晶闸管投切电容器动态无功补偿技术.docVIP

晶闸管投切电容器动态无功补偿技术及其应用  摘要：从晶闸管投切电容器(thyristor switched capacitor，TSC) 的基本原理、分类概况、主接线形式、检测与控制策略等方 面介绍 TSC 在动态无功补偿中的应用现状，指出了 TSC 技 术存在的问题，并提出了拟解决的方案。大量的试验与实践 证明，TSC 无功补偿装置具备优良的无功补偿性能，具有 较高的应用价值和广泛的市场前景。 关键词：晶闸管投切电容器(TSC)；无功补偿；动态 0 引言 在工业企业中，异步电动机、变压器等大量阻感 性负载的存在必然会产生一定的无功功率，这增加了 设备容量以及输电线路和变压器的损耗，从而导致用 电效率低下，直接影响自动化设备的正常运行。 无功功率补偿是把具有容性功率的负荷装置与 感性功率负荷并联在同一电路。当容性装置释放能 量时，感性负荷吸收能量；当感性负荷释放能量时， 容性装置吸收能量，能量在 2 种负荷之间相互交换。 这样，感性负荷所需要的无功功率可由容性负荷输 出的无功功率进行补偿，从而对无功功率进行调度 以改善交流电力系统的供电质量，达到校正功率因 数、调节电压和平衡各相负载的目的。 1 晶闸管投切电容器 1.1 概述 晶闸管投切电容器(thyristor switched capacitor， TSC)是一种利用晶闸管作为无触点开关的无功补 偿装置，它根据晶闸管能够精确触发的特性，快速 平稳地投入或切除补偿电容器。TSC 可快速跟踪冲 击负荷的突变，对最佳功率因数进行闭环反馈，实 现动态无功补偿、减小电压波动，从而达到节能降 耗的目的。 由 TSC 构成的无功补偿系统是一个对供配电网  络中不稳定的无功功率进行动态补偿的独立系统，因 此其应用形式有很大的灵活性，按应用电压等级划分 为低压补偿和高压补偿，前者适用于对 1 kV 及以下 的电压进行补偿；后者直接将补偿系统接入电网进行 高压补偿，适用于对 6~35kV 的电压进行补偿。 1.2 晶闸管阀 在 TSC 系统中，晶闸管阀一般采用 2 只晶闸管 反并联的方法，达到 2 只晶闸管轮流触发的效果， 起到了接通和断开补偿回路的作用。这种反并联的 方式可靠性高，即使某相损坏 1 只晶闸管，也不会 导致电容器误投入。晶闸管阀承受的最大反相电压 为电源电压的峰值。 出于经济性和操控简便的考虑，常常采用 1 只 晶闸管和 1 只二极管反并联的接线方式构成晶闸管 阀。这种结构可有效避免冲击电流和过电压对供电 系统及设备的影响，但晶闸管阀所承受的最大反向 电压为电源电压峰值的 2 倍。 通常，晶闸管阀还并联有由电阻和电容构成的 吸收电路，用于吸收浪涌电流和抑制过电压。为抑 制电容器投入电网时可能出现的冲击电流，可采用 加装电抗器的方式串联小电感。 1.3 补偿电容器 补偿电容器是 TSC 系统的关键部件，通过投入 或切除电容器的方法可动态平衡电感性负载与电容 性负载，从而将功率因数维持在较高的理想水准。 （1）分组方式。在很多工业生产实践中，除 了就地补偿的大电机外，大量分散的感性负载需要 在低压配电室进行集中补偿，这时由于补偿容量是 随时间变化的，为不出现过补偿或欠补偿，需要将 电容器分成若干组，采用自动投切的方式。 电容器分组的具体方法比较灵活，常见的有以  下几种[1]：①等容量制，即把所需补偿的电容平均 分为若干份；②1:2:4:8 制，即每单元电容器值按大 小倍增式设置，这样可获得 15 级补偿值；③二进 制，即采用 N?1 个电容值均为 C 的电容和一个电容 值为 C/2 的电容，这样补偿量的调节就有 2N 级。 对比上述方法可知，方法①的控制方式最简单，但 相对较大的补偿级差限制了精度，而方法②与③虽 采用多级差补偿的方法提高了效果，但均为繁琐， 不便于自动化控制。相比之下，方法③不乏为一种 有益的折中式方案。 （2）投切模式。由于动态无功补偿需要频繁 投切电容器，因此为确保电容器的寿命和质量，需 要考虑补偿电容的投切模式。常见有下列 2 种模式： ①循环投切模式，即将各组电容器按组号排成一个 环形列队，然后按序号依次投入电容。如需切除电 容，则从已投入的电容队列的尾部切除。这样，随 功率因数的变化，已投入的电容队列在环形队列中 逆时针移动，各组电容的使用几率均匀，可有效减 少电容组的故障率。通常这种方法用于等容量分 组。②温度计式投切模式，即将各组电容器按组号 排成一个直线队列，投入或切除电容器使已投入的 电容队列在直线队列中升高或下降，类似于温度计 水银柱的升降。这种方法常用于变容量分组。 1.4 过零触发 在低压供电系统中，为了保证在投入电容时不 产生冲击电流及过电压，一般 TSC 装置都具有采用 光电耦合器来保证晶闸管阀两端电压过零时触