下载文档原格式
晶闸管投切电容器在电网中的应用摘要：随着我国经济的快速发展，各种大功率整流、变频等工业电子设备的广泛应用，在电网建设和运行过程中，电网电压波形畸变、功率因素低、谐波严重，对电网造成大量污染，造成很大的损耗。
采用晶闸管投切电容器对配电系统进行无功补偿，可有效提高电网功率因素，降低变压器和输电线路的功率损耗，增强变压器输送能力，提高电网输电效率，节能降耗，减少电网建设和运行成本。
关键词：电网晶闸管投切电容器无功补偿节能降耗一、引言随着我国经济的快速发展，各种大功率整流、变频等工业电子设备的广泛应用，在电网建设和运行过程中，电网电压波形畸变、功率因素低、谐波严重，对电网造成大量污染，造成很大的损耗。
为了提高电网的传输能力，稳定供电电压，提高电能利用率，节电降耗，保护环境，减少成本，有效途径就是对配电系统进行无功补偿，提高功率因数。
随着电力电子技术的发展，高压晶闸管的诞生和广泛应用，新型的静止无功补偿设备—晶闸管投切电容器（Thyristor Switch capacitor一TSC）逐步取代了机械式开关投切电容器。
晶闸管开关是无触点的，操作寿命几乎是无限的，有效提高电容器和开关设备的使用寿命，且晶闸管的投切时刻可以精确控制，能够快速、频繁、无冲击地将电容器、电抗器等设备接入电网，大大减小了投切时的冲击涌流和操作困难，并可实现分相补偿。
二、TSC 工作原理TSC型补偿器是一种断续可调的发出无功功率的动态补偿装置，其基本原理如图1所示。
常用的是三相电路，可以是三角形连接，也可以是星形连接。
两个反并联的晶闸管起着把电容器C并入电网或者从电网断开的作用，串联的电感L 很小，用来抑制电容器投入电网时可能出现的冲击电流。
在实际工程应用中，为避免容量较大的电容器组同时投入或切断会对电网造成较大的冲击，一般把电容器分成几组，这样可以根据电网对无功功率的要求而改变投入电容器的容量，成为断续可调的动态无功功率补偿器[1]。
TSC无功补偿装置的设计摘要：晶闸管投切电容器（TSC）是静止无功补偿技术的发展方向。
根据笔者设计的一种TSC无功补偿装置，分析了TSC装置常用的主电路的特点，介绍了电容器投切判据与信号检测、零电压投入以及晶闸管触发电路等关键问题的解决方案。
关键字：无功补偿晶闸管TSC零电压触发DESIGN ON A TSC REACTIVE POWER COMPENSATION DEVICE Abstract:Thyristor switchedcapactor（TSC）is a new direction of the staticvar compensator（SVC）technology.Basing on a designproject for TSC reactive power compensation device, the characteristics of itsvarious main circuits are analysed.Some key problems on developing TSC deviceare introduced,i.e.the criterion of switched capactor,the data detectionmethod,zero-voltage switching-on,and the triggering circuit for thyristors.key words:reactive power compensation；thyristor；thyristor switched capactor；zero-voltage triggering 1引言静止无功补偿装置（SVC）是配电网中控制无功功率的装置，它根据无功功率的需求，对无功器件（电容器和电抗器）进行投切或调节。
传统的无功补偿装置采用机械开关（接触器或断路器）投切电容器，开关触头易受电弧作用而损坏。
中英文对照外文翻译(文档含英文原文和中文翻译)图1 单相TSC 装置示意图1sin()C di wt L idt dt φ+=+⎰图4 串联电压测试的方框图晶闸管动作后的电压波形如图5所示，电压负半波是反向的。
从波形图中我们可以看出电压波形的正负半波周期是不对称的。
其中在正半波周期存在电压峰值，这是由于接通时电容器存在残余电压。
图5 电压测试信号波形晶闸管两端电压过零检测的过程如下：V a、V b和V c进行比较，如果有V a>V图6 无电压残余时的过电压波形电子管阀间过电压产生的原因是有些电子管的损坏，或者系统电压的过大。
在投入之间，电子管间的端电压将被检测。
如果有过电压的产生，触发信号将被停止，并且故障信号发出。
Equivalent circuit of a single-phase The mathematic equation for the circuit issin()di wt L dt φ+=+Where the initial current for the inductance isFigure 4 Block diagram of voltage detection for valves in seriesthe voltage signal across the valves after processing iswith the negative half cycle being reversed.From the waveform we can see that the positive half cycles are not symmetrical to the negative ones, and there is a peak clipping in the positive half cycle. This is due to the effect of the residual5 The waveform of the detected voltageThe zero crossing point of the voltage across the valves is detected by means of the algorithm Three sampling voltage points with regular interval, V a, V b and V cvoltage waveform ac- the valvesThe cause that makes the valve unit over-voltage is due to the breakdown of some valve, or theswitch-on, the voltage across eachthere is an over voltage, the trigger signal is disabled, and fault signal is issued. The voltage across the valve is continuously sampled with equal interval. The sampling data are not only used for the。
*收稿日期:2007 04 10谈晶闸管投切电容器TSC 的触发电路王忠清1,杨建宁2(1.江阴兴澄特种钢铁有限公司,江苏江阴2144322.北京金自天正智能控制股份公司产品部,北京100070)摘 要:介绍了晶闸管投切电容器的原理和快速过零触发要求,分析了两类晶闸管的触发电路的特点和存在的问题,指出了一种新型的从主回路晶闸管获取晶闸管电压过零信号的电路框图,以该电路为支撑又产生了一系列触发电路,取得了很好的触发效果。
关键词:晶闸管投切电容器TSC ; 触发电路中图分类号:T M 531.4 文献标识码:B 文章编号:1002 0349(2007)04 0030 07The Trigger C ircuit for Thyristor Sw itched Capacitor (TSC )WANG Zhong q i n g 1,YANG Jian n i n g2(1.X ingcheng Special S teel Co .,Ltd .,Ji a ng Y in 214432;2.Production Depart m en,t Be ijing A riti m e Inte lligent Contro l Co .,Ltd .,Beiji n g 100070,China)Abst ract :This article introduces the pri n ciple of the thyristor s w itched capacito r and t h e require m en t for a fast zero trigger .The characteristics and the ex isted proble m s of t w o types o f trigger circuits for thyristor w ere ana l y zed .A c ircu it fra m e d iagra m for a ne w l y designed m echan is m of acqu iring t h e ze ro thyr i s tor vo ltage si g na l fr o m the thy ristor i n the m a i n closed circu it i s plotted .B ased on th is cir cu i,t a series o f tri g ger circu its w ere generated and exce ll e nt tri g ger effects w ere achieved.K eyw ords :Thyristor Sw itched Capacito r (TSC );Tri g ger circuit 在快速无功补偿和谐波滤波装置中,要用晶闸管投切电容器TSC ,本文[1]分析了三种TSC 的主电路。
谈晶闸管投切电容器（TSC）的触发器的技术参数和标准2011-01-18 01:38:41| 分类：触发电路|字号订阅［摘要］本文试图从负载要求、补偿装置结构、电压等级、晶闸管结构等不同的角度，阐述晶闸管投切电容器（TSC）的触发器的技术性能参数要求、标准，以推动TSC触发器技术的进步。
[关键词]晶闸管投切电容器（TSC）；触发器；The technical requirements and standards of the trigger in a Thyristor Switched Capacitor（TSC）, Jianning Yang(Beijing XINRONGZONGHENG Science & Technology Development Co., LtdADD：Room 401， Unit.3， Building No.6， SHANSHUIWENYUAN 3th Residential Quarter ，East HONGYAN Road, Chaoyang District, Beijing 100122, China)Abstract： The authors of this article have tried to observe the technical performance, parameters, requirements, and standards of the trigger in a Thyristor Switched Capacitor (TSC), from various viewpoints of the load requirements, thestructure of compensation devices, the voltage levels, and the thyristor structure, in order to advance the technology of the trigger in a TSC.Keywords：TSC（Thyristor Switched Capacitor）, Trigger对于晶闸管投切电容器（TSC）来说，晶闸管的负载是容性的电容器，不是感性的电抗器和电机，不是阻性的电阻器，对于TSC的触发器就不同于电机、电抗器、电阻器的触发器，有特殊的要求。
几种无功补偿方案的对比分析荣信电力电子股份有限公司二、补偿方案选择1. 固定并联电容补偿①固定无功补偿方案是补偿无功功率的常规方法。
装置具有结构简单、经济方便等优点，其补偿无功的容量是设计根据计算的平均负荷大小而确定的，是一个不可调的固定量，通常由电抗器和电容器串联组成，其功能主要是补偿负荷产生的感性无功，并对三次谐波有一定的抑制作用。
一般采用机械开关控制电容器的投切，投切时的冲击电流和操作过电压大，易发生谐振，因此不能频繁投切。
由于固定补偿装置的补偿容量不能随负荷而变化，“欠补”和“过补”交替发生，计费方式又为“反转正计”，使得变电所平均功率因数达不到0.9的要求，造成力率罚款，并使供电设备的能力不能充分发挥。
目前我国普遍采用的方案是在变电所设置固定电容并联补偿。
该方案主要问题是在无负荷和轻负荷的区段，过补偿十分突出，投入固定并联补偿电容后，功率因数比不投时还低，无法达到经济功率因数的要求，变电所因功率因数大幅下降，而遭受巨额罚款，固定电容器补偿还会导致空载时电压抬升，反而恶化电压质量。
②从以上分析结论可知，变电所采用固定补偿方案解决不了功率因数问题，不能随负荷的无功波动随机的调节补偿的容性无功，所以不具备抑制谐波和电压波动。
要解决功率因数问题，抑制谐波和电压波动，必须放弃固定补偿方案，寻求新的补偿方案。
2 自动投切并联电容器组并联电容器组是最早就出现的静止型无功补偿方式，因其结构简单等特点而得到了广泛的应用，一般的并联电容器组都是应用在负荷较为平稳的场合，由手工进行投切，每天的投切次数不超过10次。
自动投切并联电容器组则根据系统所需无功自动进行投切操作，其投切次数可达每天数十次，甚至数百次。
其工作特点如下：响应速度刚切除后的电容器组，需待放电完全后才能再次投入，至少需要数十秒以上。
损耗只有并补电容器和串联电抗器产生损耗，因此损耗非常小。
约在0.1%左右。
谐波电流不产生也不滤除谐波电流。
三相不平衡并联补偿电容器组是三相完全平衡的，因此不能改善不平衡度。
TSC高压动态无功功率补偿装置TK牌高压TSC是一种动态跟踪的新型电容补偿装置,产品采用全数字智能控制系统,国外进口的高电压、大功率晶闸管串连组成高压交流无触点开关,实现电容器组的快速投切，响应时间小于20ms。
产品借鉴国外先进技术，解决了传统补偿装置控制开关易受冲击、使用寿命短、相应速度慢等缺点，设备运行安全可靠，效果好，各项性能指标达到国内先进水平。
高压TSC动态无功功率补偿装置广泛应用于高压交直流输变电系统和冶金、煤炭、港口门机、电气化铁路、重型机械制造等工业、交通冲击性负荷配电网中。
其主要作用就是对冲击性负荷、时变负荷能够实时监测、动态补偿，实现功率因数补偿至0.9以上，稳定系统电压，减少供电系统的网络损耗，提高电能质量等显著特点，可以给用户带来巨大的经济效益和社会效益。
高压TSC的应用领域随着现代电力电子设备和非线性负荷的大量应用,使电网供电质量受到严重影响,尤其是各种电力电子开关器件的大量应用和负载的频繁波动是最主要的干扰源,对电网的稳定造成一系列不良影响:★功率因数低，增加电网损耗，加大生产成本，降低生产效率；★产生的无功冲击引起电网电压降低，电压波动及闪变，严重时导致传动装置及保护装置无法正常工作甚至停产；★导致电网三相不平衡，产生负序电流使电机转子发生振动。
★电容器组谐振及谐波电流放大，使电容过负荷或过电压，甚至烧毁；★增加变压器损耗，引起变压器发热；★导致电力设备发热，电机力矩不稳甚至损坏；★加速电力设备绝缘老化，易击穿；针对以上电网污染，应用我公司生产的高压TSC动态无功功率补偿装置实现了电容投切无过渡、无涌流抑制高次谐波，稳定系统电压。
高压TSC装置应用领域如下：1、远距离电力输送电力系统目前正在趋向于大功率电网,长距离输电,高能量消耗,迫使输配电系统不得不更加有效。
高压TSC可以明显提高电力系统输配电性能,即在不同的电网条件下,为保持一个平衡的电压时,可以在电网的一处和多处适当的位置安装高压TSC,以达到以下的目的：★稳定系统电压★减少传输损耗★增加电网输电能力，使现有电网发挥最大效率★提高瞬变稳态极限2、轧机轧机的无功冲击负荷会对电网造成以下影响：★使功率因数下降★引起电压波动及电压降，严重时使电气设备不能正常工作，降低生产效率★负载的传动装置中会产生有害高次谐波，主要以5、7、11、13次为代表的奇次谐波及旁频,会使电网电压严重畸变高压TSC阀组和高压FC滤波器或抑制谐波型电容装置两者相互结合，可以减少钢厂轧机等负荷对供电系统的电压波动，滤除或抑制轧机产生的谐波，提高系统的功率因数。
无功补偿SVG、SVC、MCR、TCR、TSC 区别TSC：晶闸管投切电容器，采用无源器件（电容器）进行无功补偿，分级补偿，不能实现连续可调。
TCR：晶闸管控制电抗器。
MCR:磁控电抗器，与TCR类似，需要和电容柜配合实现动态无功补偿，可实现连续可调。
SVC：静止无功补偿装置，采用无源器件进行无功补偿的技术总称，包括：TSC、TCR等，“静止”是与同步调相机对应，一般来说将使用晶闸管进行控制的补偿装置成为“SVC"。
SVG：静止无功发生器，采用电能变换技术实现的无功补偿。
SVG与其它的最大区别在于能主动发出无功电流，补偿负载无功电流。
而其它均为无源方式，依靠无源器件自身属性进行无功补偿。
SVG与两种类型SVC动态无功补偿装置比较表静止无功补偿器(SVC)与静止无功发生器(SVG)有什么异同？静止无功补偿器(SVC)该装宜产生无功和濾除谐波是靠其电容和电抗木身的性质产生的。
静止无功发生器(SVG)该装置产生无功和滤除谐波是発其内部电子开关频繁动作产生无功电流和与谐波电流相反的电流。
相关知识静止无功补偿湍又称SVC.传统无功补偿用断路器或接触器投切电容，SCV用可控硅等电子开关.没有机械运动部分.所以较静态无功补偿装迓。
通常的SVC组成部分为1 •固定电容器和固定电抗器组成的一个无功补偿加滤波支路该部分适、”1选择电抗器和电容器容虽.可滤除电网谐波.并补偿容性无功.将电网补偿到容性状态。
2•固定电抗器3.可控硅电子开关可控硅用來调节电抗器导通角.改变感性无功输出來抵消补偿滤波支路容性无功，并保持在感性较商功率因数。
动态无功补偿技术应用在电力系统中，如果无功储备不足将会导致电网电压水平降低，冲击性的无功功率负载还会使电压产生剧烈的波动，恶化电网的供电质量。
对于给立的有功分布，要想使无功潮流最小以减少系统的损耗，就要求对无功功率的流向与转移进行很好的控制。
随着电网的不断发展，对无功功率进行控制与补偿的重要性与曰俱增：①输电网络对运行效率的要求日益提高，为了有效利用输变电容疑，应对无功进行就地补偿：②电源（尤英水电）远离负荷中心，远距离的输电需要灵活调控无功以支撑解决稳泄性及电压控制问题：③配电网中存在大量的电感性负载，在运行中消耗大量无功，使得配电系统损耗大大增加：④直流输电系统要求在换流器的交流侧进行无功控制:⑤用户对于供电电能质量的要求日益提高。
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。
摘要本文阐述为TSC+TCR综合性无功补偿器，运用多路晶闸管投切电容器TSC 和一路晶闸管控制电抗器TCR的组合，提高系统功率因数至额定值（本方案为0.9）。
TSC投入系统可补偿系统无功，控制投入系统的TSC支路，多路TSC以阶跃方式补偿，因此导致无功补偿断续。
增加TCR电抗器补偿，控制晶闸管导通角度，抵消TSC可能导致的补偿过度，使补偿连续。
本方案为4路TSC与1路TCR的组合无功补偿器，目标功率因数0.9，当负载功率因数小于0.9，则启动系统进行补偿，当功率因数大于等于0.9，则维持原样不变。
本文从TSC何TCR基本电路开始说明，阐述系统总的运作流程和电路原理，然后分点阐述方案运行子模块，其中包括检测电路，触发电路和控制电路。
最后进行设计仿真，给出仿真波形，分析波形和系统误差等。
所有方案设计均用MATLAB软件实现，包括Simulink画电路图仿真，编程等。
关键字：TSC TCR 无功补偿功率因数晶闸管绪论通过长期的实践，人们已经普遍认识到，通过一定方式可增强线路的稳定输送功率，线路的电压波形也可通过并联合适的无功补偿器得到控制，无功补偿器的目的就是改变输电线路的自然电气特性，使之能够满足需求。
在轻载条件下，一般采用各种并联、固定或机械开关连接的电抗器来减小路过电压；而在重载条件下，同样也可以采用并联、固定或机械开关连接的电容器来维持电压幅值。
在早期的交流功率的传输中，机械开关已用于粗略的控制无功的产生和吸收。
对于无功功率的产生和吸收的连续暂态补偿系统，最初是由过励磁或欠励磁同步旋转电机来实现，后来则由饱和电抗器加上固定电容共同来实现。
自20世纪80年代开始，与电容器和电抗器串联的大功率线性换流晶闸管就已用于各种补偿电路之中，它可以产生可变的无功输出，从效果上看，它比机械开关更可控且方便，因此越来越受到人们的重视。
目录摘要 (I)绪论 (II)1、方案原理说明 (1)1.1晶闸管控制电抗器TCR (1)1.1.1基本组成 (1)1.1.2控制原理 (1)1.2晶闸管投切电容器TSC (2)1.2.1基本组成 (2)1.2.2控制原理 (2)1.3晶闸管投切电容器TSC与晶闸管控制电抗器TCR组成的无功发生器 (3)1.4总原理图 (4)1.4.1原理框图 (4)1.4.2原理电路图 (5)2、各子模块设计原理 (6)2.1脉冲发生电路 (6)2.1.1 TSC脉冲发生电路 (6)2.1.2 TCR脉冲发生电路 (6)2.2投切控制电路 (7)2.2.1 TSC控制电路 (7)2.2.2 TCR控制电路 (9)2.3功率因数λ求解电路 (9)3、仿真 (10)3.2λ<0.9，n路TSC补偿 (10)3.2 λ<0.9，n路TSC补偿+TCR补偿 (12)3.3 λ>=0.9系统补偿 (15)实验感想 (15)参考文献 (16)附录总原理图 (17)1、方案原理说明1.1晶闸管控制电抗器TCR1.1.1基本组成如图1-1所示，即为最基本的单相晶闸管控制电抗器的原理图。
几种无功补偿方案的对比分析荣信电力电子股份有限公司二、补偿方案选择1. 固定并联电容补偿①固定无功补偿方案是补偿无功功率的常规方法。
装置具有结构简单、经济方便等优点，其补偿无功的容量是设计根据计算的平均负荷大小而确定的，是一个不可调的固定量，通常由电抗器和电容器串联组成，其功能主要是补偿负荷产生的感性无功，并对三次谐波有一定的抑制作用。
一般采用机械开关控制电容器的投切，投切时的冲击电流和操作过电压大，易发生谐振，因此不能频繁投切。
由于固定补偿装置的补偿容量不能随负荷而变化，“欠补”和“过补”交替发生，计费方式又为“反转正计”，使得变电所平均功率因数达不到0.9的要求，造成力率罚款，并使供电设备的能力不能充分发挥。
目前我国普遍采用的方案是在变电所设置固定电容并联补偿。
该方案主要问题是在无负荷和轻负荷的区段，过补偿十分突出，投入固定并联补偿电容后，功率因数比不投时还低，无法达到经济功率因数的要求，变电所因功率因数大幅下降，而遭受巨额罚款，固定电容器补偿还会导致空载时电压抬升，反而恶化电压质量。
②从以上分析结论可知，变电所采用固定补偿方案解决不了功率因数问题，不能随负荷的无功波动随机的调节补偿的容性无功，所以不具备抑制谐波和电压波动。
要解决功率因数问题，抑制谐波和电压波动，必须放弃固定补偿方案，寻求新的补偿方案。
2 自动投切并联电容器组并联电容器组是最早就出现的静止型无功补偿方式，因其结构简单等特点而得到了广泛的应用，一般的并联电容器组都是应用在负荷较为平稳的场合，由手工进行投切，每天的投切次数不超过10次。
自动投切并联电容器组则根据系统所需无功自动进行投切操作，其投切次数可达每天数十次，甚至数百次。
其工作特点如下：响应速度刚切除后的电容器组，需待放电完全后才能再次投入，至少需要数十秒以上。
损耗只有并补电容器和串联电抗器产生损耗，因此损耗非常小。
约在0.1%左右。
谐波电流不产生也不滤除谐波电流。
三相不平衡并联补偿电容器组是三相完全平衡的，因此不能改善不平衡度。
