晶闸管相控电抗器无功功率补偿装置方案介绍_翟铁久
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牵引变电所相控电抗器无功动态补偿方式的研究2100字
牵引变电所相控电抗器无功动态补偿方式的研究2100字摘要：本文论述了牵引变电所相控电抗器无功动态补偿装置的基本原理，说明该装置采用的关键技术，并对该装置进行了经济效益评价。
关键词：牵引变电所相控电抗器无功动态补偿▲▲ 一、引言近几年来，因牵引变电所功率因数不能满足电力部门规定的0.9标准，我局被迫交纳功率因数电费较多。
自1990年4月实行两部制电价以来，牵引变电所开始交纳功率因数调整电费，我局已累计交纳功率因数电费6000多万元。
▲为了减少牵引变电所功率因数电费支出，降低运输成本，提高电气化铁路经济效益，我局与有关单位共同研制牵引变电所相控电抗器无功动态补偿装置，在包兰线白银西牵引变电所投入现场运行，取得较好的补偿效果。
2005年，本科研项目荣获甘肃省科技进步二等奖。
▲▲ 二、白银西牵引变电所改造方案为了掌握电容补偿装置补偿状况，对该所牵引供电系统的进行现场实地测试。
根据测试结果，牵引变电所每相有功负荷约为6000kW，无功负荷为4480kVar，若要使平均功率因数达到0.95，考虑现行最大牵引负荷，每相需要补偿无功容量为2900kVvar。
白银西变电所27.5kV母线上均设有AFF33―2240kVar三次滤波器各一套，在最大牵引负荷的情况下，功率因数要提高到0.95是不够的，需在27.5kV母线每相上各增加1组AFF33―2240kVar的滤波电容器，与原有AFF33―2240kVar的滤波电容器一并投入运行。
通过理论计算，并考虑负荷的发展，相控电抗器的额定容量确定为3600kVA，采用单相分别补偿，即A、B相母线各安装一套相控电抗器，其容量规格相同，分别对A、B两相母线进行动态补偿。
▲▲ 三、装置技术原理1. 装置基本原理牵引供电系统无功功率平衡公式可用下式表示：Qn=QV-QC+QTCR （1）式中，Qn：系统提供无功功率；QC：滤波电容器产生恒定的容性无功；QV：电力机车产生的感性无功；QTCR：相控电抗器TCR产生连续可变的感性无功。
牵引变电所相控电抗器无功动态补偿方式的研究
维普资讯
牵 引变 电所相控 电抗 器 无功 动态补偿 方式 的研 究
兰 州铁 路 局 何 承 东 钮 承新
言 嗲
一
引 、
近 几 年来 ，
因牵 引变 电所 功率 因数不 能满足 电力部 门规定
的
0
9
．
标 准 ． 我局被 迫 交 纳功率 因数 电费较 多 。
自 19 9 0 年 4 月实
件是 脉 冲放大 器 。 由控制器 发 出的脉 冲信号 控 制功 率单 元 中
的 晶 闸管
门极
使
，
晶闸管按要
求导通
可
，
控制流过相控
电抗器
的 电流 ，从而 控制无功功率。 控制器 具有 检测 电网无 功 ，进行
控制运 算 ，形成触发脉冲 ，触发可控硅 ，进行动态补偿 。
数据采集部分将
PT
CT l
、
CT2
统
提
供
无
功
功
率
Q 滤 ； 。 ：
波
电
容
器
产
生
恒
定
的
容 性 无 功 Q ； 。 ： 电 力 机 车 产 生 的 感 性 无 功 Q ； TCR ： 相 控 电 抗 器
TCR 产生 连续可变 的感性无 功 。
由公 式 ( 1 )可
以看
出
滤波
，
电容
Q。
固定不
变
机车负荷
，
Q。 为 不 断 变 化 ， 只 要 改 变 相 控 电 抗 器 Q。
大后 输送 给功率 阀组 部分 。
晶闸管 阀组 将 晶闸管 的状 态 信号 回送 给击穿检测 部分 ，
击穿检测部分对这些信号进行综合 ， 形成击穿检测状态信号
牵 引变 电所相控 电抗 器 无功 动态补偿 方式 的研 究
兰 州铁 路 局 何 承 东 钮 承新
言 嗲
一
引 、
近 几 年来 ，
因牵 引变 电所 功率 因数不 能满足 电力部 门规定
的
0
9
．
标 准 ． 我局被 迫 交 纳功率 因数 电费较 多 。
自 19 9 0 年 4 月实
件是 脉 冲放大 器 。 由控制器 发 出的脉 冲信号 控 制功 率单 元 中
的 晶 闸管
门极
使
，
晶闸管按要
求导通
可
，
控制流过相控
电抗器
的 电流 ，从而 控制无功功率。 控制器 具有 检测 电网无 功 ，进行
控制运 算 ，形成触发脉冲 ，触发可控硅 ，进行动态补偿 。
数据采集部分将
PT
CT l
、
CT2
统
提
供
无
功
功
率
Q 滤 ； 。 ：
波
电
容
器
产
生
恒
定
的
容 性 无 功 Q ； 。 ： 电 力 机 车 产 生 的 感 性 无 功 Q ； TCR ： 相 控 电 抗 器
TCR 产生 连续可变 的感性无 功 。
由公 式 ( 1 )可
以看
出
滤波
，
电容
Q。
固定不
变
机车负荷
，
Q。 为 不 断 变 化 ， 只 要 改 变 相 控 电 抗 器 Q。
大后 输送 给功率 阀组 部分 。
晶闸管 阀组 将 晶闸管 的状 态 信号 回送 给击穿检测 部分 ，
击穿检测部分对这些信号进行综合 ， 形成击穿检测状态信号
晶闸管控制电抗器(TCR)型SVC
TCR型SVC组成
滤波器(FC)
提供固定容性无功，滤除谐波电流
晶闸管相控 电抗器(TCR)
提供大小可调的感性无功
全数字控制 全数字控制 系统 系统
控制TCR发出感性无功大小
TCR型SVC接线原理图
TCR型SVC补偿曲线图
Qc t QR t QL
t
t QC+QL t
t QN=QR+QC+QL
QC—由FC提供的无功功率（容性）； QR—由TCR提供的无功功率（感性）； QL—负荷产生的无功功率（感性）； QN—由母线提供的无功功率； 当无功为正是表示感性无功，为负时表示容性无功。
TCR型SVC现场照片
阀组室 相控电抗器 滤波电抗器 滤波电容器
差流互感器
TCR型SVC优缺点
优点
1. 响应速度快( 10ms左右) 2. 能治理功率因数、电压 波动、闪变、三相不平 衡等电能质量问题 3. 免维护
缺点
1. 占地面积大 2. 损耗大 (大于2.5%) 3. TCR运行时会产生大量 谐波电流
晶闸管无功补偿PPT课件
（c） • 这种无中性线的接法，电
UU
容器组可以选择任何一种
三相电容器。但是，由于 L
没有中性线的电位固定作
用，晶闸管承受最大电压
和（a）图相同，并且在
相同容量条件下，流过晶
闸管的电流是（a）图的 3 C
倍
UV
UW
L
L
C
C
图 3.4（c） 7/178
主接线设计方案
•
UU
UV
UW
LL L
C
C
C
8/17
• B 能根据电流电压的测得值，得出一次需改善的 物理量（无功量与谐波量），决定电容器投入组 数，是一种只管投切，不能控制补偿后的实际效 果，其优点是控制方式简单，可一次快速投切多 组电容器，缺点是静态补偿的精度较差。
16/18
16
检测点位置方案
• 本装置是采用结合两者优点的闭合控制方 式，即检测点设在 A 处。A 点能检测到补 偿前负载端完全补偿时所需投入的全部电 容器组，则先根据该检测结果快速选择一 次投切方案；经过一次投切后，再根据 A 点的检测结果对投切方案进行逐级调整。 这样即可获得快速动态补偿特性，也可保 证补偿的精度。
2/182
系统原理接线图
3/18
3
硬件控制电路说明方案
电压比较
电压 信号 调理电流 信号 调理源自CAPAD 转
DSP控制器
换
驱动电路 3.3系统硬件结构图
JTAG接口 通讯接口 外部看门狗 外部存储器 实时时钟电路
可控硅开关
4/18 4
主接线设计方案
• 三相控制的△接线方式如
图 3.4（a）
• 在晶闸管投入时，要考虑 UU
TSC 系统总体设计方案
毕业论文基于晶闸管投切电容器(TSC)的无功补偿研究
3.3.3电容器投切单元
3.2实现方案
3.3实验步骤
3.3.1接线
3.3.2调试步骤
3.4波形图
3.5数据记录
3.6结果分析
第4章基于NISTLAB的控制器系统仿真
4.1仿真软件介绍
4.2仿真模型的建立
4.3仿真结果及其分析
4.4本章小结
参考文献
致谢
基于晶闸管投切电容器（TSC）的无功补偿研究
电气工程及其自动化(专升本)专业
在当今的电力系统中，感应式异步电动机和变压器作为传统的主要的负荷使电网产生感性无功电流；同时，随着现代电力电子技术的发展，大功率变流、变频等电力电子装置在电力系统中得以广泛的应用，这些装置大多数功率因数很低，导致电网中出现大量的无功电流。无功电流产生无功功率，给电网带来额外的负担且影响供电质量。因此，无功补偿就成为保持电网质量运行的一种主要手段之一。
目前，世界各国都将无功补偿作为电网规划必不可少的一部分。然而，我国和世界上的发达国家（美国、日本）相比，无论从电网功率因数还是补偿深度来看，都有较大的差距。目前，美国、日本等发达国家补偿度达0.5以上，电网功率因数接近1.0，而我国补偿度仅为0.45。我国的电网，特别是广大农村电网，普遍存在功率因数低，电网损耗较大的情况。导致此现象的主要原因就是众多的感性负载用电设备设计落后，导致功率因数低，电压低。
摘要：冲击性负荷大量接入电网，引起电网电压波动和闪变、三相供电不平衡以及电压电流波形畸变等，造成电网电能质量的严重恶化。针对电力系统中无功补偿装置发展的现状，本文研究设计了一种基于晶闸管的ＴＳＣ型无功补偿装置控制器。该装置以实时检测为依据，以低压网为最佳补偿对象。
本文主要研究了无功补偿对电网性能的改善，无功补偿控制器的控制算法，以及控制器的软硬件设计。算法采用模糊控制，以电压无功及瞬时的电容器状态为输入，通过模糊推理得到电容器的最佳投切量和延时时间。控制器的核心芯片采用ＴＩ公司的ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２，它具有比其它单片机控制运算速度高，实时性好的特点。采用晶闸管与接触器相结合控制投切电容器，实现了电容器快速、无弧、无振荡。
3.2实现方案
3.3实验步骤
3.3.1接线
3.3.2调试步骤
3.4波形图
3.5数据记录
3.6结果分析
第4章基于NISTLAB的控制器系统仿真
4.1仿真软件介绍
4.2仿真模型的建立
4.3仿真结果及其分析
4.4本章小结
参考文献
致谢
基于晶闸管投切电容器（TSC）的无功补偿研究
电气工程及其自动化(专升本)专业
在当今的电力系统中，感应式异步电动机和变压器作为传统的主要的负荷使电网产生感性无功电流；同时，随着现代电力电子技术的发展，大功率变流、变频等电力电子装置在电力系统中得以广泛的应用，这些装置大多数功率因数很低，导致电网中出现大量的无功电流。无功电流产生无功功率，给电网带来额外的负担且影响供电质量。因此，无功补偿就成为保持电网质量运行的一种主要手段之一。
目前，世界各国都将无功补偿作为电网规划必不可少的一部分。然而，我国和世界上的发达国家（美国、日本）相比，无论从电网功率因数还是补偿深度来看，都有较大的差距。目前，美国、日本等发达国家补偿度达0.5以上，电网功率因数接近1.0，而我国补偿度仅为0.45。我国的电网，特别是广大农村电网，普遍存在功率因数低，电网损耗较大的情况。导致此现象的主要原因就是众多的感性负载用电设备设计落后，导致功率因数低，电压低。
摘要：冲击性负荷大量接入电网，引起电网电压波动和闪变、三相供电不平衡以及电压电流波形畸变等，造成电网电能质量的严重恶化。针对电力系统中无功补偿装置发展的现状，本文研究设计了一种基于晶闸管的ＴＳＣ型无功补偿装置控制器。该装置以实时检测为依据，以低压网为最佳补偿对象。
本文主要研究了无功补偿对电网性能的改善，无功补偿控制器的控制算法，以及控制器的软硬件设计。算法采用模糊控制，以电压无功及瞬时的电容器状态为输入，通过模糊推理得到电容器的最佳投切量和延时时间。控制器的核心芯片采用ＴＩ公司的ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２，它具有比其它单片机控制运算速度高，实时性好的特点。采用晶闸管与接触器相结合控制投切电容器，实现了电容器快速、无弧、无振荡。
晶闸管相控电抗器
晶闸管相控电抗器（TCR）与磁阀式可控饱和电抗器（MCR）型静止动态无功补偿器的比较晶闸管相控电抗器型静止动态无功补偿器，简称：TCR型SVC；磁阀式可控饱和电抗器型静止动态无功补偿器，简称：MCR型SVC；随着技术的发展，高压投切电容器式无功补偿装置已经逐渐处于中低端市场，因其不可克服的缺点逐步被静止型动态无功补偿装置（SVC）取代，目前获得最广泛应用的无疑是TCR 型SVC，但MCR型SVC近几年逐渐走俏，大有与TCR型SVC抗衡之势！想在此讨论一下TCR型SVC和MCR型SVC的原理、技术特性、性价比、可靠性等等各方面的联系与区别，先开个贴，请大家各抒己见，随后将个人观点整理后贴出供大家拍砖，多谢！个人知道一点SVC的部分原理，我在这边先贴出来，希望高手拍砖:SVC总体工作原理a)调节器自动跟踪具有严重冲击无功功率的负荷的工作状态，发出与冲击负荷所对应的TCR晶闸管阀六相触发脉冲；b)调节器的六相触发脉冲通过晶闸管阀电子单元（高电位电子板）、去触发六相晶闸管阀；c)不同的触发角，改变了流过TCR回路中主电抗器的电流量，从而改变了TCR回路的感性无功功率量；d)通过TCR回路感性无功功率的跟随作用，使电网上的无功功率趋近于零，或趋于一定值。
下式是无功功率补偿的计算式：ΣQ ＝Q FC＋Q负载＋Q TCR ≈ 0 （或某一常数）其中：Q FC 为固定电容器兼滤波器的容性无功功率值（固定量）Q负载为冲击负荷的感性无功率值（可变量）Q TCR 为TCR回路的感性无功功率值（可变量）e)由于晶闸管阀及电子设备的动态响应很快，即实现了动态补偿的功能。
TCR还能使三相不平衡的有功负荷得以平衡，抑制电网的负序分量。
晶闸管投切电容器型静止无功功率补偿装置，它由降压变压器、电容器组（分成若干小组）、晶闸管阀（同样分成若干小组和调节器四部分组成。
根据负载感性无功功率的变化，切除或投入电容器组时，晶闸管阀只作为投切电容器的开关，而不像TCR型的晶闸管阀起相控的作用。
静止无功补偿成套装置晶闸管阀组
Ｑ 电流 感器
电 压 Ｃ Ｒ
Ｑ
Ｖ
Ｖ Ｖ
１ 引 言 国民经 济 的发展和现 代化 技术 的进步 使 电网负
荷急剧增 大 ， 对其无功 功率 的要求 与 日俱增 。特 别是 如 轧机 、 电弧 炉等 冲击 、 非线 性 负荷 的不 断增 加 ， 以 及 电力 电子 技术 的普遍应 用 。使得 电网发 生 了 电压 波形 畸变 、 电压波动 闪变 和三相 不平 衡等 ， 导致 电能
电网电能质量。介绍了 Ｔ Ｒ Ｆ Ｃ ＋ Ｃ型 Ｓ Ｃ这种动态无功补偿及滤波装置的原理和 Ｔ Ｒ阀各部分的主要功能。其技术 Ｖ Ｃ 效果显示 Ｓ Ｃ是一种可 自动调节的无功功率补偿装置， Ｖ 具有抑制 电压波动 ， 改善功率因数和吸收电网谐波功能。
关 键 词 ： 闸 管 ；无 功补 偿 ； 波 晶 谐 中图 分 类号 ：Ｎ ４ Ｔ ３ 文 献标 识 码 ： Ａ 文章 编 号 ：００ １０ ２ １ ）４ ０ ７ — ２ １０ — ０ Ｘ（００ ０ — ０ ２ ０
第４ ４卷 第 ４期
２ ０Байду номын сангаас ４ 月 ０１
电 力 电 子 技 术
Ｐ ｗ ｒＥ ｅ ｔ ｎ ｃ ｏ ｅ ｌ ｃｒ ｉ ｓ ｏ
Ｖｏ ．４ ，Ｎｏ４ １ ４ ．
Ａｐ ｉ， ０１ ｒ ２ ０ ｌ
静止无功补偿成套装 置晶闸管 阀组
杨 先 伟
（ 贵州 荣 基 安 全科 技 有 限 责 任 公 司 ，贵州 贵 阳 ５００ ） ５０ １
ｐ ｏ ｅ ｔｅ ｐ ｗ ｒｆｃｏ ，ｎ ｂ ｏ ｂ ｔ ｅ ｈ ｒ ｎ ｃ ｗ ｖ ｓｏ ｅ ｐ ｗｅ ｒ ． ｒ ｖ ｈ ｏ ｅ ｔｒ ａ ｄ ａ ｓ ｒ ｈ ａｍｏ ｉ ａ ｅ ｆｔ ｏ ｒｇ ｄ ａ ｈ ｉ Ｋｅ ｗｏ ｄ ： ｙ ｉｔｒ ｅ ｃｉｅ ｐ ｗｅ ｏ ｅ ｓ ｔ ｎ ａ ｍｏ ｉ ｙ ｒ ｓ ｔ ｒ ｏ ；ｒ ａ ｔ ｏ ｒｃ ｍｐ ｎ ａｉ ；ｈ ｒ ｎ ｃ ｈ ｓ ｖ ｏ
晶闸管投切开关tgs0.4无功补偿控制器tjk2d
安装海拔小于2000米高于此海拔要特殊设计
5、特通低压TSC的主要元器件
特通增强调谐型—JJH型无功功率动态补偿装置
JJH型无功功率动态补偿装置由特通增强配置的智能控制器、晶闸管投切开关、调谐电抗器、电容器组、保护系统等组成，可以在用电环境比较恶劣的情况下更安全地完成补偿和谐波治理。
1、型号及参数说明：
235
2×45kvar+2×90kvar
6
1.4
440
800*1000*2200
315
275
45kvar+3×90kvar
7
1.6
460
800*1000*2200
360
315
2×45kvar+3×90kvar
8
1.8
500
1000*1000*2200
405
355
45kvar+4×90kvar
9
2.1
6
4.0
3.2
1.6
10
二、方案设计
1、装置补偿容量设计：
①. 估算法
一般来说，对于电动机类型的功率负荷，补偿量约为40%（低压补偿一般取30%-40%）；对于综合配变，补偿量约为20%（高压补偿一般取20%左右）；
③.负荷计算法
此处所说的负荷计算法，主要指需要系数负荷计算法。是用设备功率乘以需要系数和同时系数，直接求出计算负荷的方法。这种方法比较简便，应用广泛，尤其适用于配、变电所的负荷计算。统计结束后利用查表法计算无功补偿的容量。
响应时间
≤20ms
标定容量
75kvar~540kvar(单柜容量)，可以多台并柜使用。
有功功率损耗
≤0.1%标定容量
谐波抑制能力
5、特通低压TSC的主要元器件
特通增强调谐型—JJH型无功功率动态补偿装置
JJH型无功功率动态补偿装置由特通增强配置的智能控制器、晶闸管投切开关、调谐电抗器、电容器组、保护系统等组成，可以在用电环境比较恶劣的情况下更安全地完成补偿和谐波治理。
1、型号及参数说明：
235
2×45kvar+2×90kvar
6
1.4
440
800*1000*2200
315
275
45kvar+3×90kvar
7
1.6
460
800*1000*2200
360
315
2×45kvar+3×90kvar
8
1.8
500
1000*1000*2200
405
355
45kvar+4×90kvar
9
2.1
6
4.0
3.2
1.6
10
二、方案设计
1、装置补偿容量设计：
①. 估算法
一般来说，对于电动机类型的功率负荷，补偿量约为40%（低压补偿一般取30%-40%）；对于综合配变，补偿量约为20%（高压补偿一般取20%左右）；
③.负荷计算法
此处所说的负荷计算法，主要指需要系数负荷计算法。是用设备功率乘以需要系数和同时系数，直接求出计算负荷的方法。这种方法比较简便，应用广泛，尤其适用于配、变电所的负荷计算。统计结束后利用查表法计算无功补偿的容量。
响应时间
≤20ms
标定容量
75kvar~540kvar(单柜容量)，可以多台并柜使用。
有功功率损耗
≤0.1%标定容量
谐波抑制能力
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此时的最大有功功率 Pm (峰值) 可达 : Pm = Qx/ tgφ2 = 7 229/ 01329 = 2 1973 kW
412 设备实际参数计算 采用标么值计算 : 取补偿无功功率 : Qk = 7 229 kVar (感性)
Qk 3 = + 110 取变压器一次测电压 : u1 = 110 kV u1 3 = 110 (1) 计算电容器参数 (α= 180°晶闸管处于关断 状态)
图 4 为晶闸管相控电抗器无功功率补偿装置控 制柜原理图 。牵引变电所电源 110kV 的电压和电流 分别通过电压互感器 YH、电流互感器 LH 及模拟 ———数字 (A/ D) 变换器输入计算机 ,经过计算机运 算得到有功功率和无功功率 ,以不倒送无功且最大 限度发挥补偿能力为原则 ,通过门级控制单元向晶 闸管输出触发信号 ,以控制晶闸管的电流 ,进而达到 调整补偿无功功率和提高功率因数的目的 。
北京铁路局共管辖 58 个牵引变电所 ,1999 年有 12 个牵引变电所功率因数低于 0190 ,其中丰沙大线 的牵引变电所功率因数普遍低于 0190 ,因功率因数 低总罚款 ( 调整电费) 1195 万元 , 占总电费支出的 418 %。
2 解决问题的途径
根据牵引负荷的特点 ,采用一种性能优良 、质量 可靠的动态无功补偿装置 ,在牵引负荷无功变化时 随机调整补偿无功 ,将牵引变电所与电力系统交换 的无功量控制在一定范围内 ,即可从根本上解决上 述问题 。
—5 —
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
电气化铁道 2000 年第 3 期
投切电容器方案设备简单 、投资较少 ,但是真空开关 频繁投切电容器易造成过电压 ,避免不了重燃 ,可靠 性较差 。而晶闸管投切电容器方案对晶闸管及其控 制和保护措施要求较高 。
目前 ,常用的动态无功补偿装置主要有两种方 案 :一种是分档投切电容器组方案 ;另一种是固定电 容器加晶闸管调整并联电抗器方案 。
在分档投切电容器组方案中 ,将补偿电容器分 成若干组 ,根据负荷无功的变化情况对补偿电容器 进行分组投切 ,达到调整无功补偿量的目的 。其中 又有利用真空开关投切电容器和利用晶闸管投切电 容器两种方式 。由于电容器分组数量的限制 ,无功 补偿只能实现有级调整 ,补偿效果有限 。真空开关
在固定电容器加晶闸管调整并联电抗器方案 中 ,并联固定容量电容器 ,另外并联晶闸管和电抗 器 。根据负荷无功的变化情况通过晶闸管随机调整 电抗器的无功容量 ,实现补偿装置总无功量的调整 。 无功补偿可实现无级调整 ,补偿范围大 ,效果好 ,在 理论上可实现安全补偿 ,使功率因数达到 110 ;在工
作过程中 ,不会产生过电压及过电流现象 ,安全可 靠 ;由于计算机技术和大功率晶体管开关器件的发 展 ,为采用晶闸管相控电抗器无功补偿装置创造了 有利的条件 。
3 晶闸管相控电抗器无功补偿装置方 案介绍
311 原理结线 晶闸管相控电抗器无功补偿装置原理图如图
1。
图 1 晶闸管相控电抗器无功补偿装置原理图
晶闸管相控电抗器无功补偿装置主要包括 :电容 器组(兼作滤波器) 、电抗器、晶闸管和计算机控制柜。 312 工作原理 图 2 为工作原理示意图 ,由于电容器支路的电 容或电感为固定值 ,所以提供的容性无功功率 Qc 为固定值 ,当负载感性无功功率 QF 变化时 ,通过计 算机控制系统控制晶闸管 , 调整电抗器感性无功 QL ,使补偿的容性无功功率 ( QC - QL) 跟随负荷感
性无功变化 。例如当 QF 增大时 ,则晶闸管控制的 电抗器输出的无功功率 QL 减少 , 使 ( QC - QL ) 增 大 ;而 QF 减少时 ,则 QL 增大 , 使 ( QC - QL ) 减少 。 即不管负载感性无功功率 QF 如何变化 ,总要使电 力系统与牵引变电所之间交换的无功功率最小 , Qs = QF - ( Qc - QL) = QF + QL - Qc≈0 ,使功率因数 cosφ≈1 。
图 2 工作原理图
可控电抗器无功功率设备主要由 :电抗器 L 以
—6 —
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
晶闸管相控电抗器无功功率补偿装置方案介绍 翟铁久 2000 年第 3 期
晶闸管相控电抗器无功功率补偿装置方案介绍 翟铁久 2000 年第 3 期
晶闸管相控电抗器无功功率补偿装置方案介绍
翟铁久
摘要 :针对牵引变电所并联固定电容无功功率补偿装置的特点及存在的问题 ,提出了晶闸管相控电抗器无功功率
补偿装置的方案 。方案采用固定电容滤波器 ,通过计算机控制触发双向可控硅的导通状态来调整电抗器的 输出容量 ,确保无功补偿容量满足牵引负荷的需要 ,使牵引变电所功率因数补偿到较高的水平 。
Qk2 = 11105 ×7 229 = 7 988 kVar 电容器容抗 :
Xc 3
=
u22 3 Qk2 3
=
111052 211105
=
211105
(2) 计算电抗器参数 (α= 90°晶闸管处于开通状
态) 当α= 90°时 ,变压器一次侧无功功率 Qk1 3 = 0 u1 3 = 110
i1 3 = i2 3 = 0
(1) 对供电系统产生的主要危害 ①降低发电机的输出功率 ,使发电设备效率降 低 ,成本增加 。 ②降低输电和的电压损失 ,造成用户端
作者简 介 : 翟 铁 久 , 北 京 铁 路 局 机 务 处 , 工 程 师 , 北 京 100038 ,电话 :25413 (北京) 。
供电电压波动大 。 ⑤功率因数降低使供电系统的电压损失增加 ,
接触网电压降低 ,影响电力机车的功率发挥 。 (2) 对运行成本的影响 电气 化 铁 道 牵 引 变 电 所 功 率 因 数 多 数 执 行
0190 的考核标准 :当功率因数低于 0190 时 ,功率因 数每降低 0101 电费增加 015 % ; 当功率因数低于 0165 时 ,每降低 0101 电费增加 110 % ;当功率因数低 于 0159 时 ,每降低 0101 电费增加 210 %。
图 5 计算示意图
关于平均功率因数 cosφ1 和平均有功功率 PL 的确定 :对于既有牵引变电所 ,可通过实际测量典型 日24 h的电源侧的负荷曲线的方法来获得 ; 而对于 新建牵引变电所则通过牵引负荷计算取得 。
(2) 无功补偿范围 Qx 的计算 Q′x = P1 (tgφ1 - tgφ2)
及各相反并联连接的晶闸管组组成 。利用晶闸管的
相应控制能力 ,来连续调节电抗器的电流 ,以达到连 续调整电抗器的基波无功功率 QL ,控制相位角α从 90°到 180°,使 QL (基波) 从 100 %变化到零 。
本文用图 3 来说明晶闸管开放角α与流过电抗 器电流 iL 之间的关系 。当晶闸管在电压正弦波的 最大瞬时值下 (α= 90°) 触发时 ,电抗器 L 开始流过 电流 i1 ,电感储存能量 ;当电压波形到达 180°,由正 值开始变为负值 ,电感上储存的电能开始被释放 ,电 流 i1 继续流通 ,直到电压的正弦波到达 270°处 ,电 抗器所储存能量全部放完 。这期间晶闸管处于全开
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电气化铁道 2000 年第 3 期
φ1 = arccos0160 = 53113° 平均有功功率为 : PL = 6 000 kW
牵引变压器型号 :SF2 —QY —31500 —110/ 2715 短路阻抗 : X % = 1015 补偿后电源侧功率因数目标值 :
cosφ2 = K2 ≥0195 φ2 = arccos0195 = 18119° 补偿前电源侧功率因数 (无补偿电容投入) : cosφ1 = Κ1 = 0160
图 3 控制晶闸管开放角α的效果图
由于电感释放能量等于储存的能量 ,当触发角 α大于 90°时 ,使“电流 —时间”面积减少 (见图 3 电
图 4 调节系统框图
4 晶闸管相控电抗器无功功率补偿装 置参数的计算
411 补偿范围计算 (1) 计算条件
以某一牵引变电所实际情况为例 ,见图 5 。 设 :变电所电源电压 : u1 = 110 kV
= 6 000 ×(tg53113°- tg18119°) = 6 000 ×(11333 - 01329)
= 6 024 kVar 考虑到牵引负荷波动性大的特点 ,取 :
Qx = 112 ×Q′x = 112 ×6 024 = 7 229 kVar 实际取补偿范围为 :0～7 229 kVar
Qk1 = 7229 kVar (容性) Qk1 3 = 2110
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u1 3 = 110
i1 3
=
Qk1 3 u1 3
=
2110 110
=
2110
=
i2 3
u2 3 = u1 3 - X %·i1 3 = 1 - 01105 ×(2110)
= 11105 变压器二次侧补偿容性无功功率
Qk2 3 = u2 3 ×i2 3 = 11105 ×(2110) = 211105 则变压器二次侧补偿容性无功功率有名值为 :
由于牵引变电所固定无功补偿装置的电容器容 量是按照牵引变电所平均负荷所需的无功容量确定 的 ,一经投入运行 ,那么向供电系统补偿的容性无功 功率基本上是恒定值。当牵引负荷较小时 ,机车产生 的感性无功小于固定补偿装置补偿的容性无功 ,使牵 引变电所“过补”———向电力系统输出容性无功 ;当牵 引负荷较大时 ,机车产生的感性无功大于固定无功补 偿装置补偿的容性无功 ,使牵引变电所“欠补”———向 电力系统输出感性无功。总之 ,固定电容补偿装置 , 不可能动态补偿机车产生的感性无功功率 。 112 负面影响
412 设备实际参数计算 采用标么值计算 : 取补偿无功功率 : Qk = 7 229 kVar (感性)
Qk 3 = + 110 取变压器一次测电压 : u1 = 110 kV u1 3 = 110 (1) 计算电容器参数 (α= 180°晶闸管处于关断 状态)
图 4 为晶闸管相控电抗器无功功率补偿装置控 制柜原理图 。牵引变电所电源 110kV 的电压和电流 分别通过电压互感器 YH、电流互感器 LH 及模拟 ———数字 (A/ D) 变换器输入计算机 ,经过计算机运 算得到有功功率和无功功率 ,以不倒送无功且最大 限度发挥补偿能力为原则 ,通过门级控制单元向晶 闸管输出触发信号 ,以控制晶闸管的电流 ,进而达到 调整补偿无功功率和提高功率因数的目的 。
北京铁路局共管辖 58 个牵引变电所 ,1999 年有 12 个牵引变电所功率因数低于 0190 ,其中丰沙大线 的牵引变电所功率因数普遍低于 0190 ,因功率因数 低总罚款 ( 调整电费) 1195 万元 , 占总电费支出的 418 %。
2 解决问题的途径
根据牵引负荷的特点 ,采用一种性能优良 、质量 可靠的动态无功补偿装置 ,在牵引负荷无功变化时 随机调整补偿无功 ,将牵引变电所与电力系统交换 的无功量控制在一定范围内 ,即可从根本上解决上 述问题 。
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投切电容器方案设备简单 、投资较少 ,但是真空开关 频繁投切电容器易造成过电压 ,避免不了重燃 ,可靠 性较差 。而晶闸管投切电容器方案对晶闸管及其控 制和保护措施要求较高 。
目前 ,常用的动态无功补偿装置主要有两种方 案 :一种是分档投切电容器组方案 ;另一种是固定电 容器加晶闸管调整并联电抗器方案 。
在分档投切电容器组方案中 ,将补偿电容器分 成若干组 ,根据负荷无功的变化情况对补偿电容器 进行分组投切 ,达到调整无功补偿量的目的 。其中 又有利用真空开关投切电容器和利用晶闸管投切电 容器两种方式 。由于电容器分组数量的限制 ,无功 补偿只能实现有级调整 ,补偿效果有限 。真空开关
在固定电容器加晶闸管调整并联电抗器方案 中 ,并联固定容量电容器 ,另外并联晶闸管和电抗 器 。根据负荷无功的变化情况通过晶闸管随机调整 电抗器的无功容量 ,实现补偿装置总无功量的调整 。 无功补偿可实现无级调整 ,补偿范围大 ,效果好 ,在 理论上可实现安全补偿 ,使功率因数达到 110 ;在工
作过程中 ,不会产生过电压及过电流现象 ,安全可 靠 ;由于计算机技术和大功率晶体管开关器件的发 展 ,为采用晶闸管相控电抗器无功补偿装置创造了 有利的条件 。
3 晶闸管相控电抗器无功补偿装置方 案介绍
311 原理结线 晶闸管相控电抗器无功补偿装置原理图如图
1。
图 1 晶闸管相控电抗器无功补偿装置原理图
晶闸管相控电抗器无功补偿装置主要包括 :电容 器组(兼作滤波器) 、电抗器、晶闸管和计算机控制柜。 312 工作原理 图 2 为工作原理示意图 ,由于电容器支路的电 容或电感为固定值 ,所以提供的容性无功功率 Qc 为固定值 ,当负载感性无功功率 QF 变化时 ,通过计 算机控制系统控制晶闸管 , 调整电抗器感性无功 QL ,使补偿的容性无功功率 ( QC - QL) 跟随负荷感
性无功变化 。例如当 QF 增大时 ,则晶闸管控制的 电抗器输出的无功功率 QL 减少 , 使 ( QC - QL ) 增 大 ;而 QF 减少时 ,则 QL 增大 , 使 ( QC - QL ) 减少 。 即不管负载感性无功功率 QF 如何变化 ,总要使电 力系统与牵引变电所之间交换的无功功率最小 , Qs = QF - ( Qc - QL) = QF + QL - Qc≈0 ,使功率因数 cosφ≈1 。
图 2 工作原理图
可控电抗器无功功率设备主要由 :电抗器 L 以
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晶闸管相控电抗器无功功率补偿装置方案介绍 翟铁久 2000 年第 3 期
晶闸管相控电抗器无功功率补偿装置方案介绍 翟铁久 2000 年第 3 期
晶闸管相控电抗器无功功率补偿装置方案介绍
翟铁久
摘要 :针对牵引变电所并联固定电容无功功率补偿装置的特点及存在的问题 ,提出了晶闸管相控电抗器无功功率
补偿装置的方案 。方案采用固定电容滤波器 ,通过计算机控制触发双向可控硅的导通状态来调整电抗器的 输出容量 ,确保无功补偿容量满足牵引负荷的需要 ,使牵引变电所功率因数补偿到较高的水平 。
Qk2 = 11105 ×7 229 = 7 988 kVar 电容器容抗 :
Xc 3
=
u22 3 Qk2 3
=
111052 211105
=
211105
(2) 计算电抗器参数 (α= 90°晶闸管处于开通状
态) 当α= 90°时 ,变压器一次侧无功功率 Qk1 3 = 0 u1 3 = 110
i1 3 = i2 3 = 0
(1) 对供电系统产生的主要危害 ①降低发电机的输出功率 ,使发电设备效率降 低 ,成本增加 。 ②降低输电和的电压损失 ,造成用户端
作者简 介 : 翟 铁 久 , 北 京 铁 路 局 机 务 处 , 工 程 师 , 北 京 100038 ,电话 :25413 (北京) 。
供电电压波动大 。 ⑤功率因数降低使供电系统的电压损失增加 ,
接触网电压降低 ,影响电力机车的功率发挥 。 (2) 对运行成本的影响 电气 化 铁 道 牵 引 变 电 所 功 率 因 数 多 数 执 行
0190 的考核标准 :当功率因数低于 0190 时 ,功率因 数每降低 0101 电费增加 015 % ; 当功率因数低于 0165 时 ,每降低 0101 电费增加 110 % ;当功率因数低 于 0159 时 ,每降低 0101 电费增加 210 %。
图 5 计算示意图
关于平均功率因数 cosφ1 和平均有功功率 PL 的确定 :对于既有牵引变电所 ,可通过实际测量典型 日24 h的电源侧的负荷曲线的方法来获得 ; 而对于 新建牵引变电所则通过牵引负荷计算取得 。
(2) 无功补偿范围 Qx 的计算 Q′x = P1 (tgφ1 - tgφ2)
及各相反并联连接的晶闸管组组成 。利用晶闸管的
相应控制能力 ,来连续调节电抗器的电流 ,以达到连 续调整电抗器的基波无功功率 QL ,控制相位角α从 90°到 180°,使 QL (基波) 从 100 %变化到零 。
本文用图 3 来说明晶闸管开放角α与流过电抗 器电流 iL 之间的关系 。当晶闸管在电压正弦波的 最大瞬时值下 (α= 90°) 触发时 ,电抗器 L 开始流过 电流 i1 ,电感储存能量 ;当电压波形到达 180°,由正 值开始变为负值 ,电感上储存的电能开始被释放 ,电 流 i1 继续流通 ,直到电压的正弦波到达 270°处 ,电 抗器所储存能量全部放完 。这期间晶闸管处于全开
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φ1 = arccos0160 = 53113° 平均有功功率为 : PL = 6 000 kW
牵引变压器型号 :SF2 —QY —31500 —110/ 2715 短路阻抗 : X % = 1015 补偿后电源侧功率因数目标值 :
cosφ2 = K2 ≥0195 φ2 = arccos0195 = 18119° 补偿前电源侧功率因数 (无补偿电容投入) : cosφ1 = Κ1 = 0160
图 3 控制晶闸管开放角α的效果图
由于电感释放能量等于储存的能量 ,当触发角 α大于 90°时 ,使“电流 —时间”面积减少 (见图 3 电
图 4 调节系统框图
4 晶闸管相控电抗器无功功率补偿装 置参数的计算
411 补偿范围计算 (1) 计算条件
以某一牵引变电所实际情况为例 ,见图 5 。 设 :变电所电源电压 : u1 = 110 kV
= 6 000 ×(tg53113°- tg18119°) = 6 000 ×(11333 - 01329)
= 6 024 kVar 考虑到牵引负荷波动性大的特点 ,取 :
Qx = 112 ×Q′x = 112 ×6 024 = 7 229 kVar 实际取补偿范围为 :0～7 229 kVar
Qk1 = 7229 kVar (容性) Qk1 3 = 2110
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u1 3 = 110
i1 3
=
Qk1 3 u1 3
=
2110 110
=
2110
=
i2 3
u2 3 = u1 3 - X %·i1 3 = 1 - 01105 ×(2110)
= 11105 变压器二次侧补偿容性无功功率
Qk2 3 = u2 3 ×i2 3 = 11105 ×(2110) = 211105 则变压器二次侧补偿容性无功功率有名值为 :
由于牵引变电所固定无功补偿装置的电容器容 量是按照牵引变电所平均负荷所需的无功容量确定 的 ,一经投入运行 ,那么向供电系统补偿的容性无功 功率基本上是恒定值。当牵引负荷较小时 ,机车产生 的感性无功小于固定补偿装置补偿的容性无功 ,使牵 引变电所“过补”———向电力系统输出容性无功 ;当牵 引负荷较大时 ,机车产生的感性无功大于固定无功补 偿装置补偿的容性无功 ,使牵引变电所“欠补”———向 电力系统输出感性无功。总之 ,固定电容补偿装置 , 不可能动态补偿机车产生的感性无功功率 。 112 负面影响