖23為TSC的電壓一電流特性。由于有2k種電容器組和，相應的有2k個電壓一電流特性。

    3)補償電容器的投入時刻
    選定補償電容器投入電網的時刻，對于TSC來說是非常重要的。當反并聯晶閘管導通時，補償電容器投入電網。所以反并聯晶閘管導通的時刻，就是補償電容器投入電網的時刻。若補償電容器投入電網的瞬間，電網電壓與補償電容器上預先充電電壓不相等，補償電容器C上的電壓uc將隨電網電壓產生一個電壓階躍duc，電容器電流ic為

   
    從式(30)可以看出，當duc／dt很大時，將產生很大的電容器電流ic，這一沖擊電流可能造成反并聯晶閘管的損壞，也可能產生高頻振蕩，對電網造成不利的影響。當電網電壓達到峰值電壓時投入補償電容器，在此處電網電壓的變化率(時間倒數)為零，電容器電流也為零，此后，電網電壓的變化率按指數規(guī)律變化，電容器電流也按指數規(guī)律變化。這樣以來，補償電容器投入瞬間，電容器電流不會產生躍階，即不會產生沖擊電流。圖24給出了補償電流器投入時的波形圖。圖中的ug為反并聯晶閘管的觸發(fā)電壓，在電網電壓為峰值電壓u～M時，ug觸發(fā)晶閘管導通，補償電容器投入電網，此時，電容器電流ic等于零。