晶闸管投切电容器动态无功补偿技术

利用单相晶闸管投切电容器实现无功补偿无功补偿是为了改善电力系统的功率因数而进行的一种措施。

而利用单相晶闸管投切电容器实现无功补偿，是一种常见的方式。

本文将从晶闸管的工作原理、电容器的作用、无功补偿的意义等方面详细介绍利用单相晶闸管投切电容器实现无功补偿的方法和原理。

首先，我们来了解一下单相晶闸管的工作原理。

晶闸管是一种控制型的半导体器件，其具有单向导电性和双向控制性。

晶闸管有三个电极：阳极（Anode）、阴极（Cathode）和控制极（Gate）。

当阳极电压大于一定的阀值电压时，控制极的电压加大，通过二极管型场效应晶体管的放大，从而控制晶闸管导通或截止。

其次，电容器在电力系统中有很多作用，其中之一就是进行无功补偿。

电容器可以存储和释放电能，具有快速响应的特性。

当电力系统中存在感性负载时，容易产生感性无功功率，导致功率因数降低。

而电容器具有负载电流超前于负载电压的特点，可以提供感性无功功率，从而达到补偿功率因数的效果。

然后，我们来了解一下无功补偿的意义。

功率因数是电力系统中衡量有功功率和视在功率之间关系的参数。

当功率因数低于1时，电网中会产生大量的感性无功功率，不仅浪费了电力资源，还会降低电力系统的稳定性和供电质量。

因此，进行无功补偿可以提高功率因数，减少电网中的无功功率，提高电力系统的效率和稳定性。

接下来，我们来详细说明利用单相晶闸管投切电容器实现无功补偿的方法和原理。

当电网中存在感性负载时，我们可以通过投切电容器的方式进行无功补偿。

具体步骤如下：1.测量电网的功率因数。

使用功率因数测量仪测量电网的功率因数，得到实际的功率因数值。

2.计算所需补偿容量。

根据实际功率因数和目标功率因数之间的差值，计算出所需的补偿容量。

3.选择合适的电容器。

根据所需补偿容量和电压等级，选择合适的电容器进行无功补偿。

4.控制晶闸管的导通和截止。

通过改变晶闸管的工作方式，实现电容器的导通和截止，从而实现无功补偿。

5.监测补偿效果。

绪论电网中电力设备大多是根据电磁感应原理工作的，它们在能量转换过程中建立交变磁场，在一个周期内吸收的功率和释放的功率相等。

电源能量在通过纯电感或纯电容电路时并没有能量消耗，仅在用电负荷和电源之间往复交换，由于这种交换功率不对外做功，因此称为无功功率。

无功功率反映了内部与外部往返交换能量的情况，它并不像有功功率那样表示单位时间所做的平均功率，但是它和有功功率一样是维护电力系统稳定，保证电能质量和安全运行必不可少的。

如果电网中的无功功率不足，致使用电设备没有足够的无功功率来建立和维持正常的电磁场，就会造成设备的端电压下降，不能保证电力设备在额定的技术参数下工作，从而影响用电设备的正常工作。

具体表现在以下三方面：（1）降低有功功率，使电力系统内的电气设备容量不能得到充分利用。

在额定电压和额定电流下，由P=UIcosφ，若功率因数降低，则有功功率随之降低，是设备容量不能充分利用。

（2）增加输、配线电路中的有功功率和电能损耗。

设备功率因数降低，在线路输送同样有功功率时，线路中就会流过更多的电流，是线路中的有功功率损耗增加。

（3）是线路的电压损失增加。

使负载端的电压下降，有时甚至低于允许值，从而严重影响电动机及其他用电设备的正常运行。

特别是在用电高峰季节，功率因数太低，会出现大面积的电压偏低。

基于上述情况，在电力系统中经常要进行无功补偿。

无功补偿的主要作用就是提高功率因数以减少设备容量和功率损耗、稳定电压和提高供电质量，在长距离输电中提高系统输电稳定性和输电能力以及平衡三相负载的有功功率和无功功率。

安装并联电容器进行无功补偿，可限制无功功率在电网中传输，相应减小了线路的电压损耗，提高了配电网的电压质量。

无功补偿应根据分级就地和便于调整电压的原则进行配置。

集中补偿和分散补偿相结合，以分散补偿为主；高压补偿与低压补偿相结合，以低压补偿为主；调压与降损相结合；并且与配电网建设改造工程同步规划、设计、施工、同步投运。

动态无功补偿装置的优化在电力系统中常用的无功补偿装置主要有机械投切电容器装置、晶闸管投切电容器装置、晶闸管控制电抗器与固定电容器以及静止无功发生器。

它们有的调节电容有级差；有的属于间接调节电容，经济效益相对较差；还有的控制器设计复杂，成本昂贵。

因此，现在提出一种新的电力电容器调容方法，应用PWM控制原理，采用并联电容器连续调容，克服分组投切电容器时电容有极差的缺点，更有利于电力系统进行动态无功功率补偿。

1、PWM技术原理PWM连续调节电容的原理如图1 所示，其中电阻R和电感L是线路的电感和阻尼电阻，pulse1和pulse2是PWM发生器产生的二脉波PWM脉冲，控制k1和k2的开关来投切C1和C2。

图1 PWM 连续调节电容原理k1和k2互补动作，pulse1的宽度为Δt1，pulse2的宽度为Δt2，Δt1与Δt2之和Δt保持恒定，Δt1与Δt的比值为pulse1的占空k。

根据PWM控制面积等效原理，即冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果即环节的输出响应波形基本相同。

在Δt1时间内投入的电容C1与在Δt时间内投入的等效电容C 对整个电路的作用效果相同，在1个脉冲周期Δt1和Δt2时间内分别投入C1和C2，与在Δt 时间内投入等效电容C对整个电路的作用效果相同。

调节脉冲占空比k可调节投入电路的等效电容，理论推导如下：当Δt很小时，由于电感L的存在使得流过电容C1和C2的瞬时电流与流过电感的瞬时电流值相等设为I，在Δt时间内k1导通，根据等面积原理在Δt1内流过C1的等效电流为I1=I·Δt1Δt ；C1两端电压大小为U1= I1棕C1；流过C2的等效电流为I2=I·Δt2Δt ；C2两端电压大小为U2= I2棕C2；则等效电容C两端的电压为U0=U1·Δt1Δt +U2·Δt2Δt 。

整理得C= C1C2(C1+C2)K2- 2C1K1+C1。

改善功率因数提高电力效能-----晶闸管动态无功补偿宣导资料-----目录1.改善功率因数提高电力效能2.晶闸管动态无功补偿电容柜样机元件表单3.晶闸管动态无功补偿技术要求4.晶闸管动态无功补偿元件性能参数5.晶闸管动态无功补偿接线原理6.晶闸管动态无功补偿电容柜介绍7.晶闸管动态无功补偿简易问答改善功率因数 提高电力效能-----简明宣导资料-----随着现代经济的日益高速发展以及人民生活水平的不断提高，各行各业包括社会家庭对电能的需求量迅速增加，各地每年都因为电力缺口而不得不采取一些避高峰、错高峰等让电措施，甚至停电。

在当地有限的电网资源范围内，特别是在国家强调节能的大前提、大背景下，如何科学合理地利用电能，减少无功消耗，提高功率因数，保证能源的充分利用，提高系统的供电效率，无疑是当前乃至今后一个长期的节能课题。

本宣导资料就提高功率因数的意义以及晶闸管无触点动态无功补偿的好处做一个粗入简出的介绍，就节能工作与大家共勉。

理论上的电网负荷无外乎三种性质，电阻性、电感性和电容性。

电网提供电源容量为视在功率KVA ；电阻性负载吸收消耗的是有功功率KW ；电感性和电容性负载吸收消耗的是无功功率KVAR ，分为电感性无功KVARL 和电容性无功KVARC 两种。

只是由于矢量相角的关系，电感性和电容性的相角相反，电感性滞后电阻性90度角，而电容性超前电阻性90度角，他们是可以互相抵消的矢量。

事实上，在现实生活工作的电网电器应用中，没有理想的纯电阻性元件或负荷，也很少有容性负荷，绝大多属于含有电感性和电阻性的负荷，如电动机、变压器、、电弧炉等，这些含电感性的设备在运行过程中其需要向电力系统吸收有功功率，做真正需要的有用功。

同时其感性部分吸收无功功率，这部分功率是无用的。

平时人们所言的无功功率一般指的是感性产生的感性无功。

确定的负荷做同样的有效功率，伴生的无功越大则需要更大的电网容量来提供能量，相反电网需量则小；等量的电网容量，做的无功大了，势必是有功少了。

TSC动态无功补偿研究摘要：随着我国经济的迅速发展，交流电弧炉等不平衡、冲击性工业用电设备日益增多，由此产生了功率因数低、三相电压和电流不平衡等诸多电能质量问题。

TSC(Thyristor Switched Capacitor)又称晶闸管投切电容器，对综合解决上述电能质量问题有良好的效果，设计具有快速响应的、稳定性好的静止无功补偿器具有十分重要的意义。

关键词：TSC三相不平衡补偿无功功率是电力系统一种不可缺少的功率。

大量的感性负荷和电网中的无功功率损耗，要求系统提供足够的无功功率，否则电网电压将下降，电能质量得不到保证。

同时，无功功率的不合理分配，也将造成线损增加，降低电力系统运行的经济性。

提高系统稳定性和抑止系统电压波动及闪变已引起国内外学术界和工程界的高度关注，成为电工技术学科研究的热点问题之一。

目前主要措施是采用无功补偿装置，具有快速响应的无功补偿装置可以起到稳定系统电压、改善系统的不平衡、提高负荷的功率因数等作用。

一、TSC基本原理TSC的典型装置通常由两大部分组成：一部分为TSC主电路，它包括晶闸管阀、补偿电容器及阻尼电抗器：另一部分为TSC控制系统，主要由数据采集与检测、参数运算、投切控制，触发控制4个环节组成。

晶闸管阀通常有2种接线方式：2个晶闸管反并联和1个晶闸管与1个二极管反并联。

前者晶闸管阀承受最大反向电压高，为电源电压峰值，但投资较大，控制复杂：后者投资小，控制简单，但晶闸管阀承受最大反向电压高，为电源电压峰值的2倍，所以在选择使用哪种连接方式时，应根据技术、经济比较来确定。

二、TSC无功补偿主电路1.星形有中线这种接法优点在于，晶闸管电压定额降低，可以进行分相投切；但由于中线存在，对三倍次谐波无抑制作用，所以晶闸管电流定额增大，因此该接线方式适合系统电压波形畸变率很小且电网负荷三相不平衡的情况。

为了限制涌流和抑制谐波，通常在中线上加装限流电抗器。

2.星形无中线与星形有中线相比，该接线方式由于取消了中线，对三倍次谐波有抑制作用，对系统无污染：但需两相电容能形成回路，不能进行分相投切，因此，该方式不适合补偿电网负荷三相不平衡的情况。

近年来，随着大功率非线性负荷的不断增加，电网的无功冲击和谐波污染呈不断上升的趋势，无功调节手段的缺乏使得母线电压随运行方式的改变而变化很大。

导致电网的线损增加，电压合格率降低。

此外，随着电网的发展，系统稳定性的问题也愈加重要。

动态无功补偿技术是一种提高电压稳定性的经济、有效的措施。

SVC的补偿原理是通过控制晶闸管触发角，改变接入系统中的SVC等效电纳的大小，从而使SVC达到调节补偿无功功率的目的。

采用晶闸管控制的SVC装置根据晶闸管控制对象主要可以分为晶闸管投切电容器(TSC)和晶闸管控制电抗器(TCR)，以及两者混合式(TCR+TSC)等类型。

TSC（Thyristor Switched Capacitor，TSC）TSC单相原理图如图1所示。

2个反并联晶闸管串联电容器并联接人电网系统中。

分析和实验研究表明，TSC最佳投切时间是晶闸管两端电压为零的时刻，即电容器两端电压等于电源电压的时刻，此时投切电容器，电路冲击电流为零。

为保证更好的投切效果，应对电容器预先充电，充电结束后再投人电容器。

在工程实际中一般将电容器分组，每组都可由晶闸管投切，这样可根据电网的无功需求投切电容器，运行时不会产生谐波，且损耗较小。

运行实践证明此装置具有较快的反映速度"体积小、重量轻，对三相不肀衡负荷可以分相补偿，操作过程不产生有害的过电压、过电流。

但是，对于抑制冲击负荷引起的电压闪变，单靠TSC投入电网的电容量变化进行调节是不够的，所以TSC装置一般与电感相并联，其典型设备是TSC+TCR补偿器。

这种补偿器以电容器作分级粗调，以电感作相控细调，又设有3次和5次谐波滤波器，大大减小了谐波。

TCR(Thyristor Controlled Reactor,TCR)图2所示为TCR单相原理图’将2个反并联晶闸管与1个电抗器相串联再接入电网中。

这种电路结构并联到电网中相当于交流调压器接电感性负载，这种结构的无功补偿装置具有反应时间快、无级补偿、运行可靠、能分相调节、适用范围广及价格较便宜等优点，因此实际应用最广。

晶闸管投切电容器动态无功补偿技术及其应用摘要：从晶闸管投切电容器(thyristor switched capacitor，TSC)的基本原理、分类概况、主接线形式、检测与控制策略等方面介绍TSC在动态无功补偿中的应用现状，指出了TSC技术存在的问题，并提出了拟解决的方案。

大量的试验与实践证明，TSC无功补偿装置具备优良的无功补偿性能，具有较高的应用价值和广泛的市场前景。

关键词：晶闸管投切电容器(TSC)；无功补偿；动态0 引言在工业企业中，异步电动机、变压器等大量阻感性负载的存在必然会产生一定的无功功率，这增加了设备容量以及输电线路和变压器的损耗，从而导致用电效率低下，直接影响自动化设备的正常运行。

无功功率补偿是把具有容性功率的负荷装置与感性功率负荷并联在同一电路。

当容性装置释放能量时，感性负荷吸收能量；当感性负荷释放能量时，容性装置吸收能量，能量在2种负荷之间相互交换。

这样，感性负荷所需要的无功功率可由容性负荷输出的无功功率进行补偿，从而对无功功率进行调度以改善交流电力系统的供电质量，达到校正功率因数、调节电压和平衡各相负载的目的。

1 晶闸管投切电容器1.1概述晶闸管投切电容器(thyristor switched capacitor，TSC)是一种利用晶闸管作为无触点开关的无功补偿装置，它根据晶闸管能够精确触发的特性，快速平稳地投入或切除补偿电容器。

TSC可快速跟踪冲击负荷的突变，对最佳功率因数进行闭环反馈，实现动态无功补偿、减小电压波动，从而达到节能降耗的目的。

由TSC构成的无功补偿系统是一个对供配电网络中不稳定的无功功率进行动态补偿的独立系统，因此其应用形式有很大的灵活性，按应用电压等级划分为低压补偿和高压补偿，前者适用于对1kV及以下的电压进行补偿；后者直接将补偿系统接入电网进行高压补偿，适用于对6~35kV的电压进行补偿。

1.2晶闸管阀在TSC系统中，晶闸管阀一般采用2只晶闸管反并联的方法，达到2只晶闸管轮流触发的效果，起到了接通和断开补偿回路的作用。