低压动态无功补偿装置开发平台设计.docx

第一章结论211型这探讨的背景及意义212国内外探讨动态和趋势3目前无功补偿装置的不足3无功补偿装置的现状3动态无功补偿的发展趋势413无功补偿装置的选择6限制投切装置的选择6限制方式的选掾614当前无功补偿袋置分类IO15本章小结12其次於动态无功补偿关键技术探讨122.1无功补偿原理132.2无功算法的选择162.2.1公式法17移相法17积分法18基于FFT的无功功率测量法182.3箭洞管的触发原则192. 4晶同管投切电容器理论20品闸管器件及其串联技术的应用探讨20品闸管器串并联技术探讨222. 5本注小结23第三章新型TSC系统的爱护部分设计243.1电容器爱护24过压爱护24缺相爱护25欠压爱护25过流爱护25谐波爱护253. 2晶闸管爱护过压过流爱护2533其他爱护26限制器电源单元异样26冷却系统爱护26丢脉冲爱护263. 4本章小结26第四项系统硬件设计274. 1DSP限制系统实现274. 1.1TMS320F2812主要功能简介274. 2系统基本原理和硬件总框图334. 3系统功能模块34信号变换及调理模块344.3.2AD采样模块35锁相同步采样电路36电源模块36人机对话模块38通讯模块39其他防助模块40逻阻电平转换模块41可控畦驱动模块42补偿电容器过教电流调理电路434.4系统抗干扰考虑44干扰源44抑制干扰源444.3本章小结45第五章软件设计与实现45第六章总结46冬考文献47致谢48第一章绪论1.1 课题探讨的背景及意义近年来，随着我国国民经济GDP(国民生产总值)的不怖增长，我国的电力工业也有了长足的发展。同时电力网中的无功问题也已渐渐引起人们的广泛关注，这是由于陵着电力电子技术的飞速发展，各种电力电子装置在电力系统、工业、交通及家庭中的应用日益广泛.而大多数电力电子装置的功率因数很低，它们所消耗的无功功率在电力系统所输送的电量中占有很大的比例。无功功率增加会导致电流的增大，设备及线路的损耗增加，导致大量有功电能损耗。同时使功率因数偏低、系统电压下降。无功功率假如不能就地补偿，用户负荷所须耍的无功功率全靠发、配电设备长距离供应，就公使配电、输电和发电设施不能充分发挥作用，降低发、输电的实力，使电网的供电质量恶化，严峻时可能会使系统电压崩溃，造成大面积停电事故。电网电压版量:通常用校定性、对称性及正弦性等指标衡量，随着现代电力电了设备力系统谐波源可以分为两大类。等非线性负荷大量接入电网，使电网供电质量受到严峻影响，其中各种电力电子开关器件的大量应用和负载的频繁波动是最主要的干扰源，导致了一系列不良影响。在当今的电力系统中，感应式异步电动机和变压器作为传统的主要的负荷使电网产生感性无功电流。同时，随若现代电力电子技术的发展，大功率变流、变频等电力电子装巴在电力系统中得以广泛的应用，这些装置大多数功率因数很低，导致电网中出现大量的无功电流。无功电流产生无功功率，给电网带来额外的负担且影响供电侦盘。因此，无功补偿就成为保证电网高质量运行的一种主要手段之一。无功补偿的作用主要有以下几点(王兆安等，2002)(D提高供用电系统及负载的功率因数，降低设备容量，削减功率损耗；(2)稳定受电端及电网的电J&,提高供电侦量.在长距离输电线中的合适地点设置动态无功补偿装置，还可以改善输电系统的稳定性，提高输电实力；(3)在电气化铁道等三相负载不对称的场合，通过适当的无功补偿可以平衡三相负载。因此探讨无功功率补偿对电网的平安经济运行有很重要的遨义：a解决现代电力系统中与无功功率相关的一系列新的技术问题“b.促进节能。无功功率在电网中不断循环，造成很大的奢侈。假如无功功率问题处理得好，不仅节约电能，还可以削减系统变压器和输变电设备容世。C.通过探讨无功功率测量，驾驭无功功率的经济规律。通过统计、理论分析和各项技术措施来达到经济运行的目的。d保证电能质量，促使电力系统平安运行。1.2 国内外探讨动态和趋势目前无功补偿装置的不足目前，系统无功补偿主要存在以下的问题：（1）无功补偿容量的不足。在供电方面，公用变压罂在全国大中小城市中大量存在，而且伴随若一户一表等城网改造的开展，还会大量增加。由了资金匾乏及重视程度不够，公用变压器区内无功补偿容量严峻的不足，有功损耗大，公用变压器的利用率不高。在用户方面，由于公用变压器区内低压用户很多，供电企业管理不便，低压用户感性负荷很大。由r各用户没有统一的无功功率补偿,造成补偿不合理,效果不明显:而且，在高峰时，从电网接收无功过多，低谷时，往往向系统送无功。（2）无功补偿装电落后。在无功补偿装置上，大量的装置采纳采集任选一相的无功信号或是相电流另两相电压得出的无功信号并以此作为投切容量的依据，但这种方式只适用于以三相电为主的配电区，它可能会对非采样相造成过补或是欠补.在投切容量的确定方面，往往以功率因数为参考，电容器分组投切，当功率因数滞后时，则投入一组电容器。这些装凭常因为电容涔容量级差大而投切精度低或是频繁投切。（3）集中补偿占大多数。集中补偿只能削减装设点以上线路和变压器因输送无功功率所产生的损耗，而不能削减用户内部通过配电线路向用电设符输送无功功率所造成的有功损耗“由于用户内部的有功损耗没有削减，所以降损节电效果必定受到限制。负荷所需的无功功率,仍旧须要通过线路供应，依旧产生有功损耗。无功补偿装置的现状传统的无功功率补偿装置主要是同步调相机和并联电容涔。同步调相机是早期无功补偿装置的典型代表。同步调相机不仅能补偿固定的无功功率，对变更的无功功率也能进行动态的补偿。至今在无功补偿矮域中这种装置还在运用，而且随着限制技术的进步，其限制性能还有所改善。但是它居于旋转设备，运行中的损耗和噪声都比较大，技术上己显落后。由于实际中遇到的大多数的是感性负载，所以后来多采纳低成本的电容器并联作为无功补偿装身。电容补偿可以依据系统所需无功的多少，由限制系统自动地投切补偿电容，因此是一种性价比较而的无功补偿方法。目前在电力系统多采纳开关投切电容器或接触器投切电容器。开关投切的电容器的补偿措施的缺点是不能细调且响应慢，投切过程中会产生涌潦和过电压问题。另外，接触器投切电容港较开关投切方式的响应时间短些，该种功补偿设备曾一度占据配电(IokV和380均市场，特殊是低压配电网。但是由于它投切的随意性，并未解决投切中的暂态过程过电压造成的接触器触头燃孤烧毁，寿命极短问题。同时，接触器式补偿设备的响应时间也较大，在某些快速变更负荷的场合，可能反调，达不到动态补偿的目的。因此，广义上而言，接触器式的动态无功补偿设箸并未超脱开关投切的范畴。20世纪70年头以来，同步调相机(SC)SynchronousCOrIdenSer)起先渐渐被基于半控型器件晶网管(SCR)的岸止至无功补偿装置(SVC)所取代。虽然在PACTS概念形成以前SVC就己存在，但由于SVC采纳的阀元件也是电力电子器件，因此也把SYC归于FACTS限制器。早期的SVC静止无功补偿装理是饱和电抗器(SRSa1.UratCdReaCtOr)型的，1967年英国GEC公司制成了世界上第一批该型无功补偿装置，SR比之SC具有静止、响应速度快等优点;但其铁芯需磁化到饱和状态，因而损耗和噪声还是很大，而且存在非线性电路的一些特殊问题，乂不能分相调整以补偿负荷的不平衡，所以未能占据SYC的主流。电力电子技术的发展及其在电力系统中的应用，将晶闸管的静止无功补偿装置推上了无功补偿的舞台。1977年美国GE公司首次在实际电力系统中运行了运用基于晶闸管的SVC;1978年，在美国电力探讨院支持下，美国西屋公司(WeStinghoUSeE1.ectricCorP)制造的运用基于晶闸管的SVC投入实际运行。随后，世界各大电气公司都竞相推出/各具特点的系列产品。由于运用基于晶闸管的SVC具有优良胜能，所以十多年来占据了SVC的主导地位。因此，SVC一般专指运用基于晶闸管的静止无功补偿装置。SVC是利用品闸管作为固态开关来限制接入系统的电抗器和电容器的容量，从而变更输电系统的导纳.按限制对象和限制方式不同，可分为品闸管限制电抗器(TCR)、晶闸管投切电容器(TSC)以及两者的混合装巴(TOHTSC),或者TCR与固定电容器(FC)协作运用的静补装置(TCR+FC)等。表1.1列出了各种无功补偿装置各种性能的简要对比。通过比较我们可以看出TSC具有反映时间短，运行牢掌，分相调整，能平衡有功和适用范围广等优点，而且TSC还有很大的敏捷性，占地面积相对小，产生的高次谐波和噪声较小,相对于无功发生器SYG来说有限制简洁、开发时间短、成本低的优势。表1.1各种无功功牵动态朴卷装五各种性能的简笑对比Tab1.e1.1varietyofdynamicreactivepowercompensationdevicebriefcomparisonofvariousperformance网步调相机隹和电抗於cwctTSCTa.scSVG网应速度慢较快枚快较快快吸收无功连续连续分级连续连埃BWIt*不拉*um电流无大大无大小分相A的右曜不可可以fK可以可以大依大中小小很小*大大小小小也小动态无功补偿的发展趋势传统的无功功率补偿装置主要为同步调相机和并联电容器。同步调相机虽然能进行动态补偿，但它属于旋转设备，运行中的损耗和噪声都比较大，目前在现场仍有运用，但在技术上已显落后。并联电容器补偿简洁经济，敏捷便利，有取代同步调相机的趋势，但只能补偿固定无功，还可能与系统发生并联谐振，导致谐波放大。目前在我国仍是主要的无功补偿方式。随着现代电力电子技术在电气传动领域的广泛应用，相控技术、脉宽调制等技术被引入到电力系统，与传统电力系统限制技术相结合，产生了近儿年出现的新技术一柔性沟通输电系统(FIeXib1.eACTransmissionSystem-FACTS)(NG.Hingorani;1988郑健超，1999),其本质就是将富压大功率的电力电子技术应用于电力系统中，以增加对电力系统的限制实力,提高原有电力系统的输电实力。FACTS的多个类型都具有谐波抑制和无功补偿实力(A.R.Mcssinaeta1.,2001).静止无功补偿器(StatiCVarCOmPCnSato1.SVC)是它的一个类型，静止无功补偿技术是20世纪70年头以后发展起来的，是指用不同的静止开关投切电容器或电抗器，使其具有发出和汲取无功电流的实力，用于提高系统的功率因数和稳定系统电压等。目前这种开关主要是沟通接触器和电力电子开关。但用接触器来投切会出现巨大的冲击涌流，而I1.闭合时触头抖动导致电能烧损严峻，现在静止无功补偿器一般专指运用晶闸管的无功补偿设备.品闸管投切电容St(ThyristorSwithCapacitoi-TSC)和晶闸管限制电抗器(ThyristorContro1.ReaCtor-TCR)是其典型代表。TSC补偿器可以很好的补偿系统所需的无功功率，假如级数分得够细，基本上可以实现无级调整，瑞典某钢厂的两台100t电弧炉安装60Mvar的TSC后，有效的使13OkV电网的电压保持在1,51.的波动范用.TCR是用来汲取系统的无功功率的。瑞上勃郎维威利公司已造出此种补偿器用于高压输电系统的无功补偿。此外，SVC还包括TSC十TCR混合型的补偿器，我国平顶山至武汉凤凰山SoOkV变电站引用进口的无功补偿设备就是TSC-TCR型(朱是，2001)0目前国内外对SYC的探讨集中在限制策略上，模糊限制、人工神经网络和专家系统等智能限制手段也被引入SVC限制系统，使SVC系统的性能更加提高(Niko1.aosAthanasiadis,2002:J.1.ueta1.,2004:J.Sueta1.2004)。目前国内外对SYG的建模、限制模式、结构设计和不对称限制等做了很多探讨，但目前还有很多理论和实际运用的问题尚待解决(YeYang,2OO2：T.VTruji1Ioeta1.,2003:N.C.Sahooe1.a1.,2004而且其限制困难，所用的全控器件价格昂贵，所以目前还没有普及，尤其在我国，大功率电力电子器件目前基本依赛进口，成本太高，依据我国国情，此类装设的好用化尚需相当长的段时间。而低乐无功补偿中要求装置体积小、重量轻、结构简洁易于安装和维护，因此TSC和TCR装置特别适合于在无功就地补偿领域推广.但SYG具有调整速度更快且不需大容量的电容、电感等储能元件，谐波含量小，同容量占地面积小等诸多优点，其优越性能必将使其成为将来无功补偿设备的重要发展方向MRabinowitz.2000)。美国电力探讨院还提出统一潮流限制器(1.nifiedPowerF1.owContro1.1.er-UPFC)(王建元等，2000：郭培源，2001),集并联补偿、串联补偿、移相等多种功能于一身(A.Edris,2000:P.Kumkratugeta1.,2003),造价特别高，限制特别困难,目前仅美国IneZ变电站安装了这一装置（李骄文，2002）1.3无功补偿装置的选择限制投切装置的选择从当前无功补偿装置的发展来看，目前广泛应用的几种无功补偿装置，从限制投切装巴的不同来看可以分为两类:一类是采纳断路器开关来限制;一类是采纳晶仲I管限制。这两类无功补偿装置的特点在上节中也有所介绍，总起来说采纳晶闸管限制投切的无功补偿装置在性能上比采纳断路罂开关的无功补偿装置好，它动作时间短，通常能在一个周波（即20ms）内动作;动作时无火花，更平安牢靠，寿命长。而断路器开关费用上又优于晶闸管，因此在运用上也并没有被品闸管开关完全取代。表1.2:斯通卷开关与舄同管开关很制投切的无功讣偿我直性能比较Tabe1.2Thyristorswitchcontro1.circuitbreakerswitchandswitchingofreactivepowercompensationdeviceperformancecomparison装着断路器开关拧制.IAWfttS!投切ft检打火佗寿命M火火花4t长M天问长（的几f<»>短（妁几十微秒）增位的负荷IUM稳定的负荷可补馈冲,冏负荷电IX檐定性，既有波动透过控a«s5时何，可消除电三动馀格低高任何种智能无功补偿装身，都须要个限制器来完成电网参数的测量计算，限制电容器组的投切。以断路器作开关元件的无功补偿装置.限制器发出的是接点信号，限制接触器的吸合或断开。以晶闸管作开关元件的无功补偿装置，限制器发出的是晶闸管的触发信号。限制方式的选择在限制器的限制规律上又可以分为功率因数限制和无功功率（无功电流）限制。下面介绍无功补偿有功率因数限制和无功功率（无功电流对空制两种限制方式的特点。1、功率因数限制功率因数限制就是以功率因数满意耍求为限制目标.用无功补偿装置进行补偿，使供电电网的功率因数满意要求。图1.1无功功率补偿原理Fig.1.1Reactivepowercompensationprincip1.e参照图1.1假设补偿前的参数是有功电流切,无功电流切,总电流%，功率因数CoS<090我门将cosC=090定为投入门限，当限制器检测到当前的功率因数值小于0.9时,发出指令，投入电容罂组进行补偿。补偿后的参数为仃功电流G%=%,无功电流5=G-i,功率因数COs%>0.9我门又将切除门限设为心>°。当限制落检测到当前的无功电流小于零时，即得到超前的功率因数时，发出指令，切除一电容器组。当检测到当前的功率因数值介于09和1.0之间时，则保持不变。功率因数式限制器通过对电网的电压、电流进行采样检测，分析计兑出当前的功率因数值。用当前的功率因数值与设定的投切门限值进行比较，以确定是投入、切除、还是保持不变。功率因数式限制器当检测到当前的功率因数值介于0.9和1.O之间时，则不论实际的无功功率值是多少，都保持当前的补偿状态不变。功率因数值是一个比例值，所以在重负荷时.虽然功率因数满意f要求，但电网中的无功功率仍很大。图1.2相同功隼回敬下无功电流与虫般的关系Fig. 1.2 UndCr1.hCsamepowerfactorand1.oadreactiveCUrrCntre1.ationship用图1.2可以很清晰地说明重载时的状况。图1.2中，负我今口1大于负载功，无功也大于心，而这时的功率因数却是相同的。虽然J与的差值大于一个或几个电容器组的补偿量，但却由于此时的功率因数满意要求而不会去投入。If1.1.3功率因敦补偿的翻找报莓Fig. 1.3 1.ighb1.oadpowerfactorcmpcnsa1.ionosci)k1.ion功率因数限制的另一个问题是轻载下的投切振荡。图1-2说明白轻裁振荡的状况.图卜2中是轻载时的有功电流，心是与之对应的无功电流，并且较小，要小于一个电容器组的补偿员。由于负载很轻，这时的功率因数很低.依据补偿原理应投入一个电容器组,用该组电容黯的超前电流去进行补偿，补偿的结果是得到了超前的功率因数。功率因数只要一超前，就要马上切除一电容器组，而切除一组功率因数又不够，因此形成振荡。2、无功功率（无动电流）限制针对功率因数限制的问题，出现了以系统中的无功功率（无功电流）为被限制对象，即无功功率（无功电流）限制方式.限制器对电网的电压、电流进行采样检测，计算出当前的无功功率（无功电流）值。若当前值大于个电容罂组的补偿值，则投入个电容罂组。若当前偷超前，则切除一个电容器组.本方法补偿的结果是使电网中的无功功率（无功电流）始终保持在一个较低的水平上。图1.4所示是无功功率（无功电流）限制的补偿效果示意图。图1.4无功功窣补镂示图Fig.1.4Schematicdiagramofreactivepowermpcnsation由于本方法的限制对象是无功功率（无功电流），而无功功率（无功电流）又始终保持在一个较低的水平上。因此，不会出现功率因数限制方式所出现的重载时功率因数满意要求，但无功电流很大，而轻栽时乂简洁产生投切振荡的问题。表1,3:两忖限制方式限制的无功补储2U卜储住舱比较Tab1.e1.3:contro1.oftwocontro1.methodstocompensatethereactivepowercompensationPCrfbrmanCCcomparison装置功率因数控制的无功孑M装置无功电流控制的无功补偿装置*受效果瓶负荷时无功仍较大次负荷时功率因数可达0.99稳定性杆轨时易发生振荡无振荡控制功能满足需要完善参数整定需现场细调可在工厂整定既然各种装置之间有这样大的差别，那么应当怎样选择呢？1、r解负载性侦，以确定是选择由断路器开关还是晶闸管开关限制投切的无功补偿装置对于居民区、写字楼、商场、电子、化工等负载变更平稔、周期长的场合，由于负载变稳、周期长，所以，接触器的动作次数少，运用寿命己不再是主要问题。从既要满意补偿须要，乂节约费用的选择原则来讲，由断路器开关限制的无功补偿装置完全可以作为首选。若供电线路负荷很大，同时上面又挂有较重要的设备，则还是以选择由品闸管限制的无功补偿装置为宜对于有电焊机、频繁起停的机械加工设济等负载变更快、变更幅度大的场合，由断路器开关限制的无功补偿装置明显无法满意耍求。因此，应选择由晶闸管限制的无功补偿装置.2、依据负荷的变更幅度，确定选择功率因数补偿或是无功功率（无功电流）补偿。确定了投切限制装置，那么又该用什么限制方式呢?用无功补偿装置进行补偿，使供电电网的功率因数满意要求。这是人们最先想到和做到的。该方法的补偿原理前面已经做了介绍。但从表1.3中可看到，它在轻载时易发生投切振荡;在重负荷时，虽然功率因数满意r要求，但电网中的无功功率仍很大。既然功率因数限制不如无功功率（无动电砌限制，那么，什么场合选用它，我们从以卜.儿个方面来考虑。（1）电网中有一个稔定的基本负荷，且占该线路最大负荷的比例较大，换句话说，就是不会出现轻栽投切振荡；（2）线路最大负荷时的最大无功，不会对电网造成大的危害；（3）供电部门仅考核功率因数是否满意要求。从技术、补偿效果、对负载的适应性以及今后的发展上来讲，建议还是选择无功功率（无功电流）限制。3、依据重要程度及自动化水平,选择限制功能，现代的无功功率（无功电流）限制的无功功率补偿装置，除基本的限制功能外，附加功能也很多，如一般都有的：四象限操作、自动手动切换、臼动识别各路电容器组的功率、自动依据负毂调整切换时间、过电压报警及爱护、线路谐振报警、电压电流畸变率测量及功率因数、电压、电流、视在功率、有功功率、无功功率、电网频率的测显及显示等。有的还具有打印机接口、计算机联网接口等。这些功能中，有些是补偿装置工作所必需的，有些是为便利用户按表设置的，有些是为自动化联网运行设置的。用户可依据自己的实际须要，再结合价格，综合选取。1.4当前无功补偿装置分类随着电力电了技术的发展及其在电力系统中的应用，沟通无触点开关SCR,GTR1GTO等的出现，将其作为投切开关速度可以提育500倍(约为IoU),对任何系统参数，无功补偿部可以在一个周波内完成，而且可以进行单向调整。现今所指的无功补偿装置一般专指运用晶间管的无功补偿设备，主要有以卜.三大类型:一类是具有饱和电抗器的无功补偿装置(SR:SaturatedReaetor);其次类是品闸管限制电抗胧(TCR:ThyristorContro1.ReaetOr);第三类是品闸管投切电容器(TSC:ThStorSWitChCaPaCiU>r),后两类装置统称为SVC(StatiCYarCompensator)以卜.对此三类无功补偿技术逐一介绍。1、具有饱和电抗器的无功补偿装置(SR)饱和电抗器分为白泡和电抗器和可控饱和电抗器两种.相应的无功补偿装理也就分为两种.具有臼饱和电抗器的无功补偿装置是依靠电抗器E1.身固有的实力来稳定电压，它利用铁心的饱和特性来限制发出或汲取无功功率的大小。可控饱和电抗器通过变更限制绕组中的工作电流来限制铁心的饱和程度，从而变更工作绕组的感抗，进步限制无功电流的大小。这类装置组成的无功补偿装置属了第一批补偿器,早在1967年，这种装置就在英国制成，后来美国通用电气公司(GE)也制成了这样的无功补偿装置。但是由于这种装置中的饱和电抗器造价高,约为般电抗器的4倍，并且电抗器的硅钢片长期处于饱和状态，铁心损耗大，比并联电抗器大2-3倍，另外这种装置有振动和噪声，而且调整时间长，动态补偿速度慢，由于具有这些缺点，全部饱和电抗器的无功补偿器目前应用的比较少，一般只在超高压输高压电线路有运用。2、晶闸管限制电抗器两个反并联的晶闸管与一个电抗器相串联，其单相原理图如图1-5所示。其三相多接成二角形，这样的电路并入到电网中相当于沟通调压器电路接电感性负载，此电路的有效移相范围为90'T80°。当触发角a=900时，汲取的无功电流最大。依据触发角与补偿器等效导纳之间的关系式：H1=绮z3-sin为/”和Bnnu=IZXze(1.I)可知，增大触发角即可增大补偿器的等效导纳，这样就会减小补偿电流中的基波重量，所以通过调整触发角的大小就可以变更补偿滞所汲取的无功JE量，达到调整无功功率的效图1.5TCR补偿器原理Hg.1.5TCRcompensatorp11ncip1.c三1.6TSC型补偿若原理Fig.1.6TSCcompensatorprincip1.e在工程实际中，可以将降压变压器设计成具有很大漏抗的电抗变压器，用可控硅限制电抗变压器，这样就不须要单独接入一个变压器，也可以不装设断路器.电抗变压器的一次绕组干脆与高压线路连接，二次绕组经过较小的电抗器与可控硅同连接,假如在电抗变压器的第:绕组选择适当的装置回路，例如加装滤波器，可以进一步阳氏无功补偿产生的谐波。瑞士勃朗鲍威利公司已经制造出此种补偿器用于高电压输电系统的无功补偿。由于单独的TCR只能汲取无功功率，而不能发出无功功率，为了解决此问题，可以将并联电容器与TCR协作运用构成无功补偿器。依据投切电容器的元件不同，乂可分为TCR与固定电容器协作运用的静止无功补偿器(TCR-FC)和TCK与断路器投切电容器协作运用的静止无功补偿器(TCR+MSC这种具有TCR型的补偿器反应速度快，敏捷性大，目前在输电系统和工业企业中应用最为广泛。我国江门变电站采纳的静止无功补偿涔是瑞土BBC公司生产的TCR-FC-MSC型的SVC,其限制范用为±±120MVar。由于固定电容器的TCR+FC型补偿装置在补偿范围从感性范围延长到容性范围是要求电抗器的容用大于电容器的容圻，另外当补偿器工作在汲取较小的无功电流时，共电抗器和电容器都己汲取了很大的无功电流，只是相互抵消而已。TSC+MSC里补偿港通过采纳分组投切电容器，在某种程度上克服了这种缺点。3、晶闸管投切电容潺(TSC)为了解决电容器组频繁投切的问遨，TSC装理应运而生。其单相原理图如图1.6所示。两个反并联的晶闸管只是符电容器并入电网或从电网中断开，小联的小电抗器用于抑制电容常投入电网运行时可能产生的冲击电流。现在普遍把这种可以快速补偿电网无功功率的岛闸管投切电容器的无功补偿:装理叫作动态无功补偿器.TSC用三相电网中可以是：角形连接,也可以是星形连接，强对称网络采纳星形连接，负荷不对称网络采纳三角形连接。不论是星形还是三角形连接都采纳电容器分组投切。为了对无功电流能尽量做到无级调整，总是希里电容器级数越多越好，但号虑到系统的困难胜及经济性，般用KT个电容值为C的电容和一个电容值为C/2的电容组成2K级的电容组数。TsC的关键技术问题是投切电容器时刻的选取。经过多年的分析与试脸探讨，其戢隹投切时间是晶闸管两湘的电压为零的时刻，即电容器两端电压等于电源电压的时刻。此时投切电容涔，电路的冲击电流为零。这种补偿装置为了保证更好的投切电容器，必需对电容器预先充电，充电结束之后再投入电容器。TSC补偿器可以很好的补偿系统所需的无功功率，假如级数分得足够细化，基本上可以实现无级调整。瑞典某钢厂两台100T电弧炉，装有60MVar的TSC后,有效地使13OkY电网的电压保持在1.5%的波动范围。运行实践证明此装置具有较快的反应速度（狗为5T0ms）体积刁、，重量轻，对三相不平衡负荷可以分相补偿.操作过程不产生仃害的过电乐、过电流，但TSC对F抑制冲击负荷引起的电压闪变，单旅电容器投入电网的电容量的变更进行调整是不够的,所以TSC装置一般与电感相并联，其典型设备是TSJTCR补偿装J1.这种补偿器均采纳三角形连接，以电容落作为分级粗调，以电感作相控细调，三次谐波不能流入电网，大大诚小了谐波。1.5本章小结目前各种无功补偿装置都己在电力系统得到应用，但是传统无功补偿装置在反应时间，运行牢靠性，动态补偿等方面已经不能满意耍求。随着电力电子晶闸管器件工艺的成熟和成本的下降，FACTS技术的无功补偿将成为招来电力系统自动化的主流，更是将来无功补偿技术领域的重要探讨课题之一。基于这个目的，本文探讨了TSC无功补偿方面的相关技术和算法，探讨了基于DSP限制的新型低压无功补偿限制器的软硬件设计，并作了相关的试验验证。其次章动态无功补偿关键技术探讨2.1无功补偿原理电力电子开关型电力补偿、限制器的根本原理是利用电力电子开关在电路中并联地或串联地接入或切除电感、电容、电阻，从而瞬时地变更线路等效阻抗或等效的感性、容性、阴性负数，达到补偿和限制电力系统中的电压、电流、有功功率、无功功率等电力系统参数的目的，实现电力系统的平安、稔定、有效地运行。本课题所探讨的低压动态无功补偿装理属于静止无功补偿器SYC这一类型中的晶闸管投切电容器TSa是电力电子开关型电力补偿、限制落中的一种，它是利用在电路中并联地接入或切除电容来变更等效的感性负载，补偿系统的无功功率，实现系统无功功率平衡。下面对TSC利用并联电容器实现无功补偿的基本原理进行详细分析。由电工学可知，在沏通电路中，只有纯电阻负载上消耗的功率称为有功功率，用P表示,常用单位为KW;而电感或电容性负载虽然基本上不消耗有功功率，但是它与电源之间或相互之间进行着来回的周期性能量转换，形成无功电流，这种来回交换的功率称为无功功率，用Q表示，常用单位为kvar,无功功率不是无用功率，它是电气设备输出有功功率和传输电能的必备条件(如电动机、变压器等，它们须要建立变更的磁场才能维持正常运行3在电力电路中事实上是电阻和电感或电容性负载都同时存在，而J1.大部分是感性负载，因此，不仅消耗有功功率，同时也有无功功率在交换.我们把有功及无功电流和电压的乘积称为视在功率,用S表示,即S=U1.常用单位为KVA。有功功率尸、无功功率Q和视在功率s三者之间的关系可用图2.1所示的功率三角形表示。由功率三角形可以求得(2.1):Si=P'+Q-P=S'cos。QNSSind(2.1)qPcos=困2.1功率三角彩ThePUWCr1.riangIC式中Cow为功率因数，即有功功率和视在功率的比值。功率因数的大小代表着电源被利用的程度，它的最大值为这时P=S,电源利用率最高:同时,由于=77J(U为电网相电压),因此在同一电压下要输送肯定的功率，功率因数越大，Ucos线路中的电流越小，故线路中的损耗也越小.功率因数最小值为零，这时P=O,表示负载和电源之间只有来回的无功功率在交换。因此，在电力系统中力求功率因数接近于1。图2-2示出了有TSC的电力系统。图中沟通电源U、经变压罂PT和线路电抗X，后图2.2有TSC的电力系统Fig.2.2ThepowersystemwithTSC时负载供电。负数端电压为U2,负载通常为电阻、电感性负载，其电流为I,功率因数角为以于是有公式(2.2)：Ip=IcosIq=/$ineP=UJCoS=UJ,.(2.2)Q=UJsind=UJo式中有功功率IQT无功功率Pf有功功率Q无功功率负教电流I流经电源,变压器和线路电阻时所产生的功率损耗PR和发热、温升与电流值的平方F成正比.受功耗、发热和温升的限制，发电机、变压港、线路、开关电器等一切电气设备都只允许通过肯定数值的电流Im,当有无功电流、无功功率而使功率因数小于1时，发电机、变压器、线路、开关电冷等电气设备尽管其电流己达到最大允许值E,但它们能发送的电功率P却随CoS4成比例地减小，即电气设备发送功率的利用率成比例地减小.换句话说，假如电气设备发送的功率肯定，COS机越小(无功电流、无功功率越大),则电气设备所流过的电流=P(%cosd)越大，功耗和发热温升越严峻。假如在负载处，经双向品网管开关T接入一个电容器C,如图2-3所示，电容抗为Xf=1.(2C).流入电容C的容性电流Ie超前电压U290°,假如选取C的大小使/等T-负载感性无功电流即Ic=UJXc=211fCU1=Iq=Zsinr./sin©(2.3)2皿则负载的感性无功电流,。将被流入电容器C的容性电流所补偿，电网流入电容器容性电流等效于电容器向电网输出超前&90°，-/滞后心9阴，-4是感性电流，矢量：图如图2-3所示。因此,等效于电容器向电网输出感性电流按2）式选择电容C那么电容器输出的感性电流-%正好等于负载的感性电流场，于是电容器和感性负载并联后的等效负载就只有有功电流d+=>+io+=i,）,等效负载的功率因数为1,发电机、变压潺、线路就只流过有功电流/,、只传负我的有功功率P,削减了功率损耗。或者说使发电机、变压器、线路可以发送最大的有功功率。图2.3矢量困Fig23Vectordrawing电容器相当于个滞后无功电流源、滞后无功功率发生器。双向晶闸管在沟通电源正、负半波都导通时，电容C投入电网：双向晶闸管正、负半波都处阻断时，相当于电容C从电网切除.因此，这种滞后无功补偿器被称为晶闸管投、切电容器无功补偿器TSJ这时品闸管只是作为个电路开关在沟通电网电压周期中全部导通（电容器投入到电网）或全部阻断（从电网切除电容器）。由丁电容器上的电压不能突变，因而电容器投入电网，即晶闸管的触发信号应在电网电压为零时加入。品闸管投、切电容器TSC无功功率补偿器所能补偿的滞后无功功率大小由电容C的大小确定。由于负载无功功率的大小是陵时变更的，因此，设置个或两个电容器不行能任何时候都恰如其分地满意须要“过渡的无功补偿也会使COSe必小于1,反而适得其反，因此，只有设置很多个小容量的TSC,依据负载无功的状况投、切不同容量的TSC,才仃可能得到较好的补偿效果。TSC在补偿无功的同时，还可以提升负我端电压。负载电流流过变压器和线路电抗时会引起电抗压降。图2-2中0和必两端的电*将4为U=U1-Ui=J1.X1.Ui=Uz+j1.X1.（2.4）假如流过X，的电流是感性电流i。，如图2,4所示，则人与九同相，九比小"X-假如流过X，的电流是容性电流入，如图2.5所示，则也与认同相，人比人大所以感性负载电流流过变压器和线路电抗时会使负载端电压上下降，而容性负我电流流过变压器和线路电抗时则会使负载端电压口心上升。因此，图2.2所示的TSC的另一个优点是提升负载端电压，或者说可以补偿感性负载所引起的负载端电压的下降“a2.4感性电流失量IfiFig.2.4VectordrawingofinductanceCUrren1.ajIcX1.图2.5容牲电流矢量图Pig.2.5ViXIQrdrawingofcapacitance2.2无功算法的选择TSC装置的发展己经有了很长历史，依据TSC装置的实际运用效果和反馈，前人在技术上进行了很多的改进和创新。如何总结己有的阅历，选择适合于TSC的技术是本章探讨的重点。TSC的典型装置通常有两部分组成:一部分为TSC主电路，它包括品闸管、补偿电容器及阻尼电抗潜；另外一部分为TSC限制系统，主要由数据采集和检测、参数运算、投切限制、触发限制4个环节组成。本章将从无功算法的选择、品闸管的触发原则、主电路的接线方式和限制策略等9个方面对TSC动态无功补偿有关技术进行比较深化的论述.传统的无功定义前提是电压电流不含谐波，因此只有在谐波干扰比较小的状况下才有较高的精确度。这里先探时电力系统中电压电流都是正弦波的志向状况。无功功率的定义如下：Q=U(JOSin(创式中:。为无功功率，Uo,I。分别为电压和电流的有效值，必为电压和电流相位差。基于这种定义，常用的测量方法仃公式法、移相法和积分法。2.2.1公式法干脆依据无功功率公式Q=UJoSinS),求出三个未知量U。，和¢,分别在一个周期内对电压和电流采样N次。