TCC高壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置TCC介紹

新型動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置———晶閘管控制電容（TCC）無(wú)功補(bǔ)償裝置

簡(jiǎn)介

李民族CompanyLogo一、TCC裝置研發(fā)背景無(wú)功補(bǔ)償裝置也是無(wú)功電源，擔(dān)當(dāng)起供給電力系統(tǒng)大量無(wú)功的重任。實(shí)質(zhì)上它是電力系統(tǒng)廣泛應(yīng)用的一次調(diào)節(jié)控制裝置。它不僅可實(shí)現(xiàn)三相或單相無(wú)功平衡，還可實(shí)現(xiàn)三相間無(wú)功和有功的任意分配，因而實(shí)現(xiàn)“負(fù)載對(duì)稱”和“電源對(duì)稱”；它不僅實(shí)現(xiàn)無(wú)功“Q”的平衡還可實(shí)現(xiàn)“瞬時(shí)無(wú)功功率”平衡，進(jìn)行“諧波補(bǔ)償”和“過(guò)電壓抑制”；串補(bǔ)裝置還可調(diào)節(jié)控制線路元件的阻抗參數(shù)或者產(chǎn)生附加的串聯(lián)電勢(shì)。

傳統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償裝置--機(jī)械開(kāi)關(guān)投切電容器組（MSC）根本不能完成上述重任。近十年來(lái)國(guó)內(nèi)研制發(fā)展并正在推廣應(yīng)用多種基于晶閘管控制的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置。例如TCR+FC、TSC、MCR+MSC、SVG等。它們響應(yīng)速度快，能快速頻繁調(diào)節(jié)，對(duì)電力系統(tǒng)的調(diào)節(jié)控制起到了十分顯著的作用。所謂動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償就是指能快速頻繁調(diào)節(jié)能跟隨負(fù)荷變化補(bǔ)償。CompanyLogo一、TCC裝置研發(fā)背景

但這些動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置均存在一定的問(wèn)題。大都產(chǎn)生高次諧波，為解決此問(wèn)題，有的回路多，組成設(shè)備多；有的結(jié)構(gòu)復(fù)雜；有的損耗大，因而它們的造價(jià)都比較貴，特別靜止無(wú)功發(fā)生器SVG，

它們還有一個(gè)最大缺點(diǎn)，作為調(diào)節(jié)元件晶閘管都直接承受接入母線的網(wǎng)絡(luò)電壓或2倍網(wǎng)絡(luò)電壓，不僅增加了裝置成本，而且裝置能直接接入的工作母線電壓均受到一定限制（目前最高35KV），也影響了對(duì)電力系統(tǒng)的調(diào)節(jié)控制效果。在貴州省市科技部門的支持下，貴州中泉電氣集團(tuán)有限公司和貴州大學(xué)聯(lián)合研制的高壓晶閘管控制電容無(wú)功補(bǔ)償裝置（TCC型，TCC——Thyristor

ControllCapacitor）為解決上述問(wèn)題提供了一個(gè)有效途徑。CompanyLogo

二、TCC裝置原理、特點(diǎn)及技術(shù)性能1、原理

TCC裝置也稱晶閘管串聯(lián)調(diào)壓電容無(wú)功補(bǔ)償裝置，。原理接線見(jiàn)圖1，通過(guò)晶閘管開(kāi)關(guān)裝置TV改變輔助變壓器TB變比K，從而改變TB二次繞組所產(chǎn)生的附加電勢(shì)，進(jìn)而改變電容器C的端電壓和裝置發(fā)出的無(wú)功，據(jù)分析推證，裝置發(fā)出的無(wú)功：式中，UC—電網(wǎng)母線電壓，XC—電容器組容抗。圖1TCC裝置原理接線圖CompanyLogo

二、TCC裝置原理、特點(diǎn)及技術(shù)性能圖26～35KVTCC裝置一次結(jié)線2、TCC裝置一次結(jié)線。圖2所示TCC裝置接入系統(tǒng)的主結(jié)線，實(shí)線框內(nèi)為裝置的一次結(jié)線。圖中：QF——主開(kāi)關(guān)，裝置投入切除（包括故障切除）用；TB——為輔助變壓器，產(chǎn)生不同變比的二次調(diào)節(jié)繞組電勢(shì)；C——主電容，電容無(wú)功產(chǎn)生元件；L——限流電感，抑制高次諧波進(jìn)入電容，同時(shí)改善裝置換級(jí)時(shí)的晶閘管電流波形；TV——晶閘管開(kāi)關(guān)裝置，調(diào)節(jié)TB二次繞組電勢(shì)；F2——氧化鋅壓敏電阻，QH——旁路開(kāi)關(guān)。F2和QH綜合構(gòu)成TV裝置的斷態(tài)過(guò)電壓保護(hù)。裝置采用三角形接法，優(yōu)點(diǎn)有二：a）便于三相獨(dú)立控制，可實(shí)現(xiàn)三相非對(duì)稱補(bǔ)償；c）防止電網(wǎng)三次諧波進(jìn)入電容，對(duì)電網(wǎng)三次諧波不放大；CompanyLogo

二、TCC裝置原理、特點(diǎn)及技術(shù)性能

圖3AB相TV具體結(jié)線CompanyLogo

二、TCC裝置原理、特點(diǎn)及技術(shù)性能圖4改進(jìn)CKY裝置三相結(jié)線CompanyLogo

3、TCC裝置特點(diǎn)：

TCC裝置具有其他動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置所具有的快速性和頻繁調(diào)節(jié)性，但較之于國(guó)內(nèi)其他動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置具有如下特點(diǎn)：1）對(duì)電網(wǎng)不產(chǎn)高次諧波；不需要濾波回路，對(duì)于容性補(bǔ)償（大多數(shù)）不需要TCR或MCR來(lái)調(diào)節(jié)；只有一組電容器，回路少，組成設(shè)備少；2）TCC裝置采用串聯(lián)調(diào)節(jié)原理，通過(guò)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)（輔助變壓器、晶閘管開(kāi)關(guān)裝置）的容量只是補(bǔ)償裝置容量的三分之一。故所需輔助變壓器的容量只及TCR或MCR容量的三分之一。晶閘管的裝設(shè)容量和TCR差不多（發(fā)展產(chǎn)品更少），但運(yùn)行容量只及TCR晶閘管運(yùn)行容量的一半。

二、TCC裝置原理、特點(diǎn)及技術(shù)性能CompanyLogo

二、TCC裝置原理、特點(diǎn)及技術(shù)性能

3）TCC裝置組成設(shè)備少，容量更小，這不僅減少了投資，還減少了設(shè)備損耗。又加之晶閘管運(yùn)行容量小，又是過(guò)零觸發(fā)，觸發(fā)損耗小。所以TCC裝置比國(guó)內(nèi)通用的TCR+FC型、MCR+MSC型等動(dòng)補(bǔ)裝置損耗小。

4）TCC裝置的最大特點(diǎn)是晶閘管工作電壓低，最高僅為接入母線電壓的24％，繼續(xù)研發(fā)后能低成本地直接接入110KV甚至220KV母線，更顯示出優(yōu)越的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能。晶閘管工作電壓低，對(duì)于10～35kV級(jí)晶閘管串聯(lián)少，降低了對(duì)觸發(fā)控制要求，這為降低晶閘管開(kāi)關(guān)裝置成本，縮小它的占地面積提供了極大的可能性。

TCC裝置的上述特點(diǎn)使它具有較國(guó)內(nèi)同類技術(shù)性能的動(dòng)補(bǔ)裝置難以超越的很高的性價(jià)比。CompanyLogo三、在10KV電壓運(yùn)行水平下的基本特性測(cè)試1、穩(wěn)態(tài)參數(shù)的測(cè)試：

a）當(dāng)負(fù)荷不變時(shí)，手動(dòng)調(diào)節(jié)從1級(jí)逐級(jí)升到7級(jí)，測(cè)試記錄了母線電壓變化如表2所示。由表2看出，本裝置的電壓調(diào)節(jié)范圍為8.6%表2三相母線線電壓變化（KV）級(jí)號(hào)0123467

Uab9.9710.3310.510.6010.7210.8610.96由表2看出，本裝置的電壓調(diào)節(jié)范圍為9.9%,基本滿足設(shè)計(jì)要求。

b）當(dāng)系統(tǒng)電壓U=9.77～10.4KV范圍內(nèi)，手動(dòng)調(diào)節(jié)從1級(jí)逐級(jí)升到7級(jí)，測(cè)試記錄了裝置各級(jí)穩(wěn)態(tài)參數(shù)，如表3所示。CompanyLogo三、在10KV電壓運(yùn)行下的基本特性測(cè)試級(jí)數(shù)

電容電壓（KV）晶閘管電流(A)輔變一次電流（A）補(bǔ)償電流（A）補(bǔ)償無(wú)功（千乏）補(bǔ)償無(wú)功%13.653.091.92.033.1425.954.952.234.475.4537.646.362.07.1123.048.947.341.869.51160.459.417.891.3410.6183.3610.69.030.6713.1229.7711.710.20.3415.7271.8表3TCC裝置各級(jí)穩(wěn)態(tài)參數(shù)

CompanyLogo三、在10KV電壓運(yùn)行下的基本特性測(cè)試

一級(jí)

二級(jí)

三級(jí)

四級(jí)

五級(jí)

六級(jí)

圖5各級(jí)晶閘管電流的穩(wěn)態(tài)波形

七級(jí)圖5各級(jí)晶閘管電流的穩(wěn)態(tài)波形CompanyLogo三、在10KV電壓運(yùn)行下的基本特性測(cè)試圖6各級(jí)補(bǔ)償電流的穩(wěn)態(tài)波形一級(jí)二級(jí)三級(jí)四級(jí)五級(jí)六級(jí)七級(jí)級(jí)級(jí)圖6各級(jí)補(bǔ)償電流的穩(wěn)態(tài)波形CompanyLogo三、在10KV電壓運(yùn)行下的基本特性測(cè)試圖8輸入電網(wǎng)的補(bǔ)償電流各換級(jí)暫態(tài)波形

1→3級(jí)

3→5級(jí)

5→7級(jí)

7→5級(jí)

1→4級(jí)

4→7級(jí)

4→1級(jí)

7→4級(jí)

1→7級(jí)

7→1級(jí)圖8輸入電網(wǎng)的補(bǔ)償電流各換級(jí)暫態(tài)波形CompanyLogo四、在10KV電壓運(yùn)行下的基本調(diào)節(jié)功能測(cè)試1、由于工作量大，我們?cè)O(shè)計(jì)只實(shí)現(xiàn)了下列基本自動(dòng)調(diào)節(jié)功能：1）自動(dòng)調(diào)節(jié)接入母線電壓；2）自動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)線cosφ；3）自動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)線無(wú)功；上述任一個(gè)被控量調(diào)節(jié)時(shí)，其他被控量不受約束，至于其他調(diào)節(jié)功能，以后根據(jù)用戶需要，容易實(shí)現(xiàn)。2、上述基本功能調(diào)節(jié)時(shí)限可根據(jù)需要任意整定，最小時(shí)限可每隔60ms判別調(diào)節(jié)一次。本試驗(yàn)時(shí)，整定150ms定值判別一次，一旦進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，100ms調(diào)節(jié)一次。3、上述基本功能試驗(yàn)結(jié)果。電壓調(diào)節(jié)精度可達(dá)1.5%UN，cosφ調(diào)節(jié)范圍可達(dá)0.94～0.99。4、本裝置，設(shè)計(jì)有調(diào)節(jié)曲線輸出顯示，但因今天才能調(diào)試好，故不能看到調(diào)節(jié)過(guò)程的曲線。CompanyLogo

五、TCC裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)和系列產(chǎn)品開(kāi)發(fā)1、TCC裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)我們將從以下幾方面努力，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高裝置運(yùn)行可靠性，降低成本。

1）自己完全獨(dú)立進(jìn)行10～35kV晶閘管開(kāi)關(guān)裝置（包括光電觸發(fā)系統(tǒng)）的設(shè)計(jì)制作調(diào)試；2)改變晶閘管開(kāi)關(guān)裝置結(jié)線，可將晶閘管需要量比現(xiàn)在約減少60%，大幅降低成本，縮小體積。3）充分發(fā)揮TCC裝置晶閘管工作電壓低的優(yōu)勢(shì)，對(duì)于串聯(lián)數(shù)不多的10～

35kV級(jí)TCC裝置，其晶閘管采用自觸發(fā)電路，取消光電觸發(fā)系統(tǒng)，不僅降低了成本，還提高了裝置運(yùn)行的可靠性；

4）采用自觸發(fā)電路的晶閘管開(kāi)關(guān)裝置，不存在微電子電路板，元件單一，就有條件采用油冷卻，即把晶閘管開(kāi)關(guān)裝置放在油箱內(nèi)冷卻，取消晶閘管的水冷或風(fēng)冷散熱元件，大大縮小晶閘管開(kāi)關(guān)裝置的體積；

以上優(yōu)化方法，試驗(yàn)成功實(shí)現(xiàn)后，將把TCC裝置的元部件成本比真空斷路器投切電容器組降低20%左右，也就可能把肉價(jià)變成豆腐價(jià)。且占地面積將減少一半。

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五、TCC裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)和系列產(chǎn)品開(kāi)發(fā)

2、在提高10~35kV裝置可靠性，降低裝置成本的基礎(chǔ)上進(jìn)行下列系列產(chǎn)品開(kāi)發(fā)：

1）改進(jìn)控制算法，使TCC裝置具有非對(duì)稱補(bǔ)償功能和抑制電壓閃變功能，使TCC裝置進(jìn)入冶煉行業(yè)應(yīng)用；2）根據(jù)不同行業(yè)諧波補(bǔ)償?shù)男枰?，?duì)TCC裝置L、C參數(shù)進(jìn)行不同配置使之具有不同的諧波補(bǔ)償功能；

3）對(duì)TCC裝置的一次系統(tǒng)和控制算法進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，研發(fā)專用于鐵道電氣的TCC裝置；

4）研發(fā)試制110kV級(jí)或220kV級(jí)的TCC裝置系列產(chǎn)品為TCC裝置進(jìn)入220～500kV系統(tǒng)做準(zhǔn)備。CompanyLogo六、我們的幾點(diǎn)體會(huì)：

我們團(tuán)隊(duì)連我一起共5人，由電力系統(tǒng)專業(yè)、電子技術(shù)專業(yè)、計(jì)算機(jī)測(cè)控專業(yè)聯(lián)合組成。從2005年起，從事國(guó)家基金項(xiàng)目TCSCAC應(yīng)用基礎(chǔ)研究，繼而進(jìn)行TCC裝置的研發(fā)到現(xiàn)在進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用，一直團(tuán)結(jié)戰(zhàn)斗到現(xiàn)在。這兩個(gè)項(xiàng)目應(yīng)該說(shuō)都完成得好，我們有下列體會(huì)：1）研究課題立項(xiàng)不僅要具有創(chuàng)新性，更要抓住解決國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重大技術(shù)問(wèn)題，要具有重大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)意義。2）具有重大技術(shù)經(jīng)濟(jì)意義的課題，必然是多學(xué)科知識(shí)、實(shí)現(xiàn)技術(shù)的高度集成。我們的兩個(gè)課題項(xiàng)目，高度集中了電力系統(tǒng)知識(shí)，電路原理、電機(jī)學(xué)、電力電子、微電子、計(jì)算機(jī)知識(shí)。單靠一二個(gè)人是難以完成的。3）承擔(dān)這種課題的成員，特別是主要成員，必須有深厚的基礎(chǔ)理論知識(shí)和較豐富的實(shí)踐技