無(wú)功補(bǔ)償裝置及應(yīng)用(五)

摘要：本文講述了無(wú)功補(bǔ)償?shù)幕靖拍?，介紹了各種無(wú)功補(bǔ)償裝置的原理和應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：無(wú)功功率；補(bǔ)償；裝置；應(yīng)用

(上接總第122期P．40)
    電壓閉環(huán)控制的原理框圖如圖17所示。圖中的Uref為參考電壓。從圖18所示的TcR+FC型SVC的電壓一電流特性中可以看出，改變Uref，也就是改變特性在縱坐標(biāo)軸上的截距，使特性的水平段上下移動(dòng)?？v坐標(biāo)軸左部分的特性相當(dāng)于反向并聯(lián)晶閘管的導(dǎo)通角為零，僅有固定的補(bǔ)償電容器FC并聯(lián)在母線上的情況。而縱坐標(biāo)軸右部分的特性相當(dāng)于反向并聯(lián)晶閘管導(dǎo)通，TCR接在母線上，并與FC并聯(lián)的情況。此時(shí)，IL所對(duì)應(yīng)的感性無(wú)功功率與IC所對(duì)應(yīng)的容性無(wú)功功率的差值，即為負(fù)載的感性無(wú)功功率。

    在介紹線性化環(huán)節(jié)時(shí)，曾說(shuō)過(guò)線性化環(huán)節(jié)的作用是實(shí)現(xiàn)Bref與BL之間的線性關(guān)系，BL線性跟蹤Bref。但在電壓閉環(huán)控制中，參考信號(hào)為Uref。此處，Bref與Uref是等效的。
    另一點(diǎn)需要說(shuō)明的是，U～F應(yīng)為直流信號(hào)，圖l6和圖17中的電壓檢測(cè)單元除包括電壓檢測(cè)以外，還應(yīng)包括整流和濾波單元。這樣，得到的U～的反饋信號(hào)U～F才是直流信號(hào)，與Uref比較后，得到其差值△U，△U經(jīng)過(guò)PI調(diào)節(jié)器和包括線性化環(huán)節(jié)在內(nèi)的觸發(fā)單元得到導(dǎo)通角為θ的觸發(fā)脈沖序列，得到穩(wěn)定的輸出電壓U～。
    從以上分析可知，TCR+FC型SVC的電壓一電流特性在縱坐標(biāo)軸上的截距是由參考電壓Uref決定的，而該特性的斜率是由比環(huán)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)決定的，所以，改變PI調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)就可以改變特性的斜率。
    混合型SVC的電壓一電流特性如圖19所示。實(shí)際上，特性0—1—1′，0—2—2′，0—3—3′和0—4—4′分別是圖13中并聯(lián)的補(bǔ)償電容器分別為1組、2組、3組和4組的TCR與補(bǔ)償電容器配合使用時(shí)的電壓一電流特性。由此所形成的混合型SVC在補(bǔ)償電容器組切換時(shí)，與TCR的控制相配合，其最大的容性無(wú)功功率和相對(duì)應(yīng)的最大的感性無(wú)功功率的電壓一電流特性為0—4—1′。在補(bǔ)償電容器組進(jìn)行切換時(shí)，TCR的控制器應(yīng)隨著補(bǔ)償電容器組的投入或切除，發(fā)出相對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)，實(shí)時(shí)地調(diào)整TCR的觸發(fā)導(dǎo)通角，使所增加的容性無(wú)功功率(補(bǔ)償電容器組投入)或減少的容性無(wú)功功率(補(bǔ)償電容器組切除)被TCR的感性無(wú)功功率的增加或減少所平衡。為了防止在切換點(diǎn)發(fā)生斷續(xù)，要求TCR的感性無(wú)功功率略大于補(bǔ)償電容器切換時(shí)的容性無(wú)功功率。

    如前所述，在TCR+FC型SVC中，要求TCR的感性無(wú)功功率大于FC的容性無(wú)功功率，這樣，若FC的補(bǔ)償容量很大，則TCR的補(bǔ)償容量會(huì)更大。但在?昆合型SVC中，TCR的補(bǔ)償容量只要滿足“在線”的補(bǔ)償電容器的補(bǔ)償容量即可?；旌闲蚐VC的這個(gè)優(yōu)點(diǎn)也帶來(lái)了不足，即在實(shí)際運(yùn)行中，應(yīng)盡量避免補(bǔ)償電容器組的過(guò)于頻繁的投切，特別是在TCR+MSC型SVC中，為使系統(tǒng)可靠運(yùn)行，要防止補(bǔ)償電容器組的過(guò)于頻繁的投切造成機(jī)械開(kāi)關(guān)的失控。
    為了提高控制精度，通常在電壓閉環(huán)控制的基礎(chǔ)上引入補(bǔ)償電流的反饋控制，其控制原理框圖如圖20和圖21所示。在圖20中，引入了電流內(nèi)環(huán)反饋控制。若電流調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)足夠高，或者采用有積分作用的電流調(diào)節(jié)器，電流內(nèi)反饋的控制精度達(dá)到很高，則整個(gè)控制系統(tǒng)的精度完全由電壓調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)Iref所決定，即混合型SVC的電壓一電流特性的斜率由電壓調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)來(lái)決定。

    圖2l與圖17相比，增加了電流反饋，此時(shí)的調(diào)節(jié)器具有積分作用，穩(wěn)態(tài)電壓偏差為零，可實(shí)現(xiàn)對(duì)穩(wěn)態(tài)電壓的精確控制。電流反饋的作用是根據(jù)SVC的無(wú)功電流ISVC的大小來(lái)修正參考電壓Uref。所以，電流反饋單元的增益K，決定了混合型SVC的電壓一電流特性的斜率。而其動(dòng)態(tài)特性是由調(diào)節(jié)器的積分增益和系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)決定的。顯而易見(jiàn)，圖16為圖17和圖21的合成。
2．3 晶閘管投切電容器(TSC)
    1)晶閘管投切電容器(TSC)的工作原理晶閘管投切電容器又稱為T(mén)SC型靜止無(wú)功功率補(bǔ)償器。TSC的原理圖如圖22所示。圖中給出的是單相TSC的原理圖，對(duì)于三相電路來(lái)說(shuō)，三相TSC為三個(gè)單相TSC的組合。在圖22中，反并聯(lián)晶閘管的作用是將補(bǔ)償電容器投入電網(wǎng)或從電網(wǎng)切除，圖中的小電感L1，L2，L3，…，Lk的作用是抑制補(bǔ)償電容器投入電網(wǎng)時(shí)可能產(chǎn)生的沖擊電流。

    當(dāng)支路1的反并聯(lián)晶閘管導(dǎo)通，而其他支路的反并聯(lián)晶閘管關(guān)斷時(shí)，只有補(bǔ)償電容器C1投入電網(wǎng)，其工作情況如與1．1節(jié)介紹的無(wú)功功率補(bǔ)償電容器完全相同，其補(bǔ)償容量由C1決定。當(dāng)k個(gè)支路全部投入電網(wǎng)時(shí)，補(bǔ)償容量最大。所以，TSC實(shí)際上是一個(gè)分組投切的無(wú)功功率補(bǔ)償電容器。
    2)補(bǔ)償電容器的分組方式
    補(bǔ)償電容器的分組要綜合考慮電容器組合的級(jí)數(shù)和性價(jià)比兩個(gè)方面。一般情況下，采用“二進(jìn)制”分組方式。即在k組補(bǔ)償電容器中，有k一1組的電容器的容量相等，均為C，只有1組的電容器的容量為C／2。這種分組方式可以得到2k種電容器組和。圖23為T(mén)SC的電壓一電流特性。由于有2k種電容器組和，相應(yīng)的有2k個(gè)電壓一電流特性。

    3)補(bǔ)償電容器的投入時(shí)刻
    選定補(bǔ)償電容器投入電網(wǎng)的時(shí)刻，對(duì)于TSC來(lái)說(shuō)是非常重要的。當(dāng)反并聯(lián)晶閘管導(dǎo)通時(shí)，補(bǔ)償電容器投入電網(wǎng)。所以反并聯(lián)晶閘管導(dǎo)通的時(shí)刻，就是補(bǔ)償電容器投入電網(wǎng)的時(shí)刻。若補(bǔ)償電容器投入電網(wǎng)的瞬間，電網(wǎng)電壓與補(bǔ)償電容器上預(yù)先充電電壓不相等，補(bǔ)償電容器C上的電壓uc將隨電網(wǎng)電壓產(chǎn)生一個(gè)電壓階躍duc，電容器電流ic為

   
    從式(30)可以看出，當(dāng)duc／dt很大時(shí)，將產(chǎn)生很大的電容器電流ic，這一沖擊電流可能造成反并聯(lián)晶閘管的損壞，也可能產(chǎn)生高頻振蕩，對(duì)電網(wǎng)造成不利的影響。當(dāng)電網(wǎng)電壓達(dá)到峰值電壓時(shí)投入補(bǔ)償電容器，在此處電網(wǎng)電壓的變化率(時(shí)間倒數(shù))為零，電容器電流也為零，此后，電網(wǎng)電壓的變化率按指數(shù)規(guī)律變化，電容器電流也按指數(shù)規(guī)律變化。這樣以來(lái)，補(bǔ)償電容器投入瞬間，電容器電流不會(huì)產(chǎn)生躍階，即不會(huì)產(chǎn)生沖擊電流。圖24給出了補(bǔ)償電流器投入時(shí)的波形圖。圖中的ug為反并聯(lián)晶閘管的觸發(fā)電壓，在電網(wǎng)電壓為峰值電壓u～M時(shí)，ug觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通，補(bǔ)償電容器投入電網(wǎng)，此時(shí)，電容器電流ic等于零。