无功补偿装置及应用(四)

摘要：本文讲述了无功补偿的基本概念，介绍了各种无功补偿装置的原理和应用。
关键词：无功功率；补偿；装置；应用

(上接总第121期P．43)
    对于TCR的三相电路来说，一般采用三角形(△)连接方式，如图10所示。△连接方式比其他连接方式的线电流中的谐波电流要小一些。为了保护晶闸管，通常将电抗器一分为二，分别接在晶闸管的两端，当一个电抗器损坏时，另一个电抗器能对晶闸管提供保护。图10所示的△连接方式也称为支路控制的△连接方式，另外还有其他的△连接方式，这里不再介绍。
    在图10所示的支路控制△连接的TCR三相电路中，当负载为电感性时，控制角6c的有效移相范围为90°～180°。各线电流Iab、Ibc和Ica的计算公式与式(23)相同，只要将公式中的相电压峰值改为线电压峰值即可。在各相独立控制时，仍可采用图9所示的控制角α、导通角θ和功率因数角ψ之间的关系曲线。

    图10所示的支路控制△连接的TCR三相电路实际上是一个6脉波TCR电路，其线电流中所含有的谐波次数为6k±1(k=1，2，…，n)。为了减小线电流中的谐波，可以采用图ll所示的12脉波TCR电路。按图中所示，12脉波TCR电路是通过降压变压器接到供电系统的母线上，降压变压器的副边为两个变压器绕组，其中一个接成△连接方式，另一个接成Y连接方式，而三组晶闸管和电抗器接成△连接方式，它们的供电电压相差30°的相位角。这样，构成了12脉波TCR电路，变压器原边的线电流中所含有的谐波次数为12k±l(k=l，2，…，n)。与6脉波TCR电路相比，减小了线电流中的谐波。在设计降压变压器时，使其有较大的漏抗，该漏抗等效于与晶闸管串联的电抗器。省去电抗器后，两只反向并联的晶闸管直接接到降压变压器的副边绕组上。这种连接形式的TCR称为晶闸管控制变压器(TCT一Thyristor ControlledTrarlsfomer)。TCT的连接方式如图12所示。图中(a)为△连接方式，(b)为Y连接方式。

    TCT具有以下优点：
    (1)与TCR相比，省去了电抗器，降低了成本；
    (2)由于漏抗较大，在变压器副边发生短路时，可以使变压器免受短路应力的影响；
    (3)高漏抗变压器具有较大的热容量，可以吸收较大的感性无功功率。
    TCR和TCT只能吸收感性无功功率。在实际应用中，往往要与补偿电容器配合使用。但TCT与补偿电容器配合使用时，补偿电容器只能接在降压变压器的原边，要承受母线上的高电压，这势必增加成本。TCR与补偿电容器配合使用的原理图如图13所示。

    图13仅表示了单相TCR与补偿电容器配合使用的原理图，图中的S为电力开关。TCR与固定补偿电容器并联使用为基本形式，称为TCR+FC型SVC。通过S的开与关，还可以增加一组或几组投切补偿电容器投入使用。

    下面简要说明TCR+FC型SVC的工作原理。
    TCR+FC型SVC由感性支路TCR和容性支路FC组成。电路正常工作时，与电力系统交换的无功功率QS为
   
式中QZ一负载的无功功率；
    QL一感性支路提供的无功功率；
    QC一容性支路提供的无功功率。
    QC是固定不变的超前的容性无功功率，QL是感性无功功率，QL在控制系统的调节下，随QZ的变化而变化。当QZ增大时，QL减小，当QZ减小时，QL增大，使QS近似为常数。正确设计TCR+FC型SVC电路和控制系统，可以使QS减小到限定的范围内，并且QS的变化量为最小。
    从式(26)可以看出，容性支路补偿的容性无功功率QC是一个定值，当TCR+FC电路仅需要补偿很小的感性无功功率QZ时，感性支路补偿的感性无功功率QL除吸收QZ外，还应抵消QC。实际上在容性支路和感性支路中已流过了很大的电流，只不过是所提供的无功功率相互抵消罢了。当TCR+FC电路仅需要补偿很小的容性无功功率QZ时，也存在类似的情况。从上述分析可知，如果QZ为很大的感性无功功率，那么，感性支路必须有很强的补偿感性无功功率的能力。以上所述均为TCR+FC型SVC的不足之处。
    为了克服这些缺点，可以采用图13所示的并入投切补偿电容器的方式，每组补偿电容器的容量选得小一些，根据所需要补偿的容性无功功率QC的大小，通过开关S将并联的补偿电容器分组投切，控制系统调节感性无功功率QL满足补偿要求，即满足式(26)的要求。开关s可采用机械开关，也可采用晶闸管电子开关，采用机械开关的补偿电路称为TCR+MSC型SVC，而采用晶闸管电子开关的补偿电路称为TCR+TSC型SVC，它们统称为混合型SCV。
    2)TCR的控制方式
    从图7所示的TCR等效电路可以看出，TCR电路中的电流I可以表示为

   
式中 BL-TCR电路的等效电纳。
    TCR电路的电流基波分量I1为

    式中的BLmax=1／XL为等效电纳BL的最大值。式(29)给出了TCR电路的等效电纳BL与晶闸管导通角θ之间的关系。这种关系不是线性的，如图14所示。

    TCR的控制方式与前面讲过的瞬时无功功率补偿的方法是基本相同的，只是在形成晶闸管触发脉冲之前要求插入一个非线性环节，来补偿等效电纳BL与晶闸管导通角θ之间的非线性关系。这个插入的非线性环节成为线性化环节，其原理框图如图15所示。图中的Bref为等效电纳的参考值，插入线性化环节后，实现了Bref与BL之间的线性关系，BL线性跟踪Bref，从而线性调节基波电流I1，通过TCR的控制系统实现无功功率的补偿。

    TCR闭环控制系统的原理框图如图16所示。从图中可以看出，TCR闭环控制系统为电压和电流双闭环控制系统。下面就电压闭环控制和电流闭环控制分别予以说明。

（未完待续）