1、晶闸管投、切并联电容器TSC的综述,目录,1 TSC概述,晶闸管投切电容器(TSC)是一种广泛应用于配电系统的动态无功功率补偿装置。与机械投切电容器相比：优点：晶闸管的开、关无触点，其操作寿命几乎是无限的，而且晶闸管的投切时刻可以精确控制，可以快速无冲击地将电容器接入电网，晶闸管投切电容器能快速跟踪冲击负荷的突变，随时保持最佳馈电功率因数，实现动态无功功率补偿，减小电压波动，提高电能质量，节约电能。并且不产生谐波，可做快速深度无功补偿。缺点：只发出容性无功，只能做分级调节，补偿精度差，不能限制过压。,1.1 TSC的基本原理,TSC的基本原理如图所示，单相电路中的两个反并联晶闸管起着将电容器接
2、入电网或从电网断开的作用，而串联的电感主要是用来抑制电容器投切电网时可能造成的冲击电流，还可抑制高次谐波。,1.2 TSC的分类,(一)按电压等级划分 (1)低压补偿方式：适用于lkv及其以下电压的补偿。使用单一晶闸管阀即可满足耐压要求，可直接接入低压系统进行补偿。 (2)高压补偿方式：即补偿系统直接接入电网进行高压补偿。关键问题是要解决补偿装置晶闸管阀的耐压，即多个晶闸管串联的均压及晶闸管触发控制的同步性。主电路接线有直接补偿、降压补偿和调压补偿3种方式。 (二)按应用范围划分 (1)负荷补偿方式：直接对某一负荷进行针对补偿。可以对电网中频繁启动的运转负荷进行动态补偿，消除对电网的无功冲击。
3、 (2)集中补偿方式：对电网供电采取系统补偿的方法来解决整个电网的各种无功功率的波动问题，一般为高压补偿方式。,1.3 TSC的主电路,TSC的典型装置通常有两大部分组成：一部分为TSC的主电路,它包括晶闸管阀（若干组）、补偿电容器（同样分成若干组）及阻尼电抗器；另一部分为TSC控制系统，主要由数据采集与检测、参数运算、投切控制、触发控制组成如下图示：,1.4 研究方向和研究趋势,1 进一步提高TSC产品的可靠性，降低产品成本 2 无功参量的快速检测及控制新方法 3 基于以太网或GMS网的嵌入式TSC 4 高压系统中的TSC技术,2 硬件电路的设计,通常TSC无功补偿装置由几部分组成：电容器组
4、数据采集电路、过零检测电路、过零触发电路、控制主板、RC吸收电路、支路串联电抗器等。,2.1 主电路和装置框架,TSC无功补偿装置主电路通常由若干组电容器组成，电容器组的常用的主接线方案如下图(以晶闸管反并联方式的晶闸管阀为例),图中的(a)(c)方案为三角型接线，(d)和(e)方案为星型接线。在复合开关的基础上，根据方案（b）设计的无功补偿装置主接线图如下图,该装置主要特点是利用两对晶闸管阀可以实现三组电容器组的投切，下面以C1电容器组投切为例进行说明。当进行C1电容器组投切时首先合上开关K4、K5，然后在适当的时机触发两对晶闸管阀，接着合上开关K1，再使两晶闸管阀依次关断，最后断开开关K4
5、、K5，这样就完成了一次电容组的投切。(这里的开关指的是交流接触器),2.2 数据采集电路和无功功率,实现数据采集和投切控制可以由单片机和DSP来完成。如果选用的80C196KC单片机芯片，将电压、电流两路模拟信号从AD转换器的两个通道输入，测量三相参数则需使用六个AD输入通道；测量电压频率和测量电压电流相位差则从HSI0和HSI1两个引脚输入。,如果选用DSP芯片，其系统硬件框图如下,2.2.1 电压、电流有效值的测量,根据电压、电流有效值的定义式：因此得到由一周期内的采样值计算电压、电流有效值的公式为：式中N为每周期T的采样点数，且N=I+TAT，AT为采样时间间隔，电压单位为伏(V)，电
6、流单位为安(A)。,2.2.2 无功功率的控制,无功功率作为控制物理量控制电容器的投切，是近年才出现的一种控制方式，它是根据所测得的电压、电流、功率因数等参数，计算出应该投入的电容容量，在电容器组合方式中选出一种最接近但又不会过补偿的组合方式，电容器投切一次到位。如果计算值小于最小一组电容器的容量(下限值)，则应保持补偿状态不变。只有当所需容量大于或等于下限值时，才执行相应的投切。,2.3 过零检测电路和触发电路,晶闸管过零检测和触发电路的原理图,晶闸管阀两端(阳极和阴极)的电压经电压互感器后得到信号Uvt。信号Uvt进入滤波补偿电路。滤波补偿电路包含两部分：一部分为RC滤波，另一部分为相位补
7、偿。接着经过零检测电路后得到与电压过零点同相位的矩形波，随后通过光电隔离进入D触发器的正触发使能输入引脚A。在过零处，矩形波电平由低转高，D触发器在接收到高触发后，从脉冲输出引脚O输出一个窄脉冲，这个脉冲宽度由电阻R13和电容C3决定。最后同步信号经电路触发晶闸管。,2.4 电容器支路串联电抗器的选择,串联电抗器额定端电压、额定容量可以按如下原则进行选择： 1)一相中仅一个串联段时串联电抗器额定端电压=并联电容器额定电压电抗率 2)单相和三相均可按如下算式核算串联电抗器额定容量=并联电容器额定容量电抗率,2.5 晶闸管RC吸收电路,晶闸管属于双极性功率器件，其在导通时，基区被注入大量的载流子(
8、空穴和电子)。晶闸管在关断时，由于基区存储的载流子不能立即消失，不可能立即恢复其阻断能力，必须先将其内部的剩余载流子复合掉，晶闸管才能恢复阻断。该过程被称为晶闸管的反向恢复过程。由于受外电路中的电感负载的影响，反向恢复电流突然消失时，会在电路中产生一定的反向过电压。采用RC吸收电路与元件并联，可以抑制该过电压。闸管关断的等效电路如下图所示,3.1 谐波对电容器的危害,1 波会导致电容器过电流和过负荷当电网存在谐波时，电容电压、电流的有效值及无功功率容量的增大，且电流有效值的增大要比电压有效值的增长来的迅速，特别是含高次谐波时，更为显著。另外，当谐波含量比较高，或谐波电流剧增，将使电容器的损耗功
9、率大幅度增加，从而导致电容器异常发热。 2 谐波使电容器的局部放电性能变坏当电网电压存在谐波时，除了引起电容器端电压有效值升高外，还同时引起电压峰值的增高。尖项波电压容易在介质中诱发局部发电，而且由于电压变化速率快，引起的局部放电强度较大，这将对电容器绝缘介质的老化起着加速作用。 3 谐波使电容器寿命缩短谐波的存在可能使电压呈现尖顶状，尖顶的畸变电压波形对介质寿命的影响最为严重，在含有谐波的电压作用下，其每个周波的局部放电能量显著增加，从而使电容器的工作寿命相应缩短。,3.2 3串联电抗器抑制谐波放大的原理,为了抑制谐波电流放大，通常在每相电容器电路中串联一个适当大小的空心电抗器。这样，就会使整个补偿电容器支路对谐波源基波仍呈电容性质，保持其无功功率补偿作用不变，不影响系统(或负载)正常工作。而对高次谐波补偿支路则呈感性，避免了与系统(或负载)的电流谐振，消除或减小了由补偿电容所引起的谐波电流放大现象。,4 现阶段工作总结及计划,前期阶段主要工作，翻阅了一些资料，并复习了电力电子的一些知识，大体上理解了TSC的工作原理，真心的感觉知识的浩瀚和自己的渺小，接下来的工作是： 1 通过simulink,能够自己仿真 2 需要大量的程序尽可能能够读懂 3 理论与实践相结合，尽快学会自己调试,The end,thank you!,衷心感谢陈老师和师兄师姐的无私帮助！,
