1、概述

隨著高新技術(shù)尤其是信息技術(shù)的飛速發(fā)展，基于計(jì)算機(jī)、微處理器控制的用電設(shè)備和電力設(shè)備在系統(tǒng)中大量投入使用，但是電子設(shè)備對(duì)系統(tǒng)干擾比機(jī)電設(shè)備更加敏感，因此對(duì)供電質(zhì)量的要求也更高。一旦出現(xiàn)電能質(zhì)量問(wèn)題，輕則造成設(shè)備故障或停運(yùn)，重則造成整個(gè)系統(tǒng)的損壞，由此帶來(lái)的損失是難以估量的。

引起電能質(zhì)量惡化的主要原因是：一方面，大量為提高生產(chǎn)效率、節(jié)約能源和減小環(huán)境污染而采用的基于電力電子技術(shù)的現(xiàn)代化設(shè)備的推廣應(yīng)用。例如電氣化鐵路機(jī)車(chē)牽引式負(fù)荷，屬于整流負(fù)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(fù)序源，同時(shí)又具有波動(dòng)性和不確定性，是典型的電壓波動(dòng)源和閃變?cè)础６医陙?lái)，用戶(hù)端大量非線性負(fù)荷的應(yīng)用正成為電能質(zhì)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(yè)交直流變換裝置中存在的各種靜止變流器，它是以開(kāi)關(guān)方式工作的，會(huì)引起電網(wǎng)電流、電壓波形的畸變。另一方面，大型電弧式設(shè)備，如電弧熔爐，弧焊設(shè)備等，也成為電網(wǎng)系統(tǒng)重要的沖擊源和諧波源。

傳統(tǒng)的靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償及靜態(tài)無(wú)源濾波裝置無(wú)法實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償無(wú)功、濾除諧波、提高功率因數(shù)的需求。動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的推廣應(yīng)用為此提供了可行的途徑。動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置可根據(jù)系統(tǒng)的負(fù)荷情況實(shí)時(shí)在線投切L－C濾波器組，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)快速跟蹤補(bǔ)償系統(tǒng)基波無(wú)功，同時(shí)濾除諧波無(wú)功，為電力系統(tǒng)可靠的運(yùn)行提供了保障。

2、TCR型靜止型動(dòng)態(tài)無(wú)功功率補(bǔ)償裝置

2.1特點(diǎn)

采用先進(jìn)的DSP數(shù)字技術(shù)運(yùn)行速度《10MS；控制精度為±0.1度；控制角α范圍：105°～165°；采用先進(jìn)的光電觸發(fā)技術(shù)（光纖通訊），使高低壓電氣隔離，提高了抗干擾能力；高電位取能技術(shù)，使光纖通訊成為可能；BOD晶閘管保護(hù)技術(shù)，快速有效的保護(hù)晶閘管；高純水冷卻技術(shù)，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(fēng)冷技術(shù)相比大大降低運(yùn)行費(fèi)用；系統(tǒng)的兼容性好。

2.2功能

在面向工業(yè)應(yīng)用中，以抑制閃變、提高電網(wǎng)的功率因數(shù)、濾除負(fù)荷的諧波、消除三相不平衡電流、改善電網(wǎng)運(yùn)行電能質(zhì)量為主要控制目標(biāo)；在面向電力系統(tǒng)輸電網(wǎng)應(yīng)用中，以穩(wěn)定系統(tǒng)電壓、提高線路輸送能力，阻尼功率振蕩，提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性為主要控制目標(biāo)。

2.3工作原理

2.3。1原理說(shuō)明

（1）調(diào)節(jié)器自動(dòng)跟蹤具有嚴(yán)重沖擊無(wú)功功率的負(fù)荷的工作狀態(tài)，發(fā)出與沖擊負(fù)荷所對(duì)應(yīng)的TCR晶閘管閥六相觸發(fā)脈沖；

（2）通過(guò)光電轉(zhuǎn)換及高壓光纜的傳遞，使觸發(fā)脈沖觸發(fā)各晶閘管；

（3）調(diào)節(jié)器的六相觸發(fā)脈沖通過(guò)晶閘管閥電子單元（高電位電子板）、去觸發(fā)六相晶閘管閥；

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

（5）通過(guò)TCR回路感性無(wú)功功率的跟隨作用，使電網(wǎng)上的無(wú)功功率趨近于零，或趨于一定值。

下式是無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)挠?jì)算式：ΣQ＝QFC＋Q負(fù)載＋QTCR≈0（或某一常數(shù)）；

其中：

QFC——固定電容器兼濾波器的容性無(wú)功功率值（固定量）；

Q負(fù)載——沖擊負(fù)荷的感性無(wú)功率值（可變量）；

QTCR——TCR回路的感性無(wú)功功率值（可變量）；

（6）由于晶閘管閥及電子設(shè)備的動(dòng)態(tài)響應(yīng)很快，即實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)墓δ埽?/span>

（7）通過(guò)調(diào)節(jié)器的檢測(cè)、運(yùn)算和調(diào)節(jié)作用，TCR使三相不平衡的有功負(fù)荷得以平衡，抑制電網(wǎng)的負(fù)序分量。

圖1TCR控制角與電流的關(guān)系信息來(lái)自：輸配電設(shè)備網(wǎng)

圖2TCR裝置原理框圖

2.4TCR裝置配置性能及指標(biāo)

2.4。1TCR控制系統(tǒng)－調(diào)節(jié)器

采用全數(shù)字控制系統(tǒng)（ABB公司技術(shù)），主要功能是利用電力傳感器實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)參數(shù)變化檢測(cè)，并將測(cè)量參數(shù)進(jìn)行比較、放大，通過(guò)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理數(shù)學(xué)模型運(yùn)算，產(chǎn)生修正數(shù)據(jù)六相脈沖信號(hào)（控制晶閘管觸發(fā)角大?。⒄{(diào)節(jié)器輸出到TCR閥的觸發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)。

技術(shù)指標(biāo)：

適用電壓等級(jí)為：6KV～35KV；

調(diào)節(jié)器本身響應(yīng)時(shí)間《10MS，跟蹤時(shí)間《15MS；信息來(lái)自：輸配電設(shè)備網(wǎng)

觸發(fā)脈沖角誤差±0.1度；

控制器的控制角α范圍：105°～165°；

調(diào)節(jié)范圍：0～100％恒無(wú)功功率調(diào)節(jié)。

2.4。2TCR監(jiān)控系統(tǒng)－－－監(jiān)控器

技術(shù)指標(biāo)：

供電電源為220V，50HZ；

監(jiān)控TCR閥六相串聯(lián)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(dòng)作；

查詢(xún)各晶閘管的狀態(tài)和BOD動(dòng)作的具體位置，并顯示；

晶閘管每串損壞數(shù)目≤2個(gè)，進(jìn)行聲光報(bào)警并顯示。晶閘管每串損壞數(shù)≥3個(gè)時(shí)，發(fā)出TCR緊急跳閘命令；

對(duì)監(jiān)控柜的二臺(tái)24V電源和二臺(tái)5V電源進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)24V或5V電源中有一臺(tái)發(fā)生故障時(shí)，進(jìn)行聲光報(bào)警。當(dāng)24V或5V電源二臺(tái)均有故障時(shí)，則發(fā)出TCR緊急跳閘指令。

2.4。3TCR－－－閥組

TCR晶閘管閥組：是由多支反并聯(lián)晶閘管串聯(lián)、高電位板、閥基電路、光纖、高純水冷卻管路等組成。通過(guò)電角度控制晶閘管回路電流的大小，實(shí)現(xiàn)相控電抗器的電感量的改變。

2.2。4相控電抗器

是一個(gè)可控的感性負(fù)載，通過(guò)控制系統(tǒng)對(duì)可控硅閥的電角度控制，改變補(bǔ)償電抗器的電流大小，從而達(dá)到動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)哪康摹?/span>

形式：干式、空芯、鋁導(dǎo)線、雙線圈、環(huán)氧樹(shù)脂浸玻璃纖維繞包、防污絕緣子。

接線：三角型接線；

額定電壓：10KV；

環(huán)境溫度：40℃；

絕緣耐熱：F級(jí)；

觸發(fā)角：105°～165°；

安裝方式：分相安裝；

信息請(qǐng)登陸：輸配電設(shè)備網(wǎng)

使用條件：戶(hù)外；

環(huán)境溫度：40℃；

噪音水平：距電抗器中心2M處噪音不大于55DB。

3、應(yīng)用案例

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

其中平整機(jī)組、縱橫切機(jī)組、酸洗機(jī)組為6脈動(dòng)相控負(fù)荷。有一定量的諧波電流發(fā)生。原10KVⅡ段母線已設(shè)置了五套濾波裝置（5次單調(diào)諧濾波器、7次單調(diào)諧濾波器、11次單調(diào)諧濾波器、13次單調(diào)諧濾波器、15次高通濾波器），起到了無(wú)功補(bǔ)償兼濾波的作用。但還是存在以下幾點(diǎn)問(wèn)題：

10KVⅡ段母線在正常生產(chǎn)時(shí)，主要功率因數(shù)在0.41～0.71之間有較大的波動(dòng)，平均功率因數(shù)為0.625；當(dāng)投入5、7、11、13次濾波裝置時(shí)，其功率因數(shù)在0.92～0.85之間波動(dòng)；平整機(jī)組的負(fù)荷占10KVⅡ段母線總負(fù)荷的40％左右，因此當(dāng)平整機(jī)組停止運(yùn)行時(shí)，如補(bǔ)償容量投入而不加調(diào)節(jié)時(shí)，則有2260KVAR的無(wú)功容量倒送入電網(wǎng)。COSφ＝0.819；

即主要機(jī)組均停止工作時(shí)，補(bǔ)償容量投入而不加調(diào)節(jié)則有2976KVAR的無(wú)功容量倒送入電網(wǎng)。COSφ＝0.658；

根據(jù)以上情況，對(duì)10KVⅡ段母線系統(tǒng)進(jìn)行了**測(cè)試及分析，取得準(zhǔn)確詳細(xì)的原始數(shù)據(jù)，并根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)，提出以下改造方案：

改造5、7次濾波回路，容量由原來(lái)的2×1.8MVAR＋2×1.2MVAR，更改為1.8MVAR＋1.2MVAR；設(shè)4次濾波回路，補(bǔ)償容量為1.2MVAR；增設(shè)8MVARTCR，動(dòng)態(tài)平衡無(wú)功功率，提高功率因數(shù)。

應(yīng)用效果：平均功率因數(shù)提高到0.95；快速跟蹤負(fù)荷變化，動(dòng)態(tài)補(bǔ)償系統(tǒng)無(wú)功，響應(yīng)時(shí)間小于20MS，提高電氣設(shè)備及系統(tǒng)穩(wěn)定性，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命；抑制諧波，提高電能質(zhì)量，保證生產(chǎn)作業(yè)的**、順利進(jìn)行；降低電網(wǎng)無(wú)功損耗，提高用電效率，經(jīng)濟(jì)效益顯著；免維護(hù)運(yùn)行。

4、結(jié)論

TCR型動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置從根本上解決電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量問(wèn)題，其使用效益主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）增加了電力系統(tǒng)功率傳輸能力。在負(fù)荷處安裝SVC裝置進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償后，負(fù)荷向系統(tǒng)吸取的無(wú)功功率顯著減小，由系統(tǒng)供給負(fù)荷的總?cè)萘恳蚕鄳?yīng)減小，系統(tǒng)就可以把這些節(jié)余容量供電給其它新添負(fù)荷。因而在輸電線路結(jié)構(gòu)不變的情況下，提高了系統(tǒng)輸送容量。

（2）減小線路能量損耗。電力網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，電流通過(guò)電力網(wǎng)參數(shù)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生功率損耗和能量損耗，負(fù)荷的有功功率只能是由發(fā)電機(jī)供給，負(fù)荷的無(wú)功功率可以就地補(bǔ)償，因而網(wǎng)絡(luò)的線損就可大大降低。

（3）提高功率因數(shù)。為了獎(jiǎng)勵(lì)企業(yè)提高功率因數(shù)，電力部門(mén)對(duì)工業(yè)用電規(guī)定了依照月平均功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)辦法，有獎(jiǎng)有懲。顯然，采有SVC裝置的企業(yè)可得到明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

（4）抑制諧波，消除危害。諧波產(chǎn)生的危害，大體上也有兩個(gè)方面其一是對(duì)通訊線路造成的感應(yīng)干擾；其二是對(duì)一般設(shè)備造成危害。諧波對(duì)設(shè)備造成的危害不容忽視的。

另外SVC裝置對(duì)系統(tǒng)振蕩的抑制和提高系統(tǒng)的瞬態(tài)穩(wěn)定性也有良好的作用。