电能质量控制技术之晶闸管投切电容器TSC资料课件.ppt

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1、晶闸管投切电容器(TSC）（电力系统基波无功分相动态补偿技术）报告人：刘会金武汉大学电气工程学院研究背景1大量非线性随机电源（分布式电源）接入主网以风能、太阳能等可再生能源为一次能源的分布式发电系统的输出具有不可控性、间歇性及随机波动，其渗透率的提高使供电系统电能质量（如电压波形、负序及功率因数）产生负面影响。2大量非线性随机负荷接入电网以电气化机车,变频器,电弧炉等大功率非线性随机负荷接入电网使供电系统电能质量（如电压波形、负序、功率因数及电压暂降等）恶化。3电力系统中大量对电能质量敏感性负荷的接入电子负荷易受电压暂态、跌落、瞬间中断及其他扰动的影响。例如：（1）PLC

2、:在工业生产中，PLC的某些部分对电压暂降非常敏感；（2）可调速装置：电压暂降可能引起可调速驱动装置跳闸；研究背景4低压配电网基波无功补偿存在的问题以交流接触器作电力电容器的投切执行元件，投入时冲击电流大，切除时会产生过电压，自身触头易损甚至熔焊，噪声大，而且投切时间长。在控制环节上基本不能满足分相、分级、快速及跟踪补偿的要求。5　解决问题的思路基于上述问题，低压配电网应采用动态补偿。以晶闸管作为执行元件，用工业计算机进行控制，通过跟踪检测负荷的无功电流或无功功率，对多级电容器组进行分相投切。补偿效果快速、准确、安全、洁净及易于控制。与静态无功发生器（SVG）比较，简单、

3、可靠、成本低。晶闸管投切电容器(TSC)晶闸管投切电容器（thyristor-switchedcapacitor，TSC）1TSC主电路主电路设计除了满足分相、分级和快速补偿要求外，还应考虑限制并联电容器组的合闸涌流和抑制高次谐波等问题。(1)三相电力电容器接成星形以满足分相补偿的要求;(2)星形联接电容器组的每相电容器按二进制1∶2∶4∶8关系分四组进行补偿，以提高静态补偿精度。(3)晶闸管作为开关元件以满足快速补偿的要求，它还作为无触点开关，能快速通断，不存在电弧及噪声等现象，安全可靠，使用寿命长.(4)主电路中应加装串联电抗器。限制并联电容器组中的合闸涌流，抑制高次

4、谐波。图1TSC的主电路结构示意图TSC投入时最小冲击电流的控制方法图2串联电感元件的晶闸管投切电容器的单相电路图3L、C串联电路的复频域模型根据KVL，回路方程为：（1）取拉普拉斯反变换，并经整理得：（2）式中：设电源电压为，电感元件的初始电流，电容器的初始电压，应用复频域分析法，L，C串联电路的复频域模型如图3（3）在晶闸管开通之前，电容器已通过二极管充电到电源电压的正峰值，满足预充电条件，所以，只要电容器在电源电压正峰值时投入(即控制在电压90度角时刻合闸)，可使冲击电流最小。只要电容器在电源电压正峰值时投入（即控制在电压90度角时刻合闸），并在晶闸管电流（即电容器

5、电流）为零时切断。无论电容器的投或切，其电流都为零，不会产生电流冲击，波形图见图4。晶闸管投切电容器时，要使暂态过程为零，必须同时满足以下两个条件：图4晶闸管投切电容器波形图其中，为电容器投切时刻；为电容器切断时刻；为晶闸管触发脉冲。TSC补偿对谐波的放大及其抑制措施电容器组的谐波容抗与系统等效谐波感抗相等而发生谐振,电容器引起的谐波电流放大的基本原理和等值电路:图5原理接线图6谐波等值电路设谐波源h次谐波电流为，进入主系统的电流为，进入电容器的电流为在时，称作系统谐波电流放大；在时，称作电容器谐波电流放大；在和同时发生时，称为谐波电流严重放大。设电容器、电抗器和主系统的

6、基波电抗分别为，，和，再设，，S和k分别是以为基值的系统电抗率和电抗器电抗率。电容器和主系统的谐波电流和谐波电压为：(4)(5)(6)（一）谐波电流放大倍数曲线电容装置的谐波电流放大倍数和系统谐波电流放大倍数为两者并联时的谐波电流和分别与谐波源电流之比。（7）不计电阻时的放大倍数由式（6）求得，并用比值表示为：（8）式中：图7-9为对于注入3、5、7、9次谐波，k=0、k=6%和k=12%的放大倍数曲线。电容器的额定电压为，与母线额定电压的关系为母线的短路容量为：电容器输出的实际无功功率为：图7k=0时谐波电流放大曲线图8k=6%时谐波电流放大曲线图9k=13%时谐波电流

7、放大曲线（二）谐波电流的抑制令或，即令式（8）中的分母为零（9）得出产生并联谐振的为（10)令或得第一临界点的计算式为（11）令或得第二临界点的计算式为（12）其值如下表2所示表1特征点的值由表1和图7-图9可知，加强串联电抗器是抑制谐波放大的有效措施，其参数应根据实际存在的谐波进行选择。并联电容器之所以能够引起谐波放大，是因为电容器回路在谐波频率范围内呈现出容性。若在电容器回路串接电抗器，通过选择电抗值使电容器回路在最低次谐波频率下呈现出感性，则可消除谐波放大现象。为此，串联电抗器的电抗值应满足下式：（13）考虑到电抗器和电