电能质量控制技术之晶闸管投切电容器TSC资料.ppt

1、可控硅投切电容器(TSC ) (电力系统基波无功分相动态补偿技术)，报告人：刘会金武汉大学电气工程学院，研究背景，1大量非线性随机电源(分布式电源)连接主网以风力、太阳能等可再生能源为一次能源的分布式发电系统的输出是不可控的， 具有间歇性和随机波动的两大量非线性随机负载接入电网在电力机车、逆变器、电弧炉等大功率非线性随机负载接入电网中使供电系统的功率质量(如电压波形、反相、功率因数和电压暂降等)恶化。 3大量接入电子负载对电力系统中的功率质量敏感性负载容易受到电压瞬态、掉落、瞬时中断和其他干扰的影响。 例如，(1)PLC:在工业生产中，PLC的一部分对电压的暂时下降非常敏感；(2)可调速装置：

2、电压暂时下降可能引起可调速驱动装置的跳闸，研究背景，将4低压配电网基波无功补偿问题交流接触器作为电力电容器的投切促动器， 接通时冲击电流大，切除时产生过电压，自身接触器消耗或焊接，噪声大，且投切时间长。 在控制环节几乎不能满足分相、分级、快速及跟踪补偿的要求。 5解决问题的思路基于上述问题，低压配电网应采用动态补偿。 以可控硅为致动器，通过工业计算机控制，跟踪检测负载的无功电流或无功功率，分离多级电容器组。 补偿效果快，准确，安全，清洁，易于控制。 与静态无功发生器(SVG )相比，简单、可靠、成本低。 闸流管投切电容器(TSC )、闸流管投切电容器(thyristor-switched ca

3、pacitor，TSC )、1 TSC主电路主电路设定修正除了满足分相、分级和快速补偿的要求外，还应该考虑并联电容器群的投入冲击电流的限制和高次谐波的抑制等问题(2)将三相电力电容器连接为星形，以满足分相补偿的要求；(3)星形连接的电容器组中的每个相电容器按照二进制1248的关系分为四组，以便提高静态补偿精度。 (3)可控硅作为开关元件满足快速补偿的要求，另外作为无触点开关，可以快速导通断开，没有电弧和噪声等现象，安全可靠，寿命长。 限制并联电容器组的接通冲击电流，抑制高次谐波。图1的TSC的主电路结构示意图、TSC接通时最小冲击电流的控制方法、图2串联电感元件的晶闸管投切电容器的单相电路、图

4、3 L、c串联电路的复频域模型、根据KVL的电路方程式为、(1)、拉普拉斯逆变换电容器的初始电压应用复频域分析法，为l c串联电路的复频域模型如图3、(3)那样，在晶闸管导通之前，电容器由二极管充电至电源电压的正峰值，满足预充电条件，因此在电源电压的正峰值时导通电容器(即在电压90度角的时刻导通) 在电源电压的正峰值时接通电容器(即，控制成在电压90度角的时刻接通)，在晶闸管电流(即，电容器电流)为0时切断。 与电容器的投切无关，其电流为零，不会发生电流冲击。 波形图如图4所示。 可控硅投切电容器的情况下，为了使过渡过程为零，图4的可控硅投切电容器波形图，在此是电容器投切定时电容器切断的定时即

5、可控硅触发脉冲。基于、TSC补偿的高次谐波的放大及其抑制对策，电容器组的高次谐波电感和系统等效高次谐波电感相等谐振，基于电容器的高次谐波电流放大的基本原理和等效电路：图5原理接线，图6高次谐波等效电路， 设置高次谐波源h次高次谐波的情况下，在与电容器高次谐波电流放大同时产生的情况下，高次谐波电流被大幅放大。、是分别将电容器、电抗器及主系统的基波电抗作为基值的系统电抗率及电抗率。 电容器和主系统的高次谐波电流和高次谐波电压为、(4)、(5)、(6)、(1)高次谐波电流放大率曲线，电容器装置的高次谐波电流放大率和系统高次谐波电流放大率为两者并联连接时的高次谐波电流和各自的高次谐波源电流之比。 (7

6、)、不加电阻的情况下的倍率用式(6)求出，以比计：、图7-9表示为相对于注入的3、5、电容器的额定电压、与母线额定电压的关系，母线的短路容量为：电容器输出的实际的无功功率为： 图7 k=0时的高次谐波电流放大曲线、图8 k=6%时的高次谐波电流放大曲线、产生图9k=的并联谐振的是、(10 )，得到第一临界点的修正公式是、(11 )，得到第二临界点的修正公式是、(12 )，其值如下述表2所示，是表1的特征点的值如果电抗器串联连接至电容器电路并且选择电抗值使得电容器电路在最低次谐波频率处呈现电感，则可以消除谐波放大现象。 因此，串联电抗器的电抗值应该取、(13 )、考虑到电抗器和电容器的制造误差而

7、取、(14 )，现在，国内并联电容器中配置的电抗器的电抗率主要是0.5%、4.5%， 如果具有6这4种类型的基波的电感采用电容电感的4.5%或6%的串联电抗器，则能够抑制5次以上的高次谐波电流，如果基波电感采用电容电感的12%的串联电抗器，则能够抑制3次以上的高次谐波电流控制器的原理、控制器的设定、修正必须考虑检测量的检测方法简单、快速、满足跟踪补偿的要求，并且还要考虑可控硅的可靠触发、抗干扰、装置锁定等问题，提高装置的可靠性。 1硬件电路图，电容器组的投切控制包括工业PC机、I/O模块(数量包括收集模块A/D板、光电隔离数包括输入模块IDI板、光电隔离数包括输出模块IDO板、串行通信模块)、

8、采样电路和选通管触发电路组成的工业控制控制器采用工业PC机，硬件和软件丰富，通信功能强，电磁兼容性好，提高了无功补偿装置的可靠性，缩短了研制周期，并与其他自动控制系统联网，可实现无功补偿系统化控制电压电流采样电路和I/O模块的连接如图10所示。 触发电路与主电路及I/O模块的连接如图11所示。图10的电压、电流采样电路与I/O模块的连接图、图11的触发电路与主电路及I/O模块的连接图、实验结果及其电容器是自闭式低压并联电容器BZMJ0.4-5-1(C99.5F， tg0.0012 )、电源电压220V、频率50Hz、晶闸管的控制角90、电源电压和晶闸管触发脉冲通过数字跟踪示波器观测到的波形如图

9、12所示。电容器旁路分别串联连接电抗率k0、k6%和k13%的空芯电抗器时，用数字跟踪示波器观测电源电压u和电容器电流I由发射器变换后的交流信号，同时对u和I进行同步采样。 u和I的波形图如图13所示。 主要高次谐波(相对值)和总高次谐波失真率如表2和表3所示。 图12是晶闸管触发信号和同步信号波形图，图13是电压u和电流I波形图，表2是网格电压的主要高次谐波电压值(相对值)，注：是电压总高次谐波失真率。 (1)由于晶闸管在导通前电容器通过大功率二极管被预充电至电源电压的正峰值，因此只要晶闸管控制角为90时接通电容器，冲击电流小则母线电压不会发生紊乱，有利于延长电容器寿命表3电流主高次谐波值(

10、相对值)、注：为电流总高次谐波失真率。 (2)当高次谐波电流注入系统时，高次谐波电流因栅极阻抗而产生高次谐波电压，使电源电压产生失真。 在电容器分支路径的串联电阻抗率k0的情况下，如果串联连接电流波形较大失真、总高次谐波失真率较大的电阻抗器，则除了电容器的分支路径与系统的并联谐振(k6%的情况以外，在能够对5次以上的高次谐波进行失调的k13%的情况下，对3次以上的高次谐波进行失调因为电抗器的电感随着频率的上升而增大，所以有抑制高次谐波电流的作用，电容器旁路的高次谐波电流减少，波形显着改善，总失真率降低。 复杂电力系统无功功率、谐波、负相综合管理系统、电能质量综合管理系统原理框图、系统构成框图、

11、电力系统无功功率、谐波、负相综合管理系统有源部并联型有源电力滤波器(APF )、有源部装置侧视图与内视图、电力系统无功功率、谐波有源电力滤波器的主电路连接示意图三相三线制并联型有源滤波器、并联型有源滤波器、iF完全控制、有源滤波器电流补偿、电力系统无功功率、谐波、负相综合管理系统无源部分晶闸管投切电容器(TSC )。 控制器配置框图、控制器中的每个装置功能、数据交换装置CY7C007V、可编程逻辑装置EPM7128S、A/D转换芯片ADS7864、双DSP配置中的控制器：TMS320F2407、TMS320VC33 人机接口电路rabbii VC33负责数据采集和PWM脉冲宽度校正计算F240

12、7负责PWM发生、IGBT保护、继电器的开关控制。 Rabbit 2000控制人机界面上的键盘扫描和液晶显示。 VC33和F2407通过双端口RAM交换数据，F2407和Rabbit 2000通过串行通信联系。 软件的设定修订主要通过c语言和汇编语言的混合编程方法实现。 系统的工作过程和要求大致如下： (1)post，如果没有错误，在液晶显示器上显示自测通过，操作员按照显示器上的操作提示闭合开关，开始直流电压的整流充电，达到稳定的规定值(2)VC33将AD 实时校正的补偿分量被转换为PWM值，经由DRAM传送到F2407，并且F2407实时输出PWM信号，以实现失真电流的补偿。、VC33主程序流程图及各中断子程序流程图。 VC33主要是与A/D进行校正运算，将F2407所需的数据放置在DRAM区域，随时可以获得的、F2407主程序流程图和各中断子程序流程图。 F2407数字系统主要实现数据采集(包括负载电流、补偿电流、直流母线电压、两个串联支撑电容之间的电压差)和电流跟踪的数字控制。主要技术指标和测试结果表明，号码指标(残奥仪表)名称应达到的数值(量) 1补偿电容300KVA 2补偿的高次谐波次数25次以下3对干扰的响应时间常数25ms 4功率因数补偿后