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TCR+FC型SVC原理及应用

文章出处:http://guide.mzdecoration.com   责任编辑:贵德变压器厂   发布时间:2019-10-29    点击数:33
1 引言

  随着国民经济的发展和现代化技术的进步,网负荷急剧增大,对电网感性无功要求也与日惧增。特别是如可逆式大型轧钢机、炼钢电弧炉等冲击负荷、非线性负荷容量的不断增加,加上普遍应用的和微电技术,使得网发生电压波形畸变,电压波动闪变和不平衡等,产生电能质量降低,电网功率因数降低,网络损耗增加等不良影响。近年发展起来的静止型无功补偿装置(static var compensator,下简称svc)是一种快速调节无功功率的装置,已成功的应于冶金、采矿和电气化铁路等冲击性负荷的补偿上。而晶闸管控制电抗器型(称tcr型)svc用晶闸管控制线性电抗器实现较快、连续的无功功率调节,由于它具有反应时间快(5~20ms),运行可靠,无级补偿、分相调节,能平衡有功,适用范围广和价格便宜等优点。tcr装置还能实现分相控制,有较好的抑制不对称负荷的能力,因而其应用最广。尤其是在冶金行业中,使用例子也最多。

  2 tcr+fc型svc系统的组成及控制原理

  2。1 系统组成

  tcr+fc型svc系统的组成如图1所示,一般由tcr、滤波器(fc)及控制系统组成。通过控制与电抗器串联的两个反并联晶闸的导通角,既可以向系统输送感性无功电流,又可以向系统输送容性无功电流。该补偿器响应时间快(小于半周波),灵活性大,而且可以连续调节无功输出,缺点是产生谐波,但加上滤波装置则可以克服。

  图1 tcr+fc型svc系统的组成

  2.2 可调控电抗器相(tcr)产生连续变化感性无功的基本原理

  如图2(a)所示,u为交流电压。th1、th2为两个反并联晶闸管,控制这两个晶闸管在一定范围内导通,则可控制电抗器流过的电流i,i和u的基本波形如图2(b)所示。

  图2 可调控电抗器相(tcr)产生连续变化感性无功的基本原理

  α为th1和th2的触发角,则有

  i=(cosα-cosωt)

  i的基波电流有效值为: i=(2π-2α+sin2α)

  式中:v为相电压有效值;

  ωl为电抗器的基波电抗(ω)。

  因此,可以通过控制电抗器l上串联的两只反并联晶闸管的触发角α来控制电抗器吸收的无功功率的值。

  2.3 恒无功控制、保证功率因数及电压波动

  控制系统的基本组成如图3所示。svc连接到系统中,电容器提供固定容性无功功率qc,通过具有完好线性特征的补偿电抗器的电流决定了从补偿电抗器输出的感性无功值qtcr,感性无功与容性无功相抵消,只要qn(系统)=qv(负载)-qc+qtcr=恒定值(或0),功率因数就能保持恒定,电压几乎不波动。

  图3 控制系统的基本组成

  最重要的是精确控制晶闸管触发,获得所需的电抗器的电流。根据采集的进线电流及母线电压经乘法器后得出要补偿的无功功率,计算机发出触发脉冲,光纤传输到脉冲放大单元,经放大后触发晶闸管,得到所补偿的无功功率。

  2。4 无源滤波器(fc)

  无源滤波器(filter compensatior,简称fc),是现阶段最常见、最实用、也是有效的抑制高次谐波的措施。由电容器、电抗器,有时还包括电阻等无源元件组成。其基本原理是利用电路谐振的特点,对某次谐波或以上谐波形成低阻抗通路,以达到抑制高次谐波和无功补偿的作用。分为单调谐波滤波器,双调谐波滤波器和高通滤波器(减幅滤波器)等几种。

  高通滤波器(减幅滤波器)又可分为一阶、二阶、三阶和c型。如图4所示:无源滤波器(fc)在设计时应注意的问题:

  图4 高通滤波器

  (1) 滤波器发出的无功应满足补偿功率因数,抑制电压波动及闪变的要求; (2) 选取的滤波电容器的额定电压应保证滤波器的安全可靠运行; (3) 滤波器的分组应满足滤除谐波电流的要求; (4) 滤波器设计时应进行充分的计算机仿真及数据库优选,经多个方案比较,选择最佳方案; (5) 对选定的滤波器应进行滤波器各种运行方式下的计算机仿真,避免与系统发生谐振; (6) 对滤波器的安全运行应进行仔细校验。

  3 tcr+fc型svc的应用举例

  2005年由辽宁荣信股份秒速赛车注册平台为安阳钢厂新上了一套tcr和fc补偿容量分别18mvar和17mvar的tcr+fc型svc。该工程负荷主要为两台粗轧机(2×4200kw同步电机)。经过晶闸管变流调速装置进行调速,过载倍数为2倍。这些设备挂接在6kv母线上,系统最小短路容量为238mva。上辊定子贵德箱式变压器容量为3000kva,连接组别为d/d0 3台,下辊定子贵德箱式变压器容量为3000kva,连接组别为d/y11 3台。由于贵德箱式变压器采用了d,y接法,故可以消除3的整数倍次的高次谐波,从而使注入电网的谐波电流只有5、7、11……等谐波。经计算粗轧机最大无功冲击为15120kvar,6kv母线最小短路容量为238mva。电压波动国标允许值为2%。所以允许无功波动为:

  △q=sdmin×△u%=238×2%=4.76mva

  补偿容量为: qmax-△q=15.12-4.76=10.36mvar。

  为留有余量,取11mvar。

  总计算负荷为19407kva,平均功率因数从0.75提高到0.95所需要补偿的无功为6.45mvar。总上所述,按电压波动选择容量,tcr及fc的容量均为11mvar。经仿真计算,滤波器总容量:15mvar,基波补偿容量为11mvar,分为h3、h5、h7三个通道。h3次滤波器安装容量为4.2mvar,补偿容量为3.21mvar;h5次滤波器安装容量为6mvar,补偿容量为4.25mvar;h7次滤波器安装容量为5.4mvar,补偿容量为3.54mvar;主接线系统图如图5所示。

  图5 主接线系统图

  4 结束语

  目前,tcr+fc型svc已在冶金行业得到了广泛的应用。也取得了显著的效果。已经形成了成熟的技术方案。另外,svc还有晶闸管投切电容器(tsc)型、饱和电抗器型(sr型)、晶闸管控制高阻抗贵德箱式变压器型(tct)等形式。对svc的发展研究主要集中在控制策略上,如模糊控制、人工神经网络和专家系统控制系统也被引入svc控制系统,使svc系统的性能更加提高。而且随着技术的飞速发展,出现了以大功率可关断晶闸管(gto)器件代替普通的晶闸管构成的静止无功发生器(static var generator,简称svg)。由于其具有响应速度快,吸收无功连续、产生的高次谐波量小、调节范围广、损耗与噪声小等特点,使其成为未来无功补偿技术的发展方向。  2.2、有源谐波滤除装置

  目前在无功补偿装置中进行谐波治理的一个重要趋势是采用有源滤波器APF。它通过实时检测电网的电压电流经运算处理后得到补偿控制指令控制主电路产生谐波补偿电流,此电流与所要滤除谐波电流的幅值大小相等相位相差180°,从而可以相互抵消使电网电流只含基波分量。这种滤波器能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿,滤波特性不受系统阻抗的影响可消除与系统阻抗或负载发生谐振的危险。另外,此装置不仅能补偿无功和各次谐波还可抑制闪变,具有高度可控性和快速响应性。它是当前无功补偿和谐波治理领域重要的研究发展方向。

  这里介绍一种采用有源滤波器进行无功补偿和谐波治理的方案,适合在谐波严重的工况下使用。此方案其实就是在原来FC+TCR的基础上,增加一有源滤波器。具体实现方法为,将一贵德箱式变压器的原边串联接在系统和谐波源之间,副边接有源滤波器的输出部分。设计的初衷是,希望基波电流可以从贵德箱式变压器的原边流过,而谐波电流被,无功补偿装置中的电容器和电抗器串联的支路为被起来的谐波提供通路,从而达到滤除谐波的目的。根据贵德箱式变压器的工作原理,要满足上述要求,就需要检测贵德箱式变压器原边电流中的基波分量,然后采用有源逆变的方法跟踪此基波分量,并将此基波分量注入贵德箱式变压器的副边,从而补偿贵德箱式变压器原边基波电流所产生的基波磁通,使得贵德箱式变压器对原边基波电流呈现低阻抗,而对于原边谐波电流呈现高阻抗。可见,为了在贵德箱式变压器的副边产生一个与原边基波电流大小成比例、方向相反的电流,就必须准确地从电网电流中检测出基波电流,即需要有基波电流检测部分,这也是此有源滤波器的关键部分。另外此装置还要有功率放大部分,它由滞环控制、PWM驱动和逆变器组成,将检测到的原边基波电流经转换作为给定信号采用滞环电流控制使其能够跟踪原边基波电流。从以上分析可见,该方案只需检测、跟踪基波电流,补偿基波磁通,性能比较稳定,电路结构也较简单,易于在工程中实现。

  从本质上讲,APF可看作一个大容量的谐波电流发生装置。通过对电网中的畸变波形实时跟踪补偿,可使任意频率、任意幅值和相位的谐波都能被滤除,并使无功功率得到完全补偿。其中,如何实时准确地检测无功电流和谐波电流,并将此信号作为有源滤波的控制信号,是同时实现无功补偿和谐波治理的关键问题。为了使滤波器有较好的信号跟踪效果,有人提出运用自适应预测原理,实验证明,该方法效果显著,可达到预期目的。

  有源滤波器在我国已开始挂网运行但还需要解决一些问题。比如:在大容量应用中有源滤波器逆变器的容量如何最小化;有源滤波器在负载动态过程条件下如何实现自适应调节;在严重畸变的不对称电网及负载下如何提高适应性等。现阶段有源滤波器研究和应用的一个显著特征是混合型有源滤波器,即将有源滤波器和无源滤波器相结合。有源部分相当于一个谐波器?既能阻止负载的谐波电流进入电网?又能防止电网的谐波电压影响负载,而电网公共连接点上其它负荷的谐波电流则流入无源滤波器。这样可以同时发挥两者的优点,达到良好的补偿目的。混合型有源滤波器最大的好处是,逆变器只需承担谐波电流和谐波电压,从而极大地降低了有源部分的容量,非常适合于大功率谐波负载的补偿。

  有源谐波滤除装置是在无源滤波的基础上发展起来的,它的滤波效果好,在其额定的无功功率范围内,滤波效果是百分之百的。它主要是由元件组成电路,使之产生一个和系统的谐波同频率、同幅度,但相位相反的谐波电流与系统中的谐波电流抵消。但由于受到元件耐压,额定电流的发展限制,成本极高,其制作也较之无源滤波装置复杂得多,成本也就高得多了。其主要的应用范围是计算机控制系统的供电系统,尤其是写字楼的供电系统,工厂的计算机控制供电系统。对单台的装置而言,其利润是可观的,但用户一般不愿意用有源滤波,对于谐波的含量,不必滤得太干净,只要不危害其他用电器也就可以了。

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