TCR型静止动态无功功率补偿技术及应用

TCR型静止动态无功功率补偿技术及应用1概述礼经电器
随着高新技术尤其是信息技术的飞速发展，基于计算机、微处理器控制的用电设备和电力设备在系统中大量投入使用，但是电子设备对系统干扰比机电设备更加敏感，因此对供电质量的要求也更高。

一旦出现电能质量问题，轻则造成设备故障或停运，重则造成整个系统的损坏，由此带来的损失是难以估量的。

引起电能质量恶化的主要原因是：一方面，大量为提高生产效率、节约能源和减小环境污染而采用的基于电力电子技术的现代化设备
的推广应用。

例如电气化铁路机车牵引式负荷，属于整流负荷，是典型的谐波源；它采用工频单相式交流供电，又是典型的负序源，同时又具有波动性和不确定性，是典型的电压波动源和闪变源。

而且近年来，用户端大量非线性负荷的应用正成为电能质量恶化的另一重要因素，例如从低压小容量家用电器到高压大容量的工业交直流变换装置中存在的各种静止变流器，它是以开关方式工作的，会引起电网电流、电压波形的畸变。

另一方面，大型电弧式设备，如电弧熔炉，弧焊设备等，也成为电网系统重要的冲击源和谐波源。

传统的静态无功补偿及静态无源滤波装置无法实现补偿无功、滤除谐波、提高功率因数的需求。

动态无功补偿技术的推广应用为此提
供了可行的途径。

动态无功补偿装置可根据系统的负荷情况实时在线投切L-C滤波器组，实现实时快速跟踪补偿系统基波无功，同时滤除谐波无功，为电力系统可靠的运行提供了保障。

2TCR型静止型动态无功功率补偿装置
2.1特点
采用先进的DSP数字技术运行速度＜10ms；控制精度为±0.1度；控制角α范围：105°～165°；采用先进的光电触发技术(光纤通讯)，使高低压电气隔离，提高了抗干扰能力；高电位取能技术，使光纤通讯成为可能；BOD晶闸管保护技术，快速有效的保护晶闸管；高纯水冷却技术，使阀组得到快速的冷却，确保晶闸管可靠的工作及效率，与风冷技术相比大大降低运行费用；系统的兼容性好。

2.2功能
在面向工业应用中，以抑制闪变、提高电网的功率因数、滤除负荷的谐波、消除三相不平衡电流、改善电网运行电能质量为主要控制目标；在面向电力系统输电网应用中，以稳定系统电压、提高线路输送能力，阻尼功率振荡，提高电力系统稳定性为主要控制目标。

2.3工作原理
2.3.1原理说明
（1）调节器自动跟踪具有严重冲击无功功率的负荷的工作状态，发出与冲击负荷所对应的TCR晶闸管阀六相触发脉冲;
（2）通过光电转换及高压光缆的传递，使触发脉冲触发各晶闸管;（3）调节器的六相触发脉冲通过晶闸管阀电子单元（高电位电子板）、去触发六相晶闸管阀;
（4）不同的触发角，改变了流过TCR回路中主电抗器的电流量，从而改变了TCR回路的感性无功功率量；
（5）通过TCR回路感性无功功率的跟随作用，使电网上的无功功率趋近于零，或趋于一定值。

下式是无功功率补偿的计算式:ΣQ＝QFC＋Q负载＋QTCR≈0（或某一常数）；
其中：
QFC——固定电容器兼滤波器的容性无功功率值（固定量）；
Q负载——冲击负荷的感性无功率值（可变量）；QTCR——TCR回路的感性无功功率值（可变量）；
（6）由于晶闸管阀及电子设备的动态响应很快，即实现了动态补偿的功能；
（7）通过调节器的检测、运算和调节作用，TCR使三相不平衡的有功负荷得以平衡，抑制电网的负序分量。

图1TCR控制角与电流的关系
图2TCR装置原理框图
2.4TCR装置配置性能及指标
2.4.1TCR控制系统-调节器
采用全数字控制系统（ＡＢＢ公司技术），主要功能是利用电力传感器实现电网参数变化检测，并将测量参数进行比较、放大，通过计算机数据处理数学模型运算，产生修正数据六相脉冲信号（控制晶闸管触发角大小），并将调节器输出到TCR阀的触发监控系统。

技术指标：
适用电压等级为：6kV～35kV；
调节器本身响应时间＜10ms，跟踪时间＜15ms；
触发脉冲角误差±0.1度；
控制器的控制角α范围：105°～165°；
调节范围：0～100%恒无功功率调节。

2.4.2TCR监控系统---监控器
技术指标：
供电电源为220V，50Hz；
监控TCR阀六相串联晶闸管是否有击穿故障，高电位电子单元工作是否正常，BOD器件是否有动作；礼经电器
查询各晶闸管的状态和BOD动作的具体位置，并显示；
晶闸管每串损坏数目≤2个，进行声光报警并显示。

晶闸管每串损坏数≥3个时，发出TCR紧急跳闸命令；
对监控柜的二台24V电源和二台5V电源进行监视，当24V或5V电源中有一台发生故障时，进行声光报警。

当24V或5V电源二台均有故障时，则发出TCR紧急跳闸指令。

2.4.3TCR---阀组
TCR晶闸管阀组：是由多支反并联晶闸管串联、高电位板、阀基电路、光纤、高纯水冷却管路等组成。

通过电角度控制晶闸管回路电流的大小，实现相控电抗器的电感量的改变。

2.2.4相控电抗器
是一个可控的感性负载，通过控制系统对可控硅阀的电角度控制，改变补偿电抗器的电流大小，从而达到动态无功补偿的目的。

形式：干式、空芯、铝导线、双线圈、环氧树脂浸玻璃纤维绕包、防污绝缘子。

接线：三角型接线；
额定电压：10KV；
环境温度：40℃；
绝缘耐热：F级；
触发角：105°～165°；
安装方式：分相安装；
使用条件：户外；
环境温度：40℃；
噪音水平：距电抗器中心2m处噪音不大于55dB。

3应用案例
某冷轧薄板厂10kVⅡ段母线负荷有平整机组、纵横切机组、酸洗机组、脱脂、氢氧铅、镀锡机组等用电设备组成，其计算负荷容量为：P30=7029.9kw，Q30=7936.7kvAR，S30=10602.4kvA，自然功率因数cosφ=0.663
其中平整机组、纵横切机组、酸洗机组为6脉动相控负荷。

有一定量的谐波电流发生。

原10kVⅡ段母线已设置了五套滤波装置（5次单调谐滤波器、7次单调谐滤波器、11次单调谐滤波器、13次单调谐滤波器、15次高通滤波器），起到了无功补偿兼滤波的作用。

但还是存在以下几点问题：
10KVⅡ段母线在正常生产时，主要功率因数在0.41～0.71之间有较大的波动，平均功率因数为0.625；当投入5、7、11、13次滤波装置时，其功率因数在0.92～0.85之间波动；
平整机组的负荷占10KVⅡ段母线总负荷的40%左右，因此当平整机组停止运行时，如补偿容量投入而不加调节时，则有2260KVAR的无功容量倒送入电网。

cosφ＝0.819；
即主要机组均停止工作时，补偿容量投入而不加调节则有2976KVAR 的无功容量倒送入电网。

cosφ＝0.658；
根据以上情况，对10KVⅡ段母线系统进行了全面测试及分析，取得准确详细的原始数据，并根据测试数据，提出以下改造方案：
改造5、7次滤波回路，容量由原来的2×1.8Mvar+2×1.2Mvar，更改为1.8Mvar+1.2Mvar；设4次滤波回路，补偿容量为1.2Mvar；增设
8Mvar TCR，动态平衡无功功率，提高功率因数。

应用效果：平均功率因数提高到0.95；快速跟踪负荷变化，动态补偿系统无功，响应时间小于20ms，提高电气设备及系统稳定性，延长设备使用寿命；抑制谐波，提高电能质量，保证生产作业的安全、顺利进行；降低电网无功损耗，提高用电效率，经济效益显著；免维护运行。

4结论
TCR型动态无功补偿装置从根本上解决电力系统的电能质量问题，其使用效益主要体现在以下几个方面：
（1）增加了电力系统功率传输能力。

在负荷处安装SVC装置进行无功补偿后，负荷向系统吸取的无功功率显著减小，由系统供给负荷的总容量也相应减小，系统就可以把这些节余容量供电给其它新添负荷。

因而在输电线路结构不变的情况下，提高了系统输送容量。

（2）减小线路能量损耗。

电力网运行时，电流通过电力网参数时，就会产生功率损耗和能量损耗，负荷的有功功率只能是由发电机供给，负荷的无功功率可以就地补偿，因而网络的线损就可大大降低。

（3）提高功率因数。

为了奖励企业提高功率因数，电力部门对工业用电规定了依照月平均功率因数调整电费办法，有奖有惩。

显然，采有SVC装置的企业可得到明显的经济效益。

（4）抑制谐波，消除危害。

谐波产生的危害，大体上也有两个方面其一是对通讯线路造成的感应干扰；其二是对一般设备造成危害。

谐波对设备造成的危害不容忽视的。

另外SVC装置对系统振荡的抑制和提高系统的瞬态稳定性也有良好的作用。

礼经电器。