变阻抗型静止无功补偿器汇编.docx
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变阻抗型静止无功补偿器汇编
第五章变阻抗型静止无功补偿器
5.1概述
类型:
(1)并联电容器
(2)并联饱和电抗器(SR)
(3)晶闸管控制/投切电抗器(TCR/TSR)
(3)晶闸管投切电抗器(TSC)
(4)静止无功补偿器(SVC)
统称为变阻抗型静止无功补偿器
按投切方式:
(1)机械开关的投切:
并联电容器,并联饱和电抗器(SR),归为不可控变阻抗型静止无功补偿器。
(2)晶闸管控制/投切:
TCR/TSR,TSC,SVC,归为可控变阻抗型静止无功补偿器。
5.2并联电容补偿
连接方式:
单相,三相星形,三相三角形;
主要参数:
产品型号;额定电压,额定容量,额定频率,额定电容,额定电流,外形尺寸。
缺点:
电压低时,输出的无功变小,电压高时,输出的无功变大;
使用方法:
(1)与有载调压变压器配合使用;
(2)分组,按照需求投入或切除。
考虑容量及耐压,将电容器进行串并联,m组并联,n台串联电容器组的总电容量为:
(5.2.1)
应用的有关问题:
(1)容量的选择及其配置
(2)断路器的选择
(3)串联电抗器,用于抑制高次谐波,限制合闸涌流,故障电流和操作过电压;
分析:
进入电容器的谐波电流(以下的n为次谐波电流):
(5.2.2)
进入系统的谐波电流:
(5.2.3)
对应的谐波电压为:
(5.2.4)
定义并联电容器谐波电流放大系数:
(5.2.5)
定义系统电容器谐波电流放大系数:
(5.2.6)
当分子部分为零:
对应并联电容支路串联谐振点,谐振谐波次数为:
(4.3.7)
其中:
为电抗率
在该点,谐波电流全部进入补偿装置,不注入系统。
当分母部分为零时,对应补偿系统的并联谐振点,谐振的谐波次数为
(5.2.8)
并联谐振点处于电容支路的容性频带内,
(5.2.9)
理论上,并联谐振点处,谐波电流和谐波电压无限大,实际上由于存在电阻,为一有限大的值。
当:
(5.2.10)
对应的谐波次数:
(5.2.11)
使系统谐波电流放大二倍,既:
(5.2.12)
该点为电容器谐波电流的起始放大点,称为第一临界点。
当
(5.2.13)
对应的谐波次数:
(5.2.14)
使电容支路谐波电流放大二倍既:
(5.2.15)
电容器谐波和系统谐波电流均放大的频率范围为:
(5.2.16)
此事谐波环流
(5.2.17)
并联谐振点为以极端放大点,
电容器谐波电流放大,系统谐波电流不放大的频率范围为:
(5.2.18)
此时谐振环流
(5.2.19)
系统谐波电流放大,电容器谐波电流不放大的频率范围为:
(5.2.20)
此时谐振环流
(5.2.21)
系统谐波电流、电容器谐波电流均不放大的频率范围为:
(5.2.22)
相应的谐波环流为0.
串联电抗器后,会造成电容器端电压升高,设母线电压为,则电容器电压为:
(5.2.23)
5.3并联饱和电抗器(SR)
(1)自饱和电抗器
利用铁芯的饱和特性使感性无功功率随端电压的的升降而增减。
C:
固定电容器组;:
自饱和电抗器;:
斜率校正电容。
电压上升,感性电流增加,该电流在上产生压降,维持系统电压不变;
电压下降,感性电流减小,该电流在上产生升压,维持系统电压不变;
优点:
反应速度快,10~20ms
缺点:
硅钢片处于饱和状态,铁芯损耗大,有震动和噪声。
(2)可控饱和电抗器
通过改变饱和电抗器控制绕组中电流的大小,改变电抗器铁芯的工作点磁通密度,从而改变绕组的电感值及相应的无功功率,适应母线电压较大的情况。
优点和缺点同上。
SR在6~10ms起作用,震荡阻尼回路参数合适,几个周期可以达到稳定。
SR在抑制电压闪变方面比TCR好。
5.4晶闸管控制的电抗器(TCR)
(TCR:
ThyristorControlledReactor)
导通:
在每个正负半周后1/4周波,触发晶闸管导通,用触发延迟角表示。
:
感性电流最大;
:
电抗器不投入运行。
可以连续调节电抗器电流
分析
设母线电压为标准余弦信号:
(5.4.24)
正半波时:
(5.4.25)
其中:
基波电抗为:
,当时,由于电流下降到0,晶闸管自动关断。
负半波时:
(5.4.26)
或
(5.4.26)
通过控制触发延迟角,可以控制支路上的电流连续变化,
时取得最大值;
时取最小值。
对支路电流进行分解,可以得到基波分量的幅值。
(5.4.27)
采用导通角表示
(5.4.28)
(5.4.29)
TCR的基波等值电纳为:
(5.4.30)
或
(5.4.31)
因此TCR的电纳连续可控,最小值为0:
最大值为:
运行特性:
TCR:
运行特性为一个区域;
TSR(ThyristorSwitchedReactior):
按一个固定延迟角触发,通常为触发。
可以采用多个TSR并联分级控制
谐波分析与抑制:
(5.4.32)
图中谐波已乘10陪,谐波主要为3,5,7,9,11,13等次谐波,它们的最大值出现在不同的导通角。
表:
TCR正常运行时特征谐波电流的最大值及导通角
谐波次数
3
5
7
9
11
13
15
17
谐波幅值
0.1378
0.0545
0.0257
0.0156
0.0105
0.0078
0.0027
0.0022
导通角
120
108
102
100
98
96
95
95
TCR正常运行时产生大量的谐波注入电网,必须采取措施将这些谐波消除或减弱,有以下几种方法。
一、多脉冲TCR
(1)6脉冲TCR
将三个单相TCR按照三角形方式连接,用6组触发脉冲控制晶闸管的开通,故称为6脉冲TCR。
如果各相参数一致,三相电压平衡,
6脉冲TCR特征谐波为:
(2)12脉冲TCR
假设三相对称,电压比为:
第一组a相TCR与第二组a相TCR电压幅值相同,相位滞后30度,各个TCR触发角度相同,,,基波形状相同,相位滞后30度,,n次谐波相位滞后,以a相为例:
(5.4.33)
一次电流
(5.4.34)
当:
时,即去了5,7,17,19次谐波。
由于6脉冲三角形联结TCR中不含3,9,15,等0次谐波,
所以12脉冲TCR特征谐波为:
二、并联TCR的顺序控制
例如:
四组TCR并联,参数一致,保留一组,其余为或关断。
三、并联滤波器
无源滤波器
有源滤波器
5.5晶闸管控制的高阻抗变压器(TCT)
TCT(ThyristorControlledTransformator)是一种特殊类型的TCR,它利用高阻抗变压器代替电抗器与晶闸管串联构成。
其特点如下:
(1)漏抗取为:
33~100%;
(2)一般采用星形-三角形联结,以降低绝缘要求,三角形联结可以消除3次谐波;
(3)这种装置实际上是将常规的TCR中的耦合变压器和电抗器和二为一,基本原理与TCR相同,同样需要固定的电容支路提供固定的容性无功并兼作滤波;
(4)由于高阻抗变压器的二次电压取值较低,1000V左右,在单个晶闸管的工作电压以内,主电路和门电路变得简单,安装容易在中小型的SVC中得到广泛应用(日本此类结构有一半以上);
(5)当容量进一步增大时,由于变压器二次电流增大,其经济性变差,加上大电流引起的干扰和损耗问题,变得不适用。
5.6晶闸管投切电容器(TSC)
5.6.1自动投切电容器
(1)断路器/接触器投切电容器
(2)晶闸管投切电容器(Thyristor-SwitchCapactor,TSC)
5.6.2TSC原理
L作用:
限流电抗器,阻值很小,限流晶闸管误操作引起的浪涌电流,与电容器参数配合避免与交流系统在某些特定频率上发生谐振。
假设TSC投入并进入运行稳定状态。
假设母线为标准正弦信号:
(5.6.35)
忽略晶闸管导通压降:
(5.6.36)
:
为LC电路自然频率与工频之比
电容器上的电压幅值为:
(5.6.37)
电容电流过零时晶闸管自然关断:
5.6.3TSC投入的暂态分析
设母线为正弦信号:
,晶闸管为理想开关,用拉氏变换表示TSC支路的电压方程:
(5.6.38)
分别为端电压和端电流的拉氏变换,以晶闸管首次被触发时刻为计算时间的起点,对应的电压波形中的角度是,经过简单的变换处理和逆变换得到电容上的瞬时电流为:
(5.6.39)
式中:
为电路自然频率;
为电容的基波电纳;
:
电流基波分量的幅值。
上式中后面两项为电流的震荡分量,其频率为自然频率,实际上由于支路电阻会逐渐衰减为0,如果希望没有过渡过程,必须同时满足两个条件:
(1)自然换相条件:
(2)零电压切换条件:
条件
(1)(为系统电压最大时触发晶闸管)是自然换相条件,
条件
(2)要求电容器已预充到是零电压切换条件,
一般采用假定电容器两端已预充到系统峰(谷)值电压,从电源电压峰(谷)值开通晶闸管投入电容器组。
实际上:
(1)如果没有预充电装置,切除时间较长时,电压实际为零,故会发生电流冲击;
(2)即使切除时间较短,由于放电,电容电压会放电,达不到最好的效果。
5.7静止无功补偿器(SVC)(第6次课结束点)
5.7.1概述
静止无功补偿器实际上是一种组合装置,
各种类型并联补偿装置的特性比较
SVC类型
SR
TCR
TCT
TSC
无功输出
连续
连续
连续
级差
响应时间
大约10ms
大约10ms
大约10ms
大约20ms
分相调节
不可以
可以
可以
可以
自身谐波含量
小
有
有
有
噪声
大
较小
稍大
很小
损耗率
0.7~1%
0.5~0.7%
0.7~1%
0.3~0.5%
控制灵活性
差
好
好
好
限制过压能力
很好
依靠设计
依靠设计
无
运行维护
简单
复杂
较复杂
较复杂
SVC是目前应用最多,最成熟的并联补偿设备,也是一类较早得到应用的FACTS控制器。
静止无功补偿器包括:
并联电抗器和电容器,可调/可控电抗器或可调/可控电容器。
以下是几种常见方式的SVC
5.7.2固定电容-晶闸管控制电抗型无功补偿(FC-TCRSVC)
1.原理
2.基本控制原理
原理上包括4个模块:
(1)TCR基波电流(电抗)参考计算,根据装置的无功电流(或功率)需求,计算其中的TCR基波电流(或功率或电抗)参考值;
(2)触发延迟角计算:
a:
模拟电路方法;b:
数字查表方法;c:
微处理器方法;
(3)同步定时:
向脉冲控制提供同步基准信号,它与输入交流电压频率相同;
(4)晶闸管触发脉冲发生器:
根据触发延迟角计算结果,产生晶闸管触发门极触发脉冲。
3.外特性
(1)外特性曲线如下图:
(3)动态特性
由于采用触发延迟控制,实际输出的无功电流或容抗值将滞后于参考输入,可以近似将FC-TCR的动态相应曲线用传递函数表示:
(5.7.39)
(5.7.40)
对于单相,响应时间的最大值为半个周波,;
对于三相三角形联结TCR(6脉冲TCR),在平衡条件下,增加感性无功电流为T/6,减少无功电流为T/3,造成这种情况的原因是晶闸管导通可控而关断不可控。
5.7.3晶闸管投切电容-晶闸管控制电抗型无功补偿器(TSC-TCRSVC)
1.原理
n条TSC支路;m条TCR支路。
图
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