TCR型靜止型動態無功功率補償裝置的技術及應用

1、概述

隨著高新技術尤其是信息技術的飛速發展，基於計算機、微處理器控製的用電設備和電力設備在係統中大量投入使用，但是電子設備對係統乾擾比機電設備更加敏感，因此對供電質量的要求也更高。一旦出現電能質量問題，輕則造成設備故障或停運，重則造成整個係統的損壞，由此帶來的損失是難以估量的。

引起電能質量惡化的主要原因是：一方麵，大量為提高生產效率、節約能源和減小環境汙染而采用的基於電力電子技術的現代化設備的推廣應用。例如電氣化鐵路機車牽引式負荷，屬於整流負荷，是典型的諧波源；它采用工頻單相式交流供電，又是典型的負序源，同時又具有波動性和不確定性，是典型的電壓波動源和閃變源。而且近年來，用戶端大量非線性負荷的應用正成為電能質量惡化的另一重要因素，例如從低壓小容量家用電器到高壓大容量的工業交直流變換裝置中存在的各種靜止變流器，它是以開關方式工作的，會引起電網電流、電壓波形的畸變。另一方麵，大型電弧式設備，如電弧熔爐，弧焊設備等，也成為電網係統重要的衝擊源和諧波源。

傳統的靜態無功補償及靜態無源濾波裝置無法實現補償無功、濾除諧波、提高功率因數的需求。動態無功補償技術的推廣應用為此提供了可行的途徑。動態無功補償裝置可根據係統的負荷情況實時在線投切L－C濾波器組，實現實時快速跟蹤補償係統基波無功，同時濾除諧波無功，為電力係統可靠的運行提供了保障。

2、TCR型靜止型動態無功功率補償裝置

2.1特點

采用先進的DSP數字技術運行速度《10MS；控製精度為±0.1度；控製角α範圍：105°～165°；采用先進的光電觸發技術（光纖通訊），使高低壓電氣隔離，提高了抗乾擾能力；高電位取能技術，使光纖通訊成為可能；BOD晶閘管保護技術，快速有效的保護晶閘管；高純水冷卻技術，使閥組得到快速的冷卻，確保晶閘管可靠的工作及效率，與風冷技術相比大大降低運行費用；係統的兼容性好。

2.2功能

在麵向工業應用中，以抑製閃變、提高電網的功率因數、濾除負荷的諧波、消除三相不平衡電流、改善電網運行電能質量為主要控製目標；在麵向電力係統輸電網應用中，以穩定係統電壓、提高線路輸送能力，阻尼功率振蕩，提高電力係統穩定性為主要控製目標。

2.3工作原理

2.3。1原理說明

（1）調節器自動跟蹤具有嚴重衝擊無功功率的負荷的工作狀態，發出與衝擊負荷所對應的TCR晶閘管閥六相觸發脈衝；

（2）通過光電轉換及高壓光纜的傳遞，使觸發脈衝觸發各晶閘管；

（3）調節器的六相觸發脈衝通過晶閘管閥電子單元（高電位電子板）、去觸發六相晶閘管閥；

（4）不同的觸發角，改變了流過TCR回路中主電抗器的電流量，從而改變了TCR回路的感性無功功率量；

（5）通過TCR回路感性無功功率的跟隨作用，使電網上的無功功率趨近於零，或趨於一定值。

下式是無功功率補償的計算式：ΣQ＝QFC＋Q負載＋QTCR≈0（或某一常數）；

其中：

QFC——固定電容器兼濾波器的容性無功功率值（固定量）；

Q負載——衝擊負荷的感性無功率值（可變量）；

QTCR——TCR回路的感性無功功率值（可變量）；

（6）由於晶閘管閥及電子設備的動態響應很快，即實現了動態補償的功能；

（7）通過調節器的檢測、運算和調節作用，TCR使三相不平衡的有功負荷得以平衡，抑製電網的負序分量。

圖1TCR控製角與電流的關係信息來自：輸配電設備網

圖2TCR裝置原理框圖

2.4TCR裝置配置性能及指標

2.4。1TCR控製係統－調節器

采用全數字控製係統（ABB公司技術），主要功能是利用電力傳感器實現電網參數變化檢測，並將測量參數進行比較、放大，通過計算機數據處理數學模型運算，產生修正數據六相脈衝信號（控製晶閘管觸發角大小），並將調節器輸出到TCR閥的觸發監控係統。

技術指標：

適用電壓等級為：6KV～35KV；

調節器本身響應時間《10MS，跟蹤時間《15MS；信息來自：輸配電設備網

觸發脈衝角誤差±0.1度；

控製器的控製角α範圍：105°～165°；

調節範圍：0～100％恒無功功率調節。

2.4。2TCR監控係統－－－監控器

技術指標：

供電電源為220V，50HZ；

監控TCR閥六相串聯晶閘管是否有擊穿故障，高電位電子單元工作是否正常，BOD器件是否有動作；

查詢各晶閘管的狀態和BOD動作的具體位置，並顯示；

晶閘管每串損壞數目≤2個，進行聲光報警並顯示。晶閘管每串損壞數≥3個時，發出TCR緊急跳閘命令；

對監控櫃的二台24V電源和二台5V電源進行監視，當24V或5V電源中有一台發生故障時，進行聲光報警。當24V或5V電源二台均有故障時，則發出TCR緊急跳閘指令。

2.4。3TCR－－－閥組

TCR晶閘管閥組：是由多支反並聯晶閘管串聯、高電位板、閥基電路、光纖、高純水冷卻管路等組成。通過電角度控製晶閘管回路電流的大小，實現相控電抗器的電感量的改變。

2.2。4相控電抗器

是一個可控的感性負載，通過控製係統對可控矽閥的電角度控製，改變補償電抗器的電流大小，從而達到動態無功補償的目的。

形式：乾式、空芯、鋁導線、雙線圈、環氧樹脂浸玻璃纖維繞包、防汙絕緣子。

接線：三角型接線；

額定電壓：10KV；

環境溫度：40℃；

絕緣耐熱：F級；

觸發角：105°～165°；

安裝方式：分相安裝；

信息請登陸：輸配電設備網

使用條件：戶外；

環境溫度：40℃；

噪音水平：距電抗器中心2M處噪音不大於55DB。

3、應用案例

某冷軋薄板廠10KVⅡ段母線負荷有平整機組、縱橫切機組、酸洗機組、脫脂、氫氧鉛、鍍錫機組等用電設備組成，其計算負荷容量為：P30＝7029.9KW，Q30＝7936.7KVAR，S30＝10602.4KVA，自然功率因數COSφ＝0.663

其中平整機組、縱橫切機組、酸洗機組為6脈動相控負荷。有一定量的諧波電流發生。原10KVⅡ段母線已設置了五套濾波裝置（5次單調諧濾波器、7次單調諧濾波器、11次單調諧濾波器、13次單調諧濾波器、15次高通濾波器），起到了無功補償兼濾波的作用。但還是存在以下幾點問題：

10KVⅡ段母線在正常生產時，主要功率因數在0.41～0.71之間有較大的波動，平均功率因數為0.625；當投入5、7、11、13次濾波裝置時，其功率因數在0.92～0.85之間波動；平整機組的負荷占10KVⅡ段母線總負荷的40％左右，因此當平整機組停止運行時，如補償容量投入而不加調節時，則有2260KVAR的無功容量倒送入電網。COSφ＝0.819；

即主要機組均停止工作時，補償容量投入而不加調節則有2976KVAR的無功容量倒送入電網。COSφ＝0.658；

根據以上情況，對10KVⅡ段母線係統進行了**測試及分析，取得準確詳細的原始數據，並根據測試數據，提出以下改造方案：

改造5、7次濾波回路，容量由原來的2×1.8MVAR＋2×1.2MVAR，更改為1.8MVAR＋1.2MVAR；設4次濾波回路，補償容量為1.2MVAR；增設8MVARTCR，動態平衡無功功率，提高功率因數。

應用效果：平均功率因數提高到0.95；快速跟蹤負荷變化，動態補償係統無功，響應時間小於20MS，提高電氣設備及係統穩定性，延長設備使用壽命；抑製諧波，提高電能質量，保證生產作業的**、順利進行；降低電網無功損耗，提高用電效率，經濟效益顯著；免維護運行。

4、結論

TCR型動態無功補償裝置從根本上解決電力係統的電能質量問題，其使用效益主要體現在以下幾個方麵：

（1）增加了電力係統功率傳輸能力。在負荷處安裝SVC裝置進行無功補償後，負荷向係統吸取的無功功率顯著減小，由係統供給負荷的總容量也相應減小，係統就可以把這些節餘容量供電給其它新添負荷。因而在輸電線路結構不變的情況下，提高了係統輸送容量。

（2）減小線路能量損耗。電力網運行時，電流通過電力網參數時，就會產生功率損耗和能量損耗，負荷的有功功率隻能是由發電機供給，負荷的無功功率可以就地補償，因而網絡的線損就可大大降低。

（3）提高功率因數。為了獎勵企業提高功率因數，電力部門對工業用電規定了依照月平均功率因數調整電費辦法，有獎有懲。顯然，采有SVC裝置的企業可得到明顯的經濟效益。

（4）抑製諧波，消除危害。諧波產生的危害，大體上也有兩個方麵其一是對通訊線路造成的感應乾擾；其二是對一般設備造成危害。諧波對設備造成的危害不容忽視的。

另外SVC裝置對係統振蕩的抑製和提高係統的瞬態穩定性也有良好的作用。