变阻抗型静止无功补偿器

1、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，

2、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

3、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：

4、 (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。

5、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，1020ms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610ms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: Thyristor Controlled Reactor）导通：在每个正负半

6、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：

7、TCR：运行特性为一个区域；TSR（Thyristor Switched Reactior）：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357911131517谐波幅值0.13780.05450.02570.01560.01050.00780.00270.0022导通角12010810210098969595TCR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

8、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

9、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(Thyristor Controlled Transformator)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：33100%；（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

10、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-Switch Capactor, TSC）5.6.2 TSC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

11、.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：5.6.3 TSC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

12、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SRTCRTCTTSC无功输出连续连续

13、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0.71%0.50.7%0.71%0.30.5%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SVC5.7.2 固定电容-晶闸管控制电抗型无功补偿（FC-TCR SVC）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

14、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T

15、CR），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-TCR SVC）1. 原理n条TSC支路；m条TCR支路。图中n=3，n=1；TSC支路都投入，TCR支路断开时；输出最大容性无功TSC支路都断开，TCR支路投入（）时，输出最大感性无功；当要求装置输出容性无功，且：时，则投入k条支TSC路，使： (5.7.41)调节TCR支路的触发延迟角，吸收多余的无功功率 (5.7.42)而要求感性无功功率时，关断所有的TSC支路，调节TCR获得所需的感性无功功率，为减少谐波，可以采用前面的减少谐波的方法。2. 基本控制原理（1）根据所需要的补偿无功，假定需要投入的TSC或TCR支路的数目，同时计算出需要抵消的过补偿感性电流值；（2）控制投入的TSC，使过渡的暂态过程最短；（3）控制触发延迟角，控制TCR的输出电流。3. 外特性曲线如下图所示：5.7.4 机械开关投切电容-晶闸管控制电抗型无功补偿器（MSC-