基于TCPC的无功补偿

电力18讯：    
东南大学  周昕 曹瑞武 胡国文 程明  

摘要：该文在传统TCSC（串补）的基础上提出新型的TCPC（并补）无功补偿技术。研究了其工作原理，并通过仿真试验对其论证。研究了针对TCPC装置的控制方法问题。通过以上分析可以认为TCPC装置可以有效的对系统进行无功补偿，技术上优于目前广泛使用的SVC技术，性价比远高于SVC和ASVG，有效提高电网的稳定性和供电质量，具有良好的发展前景。

关键词：TCPC；无功补偿；谐波

中图分类号：TM531.4 文献标志码：A 文章编号:1003-0867(2006)11-0052-02

在传统的交流输电系统中，为提高输送功率主要采用可控串补（TCSC）和静止型无功发生器（ASVG）。ASVG由于成本高，系统复杂，在近期难以推广使用。还有一种SVC技术, 虽可进行无功补偿和调节,但设备本身有大量谐波产生需要处理。本文提出了一种不同于传统技术也不同于ASVG的一种结构简单，基于TCSC的并联无功补偿，它便于控制、快速响应、节能。

1 TCPC的基本特性

本补偿采用单片机控制电力电子元器件投入，主电路主要由一只电抗器与电容器串联，然后在电容器上并联双向可控晶闸管串联组成低压侧可控电抗器（TCR），从而组成较大容量的可调感性模块，以便达到调节系统的容性无功目的，如图1（a）所示。此电路的特点是控制准确，可靠性高，使功率因数达到最佳控制，降低能源损耗，达到环保和柔性控制。


图1　TCPC电路结构及特性曲线
图1中电抗器L1能抑制电容器投入时可能造成的冲击电流，还可以和电容C组成LC滤波器吸收由TCR产生的一些主要谐波（如3次）。其电路的特殊拓扑结构使谐波在内部得到有效相互抵消，从而在可控范围内对外产生很小的谐波（畸变率 < 2.5%）。整个TCPC系统，其工作模式分为晶闸管关段（触发角φ= 180°），容抗调节（Φ <φ< 180°，）感性调节（90°<φ<Φ）&#61510;为TCSC并联谐振的角度，见图1(b)。正常是在容性微调模式下工作。从图中我们看出在Φ1～180°内，基频等效容性阻抗随触发角变化近似为一条直线。所以根据不同的电容电感参数，通过实验测出触发角的下限Φ1，即实际触发角范围为Φ1～180°。在这个范围内，利用晶闸管的相位控制，改变电抗器的电流大小，从而实现模块吸收的无功功率也是连续的，畸变率最小。

2 TCPC系统工程应用仿真

例如某轧钢厂总补偿电流为140 A，我们设计一TCPC模块补偿吸收无功电流为12～26 A，与3个40 A并联电容有级相配合，即可以实现系统的连续补偿。当然12 A以下没必要补偿。同时选择L1时应当适当，避免发生串联谐振。选择合适的电容，电抗器参数。


图2　补偿电流为12 A时的装置吸收电流波形

图3　补偿电流为12 A时的电容通过的电流波形
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图5　补偿电流为12 A时的电容电压波形

TV电压互感器 TA电流互感器（a）综合同步信号方式

（b）TCPC控制结构图6　TCPC控制流程图
图2、图3、图4、图5为仿真效果图。

在容性的不同触发角范围内，通过傅立叶分析流入系统中的补偿电流，其中基波，三次，五次谐波幅值大小的比较见表1。可以看出，相比于传统的SVC，其产生的谐波几乎可以忽略，进而可构成不产生谐波的无级柔性补偿模块，证明了理论的可行性。

3 控制方法

TCPC进行无级补偿最关键的是测量其线路中的功率因数值和可控硅触发脉冲的获得。功率因数即各相i，u夹角的余弦值，其测量方法可以通过将i，u波形转换（一般用比较电路）得到两种波形的时间间隔，进而算出相位角。根据功率因数控制要求进行PI调节，运用查表的方法检索待补电流量，控制单片机产生触发控制脉冲。实验过程中我们采取的是8254芯片和80C196系列单片机相结合完成的。控制流程见图6。

有级电容投切则根据所要补偿的无功电流量采取“循环投切”，即先投先退出，这样做可以使各电容器使用率相等，延长使用寿命，有别于传统的“顺