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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。
TSC无功补偿装置TSC补偿器可以很好的补偿系统所需的无功功率,可以实现无级调节，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。
SVC专指使用晶闸管的静止型动态无功补偿装置，包括晶闸管相控电抗器（TCR）和晶闸管投切电容器（TSC），以及这两者的混合装置（TCR+TSC），或者TCR与固定电容器或机械投切电容混合使用的装置。
TSC（晶闸管投切电容器）的基本原理如图所示。
其中左图是其单相电路图，其中两个反并联晶闸管只是起将电容器并入电网或从电网断开的作用，而并联的小电感只是用来抑制电容器投入电网时可能造成的冲击电流的。
在运行中，一般将电容器分成几组，每组都可由晶闸管投切。
这样可根据电网的无功需求投切这些电容器，TSC实际上就是断续可调的吸收容性无功功率的动态无功补偿器。
当TSC 用于三相电路时，可以是Δ连接，也可以是Y连接。
每一相都可以设计成如右图所示的那样分组投切。
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。
这种反并联的方式可靠性高。
晶闸管阀承受的最大反相电压为电源电压的峰值。
TSC 投入电容的时刻即交流电源电压与电容预先充电电压相等的时刻。
此时，晶闸管上电压为零，光电耦合器输出脉冲，并与投入指令作逻辑“与”运算后决定是否去触发晶闸管，以保证晶闸管的平稳导通。
TSC 投入的指令撤消时，晶闸管在电流过零时断开，直到微控制器下次发出投入指令，TSC 才会在零电压处重新投入。
脉冲信号由送能变提供，送能变由上下两节组成，分别为反并联的两组晶闸管提供脉冲信号，从而实现整个周期的补偿（晶闸管的接通需要两个条件1是触发脉冲2是正向导通），由于TSC的晶闸管需要较大的触发脉冲所以单独配备送能变，当系统需要无功补偿时送能变发出触发脉冲使晶闸管导通从而进行电容器的投切。
基于DSP的TSC无功补偿系统的设计中期报告一、项目背景及意义随着电力系统的不断发展和扩大，电力负荷也呈现出逐年增加的趋势，同时，不断提高的能耗意识和电能质量要求也使得电力系统的稳定性和可靠性越来越重要。
其中，电力负荷中的无功功率是造成系统不稳定和浪费能源的重要因素。
因此，如何对电力负荷进行无功补偿，提高电能的质量和效率就成为当前电力系统科研和工程领域的研究热点。
传统的无功补偿技术主要采用电容器和电感器进行电力负荷的无功补偿，但是由于电容器和电感器的参数随着环境、时间和电力系统负荷变化而发生变化，容易出现电力系统的过电压、过电流等问题，降低了电力系统的稳定性和可靠性。
因此，随着电子技术的不断发展，基于数字信号处理（DSP）的无功补偿技术成为了当前研究的热点和发展方向。
本项目旨在基于DSP技术设计一种可靠、高效、精确的无功补偿系统，通过对电力负荷进行有效的无功补偿，提高电能的质量和效率，保证电力系统的稳定性和可靠性，达到节能降耗、优化电力系统运行的目的。
二、研究内容本项目的主要研究内容包括：1. 分析电力系统的无功功率和谐波产生的原因及其对电力系统的影响，建立无功补偿系统模型，确定系统的控制策略和优化目标。
2. 选取合适的DSP芯片，设计无功补偿系统的处理器模块，实现对电力负荷的无功补偿和控制。
3. 设计无功补偿系统的硬件电路，包括DSP芯片、A/D转换器、DAC转换器、三相电压、电流传感器等模块的连接、调试和测试。
查系统的稳定性、响应时间、控制精度等性能指标，优化控制算法和系统参数。
5. 编写无功补偿系统的控制程序，进行实际现场测试，验证系统的实际效果和可靠性，并与传统无功补偿系统进行对比分析，评估系统的优劣。
三、进度安排1. 前期准备：2022年1月-2022年2月，主要包括团队组建、研究资料搜集和整理、项目立项申报等。
2. 系统设计：2022年3月-2022年5月，主要完成对电力负荷的无功补偿系统建模、DSP处理器模块的设计和系统控制策略的确定。
基于模糊控制的tsc无功补偿系统的研究基于模糊控制的无功补偿技术自20世纪70年代以来一直是用于改善电力系统能量转换效率和平衡电压的主要技术之一。
有效的电力系统平衡是确保电力系统允许高效运营的关键因素。
同时，电力系统的无功补偿还有助于减少电力系统无功功率的不匹配，减少负荷的波动，从而节省电力公司的成本，提高电力系统的稳定性。
无功补偿方法中最常采用的是模糊控制方法。
模糊控制是由工学家大谷爱和石井晃昭于1978年提出的。
模糊控制可以结合无功补偿技术改进和控制电力系统中的无功补偿器，以有效地改善系统效率，补偿容量和负荷余量。
此外，采用模糊控制方法进行无功补偿还有助于减少系统反应时间，提高系统的稳定性，并减少不必要的无功补偿设备。
本文主要对基于模糊控制的TSC无功补偿系统进行了研究。
一般来说，TSC是指可调式无功补偿装置，它的主要作用是补偿负荷的无功功率和电力系统的无功不平衡。
本文首先介绍了模糊控制系统的基本原理，即模糊控制中的模糊规则及模糊推理过程，并分析了模糊控制对TSC无功补偿系统的性能的影响及其优越性。
其次，讨论了基于模糊控制的TSC无功补偿系统的具体设计，包括一个高效的模糊控制器，以及一个用于实现功率配置控制的软件。
在此基础上，本文还阐述了模糊控制的TSC无功补偿系统的仿真结果，包括对系统性能的影响、补偿器性能的影响以及无功补偿器的运行时间和可靠性。
综上所述，本文对基于模糊控制的TSC无功补偿系统进行了深入的研究。
结果表明，使用模糊控制技术可以改善无功补偿产品的性能，从而为电力系统提供更高的稳定性和更高的能量转换效率。
本文的研究为进一步研究基于模糊控制的TSC无功补偿系统提供了重要参考。
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 triggering1 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。
第I章绪论第1章绪论1.1课题背景电力是我国的主要二次能源，随着国民经济的发展，节电降耗、减少生产成本是企业追逐的目标。
在工业和生活用电负载中，阻感负载占有很大的比例，如异步电动机、变压器、异步电动机以及大多数家用电器等都是典型的阻感负载。
这些负荷的自然功率因数约为0.6-0.8，阻感性负载所消耗的无功功率在电力系统所输送的电量中占有很大的比例。
无功功率增加会导致电流的增大，设备及线路的损耗增加，导致大量有功电能损耗。
同时使功率因数偏低、系统电压下降.无功功率如果不能就地补偿，用户负荷所需要的无功功率全靠发、配电设备长距离提供，就会使配电、输电和发电设施不能充分发挥作用，降低发、输电的能力，使电网的供电质量恶化，严重时可能会使系统电压崩溃，造成大面积停电事故。
据报道，我国平均每年因为无功分量过大造成的线损高达15%左右，折算成线损电量约为1200亿千瓦时。
假设全国电力网负载总功率因数为0.85,采用无功补偿装置将功率因数从0.85提高到0.95时，则每年可以降低线损约240亿千瓦时。
近年来，随着电网负荷的增加，对无功功率的要求也与日俱增。
由于无功功率同有功功率一样，是保证电能质量不可分割的一部分。
所以在电力系统中要保持无功功率就地平衡，就需要装设无功补偿设备，这对电力系统安全、可靠运行有着很重要的意义〔251。
无功补偿技术对于提高电力系统的电能质量和挖掘电网的潜力是十分必要的。
其主要作用包括提高负载和系统的功率因数、减少设备容量和功率损耗、稳定电压、提高供电质量、提高系统输电稳定性和输电能力、平衡三相负载的功率等。
因此，无功功率补偿就成为保证电网高质量运行的重要手段之一，也是电力系统研究领域的一个重大课题。
我国与世界上的发达国家相比，在功率因数和补偿深度方面还有较大差距，因此在配电网改造中推广无功补偿技术是一个值得关注的实际课题。
西北工业大学硕1研究生学位论文基于嵌入式操作系统的无功补偿控制器设计1.2无功补偿技术的发展现状人们认识到电力系统中无功功率给电力设备运行所带来的弊端，很早就对各种补偿技术进行研究。
HZTSC系列动态无功补偿投切调节器的设计与实现HZTSC系列动态无功补偿投切调节器是一种用于电力系统中实现无功补偿的装置。
在电力系统中，由于负荷的变化，会导致电网中出现一定的无功功率，在传统的无功补偿装置中，大多采用静态补偿方式，即采用电容器或电感器来进行无功补偿。
然而，静态补偿存在一些问题，诸如响应速度慢、适应性差等。
HZTSC系列动态无功补偿投切调节器能够较好地解决这些问题，实现快速、准确地响应负荷变化，提高电力系统的稳定性和可靠性。
本文将对HZTSC系列动态无功补偿投切调节器的设计与实现进行详细介绍。
首先，HZTSC系列动态无功补偿投切调节器的设计主要包括两个方面，即硬件设计和软件设计。
在硬件设计方面，主要包括电路设计和电路参数选择两个方面。
电路设计主要包括三个部分，即控制电路、功率电子器件和传感器。
控制电路负责对补偿器的启动、停止和投切时间的控制，功率电子器件则负责实现无功功率的调节，传感器用于检测电网的电压和电流的变化，提供反馈信号给控制电路。
电路参数选择则需要考虑负荷的变化范围和工作环境的实际情况，合理选择各个电路部分的参数，以确保装置的性能和可靠性。
其次，软件设计是对控制算法的实现。
HZTSC系列动态无功补偿投切调节器采用了PID控制算法，并结合了模糊控制和神经网络等先进的控制方法，提高了补偿器的控制精度和适应性。
在软件设计中，首先需要根据控制目标和电力系统的特点确定PID控制器的参数，然后通过实时监测电网的电压和电流的变化，计算补偿器的控制信号，控制功率电子器件的开关行为，实现无功功率的调节。
同时，为了保证系统的安全性和可靠性，在软件中还需要实现故障检测和保护机制，及时对系统中的故障进行处理，防止系统发生事故。
最后，HZTSC系列动态无功补偿投切调节器的实现需要进行实际的装置制作和系统测试。
在装置制作过程中，需要严格按照设计要求和标准进行组装和调试，确保各个部件之间的连接正确，工作正常。
动态无功补偿技术方案一、背景现场中运行的负荷多为感性负荷，大量存在的感性负荷，不仅造成功率因数过低，增大网络损耗、降低功率因数，还会引起电压波动，严重时影响风力发电的安全运行，降低了生产效率。
国内外相关的规程规定，为了降低网损、节约能源，增加变压器的带载容量，稳定电压，要求系统安装必要容量的无功功率补偿设备。
本技术方案根据低压系统对低压动态无功功率补偿装置的相关基本要求，以及本公司开发、设计、制造和在钢铁、煤炭、船舶、化工、汽车、石油、风电等行业投运无功补偿装置的工程经验设计的。
二、设计方案电压0.4KV，根据现场情况，设计为补偿量720kvar（90kvar*8）的智能无功补偿装置，利用大功率晶闸管组成低压双向可控硅交流无触点开关，可实现对多级电容器组的快速过零投切，组件中含有制冷系统，可根据温度自动调节。
主要器件介绍1 电容器主要技术指标：MPDSY系列采用干式、固态结构，符合最高的环保要求，可用于箱式变压器房、欧美款式的低压柜和对环保条件要求较高的场合。
适用环境：A．温度：最低-25℃，最高+50℃(特殊设计最低-40℃，最高+70℃)。
B．海拔高度不超过2000米。
(高原系列不超过5000米)C．相对湿度：不大于95%常规参数：A．介质损失：不大于0.001B．容差：标称容量的的-5-+10%，相间不平衡不大于1.08%C．试验电压：极间2.15倍额定电压，5秒；极壳间3600伏，2秒。
D．放电：断电后，1分钟/3分钟内使放电至50伏以下E．密封性能：80±2℃3h 无渗漏F．安全性能：100%电容器切断保护。
满足，IEC60831-2标准的破坏试验要求，满足UL810标准的10000AFC要求运行参数：A．过负荷：允许过电压：1.10Un；允许过电流：不大于1.3In。
(抗谐波系列可满足1.6-1.8In)B．产品可靠性：在额定电压及标称类别温度下运行60000/5000小时，产品失效小于6%/0.5%(1ppm元件小时)。
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。
基于TSC的静止无功补偿器设计摘要本文提出了以静止无功功率理论为基础的晶闸管投切电容器(TSC)技术，并重点讲述了TSC型无功功率补偿技术的原理和投切时刻。
TSC型无功功率补偿装置是静止无功补偿器(SVC)的一种，是低压无功补偿的首选方式，它本身不产生谐波、控制灵活、损耗小、运行维护费用低、可靠性高。
同时对无功功率补偿方案进行了设计，本设计中采用低压集中补偿方式，电容器为不等容分组，接线方式运用星形连接，在投切控制方式上，采用电压-无功功率复合控制的策略，避免了投切判定单一带来的投切振荡问题。
本文设计的是晶闸管投切电容器型(TSC)无功功率补偿装置，其硬件设计包括主电路和控制电路的设计，主电路的硬件主要包括：电容器组、双向晶闸管、触发装置、保护电路等。
控制电路的硬件主要包括：控制芯片嵌入式STM32、互感器模块、信号前置处理模块、模数转换模块AD536A、显示模块等。
除此之外本文还给出了大量的硬件原理图和程序流程图。
关键词：无功功率补偿，晶闸管投切电容器，嵌入式STM32AbstractIn this Paper,reactive power compensation are firstly introduced including the purpose and signification of the research,the principle of modern reactive compensation technology and comparison of different compensation equipment.the author,in the chapter 2,focuses on the principle and switched time of the Thyristor switched capacitor which(TSC)is a static var compensator based on the theory of the instantaneous reactive power with no harmonic generation,flexibly control,low loss and reasonable cost.The design of TSC system is also given in the chapter 2,including cacentralized compensation,unequal capacity grouping and Y connection.The voltage-reactive power multiplexed control mode avoids the Switch oscillationproblem due to single criterion of switching.This design is based thyristor switched capacitor (TSC) reactive powercompensation device, the hardware design, including the main circuit and controlcircuit design, the main circuit of the hardware include: capacitor, Triac, triggering device, protection circuit. The hardware controlcircuit includes: controlchipmicrocontroller Embedded STM32, transformer module,signal pre-processing module,analog-digital conversion module AD536A, display module. In addition this also gives a lot of hardware schematics and program flow chart.Keywords: reactive compensation technology, Thyristor switched capacitor, Embedded STM321主电路结构的设计本课题设计的TSC型无功功率补偿装置，其主电路的结构包括控空气开关、避雷针、双向晶闸管、三相电容器、熔断器、可控开关、触发装置和串联电抗器等，主电路如图1.1所示。
开题报告3. 研究方案、系统总体设计、时间进度、预期提交的毕业设计资料等研究方案设计一款基于单片机的静止无功补偿装置TSC的投切控制器设计。
该装置能精确计算出当前电网的无功功率和功率因数角以及电网中各相电压值及电流值等参数，能根据所需要补偿无功容量的大小准确地输出控制电力电容的投切，满足无功功率补偿要求，同时要让电压过零时具备投切功能，还需满足过电压和较大谐波分量的状况下，系统能安全切除电力电容，保证内部电气元件的安全。
TSC投切原理图1.单相原理图图2.分组投切原理图TSC无功补偿装置单相原理图如图1所示，TSC无功补偿分组投切原理图如图2所示，两个反并联的晶闸管只是将电容器并入电网或从电网中断开，串联的小电抗器用于抑制电容器投入电网运行时可能产生的冲击电流，小电感只是用来抑制冲击电流，同时避免与系统产生谐振，一般不画出来，当功率因素低于正常值时，投入电容器，当功率因素回到正常值后逐渐切除电容器。
系统总体设计无功补偿装置主要由主电路和控制电路组成，如图3所示，主电路包含反并联晶闸管单元、电容器和电抗器，电抗器主要用于限制合闸过电流和抑制高次谐波的冲击；控制回路主要由信号采集、电压过零检测、触发脉冲器、投切控制器和系统保护等部分组成，控制回路主要用来采集电压、电流信号，通过信号处理结果作出电容投切判断，并发出投切动作指令，触发控制器在触发指令作用下使触发晶闸管在电压时导通，当不需要补充时，停止触发信号，晶闸管在电流为零时会自然断开，而当控制器出现紧急状况时，控制器能够断开TSC系统，起到一定保护作用。
图3.无功补偿装置结构图时间进度序时间工作内容号1 2016.01.28-2016.03.25 查找资料，方案设计，画出原理框架图2 2016.03.26-2016.04.07 硬件设计布局3 2016.04.08-2016.04.19 仿真，制作电路板，调试。
4 2016.04.20-2016.05.06 软件编程并与硬件调试。
TSC无功补偿控制系统的设计论文摘要：本文论述了电力系统无功功率的产生及影响。
从电路结构上分析了晶闸管投切电容器（TSC）的工作原理，设计并建立了TSC的主电路和控制触发系统。
在TSC控制策略方面，采用初始脉冲和后续脉冲叠加的控制方法。
实验系统运行结果表明，电容器投入无涌流，无暂态过程。
关键词：无功补偿；晶闸管投切电容器(TSC)；复杂可编程逻辑器(CPLD)；零电压触发 1.引言在工业和生活用电负载中，阻感负载占有很大的比例。
对于较普遍的阻感性负载，电阻消耗有功功率，而电感则在一周期的一部分时间把从电网吸收的能量存储起来，另一部分时间再把储存的能量向电源和负载释放，其本身并不消耗能量[1]。
电力系统网络元的阻抗主要是电感性的，负荷也以阻感性负荷为主，因而补偿以并联电容器为主要手段，通常将电容器分为若干组投切。
固定并联电容器补偿方式的优点在于不产生谐波、运行维护简单、可靠性高，但无法解决过补偿和欠补偿的问题。
自动投切电容器装置根据控制开关的不同，可分为断路器、接触器投切电容器装置和晶闸管投切电容器装置。
断路器、接触器投切电容器装置的结构简单、控制方便、性能稳定等优点，但其响应速度慢、不能频繁投切，主要应用于性能要求不高的场合。
晶闸管是无触点开关，其使用寿命可以很长，而且晶闸管的投入时刻可以精确控制，能做到快速无冲击的将补偿电容器接入电网，大大降低了对电网的冲击，保护了电容器，可以频繁投切。
2.TSC装置基本原理TSC的基本原理如图1所示，其中的两个晶闸管只是起将电容器并入电网或从电网断开的作用，而串联的小电感只是用来抑制电容器投入电网时可能造成的冲击电流。
当电容器投入时，TSC的电压—电流特性曲线就是该电容器的伏安特性，一般将电容器分成几组，可根据电网无功需求量来投切这些电容器，其电压—电流特性曲线按照投入电容器组数的不同而变化。
当TSC用于三相电路时，可以三角形联结，也可以星形联结，每一相都可以设计成分组投切。
TSC无功补偿的控制电路设计
[摘要] 选择合适的TSC无功补偿装置的控制方式,可以使补偿达到更准确的目的。
通过分析功率因素控制和无功功率(无功电流)两种控制方式的特点,在TSC 控制电路设计过程中,采用无功功率(无功电流)控制的方式。
[关键词] TSC装置功率因素无功功率(无功电流)
0 引言
在设计完整的TSC无功补偿装置时,可以考虑采用固体继电器来作为TSC无功补偿装置的开关元件,从而达到TSC 投切电容器所应具有的电压过零触发功能。
同时,TSC控制器在控制方式上的选择也非常重要。
在此,分析功率因素控制和无功功率(无功电流)两种控制方式的特点,以及具体到固体继电器工作时的控制要求[1]。
1 常用无功功率补偿措施
(1) 功率因素控制
功率因素控制就是以功率因素满足要求为控制目标。
用无功补偿装置进行补偿,使供电电网的功率因素满足要求。
功率因素式控制器通过对电网的电压、电流进行采样检测,分析计算出当前的功率因素值。
用当前的功率因素值与设定的投切门限值进行比较,以确定是投入、切除,还是保持不变,功率因素式控制器当检测到当前的功率因素值介于0.9和1.0之间时,则不论实际的无功功率因素值是多少,都保持与当前的补偿状态不变。
功率因素值是一个比例值,所以在重负荷时,虽然功率因素满足了要求,但电网中的无功功率仍很大。
由于负载很轻,这时的功率因素很低。
按照补偿原理投入一个电容器组,用该组电容器的超前电流去进行补偿,补偿的结果是得到了超前的功率因素。
功率因素只要超前,就要立即切除一电容器组,而切除一组功率因素又不够,因此形成振荡。
(2) 无功功率(无功电流)控制
针对无功因素控制的问题,出现了以系统中的无功功率(无功电流)为被控制对象,即无功功率(无功电流)控制方式。
控制器对电网的电压、电流进行采样检测,计算出当前的无功功率(无功电流)值。
若当前值大于一个电容器组的补偿值,则投入一个电容器组;若当前值超前,则切除一个电容器组。
本方法的控制对象是无功功率(无功电流),而无功功率(无功电流)又始终保持在一个较低的水平上。
因此,不会出现功率因素控制方式所出现的重载时功率因素满足要求,但无功电流很大,而轻载时又容易产生投切振荡的问题。
(3) 控制方式的比较
两种控制方式控制的无功补偿器性能比较见表1。
用无功补偿装置进行补偿,使供电电网的功率因素满足要求,这是人们最先想到和做到的。
但从上面所列出的表格中可以看出,它在轻载时易发生投切振荡;在重负荷时,虽然功率因素满足了要求,但电网中的无功功率仍很大。
因此,在设计TSC无功补偿装置时,宜采用无功功率(无功电流)控制的方式。
2 投切判据与信号检测
(1) 无功电流幅值检测原理
TSC无功补偿装置通过检测负荷侧无功电流幅值作为电力电容器的投切判据。
进行无功补偿幅值检测原理电路框图如图1所示。
图1中,电压信号为电源经电压互感器后得到的;电流信号为负载电流经电流互感器后得到的;采样保持器的输出就是无功电流幅值Iqm。
由此得到全补偿所需的电容量:
其中,为交流电压的有效值。
若为负,则切除相应容量的电容器;反之,则应投入相应容量的电容器。
(2) 固体继电器(Solid State Relay,SSR)
固体继电器是利用现代微电子技术与电力电子技术相结合而发展起来的一种新型无触点电子开关器件。
它可以实现用微弱的控制信号(几毫安到几十毫安)控制0.1A直至几百安电流负载,进行无触点接通或分断。
交流过零型固体继电器采用了过零触发技术,具有电压过零时开启,负载电流过零时关断的特性[2]。
固体继电器多为四端接线,两个输入端,两个输出端,如图2所示。
输入端接控制信号,输出端与负载、电源串联,SSR实际是一个受控的电力电子开关;输入输出间为光隔离,输入端加上直流或脉冲信号到一定电流值后,输出端就能从断态转变成通态。
将TSC所要求的开关具有过零触发功能和过零型固体继电器所具有的过零
触发技术相比较,可采用过零型固体继电器作为TSC的投切开关,如图4所示为电网单相施行TSC无功补偿时的连接图。
其中的AC-SSR表示为交流过零型固体继电器;C表示为电网所需补偿的电容;表示为触发脉冲,+、-两端加上直流或脉冲信号到一定电流值后,继电器就能从断态转变成通态。
同时,也可以考虑用单片机为核心的微机系统来准确控制触发脉冲;在治理配电网时,为了使TSC的补偿更加准确,通常采用电容的分级投切形式,此时,结合微机系统来操作,将使系统能达到实时准确补偿的目的[3]。
3 以Intel 80C196KB单片机为核心的微机控制系统
在使用TSC方式对系统进行无功补偿时,为了确保补偿的精确性,通常采用电容器的分级投切方式[4]。
在此,需要考虑如何更好地实时控制电容器的投入或切除[3]。
用以Intel 80C196KB单片机为核心的微机系统来控制TSC电路中电容的投切,单片机兼有CPU,A/D,RAM等功能。
如图4所示。
电压、电流的采样信号先经单片机内部的A/D把模拟量变成数字量,以便计算负荷无功功率Q和作为保护等所用。
在无功功率的检测方法上,采用独特的只检测负荷电压、电流任意两时刻的瞬时值即可快速检测出负荷无功功率Q的新方法。
为了减少随机误差,实际上进行了多点采样以计算出若干Q,同时结合数字滤波技术,由单片机快速准确地把Q检测出来。
快速检测出无功Q以后,即可实时决定应投入的电容器级数,并由单片机的高速输出口HSO.0～HSO.5发出相应的触发脉冲信号;同时单片机还实时查询各种保护状态,决定是否采取保护措施,以保证整机的安全运行[5]。
参考文献:
[1] 黄绍平,彭晓,浣喜明.TSC无功补偿装置的设计[J].高压电器,2003,39(6):33-35.
[2] 罗永昌,谷永刚,肖国春,王兆安.SSR 在TSC 中应用的实验研究[J].电力电子技术.2004,8(4).
[3] Zhang Jianhua; Dai Guanping; Xiao Gang; Zhao Jie; Zhang Hui; Wang Shuying.Design of the control system for thyristor switched capacitor devices[J].Transmission and Distribution Conference and Exposition,2003 IEEE PES V olume 2, 7-12 Sept. 2003 Page(s):606 - 610.
[4] 电能质量·电压允许波动和闪变(GB-2000).
[5] 陈小华,黎有勇.现代控制继电器实用技术手册[M].人民邮电出版社.1998.。
