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一种基于TCR技术的技术的低压电力系统新型无功补偿技术
发布时间:2012-5-12    浏览次数:1878

     基于 TCR 技术的新型低压无功补偿技术的装置可以有效地对低压电力系统进行无功补偿,技术上优于目前广泛使用的有级无功补偿(TSC 等)技术,性价比高于 TSC等技术,可有效提高电网的稳定性和供电质量,具有良好的发展前景。

     在交流输电系统中,为提高输送功率,目前国内外在该领域的研究主要为:高压电力输电系统的可控串补(TCSC)和高级静止型无功发生器( A S V G ) 。A S V G 由于成本高,系统复杂,近期在低压电力系统难以推广使用。还有一种 SVC 技术,虽可进行无级补偿和调节,但本身有大量谐波产生。为此本文提出了一种不同于传统有级无功补偿(TSC 等) 技术和 TCR技术的,基于 T C R 技术的结构简单的新型低压并联补偿新技术,它便于控制、快速响应、节能。

主电路系统的基本特性
本系统采用单片机控制电力电子元器件投入,主电路主要由一只电抗器与电容器串联,然后在电容上并联双向晶闸管串联组成低压侧可控电抗器(TCR),从而组成较大容量的可调容性模块,从而达到调节系统的容性无功目的,如图 1a 所示。此电路的特点是控制准确,可靠性高,使功率因数达到控制,降低电源损耗。


图 1 a 中电抗器 L 能抑制电容器投入时可能造成的冲击电流,还可以和电容 C 组成 L C 滤波器,吸收由 T C R 产生的一些主要谐波(如 3 次)。其电路的特殊拓扑结构而使谐波在内部得到有效相互抵消,从而在可控范围内对外产生很小的谐波(畸变率<2.5%)。整个系统的工作模式分为晶闸管关断(触发角α =180°),容抗(φ<α<180°)调节模式,见图 1b。正常是在容性微调模式下工作。由图中我们看出在φ ~180°内,基频等效容性阻抗随触发角变化近似为一条直线。所以根据不同的电容电感参数,通过试验测出触发角的下限 1,即实际触发角范围为φ ~180°\u12290X在这个范围内,利用晶闸管的相位控制,改变电抗器的电流大小,从而实现模块吸收的无功功率也是连续的,畸变率最小。

主电路系统工程应用仿真
例如某轧钢厂总补偿电流为 1 4 0   A。我们设计一主电路系统模块补偿吸收无功电流为 12~2 6   A,与 3 个 4 0   A 并联电容配合,即可以实现系统的连续补偿。当然 12 A 以下没必要补偿。同时应当适当选择 L1,避免发生串联谐振。选择适合的电容和电抗器参数。仿真效果如图 2 ~图 5 所示。

容性范围内,在不同的触发角范围内,通过傅里叶分析流入系统中的补偿电流,其中基波、3 次、5 次谐波幅值大小

如表1 所示。
由上面的数据可以看出,相比于传统的TCR,其产生的谐波几乎可以忽略,进而可构成不产生谐波的无级柔性补偿模块,证明了理论的可行性。这从根本上可实现基本无谐波的无级柔性补偿,提高了电网的电能质量。

控 制 方 法
系统进行无级补偿最关键的是测量其线路中的功率因数值和晶闸管触发脉冲的获得。功率因数的测量方法是:通过将i、u波形转换(一般用比较电路)得到两种波形的时间间隔,进而算出相位角。根据功率因数控制要求进行PI 调节,运用查表的方法检索待补电流量,控制单片机产生触发控制脉冲。试验过程中我们采取的是8254 芯片和89C152 系列单片机完成的。 控制流程如图6所示。

有级电容投切则根据所要补偿的无功电流量采取“循环投切”,即先投先退出,这样做可以使各电容器使用率相等,表1 补偿电流频谱分析触发角基波(峰值)/A 3次谐波(峰值)/A 5次 延长使用寿命,有别于传统的“顺序投切”带来的种种不利。电路一般采用无触点开关器件—固态继电器控制。投入的电容数量则由现场测得的无功电流I 和无级补偿量最大值确定。本例中先用测得的无功电流I减去系统最大补偿值(26 A),若差为负,则投入无级模块即可;若为正,再除以有级补偿量(40 A),对商取整,即可得到投入的有级电容数。功率测量电路组成及原理该无级模块电路能实现连续可调的关键是晶闸管触发脉冲的获得。该脉冲的起始时刻与电容两端电压相关,因而控制电路有单片机89C52,基准点形成电路和脉冲触发电路,其中Ua 为电容电压。如图7 和图8 所示。

试 验 结 果
为了保证谐波分析仪的测量精度,必须对仪器进行检测。试验中,采用泰克(Tektronix)公司生产的AWG2005 型任意波形信号发生器。采用CA 公司生产的CA8310 型谐波分析仪作为标准检测表,其精度为(0.5% +2 个字)。试验结果见表2。从表2 可以看出,本文设计的仪器对谐波分析具有较高的精度。和传统仪器相比较,具有明显优点:精确度较高;开发和维护的费用低,技术更新周期短;性价比高;通过加载不同的软件就可以实现不同的功能。EA

软 件 编 写
软件完成的任务包括:参数设置,功率因数测量,每相电流的测量,系统电压测量,无功电流的计算,有级电容的级数计算,同步信号的采集,触发信号的产生等。流程图如
图 9 所示。

 


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