TCR的工作特性及無功補償方案研究

孟杰

摘要：TCR型靜止無功補償器能夠快速跟蹤負荷的變化并實現平滑調節，以滿足負荷動態無功補償快速、精確的要求。對TCR的工作特性及其無功補償方案進行分析與研究，以期為TCR在電力系統中的進一步應用提供參考。

關鍵詞：TCR；無功補償；諧波；電能質量

中圖分類號：TM47；TM761 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2016）06-0036-02

隨著電力電子技術的發展，晶閘管控制電抗器（TCR）的應用越來越多。TCR型靜止無功補償器可以安裝在高壓端，其工作電流小、損耗小，在10～35 kV電壓等級應用廣泛。

1 TCR的工作原理與拓撲結構

1.1 TCR補償系統的拓撲結構

在電力系統運行過程中，TCR與濾波器協同工作聯結于系統之中，對系統進行無功功率補償。TCR無功補償系統結構如圖1所示。

由圖1可以看出，整個系統主要包括電源、TCR、濾波器以及負載。由于負載是隨機變化的，而濾波器所供給的無功功率是定值；TCR是能夠隨著負載的變化而可控的，促使電力系統的無功處于平衡態。這就是實現基于TCR無功補償的簡單過程。TCR是一個能夠實現連續可調的感性無功電源，濾波器在濾除諧波的同時相當于一個容性無功電源。

1.2 TCR的工作原理

TCR的單相結構主要由電抗器和反向并聯的晶閘管串聯，將其與網絡回路相并聯，類似于感性負載組成的調壓電路。TCR的工作原理為通過控制晶閘管的導通角實現對電抗器的電流的控制，進而改變電抗器產生的感性無功。

晶閘管屬于電力電子器件，晶閘管的觸發角α的有效移相角是90～180°。觸發角為90°時，器件完全導通。導通角δ=180°，電抗器線圈作為負載接于網絡，能夠有效地吸收基波電流和無功功率。觸發延遲角變化在90～180° 范圍內，晶閘管器件則為部分導通，其角度小于180°。也就是說，觸發角增大導致電流基波分量減小，減少了無功功率的有效吸收。需要指出的是，在實際現場中往往把電抗器部分分成兩部分加以使用，處于晶閘管的兩側，這樣電抗器若發生故障可以有效地保護晶閘管器件。

2 TCR的諧波分析與抑制方法

2.1 TCR的諧波分析

TCR基波和諧波電流波形如圖2所示。TCR在工作的同時也相當于諧波源會產生大量高頻諧波，諧波值與觸發角相對應。考慮到實際情況，對TCR產生的諧波也必須加以抑制和消除。

2.2 TCR的諧波抑制

通過上述分析可知，在用TCR進行無功補償的同時也相應地產生大量的諧波。對此，往往采取兩類辦法加以抑制或消除，即對TCR本身進行研究改造和加裝濾波器對諧波進行消除。改變TCR裝置本身的設計來消除諧波的措施非常有限，主要是采用多脈沖聯結和并聯順序控制。這種措施晶閘管的數量和控制系統的復雜性導致成本增加，在現場中應用的不多。相比之下，直接加裝濾波器頗為有效，濾波設備與TCR協同進行補償和控制。

3 TCR的補償特性對電能質量的影響

無功補償是達到良好的供電電能質量的有效措施之一。無功補償對電能質量的改善主要體現在以下方面。

3.1 有效降低設備的額定容量

用功率因數描述有功功率與視在功率的關系

P=Scosφ，提高cosφ值，可以減小視在功率值，即相應地減小設備的容量。

3.2 提高網絡運行電壓

網絡運行電壓：

4 不同目的下確定補償容量的依據和方法

對電力系統進行無功補償，需要計算無功補償的容量的大小。在不同的條件和目的下，計算的方式方法也是不同的。在確定補償容量時，應遵循“全面規劃、分級補償、就地平衡”的原則，在降低網損和電壓調節的基礎上，獲得無功補償的最大經濟效益。現將針對不同目的的計算方法總結如下。

4.1 以提高功率因數為目的

電力系統的功率因數很低時，會影響有功的輸送，進而影響輸電系統的效率，對此，無功補償需要提高功率因數。

4.2 以降低線路損耗為目的

對于固定的電力系統網絡，設備及元件已經確定、很難改變，系統線路損耗與導線電流的平方成比例關系。因此，為了提高線路的輸電能力，降低損耗是行之有效的措施之一。現場中，導線損耗也是檢驗電力系統是否經濟運行的一項重要指標。

4.3 以平衡系統電壓為目的

在電力系統中，線路末端帶有大負載時會導致末端電壓下降，影響設備和電器的正常運行，進行無功補償后會使電壓升高。需要注意電壓升高的同時對設備絕緣的影響，如是否會導致絕緣老化加速等。

5 結論

本課題對TCR的工作原理和系統的拓撲結構進行了分析與研究。對諧波產生過程以及諧波幅值、次數及延遲角進行理論分析，并探討諧波抑制方法，總結針對降低設備容量、提高運行電壓、提高功率因數等補償特性的確定方法。

參考文獻

[1] 高連強.低壓動態無功補償裝置的研究[D].天津：河北工業大學，2007.

[2] 范瑞祥，李政，趙剛，等.移動式SVC的設計及其在江西電網中的應用[J].電力系統自動化，2008，32（14）：91-95.

[3] 傅光祖.具有最佳濾波效益的交流濾波裝置設計[J].電網技術，1989，13（1）：57-88.

[4] 富佳佳.TSC動態調整不平衡電流無功功率補償技術的研究[D].沈陽：沈陽理工大學，2010.

Abstract： The TCR type static reactive power compensation can quickly monitor the changes of load and achieve a smooth adjustment to meet the requirement of fast and accurate load dynamic reactive power compensation. This paper analyzed and studied the working characteristics of TCR and the reactive power compensation scheme， so as to provide reference for TCR further application in electric system.

Key words： TCR； reactive power compensation； harmonic； quality of electric energy