TCR_FC型SVC原理及应用

文章编号：１００５—７２７７（２００７）０３—００５７—０２２００７年第２９卷第３期第５７页电气传动自动化ＥＬＥＣＴＲＩＣＤＲＩＶＥＡＵＴＯＭＡＴＩＯＮＶｏｌ．２９，Ｎｏ．３２００７，２９（３）：５７～５８１前言随着国民经济的发展和现代化技术的进步，电力网负荷急剧增大，对电网感性无功要求也与日俱增。

特别是可逆式大型轧钢机、炼钢电弧炉等冲击负荷、非线性负荷容量的不断增加，加上普遍应用的电力电子和微电子技术，使得电力网发生电压波形畸变，电压波动闪变和三相不平衡等，产生电能质量降低，电网功率因数降低，网络损耗增加等不良影响。

近年发展起来的静止型无功补偿装置（ＳｔａｔｉｃＶａｒＣｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ，简称ＳＶＣ）是一种快速调节无功功率的装置，已成功应用于冶金、采矿和电气化铁路等冲击性负荷的补偿上。

而晶闸管控制电抗器型（称ＴＣＲ型）ＳＶＣ用可控硅控制线性电抗器实现较快、连续的无功功率调节，它具有反应时间快（５－２０ｍｓ），运行可靠，无级补偿、分相调节，能平衡有功，适用范围广和廉价等优点。

ＴＣＲ装置还能实现分相控制，有较好的抑制不对称负荷的能力，因而在冶金行业中应用最广。

２ＴＣＲ型＋ＦＣＳＶＣ系统组成及控制原理２．１系统组成ＴＣＲ＋ＦＣ型ＳＶＣ系统的组成如图１所示，一般由ＴＣＲ、滤波器（ＦｉｌｔｅｒＣｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｒ，简称ＦＣ）及控制系统组成。

通过控制与电抗器串联的两个反并联晶闸管的导通角，既可以向系统输送感性无功电流，又可以向系统输送容性无功电流。

该补偿器响应时间快（小于半周波），灵活性大，而且可以连续调节无功输出，缺点是产生谐波，但加上滤波装置则可以克服。

因此，该电路又称为ＴＣＲ＋ＦＣ型电路。

２．２可调相控电抗器（ＴＣＲ）产生连续、变化感性无功的基本原理如图２所示，ｕ为交流电压。

Ｔｈ１、Ｔｈ２为两个反并联晶闸管，分别在电源电压波的两个半周内导通，理想控制触发角α在９０－１８０°范围内调节。

而实际最小触发角不在９０°，有一个最小角度，在最小角度触发时，ＴＣＲ的输出无功功率达到额定值。

控制这两个晶闸管在一定范围内导通，则可控制电抗器流过的电流Ｉ，Ｉ和ｕ的基本波形如图３所示。

α为Ｔｈ１和Ｔｈ２的触发角，则有：ｉ＝２Ｖ!ωＬ（ｃｏｓα－ｃｏｓωｔ）ＴＣＲ＋ＦＣ型ＳＶＣ原理及应用朱金奇（安阳钢铁集团有限责任公司，河南安阳４５５００４）摘要：介绍了ＴＣＲ＋ＦＣ型ＳＶＣ的基本原理和应用实例，并对无功补偿与谐波抑制的发展方向进行了展望。

关键词：ＳＶＣ；无功补偿；谐波中图分类号：ＴＭ７１４．３文献标识码：ＣＴｈｅｂａｓｉｃｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＦＣＲ＋ＦＣｔｙｐｅＳＶＣＺＨＵＪｉｎ－ｑｉ（ＡｎｙａｎｇＩｒｏｎａｎｄＳｔｅｅｌＧｒｏｕｐＣｏ．Ｌｔｄ．，Ａｎｙａｎｇ４５５００４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｂａｓｉｃｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＦＣＲ＋ＦＣｔｙｐｅＳＶＣａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ａｎｄｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆｒｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｃｏｍｐｅｎｓａｔｅａｎｄｈａｒｍｏｎｉｃｒｅｓｔｒａｉｎｉｎｔｈｅｆｕｔｕｒｅａｒｅａｌｓｏｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄ：ＳＶＣ；ｒｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ；ｈａｒｍｏｎｉｃｉ的基波电流有效值为：Ｉ＝ＶπωＬ（２π－２α＋ｓｉｎ２α）Ｖ为相电压有效值；ωＬ为电抗器的基波电抗（Ω）。

因此，可以通过控制电抗器Ｌ上串联的两只反并联晶闸管的触发角α来控制电抗器吸收的无功功率值。

２．３恒无功控制原理控制系统基本组成如图４所示。

ＳＶＣ连接到系统中，电容器提供固定容性无功功率Ｑｃ，通过具有完好线性特征的补偿电抗器的电流决定了从补偿电抗器输出的感性无功值ＱＴＣＲ，感性无功与容性无功相抵消，只要ＱＮ（系统）＝ＱＶ（负载）－ＱＣ＋ＱＴＣＲ＝恒定值（或０），功率因数就能保持恒定，电压几乎不波动。

最重要的是精确控制晶闸管触发，获得所需电抗器的电流。

根据采集的进线电流及母线电压经乘法器后得出要补偿的无功功率，计算机发出触发脉冲，光纤传输到脉冲放大单元，经放大后触发晶闸管，得到所补偿的无功功率。

２．４无源滤波器（ＦＣ）无源滤波器（ＦｉｌｔｅｒＣｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｒ，简称ＦＣ），是现阶段最常见、实用且有效的抑制高次谐波的措施。

由电容器、电抗器，有时还包括电阻等无源元件组成。

其基本原理是利用电路谐振的特点，对某次或以上谐波形成低阻抗通路，以达到抑制高次谐波和无功补偿的作用。

分为单调谐波滤波器、双调谐波滤波器和高通滤波器（减幅滤波器）等几种。

高通滤波器（减幅滤波器）又可分为１阶、２阶、３阶和Ｃ型，如图５所示。

无源滤波器（ＦＣ）在设计时，应注意的问题是：①滤波器发出的无功应满足补偿功率因数，抑制电压波动及闪变的要求；②选取的滤波电容器的额定电压应保证滤波器的安全可靠运行；③滤波器的分组应满足滤除谐波电流的要求；④滤波器设计时应进行充分的计算机仿真及数据库优选，经多个方案比较，选择最佳方案；⑤对选定的滤波器应进行滤波器各种运行方式下的计算机仿真，避免与系统发生谐振；⑥对滤波器的安全运行应进行仔细校验。

３ＴＣＲ＋ＦＣ型ＳＶＣ的应用实例２００５年某公司新上了一套ＴＣＲ和ＦＣ补偿容量均为１１ＭＶＡＲ的ＴＣＲ＋ＦＣ型ＳＶＣ。

该工程负荷主要为两台粗轧机（２Ｘ４２００ｋＷ同步电机）。

经过晶闸管变流调速装置进行调速，过载倍数为２倍。

这些设备挂接在６ｋＶ母线上，系统最小短路容量为２３８ＭＶＡ。

上辊定子整流变压器容量为３０００ｋＶＡ，连接组别为Ｄ／ｄ０３台；下辊定子整流变压器容量为３０００ｋＶＡ，连接组别为Ｄ／Ｙ１１３台。

由于整流变压器采用Ｄ、Ｙ接法，可以消除３的整数倍次的高次谐波，从而使注入电网的谐波电流只有５、７、１１…等谐波。

经计算粗轧机最大无功冲击为１５１２０ｋＶＡＲ，电压波动国标允许值为２％。

因此，允许无功波动为：△Ｑ＝Ｓｄｍｉｎ×△ｕ％＝２３８×２％＝４．７６ＭＶＡ・５８・电气传动自动化２００７年第３期（下转第６５页）常好的应用效果，同时利用公共直流母线提高了设备的性价比。

参考文献：［１］西门子电气传动有限公司．ＭＩＣＲＯＭＡＳＴＥＲ通用变频器使用大全，１９９９．［２］陈伯时，陈敏逊．交流调速系统［Ｍ］．北京：机械工业出版社，１９９８．［３］马小亮．大功率交－交变频调速及矢量控制技术（第二版）［Ｍ］．北京：机械工业出版社，１９９６．［４］冯垛生，曾岳南．无速度传感器矢量控制原理与实践［Ｍ］．北京：机械工业出版社，１９９７．［５］陈国呈．ＰＷＭ变频调速及软开关电力变换技术［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００１．［６］邱公伟．可编程控制器网络通信及应用［Ｍ］．北京：清华大学出版社，２０００．作者简介：翟梦群（１９７５－），女，助理工程师，西北农林科技大学机电工程学院教师，主要从事数控技术方面的研究。

李月琴（１９７０－），女，助理工程师，在天水电气传动研究所大型驱动工程部从事石油钻机辅助设计工作。

侯忠奎（１９７５－），男，工程师，毕业于西安理工大学自动控制专业，一直从事石油电控钻机的开发、研究及应用。

收稿日期：２００６－１２－１８２００７年第３期・６５・翟梦群，李月琴，侯忠奎ＭＭ４４０变频器在高速离心机中的应用补偿容量为：Ｑｍａｘ－△Ｑ＝１５．１２－４．７６＝１０．３６ＭＶＡＲ。

为留有余量，取１１ＭＶＡＲ。

总计算负荷为１９４０７ｋＶＡ，平均功率因数从０．７５提高到０．９５所需要补偿的无功为６．４５ＭＶＡＲ。

综上所述，按电压波动选择容量，ＴＣＲ及ＦＣ的容量均为１１ＭＶＡＲ。

经仿真计算，滤波器总容量：１５ＭＶＡＲ，基波补偿容量为１１ＭＶＡＲ，分为Ｈ３、Ｈ５、Ｈ７３个通道。

Ｈ３次滤波器安装容量为４．２ＭＶＡＲ，补偿容量为３．２１ＭＶＡＲ；Ｈ５次滤波器安装容量为６ＭＶＡＲ，补偿容量为４．２５ＭＶＡＲ；Ｈ７次滤波器安装容量为５．４ＭＶＡＲ，补偿容量为３．５４ＭＶＡＲ。

主接线系统图如图６所示。

４结束语目前，ＴＣＲ＋ＦＣ型ＳＶＣ已广泛应用于冶金行业，取得了显著效果，并形成了成熟的技术方案。

另外，ＳＶＣ还有晶闸管投切电容器（ＴＳＣ）型、饱和电抗器型（ＳＲ型）、晶闸管控制高阻抗变压器型（ＴＣＴ）等形式。

对ＳＶＣ的发展研究主要集中在控制策略上，如模糊控制、人工神经网络和专家系统控制系统也被引入ＳＶＣ控制系统，使ＳＶＣ系统的性能更加提高。

而且随着电力电子技术的飞速发展，出现了以大功率可关断晶闸管（ＧＴＯ）器件代替普通的晶闸管构成的静止无功发生器（ＳｔａｔｉｃＶａｒＧｅｎｅｒａｔｏｒ，简称ＳＶＧ）。

由于其具有响应速度快，吸收无功连续、产生的高次谐波量小、调节范围广、损耗与噪声小等特点，使其成为未来无功补偿技术的发展方向。

参考文献：［１］翁利民，张莉．ＳＶＣ与ＳＶＧ的比较［Ｊ］．电气工程应用，２００５，（３）：１－４．［２］姚赤飙．民用建筑配电系统谐波污染及其抑制方法［Ｊ］．２００５，（２）：２２－２６．作者简介：朱金奇（１９７２－），男，河南清丰人。

１９９４年毕业于中原机械工业学校工业企业电气化专业，２００４年毕业于河南科技学院机电一体化专业，现在河南省安阳钢铁集团有限责任公司从事技改工程电气专业的现场施工管理以及生产备件的计划采购工作。

收稿日期：２００６－０３－０１（上接第５８页）"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""。