无功补偿装置（TCR）的研究

2009-07-04 00:26阅读：

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******************如有需要者原理图可向本人索取*********************
一、总体设计
1．引言
在电力系统运行中，常常负载带有较多的电动机，变压器等，使负载多呈现感性，有时也从在一些容性负载。因此，造成电力系统中有大量无功负荷，为了提高电力系统运行的经济性，提高输送效率，常在网络中加上无功补偿设备。SVC（静止无功补偿器）具有优良的性能，近多年来其市场一直在迅速而稳定的增长，并占据了动态无功补偿装置的主导地位。TCR为SVC中的重要一员，主要起可变电感的作用，实现感性无功功率的快速、平滑调节。其基本结构为两个反并联的晶闸管与一个电抗器相串联，再与交流电源u相连。改变晶闸管的控制角a，流经电抗器的电流波形将发生变化而使电流波形中的基波分量发生变化，这相当于改变了电抗器的电抗，使TCR等效于一个连续可变的电抗器。

2.主电路的选型（方案设计）
根据题目要求，本文设计了多种电路，从理论上分析均能实现其功能，下面选择了其中的三个电路进行介绍。本文针对感性负载和容性负载分别设计了一些方案，为了更好的说明三相电路的工作原理，先从单项原理图开始研究，电路设计图见图一。

图一
其基本结构为就是两个并联的晶闸管与一个电抗器相串联，再与交流电源u相连。改变晶闸管控制角a，流经电抗器的电流波形将发生变化而使电流中的基波分量发生变化，这相当于改变了电抗器的感抗，使TCR等效于一个连续可变的电感器。忽略回路电阻时，晶闸管在a=90时完全导通。电力基本上是无功功率性质和正弦形。当

a在90~180之间时为部分导通，0~90之间的触发角是不允许的，因为他们将产生含有一直流分量的不对称电流。
方案一：
此方案中负载选用容性负载，当负载无功功率变化时，实现控制晶闸管的导通角，已实现控制电抗器的大小，跟随性补偿无功功率。该图的特点为结构简单，实现起来比较容易，同时，目的明确，使人能较容易理解。
方案二：

据调查，感性负载在工业等领域中占据了绝大的部分，因此研究感性负载具有极大的现实意义。上图为单相电路图，电容C为固定的值，所以超前的无功功率Qc为固定的值，当负载滞后而无功功率Qf变化时，可以连续控制滞后无功QL，使QC-QL变化。

三相电路
方案三：

此方案与第一方案最大的区别是每组电抗器都并联了一组电抗器，总共组成了12脉冲的电抗器。他不但继承了方案一的优点，而且其一次侧仅含有次谐波（K为正整数），在一个六脉冲TCR出现故障时，另一个仍可继续工作，这是12脉冲TCR的一大优点。
2. 总体实现框架

由于实际电网运行中，需要补偿的无功功率常常不是一个定值，因此通过以上控制电路测试电路中的电压和电流决定投入的电容器的组数以实现对电网的动态跟踪补偿。
二、主要参数及电路设计
1.主电路参数设计
根据题目要求，电压为380/220，及线电压为380V，相电压为380V，频率为工频。TCR额定输出功率500kvar；
①对于补偿电抗的设置，由公式Q=3U² /2πfL带入U=220V，f=50Hz，算出C=0.02193 F。因此，对于单组电容器，每相容量设置为0.02193F。
对于负载设置，设计要求TCR额定输出电功率Q=500kvar，故负载发出的无功功率为Q=500kvar。设定负载的阻抗角 =π/4，已知无功功率 Q=UIsin ，得到有效电流 I =1071.21A
又因负载是容性负载
故Q=3I
得到负载的电容 C 3 1071.21 /5 50=0.02193F
因为 =π/4，所以R=1/wc
从而得出负载的电阻 R=0.14524
。
对于触发电路的设置，应该使电源电压达到峰值时投去电抗器，所以，A相正向的晶闸管的触发角设置为90°— 180°，反相晶闸管的触发角设置为270°—360°，而因为B相、C相依次滞后120°，因此，对于B相、C相得触发角也依次滞后120°。
②对于负载设置，设计要求TCR额定输出电功率Q=500kvar，故负载发出的无功功率为Q=500kvar。设定负载的阻抗角 =π/4，已知无功功率 Q=UIsin ，得到有效电流 I =1071.21A
又因负载是感性负载
故Q=3I Lw
得到负载的电抗L 5 /3 1071.21 50=0.00046256F
因为 =π/4，所以R=Lw
从而得出负载的电阻 R=0.14524386

对于补偿装置先固定C=0.02，Q=3U² /2πfL- 3U² wc=500KVar，可算出L= 0.001122772.保护电阻R=0.001 ,C=0.1Uf。
2 主电路设计
主电路前面已经给出，三种方案各位一种主电路，这里不再给出
三、仿真验证（设计测试方案、存在的问题及解决方法）
1.仿真结果：方案一

方案二

方案三

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