kV配電線路實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償研究范學(xué)民畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、成人教育畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)論文題目：10kV配電線路實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償研究年級(jí).專業(yè).層次：12電氣工程及其自動(dòng)化電力專升本學(xué)生姓名：范學(xué)民 學(xué)號(hào) 12720113 函授站：石家莊電校 指導(dǎo)教師姓名：冉慧娟 2014年08月10kV配電線路實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償研究摘要本文分析了無(wú)功功率對(duì)電力系統(tǒng)的不良影響，說(shuō)明了無(wú)功補(bǔ)償?shù)谋匾院椭匾饬x，以無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)及裝置的發(fā)展進(jìn)程為線索，分析了不同時(shí)期無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)狀況及特點(diǎn)，以實(shí)例說(shuō)明了我國(guó)10kV配電系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用情況。從無(wú)功補(bǔ)償?shù)幕纠碚摮霭l(fā)，闡述了無(wú)功補(bǔ)償?shù)幕驹?、基本方法，說(shuō)明了無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖饔?，進(jìn)行了無(wú)功補(bǔ)償?shù)牟呗苑治?。本文介紹了晶閘管的工作特性和

2、參數(shù)，研究了晶閘管串聯(lián)技術(shù)，針對(duì)目前晶閘管投切電容器進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償存在的主要問(wèn)題，提出了用晶閘管串聯(lián)開(kāi)關(guān)投切10kV電容器的方案，給出了晶閘管串聯(lián)開(kāi)關(guān)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)均壓方法，設(shè)計(jì)出了主電路結(jié)構(gòu)，并對(duì)晶閘管參數(shù)的選擇進(jìn)行了分析和計(jì)算。對(duì)晶閘管觸發(fā)技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的分析和研究，給出峰值電壓觸發(fā)方式的數(shù)字電路的設(shè)計(jì)方案，并通過(guò)了仿真實(shí)驗(yàn)，闡述了晶閘管觸發(fā)系統(tǒng)的抗干擾措施?；贛ATLAB仿真軟件，本文對(duì)電容器投切控制及晶閘管觸發(fā)裝置進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，并得出與理論分析一致的結(jié)論。關(guān)鍵詞：無(wú)功補(bǔ)償；動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置；晶閘管；觸發(fā)控制電路；MATLAB仿真ABSTRACTThispaperanalysisthea

3、dverseeffectsofreactionpowerinthepowersystem,illustratesthenecessityofusingthemethodofreactionpowercompensationanditsimportantsignificance.Withthedevelopmentprocessofreactivecompensationtechnologyanditsdevices,expoundsthestalesandcharacteristicsaboutvarcompensationtechnologyinthedifferentperiods.Byl

4、ivingexamplethepaperillustratesreactionpowercompensationsapplicationforlOkVdistributionlineinourcountry.Beginingwiththebasictheoryofreactionpowercompensation,illustratesthebasicprinciplesandbasiccompensationmethods,anditsfunction.Thepaperintroducestheworkingcharacteristicsandparametersofthethyristor

5、,investigatethethyristorsspecialtyandtechniqueinseries,inallusiontotheproblemexistencesinreactivecompensationwithcapacitoratpresently,bringforwardtheadvancedutilitytechniqueinvestigatedcontrollinglOkVcapacitorwiththyristorswitchinseries,broughtforwardthestaticstateanddynamicvoltage,designedthemainci

6、rcuitframeworkwhichusedwithreason,analysisandcalculatesthethyristorsparametersforitsselected.Istudythyristortriggerstechnic,deviceadigitalcircuitundermaxvalueburstmodeandcompleteitsemulationtext.Iexpatiatethemeasureofdevaluingdisturbforthyristortriggersystem.UndertheMATLABpowersimulationenvironment,

7、capacitorinput-eliminationcontrolandthyristor-triggercontrolwerestudyed,thesameresultoftheoryanalysiswereget.Keyword：reactivepowercompensation;staticvarcompensation;thyristor;triggercontrolcircuit；MATLABSimulation目錄摘要IABSTRACTII1緒論11.1無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)研究的目的和意義11.2無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)研究的背景11.3無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展2傳統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)21.4無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)在我國(guó)

8、供網(wǎng)中的應(yīng)用3無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)在我國(guó)應(yīng)用的歷程3我國(guó)lOkV配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的現(xiàn)狀及實(shí)例31.5課題完成主要任務(wù)52無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的實(shí)現(xiàn)及控制策略62.1無(wú)功補(bǔ)償?shù)幕痉绞?2.2無(wú)功補(bǔ)償?shù)幕驹砑肮β室驍?shù)與電路參數(shù)的關(guān)系62.3無(wú)功補(bǔ)償?shù)目刂撇呗?單一物理量的控制方式8“九域圖法”控制策略82.4本章小結(jié)103無(wú)功補(bǔ)償電路晶閘管觸發(fā)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)113.1晶閘管的工作特性及主要參數(shù)11晶閘管的工作原理11晶閘管的特性分析及主要參數(shù)123.2晶閘管串并聯(lián)技術(shù)及其參數(shù)的計(jì)算13晶閘管串聯(lián)技術(shù)133.3晶閘管投切電容器主電路的接線分析153.4晶閘管觸發(fā)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)16無(wú)功補(bǔ)償裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)17

9、晶閘管觸發(fā)方式的分析193.5晶閘管觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)及仿真20同步信號(hào)檢測(cè)電路203.5.2脈沖觸發(fā)電路的仿真實(shí)驗(yàn)223.6晶閘管脈沖觸發(fā)系統(tǒng)的抗干擾措施233.7本章小結(jié)23410kV無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)的仿真研究244.1晶閘管觸發(fā)系統(tǒng)的MATLAB仿真24非峰值電壓時(shí)刻觸發(fā)晶閘管的實(shí)驗(yàn)25峰值電壓時(shí)刻觸發(fā)晶閘管的實(shí)驗(yàn)274.2基于電容器投切控制的無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)的MATLAB仿真284.3本章小結(jié)325結(jié)論33參考文獻(xiàn)34致謝341緒論1.1無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)研究的目的和意義近年來(lái)，世界各地發(fā)生的由電壓穩(wěn)定和電壓崩潰引發(fā)的大面積停電事故引起人們高度重視。當(dāng)?shù)貢r(shí)間2003年8月14日美國(guó)東北部、中西部和加拿大

10、安大略省發(fā)生了歷史最大規(guī)模的停電事故，紐約、底特律、渥太華、多倫多等重要城市及周邊地區(qū)近5000萬(wàn)人口受到影響，制造業(yè)停產(chǎn)，交通運(yùn)輸癱瘓，經(jīng)濟(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生中斷。經(jīng)濟(jì)學(xué)家估計(jì)整個(gè)經(jīng)濟(jì)損失達(dá)300億美元。事故的原因可能是雷電襲擊、負(fù)荷太重或部分電站停運(yùn)引發(fā)的。這次災(zāi)難說(shuō)明美國(guó)中西部供電系統(tǒng)過(guò)于陳舊且存在嚴(yán)重安全系統(tǒng)缺陷。美國(guó)災(zāi)難性的大停電給以科技為主導(dǎo)的現(xiàn)代社會(huì)敲響了警鐘。巨大的經(jīng)濟(jì)損失和嚴(yán)重的社會(huì)影響提醒人們電力系統(tǒng)應(yīng)進(jìn)行設(shè)備的更新?lián)Q代，加強(qiáng)電力系統(tǒng)的安全系數(shù)，從而避免事故的發(fā)生。不要讓美國(guó)大停電在中國(guó)發(fā)生，中國(guó)的電力專家們應(yīng)為中國(guó)的電力系統(tǒng)的安全思考。2002年下半年以來(lái)，經(jīng)濟(jì)的高增長(zhǎng)帶動(dòng)電力需求

11、增大，中國(guó)部分地區(qū)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性的供電緊張，部分地區(qū)出現(xiàn)用電緊張和高峰時(shí)段拉閘限電問(wèn)題，大功率非線性負(fù)載的不斷增加，對(duì)電網(wǎng)的無(wú)功沖擊和諧波污染呈上升趨勢(shì)，缺乏有效地?zé)o功調(diào)節(jié)手段使母線電壓變化很大導(dǎo)致配電系統(tǒng)線損增加，電壓合格率下降。我國(guó)電網(wǎng)建設(shè)和運(yùn)行中長(zhǎng)期存在無(wú)功補(bǔ)償容量不足、配備不合理、無(wú)功補(bǔ)償效果不理想等問(wèn)題，特別在10kV供電系統(tǒng)中，快速、準(zhǔn)確、可連續(xù)的補(bǔ)償技術(shù)沒(méi)有得到實(shí)質(zhì)性的應(yīng)用、中科院院士、清華大學(xué)教授盧強(qiáng)說(shuō)：“我們致力于建設(shè)的不只是世界第一流的，而且是世界上最強(qiáng)大、最安全的電力大系統(tǒng)?！睙o(wú)功功率是建立交流電、磁場(chǎng)所需的功率，在交流電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行中，無(wú)功功率是一個(gè)重要因素。對(duì)無(wú)功功

12、率的補(bǔ)償研究是十分必要的，原因如下：1.由于成本的增加，提高電力系統(tǒng)運(yùn)行效率的要求日益迫切。2.輸電網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展已經(jīng)受到限制。3.遠(yuǎn)距離輸電要求解決穩(wěn)定性及電壓控制問(wèn)題。4.工業(yè)增長(zhǎng)的需求和用戶電子設(shè)備的增多，對(duì)供電質(zhì)量的要求越來(lái)越高。5.直流輸電系統(tǒng)的應(yīng)用研究表明，在換流器的交流側(cè)應(yīng)該進(jìn)行無(wú)功控制。無(wú)功補(bǔ)償?shù)哪康模?.改善電壓調(diào)整；2.提供靜態(tài)和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定；3.降低過(guò)電壓；4.減少電壓閃變；5.阻尼次同步震蕩；6.減少電壓和電流的不平衡。1.2無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)研究的背景近幾年來(lái),我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速,對(duì)電力的需求越來(lái)越大。同時(shí)對(duì)供電的可靠性和質(zhì)量提出了更高的要求，電力建設(shè)投資跟不上經(jīng)濟(jì)發(fā)展，供需關(guān)系矛盾

13、更為突出，尤其是小城鎮(zhèn)和城鄉(xiāng)配電網(wǎng)。我國(guó)小城鄉(xiāng)地區(qū)的多為10kV配電線路，具有負(fù)荷密度大、用電量集中、供電可靠性要求高等特點(diǎn)，表現(xiàn)出線損高、功率因數(shù)低、輸電效率低、輸電能力不足、末端電壓低等問(wèn)題。這嚴(yán)重的影響了人們生活水平的提高和經(jīng)濟(jì)發(fā)展。目前,國(guó)內(nèi)外針對(duì)此問(wèn)題采取的措施主要是進(jìn)行電網(wǎng)建設(shè)和改造，有：新建線路和變電站，更換線路，對(duì)已變電所和線路進(jìn)行改造和增容，進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)?。根?jù)我國(guó)小城鎮(zhèn)和城鄉(xiāng)配電網(wǎng)的特點(diǎn)以及電力公司的資金和人力情況，最為普遍采用的是并聯(lián)電容器無(wú)功功率補(bǔ)償。就其補(bǔ)償方式而言，分為：變電所集中補(bǔ)償，配電線路分散補(bǔ)償，負(fù)荷側(cè)就地補(bǔ)償?shù)?。我?guó)10kV配電線路以往多采用負(fù)荷側(cè)就地

14、補(bǔ)償，這種方案就用戶而言可以獲得很好的補(bǔ)償效果，但就10kV配電網(wǎng)絡(luò)整體而言，技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性都不是最合理的。1.3無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展概況人們很早就認(rèn)識(shí)到無(wú)功功率的危害，認(rèn)識(shí)到是系統(tǒng)中的電容和電感元件產(chǎn)生的無(wú)功功率。最初人們使用了無(wú)源補(bǔ)償方法，即通過(guò)改變網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的方法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，也就是將一定容量的電容器或電抗器以并聯(lián)或串聯(lián)的方式安裝在系統(tǒng)的母線中，如在高峰負(fù)荷下將并聯(lián)電容器接入系統(tǒng)中以防止電壓過(guò)低。傳統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)發(fā)展概況傳統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備有并聯(lián)電容器、調(diào)相機(jī)和同步發(fā)電機(jī)等。設(shè)置無(wú)功補(bǔ)償電容器是傳統(tǒng)補(bǔ)償方法之一，并聯(lián)電容器因簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)，靈活方便而得到廣泛應(yīng)用。缺點(diǎn)是只能補(bǔ)償固定無(wú)功，不能

15、跟蹤負(fù)荷無(wú)功需求的變化，即不能實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)功的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，且還有可能與系統(tǒng)發(fā)生諧波放大甚至諧振。傳統(tǒng)的真空開(kāi)關(guān)或接觸器投切電容器的方法，投切電容器時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊電流，對(duì)電網(wǎng)造成干擾，由于投切瞬間主觸頭的拉弧現(xiàn)象，導(dǎo)致主觸頭燒損，影響無(wú)功補(bǔ)償?shù)恼＿\(yùn)行。因接觸器動(dòng)作速度慢，壽命短，所以不適用于快速頻繁投切補(bǔ)償電容器的場(chǎng)合。同步調(diào)相機(jī)又稱同步補(bǔ)償器，屬于有源補(bǔ)償器。作為并聯(lián)補(bǔ)償設(shè)計(jì)的同步調(diào)相機(jī)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)被拖動(dòng)到某一轉(zhuǎn)速下并與電力系統(tǒng)同步且空載運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)。根據(jù)控制需要，控制其勵(lì)磁磁場(chǎng)，使其工作在過(guò)勵(lì)磁或欠勵(lì)磁的狀態(tài)下，從而發(fā)出大小不同的容性或感性無(wú)功功率。同步調(diào)相機(jī)可對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，但它屬于旋

16、轉(zhuǎn)設(shè)備，運(yùn)行中的損耗和噪聲比較大，維護(hù)復(fù)雜，成本高，響應(yīng)速度慢。不適應(yīng)各類快速變化非線性負(fù)載的要求。1967年英國(guó)首先研制成功具有飽和電抗器的無(wú)功補(bǔ)償裝置（SR)。SR分為自飽和型和和可控飽和型兩種。自飽和型依靠自身固有的能力來(lái)穩(wěn)定電壓，它利用鐵心的飽和特性來(lái)控制發(fā)出或吸收的無(wú)功功率的大小?？煽仫柡托褪峭ㄟ^(guò)改變工作繞組的感抗來(lái)控制無(wú)功電流的大小。這種補(bǔ)償裝置屬于第一代靜止補(bǔ)償器。這種補(bǔ)償裝置造價(jià)高，損耗大，運(yùn)行時(shí)有振動(dòng)和噪聲，補(bǔ)償速度慢。一般在超高壓輸電線路中使用。1.4無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)在我國(guó)供網(wǎng)中得應(yīng)用國(guó)內(nèi)早期無(wú)功補(bǔ)償用得最多的是并聯(lián)電容器。在低壓（10kV以下）供電網(wǎng)絡(luò)中裝設(shè)電容器組，以滿足調(diào)

17、壓要求。無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)在我國(guó)應(yīng)用的歷程20世紀(jì)70年代初，武漢鋼鐵公司1.7cm軋鋼工程進(jìn)口了比利時(shí)的直流勵(lì)磁飽和電抗器和日本的電容器組成靜補(bǔ)裝置后，引起國(guó)內(nèi)相關(guān)人士對(duì)可變無(wú)功補(bǔ)償問(wèn)題的注意。于是有人提出用大負(fù)荷調(diào)壓變壓器改變并聯(lián)電容器組端電壓以調(diào)節(jié)無(wú)功的設(shè)想，終因調(diào)壓器的操作開(kāi)關(guān)壽命不能保證而未能實(shí)現(xiàn)。1981年我國(guó)輸電系統(tǒng)引進(jìn)一套ABB公司的SVC裝置投入鳳凰山變電站運(yùn)行，到1990年共有五個(gè)500kV變電站采用6套進(jìn)口SVC裝置，容量在105-170Mvar之間，形式為TCR+TSC或固定電容器組（FC)。它們都曾在歷史上發(fā)揮過(guò)作用。如鳳凰山SVC投入運(yùn)行后，對(duì)湖北電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行起到

18、巨大作用，對(duì)抑制500kV過(guò)高壓，增加輸電容量、保證系統(tǒng)電壓穩(wěn)定、改善系統(tǒng)電壓水平、降低高壓網(wǎng)損意義重大。遺憾的是由于種種原因，這些SVC陸續(xù)退出運(yùn)行，主要原因如下：1.早期國(guó)外供應(yīng)商對(duì)中國(guó)電網(wǎng)不了解，初期投運(yùn)時(shí)，SVC與系統(tǒng)之間相互作用問(wèn)題比較突出。2.早期控制系統(tǒng)采用模擬技術(shù)，系統(tǒng)運(yùn)行可靠性差。3.因空間距離、費(fèi)用等方面的原因，使后期技術(shù)服務(wù)沒(méi)有跟上，沒(méi)有必要的技術(shù)升級(jí)措施。這些系統(tǒng)越來(lái)越落后，沒(méi)有辦法運(yùn)行。我國(guó)lOkV配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的現(xiàn)狀及實(shí)例圖1-1我國(guó)供電系統(tǒng)內(nèi)變電所10kV無(wú)功補(bǔ)償裝置目前均采用整組投入或切除，運(yùn)行時(shí)不能連續(xù)靈活調(diào)節(jié)，損耗也大。10kV無(wú)功補(bǔ)償?shù)年P(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題：1

19、.大功率電力電子器件串聯(lián)技術(shù)和補(bǔ)償裝置并網(wǎng)與電力系統(tǒng)保護(hù)配合技術(shù)。開(kāi)關(guān)元件晶閘管的容量受到限制。由于晶閘管是靈敏度很高的半導(dǎo)體元件，超過(guò)其額定值的沖擊電壓或沖擊電流都可能損壞晶閘管。2.高壓側(cè)直接取能方式的光電觸發(fā)及在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)。3.抑制諧波問(wèn)題。4.晶閘管驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)技術(shù)。金杭市供電局與科研單位合作，研制開(kāi)發(fā)了針對(duì)10kV變電站、電弧爐煉鋼等需要無(wú)功補(bǔ)償應(yīng)用場(chǎng)合的10kv、1200kVar的FC-TCR動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置，并制定了相應(yīng)的設(shè)計(jì)方案和技術(shù)措施。從此展開(kāi)了10kV配電系統(tǒng)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的研究。2005年5月鄧州市電業(yè)局在高集變電站10kV母線上安裝無(wú)功補(bǔ)償裝置。如圖1示，該裝置采

20、用固定電容與可調(diào)電容（TSC)并聯(lián)運(yùn)行方式，固定電容的容量為1.2Mvar，TSC部分的容量為1Mvar，TSC分成3級(jí)調(diào)節(jié)，為了調(diào)節(jié)不平衡負(fù)荷，采取分相補(bǔ)償，并在TSC回路中串聯(lián)了電抗率為6%的電抗元件，用來(lái)抑制系統(tǒng)諧波。在試運(yùn)行期間，該裝置能夠自動(dòng)適應(yīng)變電站各種運(yùn)行方式的變化和無(wú)功的變化，自動(dòng)準(zhǔn)確地投切補(bǔ)償電容器，提高了電容器的運(yùn)行時(shí)間及利用率，性能穩(wěn)定可靠，功能達(dá)到了變電站無(wú)功補(bǔ)償自動(dòng)投切的控制要求。投入前后的運(yùn)行數(shù)據(jù)如表1-1。表1-1試運(yùn)行時(shí)投入前后的運(yùn)行數(shù)據(jù)容量功率因數(shù)母線電壓（KV）母線相電流（A）投運(yùn)前0.8710.301150投入固定組共1200kvar0.9110.4010

21、60投入第一組后共1800kvar0.9310.45960投入第二組后共2400kvar0.9610.55880投入兩組后共3000kvar0.9810.60770根據(jù)表1-1中數(shù)據(jù)分析，將投入兩組和投入固定組進(jìn)行比較，因補(bǔ)償無(wú)功功率使母線相電流降低變壓器輸出功率降低：AS=yf3y(UI-U2I2)=x(0Axm0-0.6x770)=4957kFA(1-1)變壓器的額定功率為40000kVA，此時(shí)可增加變壓器輸送能力：tj=4957/40000x100%=12.4%功率為40000kVA，此時(shí)可增加變壓器輸送能力：TJ=4957/40000x100%=12.4%(1-2)已知變壓器的各種參數(shù)

22、如下：額定容量為40000Kva;短路損耗為151lkW;阻抗電壓9.83%;空載電流0.25%;空載損耗為32.6kW。計(jì)算變壓器的功率損耗：AP=PKUlS2N/(U22S22)(1-3)投入固定組后，變壓器的功率損耗為Af；=38.52kW，(1-4)投入全部容量后，變壓器的功率損耗為AF2=20.32kW。（1-5)由計(jì)算結(jié)果可知，由于無(wú)功補(bǔ)償，使變壓器的有功功率損耗減少為18.2kW。高集變電站僅為受端變電站，功率傳輸方向單一，故在輸電線路上必然也會(huì)由于末端功率的改變而導(dǎo)致線路損失的改變。1.5課題完成主要任務(wù)本文闡述了無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的基本原理、基本方法及基本的控制策略，探討了我國(guó)10

23、k無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)中存在的主要問(wèn)題及其解決方法。詳盡分析了開(kāi)關(guān)元件晶閘管的工作特性和技術(shù)參數(shù)，研究了晶閘管串聯(lián)技術(shù)，提出用晶閘管串聯(lián)開(kāi)關(guān)投切10kV電容器的方案，給出了晶閘管串聯(lián)開(kāi)關(guān)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)均壓方法，設(shè)計(jì)出了主電路結(jié)構(gòu)，對(duì)晶閘管參數(shù)的選擇進(jìn)行了分析和計(jì)算。本文對(duì)晶閘管觸發(fā)技術(shù)進(jìn)行了深入分析和研究，給出峰值觸發(fā)方式的晶閘管數(shù)字觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)方案，基于MATLAB仿真軟件，對(duì)晶閘管觸發(fā)裝置進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，用仿真驗(yàn)證了電容器投切控制及其補(bǔ)償效果，得出與理論分析一致的結(jié)論。最后闡述了晶閘管觸發(fā)系統(tǒng)的抗干擾措施。2 無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的實(shí)現(xiàn)及控制策略電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)元件的阻抗主要是感性的，因此在實(shí)際電力系統(tǒng)中，包

24、括異步電動(dòng)機(jī)在內(nèi)的絕大多數(shù)電氣設(shè)備的等效電路可看作電阻和電感L的串聯(lián)電路。網(wǎng)絡(luò)元件和大多數(shù)用電設(shè)備工作時(shí)將消耗無(wú)功功率。這些無(wú)功功率必須從網(wǎng)絡(luò)中某個(gè)地方獲得。合理的方法是在需要消耗無(wú)功功率的地方產(chǎn)生無(wú)功功率，這就是無(wú)功補(bǔ)償。2.1無(wú)功補(bǔ)償?shù)幕痉绞綗o(wú)功補(bǔ)償分為集中補(bǔ)償、分組補(bǔ)償、隨器補(bǔ)償和隨機(jī)補(bǔ)償。1.集中補(bǔ)償是將電容器裝設(shè)在用戶專用變電所或配電室的低壓母線上，低壓集中補(bǔ)償方式適用于線路末端負(fù)荷波動(dòng)幅度不大、基荷所占比重較大、負(fù)荷容量較大，地點(diǎn)集中的場(chǎng)合。這種補(bǔ)償方式的優(yōu)點(diǎn)是:可以就地補(bǔ)償變壓器的無(wú)功功率損耗。由于減少了變壓器的無(wú)功電流。相應(yīng)地減少了變壓器的容量，也就是說(shuō)，可以增加變壓器所帶的

25、有功負(fù)荷?？梢匝a(bǔ)償變電所以上輸電線路的功率損耗?？梢跃徒?yīng)380V配電線路的前段部分及所帶用電設(shè)備的無(wú)功功率損耗。便于集中控制。缺點(diǎn)是:它只能減少裝設(shè)點(diǎn)以上線路和變壓器因輸送無(wú)功功率所造成的損耗，而不能減少用戶內(nèi)部通過(guò)配電線路向用電設(shè)備輸送無(wú)功功率所造成的損耗。2.分組補(bǔ)償是將電容器組按低壓配電網(wǎng)的無(wú)功負(fù)荷分布分組裝設(shè)在相應(yīng)的母線上，或者直接與低壓干線相聯(lián)接，形成低壓電網(wǎng)內(nèi)部的多組分散補(bǔ)償方式。該種方式是被補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功功率不再通過(guò)主干線以上線路輸送，從而使變壓器和配電主干線路的無(wú)功功率損耗相應(yīng)地減少，因而分組補(bǔ)償比集中補(bǔ)償降損節(jié)電效益顯著，尤其是當(dāng)用電負(fù)荷點(diǎn)較多（比如多個(gè)車間），而且距離較遠(yuǎn)時(shí)

26、，補(bǔ)償效率更高。其優(yōu)點(diǎn):有利于對(duì)配電變壓器所帶的無(wú)功進(jìn)行分區(qū)控制，實(shí)現(xiàn)無(wú)功負(fù)荷就地平衡，減少無(wú)功功率在變配電所以下配電線路中的流動(dòng)，使線損顯著降低:分組電容器的投切隨總的負(fù)荷水平而變化，其利用率較單臺(tái)補(bǔ)償高，分組補(bǔ)償雖然不如集中補(bǔ)償管理方便，但比單臺(tái)電動(dòng)機(jī)補(bǔ)償易于控制。3.隨機(jī)補(bǔ)償就是將低壓電容器組與電動(dòng)機(jī)并聯(lián)，通過(guò)控制、保護(hù)裝置與電機(jī)共同投切。隨機(jī)補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)是:用電設(shè)備運(yùn)行時(shí)，無(wú)功補(bǔ)償投入，用電設(shè)備停運(yùn)時(shí)補(bǔ)償裝置也退出，不需要頻繁調(diào)整補(bǔ)償容量=具有投資少，配置靈活，維修簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。在實(shí)際補(bǔ)償中，應(yīng)該遵循：全面規(guī)劃，合理布局，分級(jí)補(bǔ)償，就地平衡；集中補(bǔ)償與分散補(bǔ)償相結(jié)合，以分散補(bǔ)償主；高壓補(bǔ)償

27、與低壓補(bǔ)償相結(jié)合，以低壓補(bǔ)償為主；調(diào)壓與降損相結(jié)合，以降損為主的原則。2.2無(wú)功補(bǔ)償?shù)幕驹砑肮β室驍?shù)與電路參數(shù)的關(guān)系在正弦交流電路中，網(wǎng)絡(luò)復(fù)阻抗與電阻、電抗元件有阻抗三角形的關(guān)系如圖2-1所示，若復(fù)阻抗Z呈純電阻性質(zhì)，則電壓與電流的相位角相同，相位差=0，則此時(shí)負(fù)載只消耗有功功率，沒(méi)有無(wú)功功率，若復(fù)阻抗呈感性或容性，9*0，則負(fù)載不僅消耗有功功率同時(shí)也消耗無(wú)功功率。感性元件消耗無(wú)功功率，容性元件產(chǎn)生無(wú)功功率。復(fù)阻抗角的余弦函數(shù)COS0稱為功率因數(shù)。COS由負(fù)載性質(zhì)決定，它與電路的參數(shù)和電源頻率有關(guān)，與電源的電壓、電流大小無(wú)關(guān)。如圖2-1所不，其中xl-Xc圖2-1功率因數(shù)與電路參數(shù)關(guān)系圖在

28、供電系統(tǒng)中，電力網(wǎng)除了要負(fù)擔(dān)用電負(fù)荷的有功功率凡還要承擔(dān)負(fù)荷的無(wú)功功率0。有功功率、無(wú)功功率和視在功率S有功率三角形的關(guān)系如圖2-2所示。功率因數(shù)還可以用有功功率與視在功率的比值表示C0S=|,它不但表明電力負(fù)荷的性質(zhì)，而且表明電能質(zhì)量的水平。由圖2-2可以看出，在有功功率不變的情況下，無(wú)功功率的存在會(huì)使功率因數(shù)降低，視在功率增大。從而需要增大發(fā)、輸電設(shè)備的容量，增加電力損耗，增加投資和運(yùn)行費(fèi)用，不利于電力的輸送與合理應(yīng)用。圖2-2功率三角形 圖2-3補(bǔ)償電路將電容器與感性負(fù)載并聯(lián)是補(bǔ)償無(wú)功的傳統(tǒng)方法，無(wú)功補(bǔ)償?shù)哪康木褪翘岣唠娋W(wǎng)的功率因數(shù)。提高功率因數(shù)的前提是必須保證原負(fù)載的工作狀態(tài)不變。即：

29、加至負(fù)載上的電壓和負(fù)載的有功功率不變。將電容C與感性R、L電路并聯(lián)后，如圖2-3所示，總電流j-L+fc。由相量圖圖2-4可知，并聯(lián)電容后電壓>和電流/的相位差減小，功率因數(shù)提高了，根據(jù)并聯(lián)電容的大小功率因數(shù)補(bǔ)償結(jié)果有欠補(bǔ)償、完全補(bǔ)償（即：C0Sp=l)和過(guò)補(bǔ)償三種情況，若補(bǔ)償電容的容量過(guò)大出現(xiàn)過(guò)補(bǔ)償情況，此時(shí)復(fù)阻抗呈容性，供電電流/的相位超前于電壓。2-4功率因數(shù)補(bǔ)償分析圖2.3無(wú)功補(bǔ)償?shù)目刂撇呗愿鶕?jù)控制物理量選擇的不同，TSC所釆取的控制方法也多種多樣。較為合理的補(bǔ)償裝置應(yīng)最大限度提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，且不發(fā)生過(guò)補(bǔ)償，無(wú)投切振蕩，無(wú)沖擊投切，控制過(guò)程反應(yīng)靈敏、迅速。按照控制物理量的不同

30、無(wú)功補(bǔ)償裝置分為：無(wú)功功率補(bǔ)償、無(wú)功電流補(bǔ)償、功率因數(shù)補(bǔ)償及綜合型補(bǔ)償。單一物理量的控制方式時(shí)間控制法是最常用的控制方式之一，這種方法根據(jù)電網(wǎng)中用電設(shè)備24小時(shí)無(wú)功功率變化情況，繪出全天無(wú)功變化負(fù)荷曲線，由無(wú)功變化的時(shí)間規(guī)律決定定時(shí)投入或切除一定容量的補(bǔ)償電容。例如主要負(fù)荷在上午8點(diǎn)投入運(yùn)行，到下午5點(diǎn)退出運(yùn)行，而這期間負(fù)荷變化不大，調(diào)整策略可整.定為上午8點(diǎn)投入電容器組，下午5點(diǎn)切除。顯然這種控制方式簡(jiǎn)單，但只適用于負(fù)荷穩(wěn)定且變化規(guī)律一定、功率因數(shù)變化不大的場(chǎng)合?！熬庞驁D法”控制策略現(xiàn)階段多參量綜合控制通常以無(wú)功功率為基礎(chǔ)電網(wǎng)電壓上限値和負(fù)載電流下限値作為控制電容器組投切的約束條件，實(shí)現(xiàn)電容

31、器組的智能綜合控制?！熬庞驁D法”以控制器接入側(cè)電壓為主要控制目標(biāo)，以無(wú)功功率(或功率因數(shù)）為參考條件，通過(guò)界定電壓和無(wú)功功率的上下限，將平面分為九個(gè)區(qū)，規(guī)定不同區(qū)域內(nèi)的控制方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)電容器組和主變分接開(kāi)關(guān)的聯(lián)合控制。目前在線運(yùn)行的電壓無(wú)功綜合控制裝置大多基于此法。根據(jù)要求得到U、Q（COS）正常的范圍后，可畫出如圖的九域圖，其中，區(qū)域9為U、Q（COS）正常的區(qū)域。九域圖控制法原理是調(diào)節(jié)有載調(diào)壓變壓器分接頭及投切電容器，使系統(tǒng)盡量運(yùn)行于區(qū)域9。調(diào)節(jié)有載調(diào)壓變壓器分接頭位置或投切電容器改變無(wú)功補(bǔ)償量Qc，都將引起變電站母線電壓U和從系統(tǒng)吸收的無(wú)功功率Q（Q=Ql+Qc，其中，Ql為投切電容器前

32、從系統(tǒng)吸收的無(wú)功功率）的變化，變化關(guān)系見(jiàn)表3-1（分接頭正接）表3-1分接頭正接時(shí)U、Q動(dòng)作變化關(guān)系動(dòng)作類型U變化Q變化升主變分接頭U下降Q減少降主變分接頭U上升Q增加投電容器U上升Q減少切電容器U下降Q增加由表3.1可得出U、Q（COS）不正常的八個(gè)區(qū)域的控制順序關(guān)系：區(qū)域1：COS<COSL，U<UL，投入電容器，視情況調(diào)節(jié)分接頭或不調(diào)分接頭，使電壓趨于正常。區(qū)域2：COS<COSL，U正常，投入電容器，視情況調(diào)節(jié)分接頭或不調(diào)分接頭，使電壓恢復(fù)正常。區(qū)域3：COS<COSL，U>UH，調(diào)分接頭降壓，電壓正常后，投入電容器，否則不投。區(qū)域4：COS正常，U>

33、;UH，調(diào)節(jié)分接頭降壓，至極限檔位后仍無(wú)法滿足要求，強(qiáng)行切除電容器。區(qū)域5：COS>COSH，U>UH，切除電容器，視情況調(diào)節(jié)分接頭或不調(diào)分接頭，使電壓趨于正常。區(qū)域6：COS>COSH，U正常，切除電容器，視情況調(diào)節(jié)分接頭或不調(diào)分接頭，使電壓恢復(fù)正常。區(qū)域7：COS>COSH，U<UL，調(diào)分接頭升壓，電壓正常后，切除電容器，否則不切。區(qū)域8：COS正常，U<UL，調(diào)節(jié)分接頭升壓，至極限檔位后仍無(wú)法滿足要求，強(qiáng)行投入電容器。2.4本章小結(jié)本章從無(wú)功補(bǔ)償?shù)幕驹沓霭l(fā)，分析了功率因數(shù)與電路參數(shù)的關(guān)系，對(duì)補(bǔ)償電容容量及參數(shù)的選擇進(jìn)行了計(jì)算，總結(jié)了無(wú)功補(bǔ)償?shù)幕痉?/p>

34、法及其對(duì)供電質(zhì)量的影響，討論了無(wú)功補(bǔ)償?shù)目刂撇呗浴? 無(wú)功補(bǔ)償電路晶閘管觸發(fā)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)和變流技術(shù)的發(fā)展，新型的電力電子器件不斷問(wèn)世，作為高性能電子開(kāi)關(guān)-晶閘管器件的應(yīng)用使無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)得到迅速的發(fā)展。無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)中晶閘管作為開(kāi)關(guān)作用的優(yōu)勢(shì):一是作為投切電容器的開(kāi)關(guān)。晶閘管開(kāi)關(guān)的響應(yīng)時(shí)間短(微秒級(jí))，而且能夠精確選擇電容器的投切角度，實(shí)現(xiàn)零電壓投切，避免了涌流的產(chǎn)生，提高了電容器使用的可靠性和電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。二是作為無(wú)功功率輸出的調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)。由于晶閘管器件的高開(kāi)關(guān)頻率，使其能夠方便地控制晶閘管的導(dǎo)通角，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)功的連續(xù)調(diào)節(jié)，快速跟蹤負(fù)載無(wú)功的變化。3.1晶閘管的工作特性及

35、主要參數(shù)晶閘管（THYRISTOR)是晶體閘流管的簡(jiǎn)稱，又稱作可控硅整流管(SILICONCONTROLLEDRECTIFIERSCR)晶閘管是一個(gè)三端子反相阻斷半導(dǎo)體單向開(kāi)關(guān)元件。在正常工作條件下，僅當(dāng)陽(yáng)極和門級(jí)的電壓對(duì)陰極為正時(shí)才能通過(guò)電流，晶閘管導(dǎo)通后，門級(jí)失去控制作用，當(dāng)流經(jīng)外部電路的電流減小到零時(shí)晶閘管停止導(dǎo)通。晶閘管為半控器件。晶閘管的工作原理晶閘管導(dǎo)通的工作原理可以用雙晶體模型來(lái)解釋，如圖3-1所示:(a)晶閘管的雙晶體模型結(jié)構(gòu) （b)晶閘管的工作原理圖對(duì)晶閘管的驅(qū)動(dòng)過(guò)程更多的是稱為觸發(fā)，產(chǎn)生注入門極的觸發(fā)電流的電路稱為門極觸發(fā)電路。正是由于通過(guò)門極只能控制晶閘管開(kāi)通，不能控制晶

36、閘管的關(guān)斷，所以晶閘管才被稱為半控型器件。當(dāng)晶閘管承受反向電壓時(shí)，不論門極是否有觸發(fā)電流，晶閘管都不會(huì)導(dǎo)通。當(dāng)晶閘管承受正向電壓時(shí)，僅在門極有觸發(fā)電流的情況下晶閘管才能導(dǎo)通。晶閘管一旦導(dǎo)通，門極就失去控制作用，不論門極觸發(fā)電流是否還存在，晶閘管都保持導(dǎo)通。若要使己導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷，只能利用外加電壓和外電路的作用使流過(guò)晶閘管的電流降到接近于零的某一數(shù)值以下。晶閘管在以下幾種情況下也可能被觸發(fā)導(dǎo)通：陽(yáng)極電壓升高至相當(dāng)高的數(shù)值造成雪崩效應(yīng)；陽(yáng)極電壓上升率過(guò)高；結(jié)溫較高：光直接照射硅片，即光觸發(fā)。晶閘管的特性分析及主要參數(shù)晶閘管的動(dòng)態(tài)特性主要有開(kāi)通特性、通態(tài)電流臨界上升率、反向恢復(fù)特性、關(guān)斷特性、斷態(tài)

37、電壓臨界上升率等五個(gè)方面，其中開(kāi)通和關(guān)斷特性是其最重要的動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)。晶閘管的動(dòng)態(tài)特性如圖3-2所示：1.開(kāi)通特性開(kāi)通時(shí)間&是延遲時(shí)間G和上升時(shí)間之和，&是將門極觸發(fā)脈沖加到未開(kāi)通的晶閘管上，到陽(yáng)極電流達(dá)到其額定電流值的90%所需的時(shí)間，開(kāi)通時(shí)間會(huì)隨工作電壓、陽(yáng)極電流、門極電流和結(jié)溫而變化。開(kāi)通損耗取決于開(kāi)通期間負(fù)載電流的上升時(shí)間。2.通態(tài)電流臨界上升率晶閘管開(kāi)通期間，其導(dǎo)電面積是由門極向四周逐漸展開(kāi)的，過(guò)快的開(kāi)通會(huì)使電流集中于門極區(qū)，導(dǎo)致器件局部過(guò)熱損壞。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)考慮到晶閘管的電流上升率di/dt應(yīng)低于器件允許的通態(tài)電流臨界上升率。強(qiáng)觸發(fā)可以提高器件承受di/dt的能力

38、。圖3-2晶閘管的動(dòng)態(tài)特性3.關(guān)斷特性當(dāng)給處于正向?qū)顟B(tài)的晶閘管外加反向電壓時(shí)，陽(yáng)極電流逐步衰減到零，并反向流動(dòng)達(dá)到最大值/心，然后衰減到零，晶閘管經(jīng)過(guò)時(shí)間I后恢復(fù)其反向阻斷能力。由于載流子復(fù)合過(guò)程較慢，晶閘管要再經(jīng)過(guò)正向阻斷恢復(fù)時(shí)間L之后才能安全的承受正向阻斷電壓。普通晶閘管的關(guān)斷時(shí)間約為幾百微妙。關(guān)斷時(shí)間取決于結(jié)溫、陽(yáng)極電流、陽(yáng)極電流上升率di/dt,反向電壓和陽(yáng)極電壓，陽(yáng)壓上升率du/dt。4.斷態(tài)電壓臨界上升率du/dt當(dāng)在阻斷的晶閘管陽(yáng)極一陰極間施加的電壓具有正向的上升率，則由于結(jié)電容C的存在，會(huì)產(chǎn)生位移電流i=Cdu/dt而引起晶閘管的誤觸發(fā)導(dǎo)通。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)采用吸收電路的措施

39、，使加于晶閘管上的斷態(tài)電壓臨界上升率應(yīng)該小于器件允許的斷態(tài)電壓臨界上升率值。門極正向伏安特性如圖3-3所示，可以分為可靠觸發(fā)區(qū)、不可靠觸發(fā)區(qū)和不觸發(fā)區(qū)等三個(gè)區(qū)域，門極特性中的最大和最小兩條曲線反映該器件在整個(gè)工作范圍內(nèi)可能出現(xiàn)的最大阻抗和最小阻抗，門極阻抗隨門極電流上升率的增大而增大。利用門極特性曲線設(shè)計(jì)晶閘管觸發(fā)器時(shí)，使其兩個(gè)穩(wěn)定輸出狀態(tài)落入不可靠觸發(fā)區(qū)和可靠觸發(fā)區(qū)內(nèi)，觸發(fā)器輸出負(fù)載線與特性曲線的交點(diǎn)(A,B,C,D,E,J,K、I點(diǎn))確定了在晶閘管開(kāi)通延遲時(shí)間內(nèi)流入門極所需的最小電流(E，J點(diǎn))和在運(yùn)行中觸發(fā)器可能輸出的最大電流(1、K點(diǎn)）。圖3-3門極正向伏安特性圖4.額定電壓斷態(tài)重復(fù)峰

40、值電壓斷態(tài)重復(fù)峰值電壓是在門極斷路而結(jié)溫為額定值時(shí)允許重復(fù)加在器件上的正向峰值電壓。反向重復(fù)峰值電壓反向重復(fù)峰值電壓是在門極斷路而結(jié)溫為額定值時(shí),允許重復(fù)加在器件上的反向峰值電壓。(3)通態(tài)（峰值）電壓這是晶閘管通以某一規(guī)定倍數(shù)的額定通態(tài)平均電流時(shí)的瞬態(tài)峰值電壓。5.電流變化率和電壓變化率如果通過(guò)晶閘管的實(shí)際電流的變化率超過(guò)其限制，或晶閘管兩端電壓的實(shí)際變化率超過(guò)其限制，都將導(dǎo)致晶閘管被擊穿。3.2晶閘管串并聯(lián)技術(shù)及其參數(shù)的計(jì)算用于配電網(wǎng)的TSC或TCR的額定電壓大于單個(gè)晶閘管的額定電壓值，可以將晶閘管串聯(lián)起來(lái)以滿足電壓要求。晶閘管串聯(lián)技術(shù)兩個(gè)反極性晶閘管并聯(lián)構(gòu)成晶閘管級(jí)，由多個(gè)晶閘管級(jí)串聯(lián)起

41、來(lái)稱為晶閘管串，作為幵關(guān)單元晶閘管串承受最大兩倍的峰值線電壓。對(duì)于lOkV的配電線路的SVC并聯(lián)電容器采用三角形連接，每相晶閘管串承受的最大電壓為28.3kV。晶閘管靜態(tài)截止時(shí)，由于其漏電流不同，其漏電阻也不同，使晶閘管的端電壓分布不均勻，造成靜態(tài)均壓?jiǎn)栴}。晶閘管在關(guān)斷和開(kāi)通的過(guò)程中也存在動(dòng)態(tài)均壓?jiǎn)栴}。各晶閘管反相恢復(fù)電荷不同，其關(guān)斷時(shí)間也不同。關(guān)斷電荷少，關(guān)斷時(shí)間短。先關(guān)斷的晶閘管會(huì)承擔(dān)外加電源電壓，造成動(dòng)態(tài)電壓不均。各晶閘管的開(kāi)通時(shí)間不一致，即使同時(shí)觸發(fā)，開(kāi)關(guān)時(shí)間短的元件先導(dǎo)通，于是全部正向電壓都由其余尚未導(dǎo)通的晶閘管承擔(dān)，如果動(dòng)態(tài)均壓不良?？墒蛊渲心骋痪чl管的正向電壓超過(guò)轉(zhuǎn)折電壓，造成硬

42、性轉(zhuǎn)折，對(duì)元件是一種損傷。所以每個(gè)晶閘管的性能和參數(shù)盡可能完全相同。兩個(gè)以上晶閘管級(jí)串聯(lián)運(yùn)行可以提高整體的工作電壓，但需要解決靜態(tài)和動(dòng)態(tài)均壓?jiǎn)栴}。串聯(lián)運(yùn)行電壓分配不均的因素主要有：1靜態(tài)伏安特性對(duì)靜態(tài)電壓的影響；2關(guān)斷電荷和開(kāi)通時(shí)間等動(dòng)態(tài)特性對(duì)均壓的影響；3雜散電容對(duì)均壓的影響。在選擇晶閘管元件時(shí)，盡量選擇性能、參數(shù)完全一致的元件，采用強(qiáng)觸發(fā)脈沖、光纖傳輸觸發(fā)信號(hào)可以減小開(kāi)通時(shí)間上的差異，可以有效改善開(kāi)通過(guò)程中的動(dòng)態(tài)均壓?jiǎn)栴}。若選擇晶閘管閥兩端電壓為零時(shí)觸發(fā)晶閘管，則不會(huì)出現(xiàn)開(kāi)通過(guò)壓?jiǎn)栴}。圖3-4晶閘管閥主電路多個(gè)晶閘管級(jí)串聯(lián)后將電氣和機(jī)械部件結(jié)合，包括所有連接線、輔件和機(jī)械結(jié)構(gòu)，可與SVC的

43、每一相的電抗器或電容器串聯(lián)構(gòu)成晶閘管閥。TSC開(kāi)關(guān)電路晶閘管閥每相一組的主電路如圖3-4所示。為避免晶閘管承受過(guò)電壓或過(guò)電流應(yīng)采取保護(hù)措施。晶閘管元件過(guò)電流保護(hù)方法中常用的是快速熔斷器，當(dāng)電路出現(xiàn)過(guò)電流時(shí)，在晶閘管元件發(fā)生熱擊穿之前，快速熔斷器迅速熔斷，達(dá)到保護(hù)晶閘管的目的。惡劣誤觸發(fā)帶來(lái)千安級(jí)的沖擊電流，閥兩端可能出現(xiàn)4倍峰值電壓，在閥兩端并聯(lián)避雷器，限制過(guò)電壓的同時(shí)可旁路部分沖擊電流，有效限制di/dt値。大電流流過(guò)晶閘管閥時(shí)，將會(huì)使元件發(fā)熱，若不能將元件結(jié)溫控制在規(guī)定的范圍內(nèi)，可能導(dǎo)致元件的擊穿。晶閘管元件的通流水平在很大程度上與能否保持元件的結(jié)溫有關(guān)，當(dāng)晶閘管額定容量不大時(shí)，可在元件上

44、加裝散熱器或采取強(qiáng)制風(fēng)冷的冷卻方式，對(duì)于大容量的晶閘管閥采用油冷或采用低電導(dǎo)率水膠混合液冷卻方式。3.3晶閘管投切電容器主電路的接線分析無(wú)功補(bǔ)償裝置的主電路是指電容器組和晶閘管開(kāi)關(guān)及其附件構(gòu)成的與電網(wǎng)直接連接的部分電路。三相電容有兩種連接形式：Y接線和接線。電容器為Y接時(shí)，晶閘管開(kāi)關(guān)和每相電容串聯(lián)接入電網(wǎng)，組成無(wú)功補(bǔ)償?shù)闹麟娐?。電容器接時(shí)，晶閘管開(kāi)關(guān)可以在內(nèi)控制和外控制。接只適用于三相共補(bǔ)電路，如果三相電路負(fù)荷不平衡、三相功率因數(shù)和電流差異較大，TSC主電路只能采用Y接法，以滿足分項(xiàng)補(bǔ)償?shù)囊蟆D3-5 TSC常見(jiàn)主電路接線方式TSC常見(jiàn)主電路A接線方式如圖3-5所示。采用接線方式見(jiàn)圖3-5(

45、a)，晶閘管電壓定額可以降低，但電流定額增大。電容器電壓降低會(huì)提高單位價(jià)格，同時(shí)投入時(shí)會(huì)產(chǎn)生短時(shí)不平衡中線電流。若采用無(wú)中線的接法，電容器組可以選擇某一三相電容器。由于沒(méi)有中線的電位固定作用晶閘管可能承受過(guò)大電壓，在相同容量的情況下，流過(guò)晶閘管的電流也較大。.接線角內(nèi)控制方式見(jiàn)圖3-5(b),晶閘管截止時(shí)承受最大反向電壓是兩倍線電壓的VI，但電容器的耐壓降低。接線角外控制方式見(jiàn)圖3-5(c)，與圖3-5(b)相比晶閘管的耐壓有所降低，但電容器的耐壓將升高。TSC采用厶接線方式具有一定優(yōu)勢(shì)：1可以降低晶閘管閥的電流容量；2電容器電壓沒(méi)有中性點(diǎn)引起的電壓漂移；3避免中線電流。若釆用Y連接，晶閘管中

46、的電流是A接的力倍，而且投切過(guò)程中可能有較大的中線電流，將產(chǎn)生較大的電壓漂移，影響投入時(shí)的準(zhǔn)確角度，可能產(chǎn)生投切沖擊電流。電網(wǎng)的無(wú)功補(bǔ)償主回路都采用晶閘管作為三相電子開(kāi)關(guān)，這種電路使用晶閘管元件數(shù)量較多，相應(yīng)的觸發(fā)電路也多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，投資大。若每個(gè)晶閘管級(jí)采用一只晶閘管和一只二極管反并聯(lián)構(gòu)成三相電子幵關(guān)即“3+3”電路結(jié)構(gòu)可較少晶閘管的數(shù)量，這種電路的特點(diǎn)是每次切除電容器時(shí)，電容器的殘壓總是保持電源的峰值電壓，這樣晶閘管重投時(shí)，只要脈沖序列從系統(tǒng)電壓峰值開(kāi)始觸發(fā)就可以保證平穩(wěn)過(guò)渡。其缺點(diǎn)是第一次送電時(shí)仍會(huì)發(fā)生電流沖擊。圖3-6 優(yōu)化經(jīng)濟(jì)型主電路結(jié)構(gòu)為了降低成本，人們研究出了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、

47、使用元件少的TSC投切開(kāi)關(guān)的主電路結(jié)構(gòu)。在圖3-6所示主電路中，圖(a)用2只晶閘管和1只二極管組成主電路電子開(kāi)關(guān)，稱為”2+1”電路，圖（b)和圖（c)分別用2只晶閘管和2只二極管構(gòu)成主電路電子開(kāi)關(guān)，稱為“2+2”電路?！?+1”電路結(jié)構(gòu)是電容器組接成星型，星點(diǎn)處用1只晶閘管和1只二極管接成三角型。工作時(shí)，電路通過(guò)二極管給兩相電容器預(yù)充電至一半的峰值線電壓，在電源線電壓負(fù)、正峰值時(shí)觸發(fā)晶閘管，在任意時(shí)刻均有兩只管子導(dǎo)通，每只管子導(dǎo)通角為240°。三個(gè)元件的關(guān)斷時(shí)間不同，關(guān)斷時(shí)元件端電壓也不同，二極管為3倍的線電壓，2只晶閘管分別為3.5倍或2倍的線電壓?！?+2”電路是在三相電源的

48、兩相上分別用1只晶閘管和1只二極管反并聯(lián)連接組成三相開(kāi)關(guān)電路，電容器組接成三角型也可以接成星形。該電路的工作原理與“2+1”電路相似。一相晶閘管和二極管承受3.5倍電源線電壓，另一相承受3倍線電壓。晶閘管重投時(shí)，需要考慮電容器的殘壓，系統(tǒng)電壓與電容器殘壓相等時(shí)刻（允許有小差值），就是晶閘管投入的觸發(fā)時(shí)刻。由于電容器兩端的電壓不能突變，當(dāng)系統(tǒng)電壓與電容器殘壓的差值較大時(shí)，觸發(fā)晶閘管會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊電流，將損壞晶閘管。增大串聯(lián)電抗器可以降低沖擊電流，或選擇大的晶閘管。這需要增加投資。為了確定觸發(fā)的合適時(shí)刻，可選擇脈沖序列作為晶閘管的觸發(fā)信號(hào)。無(wú)論電容器殘壓有多高，它總是小于系統(tǒng)電壓幅值，在一周期中

49、，晶閘管總有處于零壓或反壓的時(shí)刻。選擇晶閘管承受反壓的時(shí)刻作為觸發(fā)脈沖序列的開(kāi)始時(shí)刻，這樣晶閘管由反壓轉(zhuǎn)為正向偏置時(shí)就自動(dòng)進(jìn)入平穩(wěn)導(dǎo)通狀態(tài)。3.4晶閘管觸發(fā)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)近些年，晶閘管投切補(bǔ)償電容器裝置（TSC)較好的解決了用接觸器投切無(wú)功補(bǔ)償電容器裝置存在的問(wèn)題。由于晶閘管是無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，其使用壽命可以很長(zhǎng)，而且晶閘管的投入時(shí)刻可以精確控制，能做到快速無(wú)沖擊的將補(bǔ)償電容接入電網(wǎng)，大大降低了對(duì)電網(wǎng)的沖擊，保護(hù)了補(bǔ)償電容器。所以其得到了廣泛的應(yīng)用。無(wú)功補(bǔ)償裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無(wú)功補(bǔ)償裝置硬件結(jié)構(gòu)如圖3-7所示，從三相母線上引出電壓信號(hào)和電流信號(hào)接入控制裝置，其中引入的電壓信號(hào)需要先經(jīng)過(guò)變壓器進(jìn)行調(diào)壓進(jìn)入

50、控制裝置后，由控制裝置對(duì)輸入的電壓信號(hào)和電流信號(hào)進(jìn)行采集、控制、通信等任務(wù)，而后輸入到晶閘管控制電路觸發(fā)脈沖到可控硅，以有效地控制可控硅及時(shí)、準(zhǔn)確地進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償?？刂蒲b置的系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖3-8所示，輸入進(jìn)的電壓信號(hào)和電流信號(hào)將分別流進(jìn)電壓采集前置電路和電流采集前置電路，以完成系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集任務(wù)，具體地說(shuō)就是采集傳感器輸出的模擬信號(hào)并轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，然后送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算和處理,得出所需的數(shù)據(jù)。電壓采集前置電路和電流采集前置電路唯一的不同就是電流采集前置電路需要先經(jīng)過(guò)電流變電壓電路完成電流到電壓的轉(zhuǎn)變。再進(jìn)入A/D采樣最后輸入進(jìn)計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理后，輸出到以上

51、的晶閘管控制電路。圖3-7系統(tǒng)硬件控制圖圖3-8無(wú)功補(bǔ)償控制電路結(jié)構(gòu)圖晶閘管觸發(fā)電路的作用是產(chǎn)生符合要求的門極觸發(fā)脈沖，保證晶閘管在需要的時(shí)刻由阻斷轉(zhuǎn)為導(dǎo)通。觸發(fā)脈沖的參數(shù)包括脈沖電壓和脈沖電流，設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)考慮脈沖的陡度和后沿波形，脈沖的相序和相角以及與主電路的同步關(guān)系，同時(shí)還應(yīng)考慮門控電路與主電路的絕緣隔離問(wèn)題和抗干擾、防止誤觸發(fā)問(wèn)題。由于晶閘管是半控器件，導(dǎo)通后觸發(fā)脈沖失去控制作用，為了減小損耗，多采用單脈沖或脈沖序列。晶閘管觸發(fā)脈沖和觸發(fā)電路應(yīng)滿足以下要求：1.觸發(fā)脈沖的寬度應(yīng)保證晶閘管可靠導(dǎo)通。觸發(fā)脈沖的寬度應(yīng)能保證陽(yáng)極電流上升到大于擎住電流。由于晶閘管的開(kāi)通過(guò)程只有幾微秒，若觸發(fā)電流

52、小于擎住電流，幾微秒后觸發(fā)脈沖消失時(shí)晶閘管不能維持導(dǎo)通而關(guān)斷，因此對(duì)脈沖寬度有一定要求。2.觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的幅度，觸發(fā)電路所提供的觸發(fā)電壓和觸發(fā)電流的幅度應(yīng)大于產(chǎn)品目錄所提供的可觸發(fā)電壓和可觸發(fā)電流，從而保證晶閘管可靠觸發(fā)，但不得超過(guò)規(guī)定的門極最大允許觸發(fā)電壓和最大允許觸發(fā)電流，實(shí)際觸發(fā)電流可整定為3-5倍的額定觸發(fā)電流。3.觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的輸出功率，并能方便獲得多個(gè)輸出脈沖。每相中多個(gè)脈沖的前沿陡度不要相差太大。為了獲得足夠的觸發(fā)功率，在控制電路中通常需要功率放大電路。4.觸發(fā)脈沖形式的要求：（1)晶閘管觸發(fā)電路必須保證加在晶閘管門極上是一個(gè)對(duì)陰極為正的觸發(fā)脈沖。（2)觸發(fā)脈沖的寬度可以

53、調(diào)制，以便得到寬脈沖、窄脈沖或脈沖序列等。也可采用對(duì)寬脈沖進(jìn)行高頻調(diào)制，得到脈沖序列。（3)觸發(fā)脈沖應(yīng)與主電路同步，觸發(fā)信號(hào)與電源電壓保持固定的相位關(guān)系，避免導(dǎo)通時(shí)的沖擊。（4)觸發(fā)脈沖的移相范圍應(yīng)滿足主電路的要求。5觸發(fā)電路應(yīng)有良好的抗干擾能力、溫度的穩(wěn)定性及與主電路的電氣隔離。晶閘管的誤導(dǎo)通往往是由于干擾信號(hào)進(jìn)入門極電路引起的，因此需要在觸發(fā)電路中采取屏蔽等抗干擾措施，以防止誤觸發(fā)。晶閘管觸發(fā)方式的分析根據(jù)控制系統(tǒng)的投切命令，選擇合適的時(shí)刻產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，驅(qū)動(dòng)晶閘管導(dǎo)通。晶閘管的驅(qū)動(dòng)對(duì)控制補(bǔ)償支路投入時(shí)的涌流起著關(guān)鍵作用，若觸發(fā)時(shí)機(jī)不當(dāng)，會(huì)產(chǎn)生接近支路本身固有頻率的涌流，這個(gè)涌流對(duì)裝置本身的

54、元件以及用電設(shè)備的正常運(yùn)行產(chǎn)生不良影響，頻繁投切時(shí)可能造成元件的燒毀。若電容器投入電網(wǎng)時(shí)的殘壓與晶閘管導(dǎo)通時(shí)的電網(wǎng)電壓相差較大，由于電容器的端電壓投入前后不能突變而產(chǎn)生很大的沖擊電流，很可能損壞晶閘管或給電網(wǎng)帶來(lái)高頻沖擊。要使電容器投入時(shí)不引起涌流沖擊，必須選準(zhǔn)晶閘管觸發(fā)的理想時(shí)刻，即保證晶閘管導(dǎo)通時(shí)電網(wǎng)電壓與電容器殘壓大小相等、極性一致。晶閘管端電壓過(guò)零觸發(fā)方式電容器殘壓的不確定性使晶閘管電壓不能根據(jù)電網(wǎng)電壓來(lái)計(jì)算，可采用檢測(cè)晶閘管兩端電壓過(guò)零時(shí)刻驅(qū)動(dòng)晶閘管。原理圖見(jiàn)圖3-9。晶闡管兩端的電壓相等（電位差為零)即確定電網(wǎng)電壓與電容器殘壓相等時(shí)，觸發(fā)晶閘管。圖3-9 零電壓觸發(fā)原理框圖在圖3-

55、9中，晶閘管兩端電壓經(jīng)電阻降壓后送入光電耦合器，交流電壓瞬時(shí)值與電容器相等時(shí)晶閘管上的電壓為零，零電壓檢測(cè)電路輸出一脈沖，與投切指令相與后啟動(dòng)觸發(fā)電路，觸發(fā)相應(yīng)晶閘管?？紤]到濾波電抗器的影響，以及電容器對(duì)系統(tǒng)電壓的影響，晶閘管端電壓可能存在沒(méi)有零點(diǎn)的情況，在這種情況下，選擇晶閘管端電壓最接近零時(shí)刻驅(qū)動(dòng)晶閘管。檢測(cè)晶閘管端電壓過(guò)零信號(hào)電路設(shè)計(jì)繁瑣，在高壓裝置中實(shí)現(xiàn)困難，對(duì)10kV無(wú)功補(bǔ)償晶閘管觸發(fā)電路不建議采用此種方法。電網(wǎng)峰值電壓觸發(fā)方式晶閘管在電網(wǎng)電壓的正或負(fù)峰值時(shí)觸發(fā)導(dǎo)通投切電容器組。晶閘管觸發(fā)同步電路輸入信號(hào)取自電網(wǎng)電壓信號(hào)，經(jīng)同步變壓器降壓后，電阻限流驅(qū)動(dòng)光電耦合器，提供同步信號(hào)。這種

56、方式信號(hào)隔離，系統(tǒng)可靠性高，動(dòng)作速度快。但對(duì)觸發(fā)電路有嚴(yán)格的相序要求，應(yīng)設(shè)計(jì)相序錯(cuò)電路功能，當(dāng)錯(cuò)誤觸發(fā)時(shí)，晶閘管有很大沖擊電流，能引起電網(wǎng)電壓畸變，瞬間相序破壞，用此功能閉鎖晶閘管，保護(hù)主電路。電網(wǎng)峰值電壓觸發(fā)方式，采樣回路中宜設(shè)計(jì)濾波功能，濾除電路諧波，提高出發(fā)時(shí)刻的準(zhǔn)確性。該種觸發(fā)方式結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但調(diào)試安全，運(yùn)行直觀可靠。3.5晶閘管觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)及仿真晶閘管觸發(fā)電路的結(jié)構(gòu)主要有同步電路、移相電路、脈沖產(chǎn)生電路及功率放大電路構(gòu)成。其結(jié)構(gòu)框圖如圖3-10所示。圖3-10晶閘管觸發(fā)電路的結(jié)構(gòu)框圖同步電路的功能是保證觸發(fā)脈沖每次產(chǎn)生的時(shí)刻，都能準(zhǔn)確地對(duì)應(yīng)主電路電壓波形的某一時(shí)刻如電壓過(guò)零時(shí)刻或峰值

57、電壓時(shí)刻等。即保證觸發(fā)脈沖和主電路電壓同步。通常采用的方法是將主電路的電壓信號(hào)直接引入或通過(guò)同步變壓器或經(jīng)過(guò)阻容移相電路引入作為觸發(fā)同步信號(hào)。移相控制電路的功能是調(diào)節(jié)觸發(fā)脈沖發(fā)生的時(shí)刻（即調(diào)節(jié)控制角的大小），常用鋸齒波與給定信號(hào)電壓比較進(jìn)行移相控制。脈沖產(chǎn)生電路是觸發(fā)電路的核心，功能是產(chǎn)生一定功率（一定幅值和脈寬）的脈沖信號(hào)。常用的有單結(jié)晶體管自激振蕩電路、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路和集成觸發(fā)電路等。若觸發(fā)驅(qū)動(dòng)的晶閘管的容量較大，則要求觸發(fā)脈沖有較大的輸出功率。若產(chǎn)生脈沖的功率不夠大，則要增加脈沖功率放大環(huán)節(jié)。通常采用由復(fù)合管組成的射極輸出器進(jìn)行功率放大或采用強(qiáng)功率觸發(fā)脈沖電源。同步信號(hào)檢測(cè)電路圖3-11同步信號(hào)檢測(cè)電路同步信號(hào)是無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)的時(shí)基，所有計(jì)算都依賴該信號(hào)來(lái)對(duì)時(shí)一旦同步出錯(cuò)，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行就會(huì)出錯(cuò)。同步信號(hào)的功能是提供電網(wǎng)基波相位參考，提供晶閘管觸發(fā)角的相位參考，起定時(shí)作用。如圖3-11所示由電網(wǎng)檢測(cè)到的同步電壓信號(hào)經(jīng)同步變壓器降壓后經(jīng)過(guò)帶通電路濾波，由LM158構(gòu)成的放大器轉(zhuǎn)換成方波信號(hào)，由電容進(jìn)行微分，再由TVD限幅，經(jīng)過(guò)放大電路的整形，二極管的選向最后由非門輸出信號(hào)。555定時(shí)器是