無功補(bǔ)償裝置的工作原理及應(yīng)用

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1、源洪I臺TSC以及2個(gè)無§需要設(shè)置TCRTSCITSC2濾波器圖1TCR+TSC型svc基木拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)TCR的工作原理是通過控制與相控電抗器連接的反并聯(lián)品閘管對的移相觸發(fā)脈沖來改變電抗器等效電納的大小，從而輸出連續(xù)可變的無功功率。圖1小兩個(gè)晶閘管分別按照單相半波交流開關(guān)運(yùn)行，通過改變控制角Q可以改變電感中通過的電流。a的計(jì)量以電壓過零點(diǎn)為基準(zhǔn)，a在90°?180°Z間可部分導(dǎo)通，導(dǎo)通角增大則電流基波分量減小，等價(jià)于用增大電抗器的電抗來減小基波無功功率。導(dǎo)通角在90°?180°Z間連續(xù)調(diào)節(jié)時(shí)電流也從額定到0連續(xù)變化

2、，TCR提供的補(bǔ)償電流屮含冇諧波分量。TSC的工作原理是根據(jù)負(fù)載感性無功功率的變化通過反并聯(lián)晶閘管對來切除或者投入電容器。這里，晶閘管只是作為投切開關(guān)，而不像TCR中的晶閘管起相控作用。在實(shí)際系統(tǒng)中，每個(gè)電容器組都要串聯(lián)一個(gè)阻尼電抗器，以降低非正常運(yùn)行狀態(tài)下產(chǎn)生的對晶閘管的沖擊電流值，同時(shí)避免與系統(tǒng)產(chǎn)生諧振。用晶閘管投切電容器組時(shí)，通常選取系統(tǒng)電壓峰值時(shí)或者過零點(diǎn)時(shí)作為投切動(dòng)作的必耍條件。由于TSC屮的電容器只是在兩個(gè)極端的電流值Z間切換，因此它不會(huì)產(chǎn)生諧波，但它對無功功率的補(bǔ)償是階躍的。TCR和TSC組合后的

3、運(yùn)行原理為：當(dāng)系統(tǒng)電壓低于設(shè)定的運(yùn)行電壓時(shí)，根據(jù)需耍補(bǔ)償?shù)臒o功量投入適當(dāng)組數(shù)的電容器組，并略冇一點(diǎn)正偏差（過補(bǔ)償），此時(shí)再利用TCR調(diào)節(jié)輸出的感性無功功率來抵消這部分過補(bǔ)償容性無功；當(dāng)系統(tǒng)電壓高于設(shè)定電壓時(shí)，則切除所有電容器組，只留有TCR運(yùn)行。圖2給出了該控制方式下穩(wěn)定系統(tǒng)電壓時(shí)采用的控制框圖，控制器所需信號為系統(tǒng)線電壓和線電流。如果用于補(bǔ)償系統(tǒng)無功功率或校止系統(tǒng)功率因數(shù)，只需將電壓設(shè)定值改為相應(yīng)的無功設(shè)定值或功率因數(shù)設(shè)定值即可。控制規(guī)律采用可變參數(shù)的PI調(diào)節(jié)器，圖2svc而向系統(tǒng)平衡策略控制框圖svc應(yīng)用于

4、電力系統(tǒng)屮對系統(tǒng)產(chǎn)生的影響有：①增強(qiáng)系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。svc安裝于中長距離輸電線路中點(diǎn)可以改善系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性，其P-5特性曲線給故障后電機(jī)捉供的減速而積和暫態(tài)裕量比沒冇補(bǔ)償?shù)那闆r下要大。②冇力的支持系統(tǒng)電壓，防止電圧崩潰。系統(tǒng)發(fā)生故障或者負(fù)荷電流（尤其是無功電流）急劇增高的I舜間，svc能夠?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行憐時(shí)無功補(bǔ)償來支撐電壓以抑制電壓崩潰的趨勢。③冇效的阻尼系統(tǒng)振蕩。TCR可以用極高的速度平滑地調(diào)節(jié)無功和電壓，具有調(diào)制狀態(tài)工作的可能。它可以在一個(gè)與工頻50HZ不同的頻率下作適當(dāng)浮動(dòng)，如杲浮動(dòng)與系統(tǒng)搖擺或振蕩頻率

5、相同而相位相反，就可以增大系統(tǒng)的阻尼而抑制振蕩。④補(bǔ)償不平衡負(fù)荷。負(fù)荷不平衡時(shí)，svc不平衡控制策略可以補(bǔ)償系統(tǒng)使供電電流變成三相平衡，能夠使單相負(fù)荷變成三相平衡負(fù)荷而沒有無功分量。⑤抑制負(fù)荷側(cè)電壓波動(dòng)和閃變，校止功率因數(shù)。svc也冇英自身的弱點(diǎn)，它是阻抗型補(bǔ)償，隨著電壓的降低其無功輸出也會(huì)與電壓成平方關(guān)系降低，若采用基于電壓源逆變器的STATCOM將會(huì)取得更好的效果。3.2STATC0M的工作原理及在電網(wǎng)屮應(yīng)用我國首次研制成功的土20MVARSTATC0M的總體構(gòu)成框圖見圖3。它主要由直流電壓源（通常以直流電

6、容代替）、基于GTO的逆變器和連接變壓器3部分組成。以二極管構(gòu)成的整流橋從交流系統(tǒng)吸取少量冇功功率對直流電容C充電，保持其電壓穩(wěn)定?？刂破鞲鶕?jù)電網(wǎng)無功變化情況，通過6個(gè)全控型開關(guān)器件構(gòu)成的三相逆變器向系統(tǒng)輸入感性或容性無功。STATCOM向系統(tǒng)注入的無功Q為/式屮，VS為系統(tǒng)電壓；RS為逆變橋等效電阻；§為SVG輸出電壓與VS的夾角。由公式可知，通過調(diào)節(jié)5的大小，就可以控制STATCOM注入系統(tǒng)的無功功率。由于RS很小，所以調(diào)節(jié)范圍非常大。如果多臺STATCOM并聯(lián)移相輸出，則既可圖3±20MVARSTATC0

7、M總體構(gòu)成框圖TATCOM在控制策略上與svc的區(qū)別在于：在svc裝置屮，由外閉環(huán)調(diào)節(jié)器輸出的控制信號用作svc等效電納的參考值，以此信號來控制svc調(diào)節(jié)到所需的等效電納。而在STATCOM屮，外閉環(huán)調(diào)節(jié)器輸出的控制信號則被視為補(bǔ)償器應(yīng)產(chǎn)生的無功電流（或無功功率）的參考值，然后由參考值調(diào)節(jié)STATCOM來產(chǎn)生所需無功電流。其具體控制方法可分為間接控制和直接控制兩大類，STATCOM采用電流宜接控制方法的響應(yīng)速度和控制精度比間接控制法冇很大的捉高。STATCOM在輸電系統(tǒng)111的作為無功補(bǔ)償裝置用時(shí)，除具有svc

8、的所有良好性能外,運(yùn)行范圍更寬，且輸出無功電流不受系統(tǒng)電壓影響。采用多重化技術(shù)的STATCOM,諧波含量少，不需耍濾波器，能夠冇力的捉高系統(tǒng)的暫態(tài)性能。3.3STATCOM及svc應(yīng)用于輸電網(wǎng)的仿真研究STATCOM和svc應(yīng)用于大規(guī)模輸電網(wǎng)中以加強(qiáng)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償、改善電網(wǎng)末端或大負(fù)荷中心電壓穩(wěn)定性以及作為直流輸電無功控制設(shè)備，已經(jīng)做了大量的研究工作。近年來，由于經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國形成