專利名稱：一種三相tsc 快速重復(fù)過零投切時(shí)防止晶閘管閉鎖的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電工技術(shù)中的無功補(bǔ)償技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種三相TSC快速重復(fù)過零投切時(shí)防止晶閘管閉鎖的方法。
背景技術(shù)：
晶閘管投切電容器(TSC——Thyristor Switched Capacitor)是一種常用的靜止無功補(bǔ)償裝置(SVC——Static Var Compensator)，能夠快速補(bǔ)償電網(wǎng)的無功功率，提高系統(tǒng)功率因數(shù)，節(jié)約電能，減小系統(tǒng)的電壓波動(dòng)，在工礦企業(yè)和變電站得到了廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)代用電系統(tǒng)越來越復(fù)雜，電焊機(jī)、起重機(jī)、軋鋼機(jī)等大量沖擊性和非線性負(fù)載的廣泛應(yīng)用使電力系統(tǒng)中無功功率的需求也呈現(xiàn)沖擊性和快速變化的特點(diǎn)，要求TSC裝置能夠快速跟蹤負(fù)載無功功率的突變，隨時(shí)保持最佳饋電功率因數(shù)，這就對(duì)TSC裝置的響應(yīng)速度提出了更高的要求。TSC裝置的響應(yīng)時(shí)間主要包含無功檢測(cè)和電容器組的投切兩部分，因此要求TSC裝置能夠快速檢測(cè)出系統(tǒng)無功大小并發(fā)出投切電容器組的命令；發(fā)出投切命令后，執(zhí)行機(jī)構(gòu)(晶閘管)能夠快速地執(zhí)行相關(guān)操作，及時(shí)投入或切出電容器組，滿足系統(tǒng)的無功需求。為了減少電容器組投入或切除時(shí)對(duì)配電系統(tǒng)的干擾，防止電容器組投入時(shí)產(chǎn)生的涌流，提高電容器的使用壽命，投入或切除電容器組時(shí)均要求實(shí)現(xiàn)零過渡過程，即在晶閘管兩端電壓接近零或過零時(shí)才開通晶閘管接入電容器組；利用晶閘管電流過零時(shí)自然關(guān)斷的特性使電容器組從電網(wǎng)切除。因此，TSC裝置發(fā)出投入指令后，電容器組不一定立即投入， 只有當(dāng)晶閘管兩端電壓接近零或過零時(shí)才能投入電容器組；發(fā)出切除指令后，由于要利用晶閘管電流過零時(shí)自然關(guān)斷的特性，電容器組也不一定立即切除。所以，電容器組投入和切除都有一個(gè)過渡過程，這些過程的長(zhǎng)短直接影響到TSC裝置的響應(yīng)速度。所謂晶閘管閉鎖，是指在零過渡過程開通條件下，在三相TSC中，一組固態(tài)開關(guān)中的晶閘管導(dǎo)通后將使另一組固態(tài)開關(guān)中晶閘管兩端的電壓不能達(dá)到或接近于零，從而使該組晶閘管無法正常開通的現(xiàn)象。晶閘管發(fā)生閉鎖后，三相電路變?yōu)橐粋€(gè)單相電路，電路的運(yùn)行狀況與設(shè)計(jì)發(fā)生較大偏離，并導(dǎo)致三相無功補(bǔ)償嚴(yán)重不平衡。在TSC裝置控制中應(yīng)避免晶閘管閉鎖現(xiàn)象的發(fā)生。三相TSC有多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，總體可以分為兩類分相補(bǔ)償電路和三相共補(bǔ)電路。分相補(bǔ)償電路本質(zhì)上可以看成三個(gè)單相電路。因此，這里所討論的三相電路是指三相共補(bǔ)電路。圖1所示為工程中常用的采用兩個(gè)固態(tài)開關(guān)即兩個(gè)反并聯(lián)晶閘管對(duì)(VTA和VTB) 或固態(tài)繼電器(SSR)控制的一組三相TSC電路原理圖。圖中，uA、uB、ue為三相電源電壓，相序?yàn)轫樝嘈颍还虘B(tài)繼電器(SSR)由一對(duì)反并聯(lián)的晶閘管VTA、VTB及其控制電路構(gòu)成；C1、C2 和C3為一組三角形接法的三相電容器或三組單相電容器，三組單相電容器可以三角形接法，也可以星形接法。這種結(jié)構(gòu)不但可以抑制三次諧波，而且比較經(jīng)濟(jì)。為了控制方便，一般情況下每一組晶閘管或固態(tài)繼電器的開通和關(guān)斷控制命令是同時(shí)發(fā)出的。
對(duì)于圖1所示的三相TSC電路結(jié)構(gòu)，投入TSC后，若切除電容器時(shí)VTB先關(guān)斷，待 VTA也關(guān)斷后，需要再次快速投入TSC時(shí)，VTA和VTB兩端電壓都有過零點(diǎn)，因此，再次導(dǎo)通時(shí)就有不同的導(dǎo)通順序。若再投入時(shí)VTB先導(dǎo)通，則其導(dǎo)通后VTA兩端電壓就無過零點(diǎn)， VTA就不能及時(shí)快速再導(dǎo)通，這就發(fā)生了晶閘管閉鎖現(xiàn)象。若VTA先導(dǎo)通，則經(jīng)過四分之三個(gè)電源周期后VTB兩端的電壓過零就能導(dǎo)通，就不會(huì)發(fā)生晶閘管閉鎖現(xiàn)象。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，除考慮到電力電容器本身的介質(zhì)損耗外，一般為了安全等原因都附加有放電電阻。當(dāng)電容器組切除后再投入時(shí)，即使出現(xiàn)了晶閘管閉鎖現(xiàn)象，隨著電容器組的放電其殘余直流電壓不斷降低。經(jīng)過一定的時(shí)間(秒級(jí))，閉鎖的晶閘管兩端電壓就會(huì)出現(xiàn)過零點(diǎn)，相應(yīng)的也就能夠再次導(dǎo)通，但響應(yīng)時(shí)間大大增加，它比未充電電容器(即電容器上無殘壓)投入的響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)得多。TSC切除和投入電容器組的指令一般都是根據(jù)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償?shù)男枰S機(jī)發(fā)出的， 而且為了控制簡(jiǎn)單起見，VTA，VTB共用一個(gè)控制信號(hào)，即每一組TSC的開通和關(guān)斷控制命令是同時(shí)發(fā)出的。因此，在三相TSC中對(duì)電容器組進(jìn)行投切時(shí)若不加以控制就會(huì)有一定概率出現(xiàn)晶間管閉鎖現(xiàn)象，造成三相TSC裝置不能正?？焖偻度?。若不加以特殊控制，在圖1所示三相TSC中發(fā)生晶閘管閉鎖的概率為57. 1%，是比較高的。同時(shí)，在晶閘管閉鎖期間，電容器組承受的電壓將大大高于正常投切時(shí)承受的電壓，可能導(dǎo)致電容器擊穿損壞。晶閘管閉鎖現(xiàn)象的發(fā)生將嚴(yán)重影響三相TSC裝置中電容器組的正常快速過零投切，無法實(shí)現(xiàn)快速動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償，并且危及裝置安全。因此，必須設(shè)法防止三相TSC裝置快速重復(fù)過零投切時(shí)發(fā)生的晶閘管閉鎖現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述三相晶閘管快速重復(fù)過零投切電容器組過程中易發(fā)生閉鎖的現(xiàn)象，本發(fā)明的目的在于提出一種三相TSC快速重復(fù)過零投切時(shí)防止晶閘管閉鎖的方法。具體如下一種三相晶閘管投切電容器快速重復(fù)過零投切時(shí)防止晶閘管閉鎖的方法，三相晶閘管投切電容器的投切電路包括第一固態(tài)開關(guān)和第二固態(tài)開關(guān)、三角形接法連接在一起的單相電容Cl、C2和C3 ；第一固態(tài)開關(guān)的一端連接在電容Cl和C3之間、另一端連接到三相電源的A相上；第二固態(tài)開關(guān)的一端連接在電容Cl和C2之間、另一端連接到三相電源的 B相上；三相電源的C相連接在電容C2和C3之間；三相電源的A、B、C為順相序；固態(tài)開關(guān)控制電容器的投切；固態(tài)開關(guān)的結(jié)構(gòu)包括一對(duì)反并聯(lián)的晶閘管；三相晶閘管投切電容器的投切順序是切除電容器后再次投入時(shí)，讓切除時(shí)兩個(gè)固態(tài)開關(guān)中后關(guān)斷的那個(gè)先導(dǎo)通。當(dāng)投入指令發(fā)出時(shí)刻位于兩個(gè)固態(tài)開關(guān)中先關(guān)斷那個(gè)導(dǎo)通的時(shí)刻時(shí)，延遲發(fā)出投入指令，直到兩個(gè)固態(tài)開關(guān)中后關(guān)斷的那個(gè)導(dǎo)通時(shí)刻到來時(shí)再發(fā)出。所述投切順序也可以為切除電容器時(shí)，固定讓第一固態(tài)開關(guān)先關(guān)斷。當(dāng)切除指令發(fā)出時(shí)刻為第二固態(tài)開關(guān)切除的時(shí)刻，則延遲發(fā)出切除指令，直到第一固態(tài)開關(guān)切除時(shí)刻到來再發(fā)出。所述的固態(tài)開關(guān)為一對(duì)反并聯(lián)的晶閘管及其控制電路或由一對(duì)反并聯(lián)的晶閘管及其控制電路封裝成一體的固態(tài)繼電器。所述三角形接法連接在一起的單相電容C1、C2和 C3構(gòu)成的電路，也可替換為一個(gè)內(nèi)部為三角形接法的三相電容器。本發(fā)明的有益效果是在實(shí)際裝置中對(duì)三相電容器組進(jìn)行快速重復(fù)過零投切時(shí)按照一定的切除和投入次序就能夠避免出現(xiàn)晶閘管閉鎖現(xiàn)象。方法既簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，對(duì)重復(fù)投切響應(yīng)時(shí)間影響也不大。


圖1是三相TSC電路原理圖。圖2是本發(fā)明的三相TSC主電路圖。圖3TSC的工作波形圖。圖4VTB先關(guān)斷的切除過程圖。圖5(a)是VTA先關(guān)斷的快速重復(fù)過零投切過程圖。圖5(b)是VTB先關(guān)斷，VTB先導(dǎo)通的快速重復(fù)過零投切過程圖。圖5 (c)是VTB先關(guān)斷，VTA先導(dǎo)通的快速重復(fù)過零投切過程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)描述。圖2為三相TSC主電路圖。TSC裝置的工作波形如圖3所示。圖中，從上到下分別為三相電源電壓Us(含uA、 uB、uc，三相為順相序，下同)，電容電壓Uc (含Uci，uC2，uC3)，線電流iL(含iA，iB)。由圖3，在任意一個(gè)電源周期、 t5內(nèi)(電源周期為T)，若在、 t2或t3 t4之間發(fā)出切除命令， 晶閘管對(duì)VTA(第一固態(tài)開關(guān))先關(guān)斷；若在t2 t3或t4 t5之間發(fā)出切除命令，則是晶閘管對(duì)VTB (第二固態(tài)開關(guān))先關(guān)斷。圖4為為VTB先關(guān)斷的切除過程，圖中從上到下分別為投切控制信號(hào)ug，三相電源電壓Us(含uA、uB、uc)，電容電壓Uc(含Ucl，uC2，ue3)，線電流iL(含iA，iB)，晶閘管兩端電壓 Uvt (含uVTA，uVTB)。由圖4，在一個(gè)電源周期t7 t1Q內(nèi)，在t7 t9之間施加投入指令是VTB 先導(dǎo)通，這將發(fā)生晶閘管閉鎖現(xiàn)象。(1)由于VTA先關(guān)斷情況下電容器組再投入時(shí)兩對(duì)晶閘管一定都能夠?qū)?，不?huì)出現(xiàn)晶閘管閉鎖現(xiàn)象。因此，三相TSC裝置快速重復(fù)過零投切的原則是切除電容器組時(shí)， 固定讓VTA先關(guān)斷則再投入時(shí)不會(huì)出現(xiàn)晶閘管閉鎖現(xiàn)象，即“A相先關(guān)斷”的控制原則。TSC控制指令的發(fā)出時(shí)刻很容易通過對(duì)電源電壓鎖相得到。由于穩(wěn)態(tài)時(shí)相電壓滯后于線電流90 °，對(duì)A相電壓進(jìn)行鎖相，就可推知晶閘管的電流相位，從而可以確定發(fā)出切除命令時(shí)晶閘管的電流相位，即可控制晶閘管的關(guān)斷次序。例如，若系統(tǒng)通過檢測(cè)、計(jì)算在圖3中的t2 t3之間要發(fā)出切除指令，但為了避免 VTB先關(guān)斷，這時(shí)不能發(fā)切除指令，需要延時(shí)等到t3時(shí)刻之后，在t3 t4之間發(fā)切除指令， 這樣再投入時(shí)發(fā)出投入指令的時(shí)刻就不受任何影響。類似地，對(duì)t4 t5之間的切除指令也推遲到t5后發(fā)出，就不會(huì)出現(xiàn)晶閘管閉鎖現(xiàn)象。很明顯，這樣來控制切除電容器將造成一定延時(shí)，延時(shí)時(shí)間為T/6。(2)切除電容器組時(shí)若是VTA先關(guān)斷，再投入不會(huì)出現(xiàn)晶閘管閉鎖現(xiàn)象；切除電容器組時(shí)若是VTB先關(guān)斷，再投入時(shí)讓VTA先導(dǎo)通，電容器組也能夠正常投入，不會(huì)出現(xiàn)晶閘管閉鎖現(xiàn)象。因此，為了防止三相TSC裝置快速重復(fù)過零投切中發(fā)生晶閘管閉鎖現(xiàn)象，三相 TSC裝置的投切原則是切除后再次投入時(shí)讓后關(guān)斷的晶閘管先導(dǎo)通，則兩對(duì)晶閘管都能夠正常導(dǎo)通，即“后關(guān)斷先導(dǎo)通”的控制原則。例如，如圖4所示，VTA后關(guān)斷；再次投入TSC時(shí)，要讓VTA先導(dǎo)通，控制指令只能位于t9 t1(1。若系統(tǒng)通過檢測(cè)，需要在t7 t9之間施加投入TSC的指令，也要推遲到t9 t1(l發(fā)出。否則，將發(fā)生晶閘管閉鎖現(xiàn)象。TSC控制指令的發(fā)出時(shí)刻很容易通過對(duì)電源電壓鎖相得到。綜合來看，采用第一種方法既簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，對(duì)重復(fù)投切響應(yīng)時(shí)間影響也不大。本發(fā)明的方法為三相快速TSC裝置的控制器設(shè)計(jì)提供了依據(jù)，不但適用于中低壓的三相TSC裝置也適合三相高壓TSC裝置。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證為了驗(yàn)證以上發(fā)明的正確性進(jìn)行了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究，其中，電源電壓為380V，每相電容器大小為35 μ F，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。其中圖5(a)為VTA先關(guān)斷的投切過程，系統(tǒng)能正常快速投切，從上到下4條曲線分別為投切信號(hào)ug，晶閘管對(duì)VTA的兩端電壓uVTA，兩相線電流iA、iB;圖5(b)和圖5(c)中各圖意義與此相同；圖5(b)為VTB先關(guān)斷，VTB先導(dǎo)通的投切過程，系統(tǒng)發(fā)生了晶閘管閉鎖，只有B相能導(dǎo)通，A相不能正?？焖賹?dǎo)通；圖5 (c)為 VTB先關(guān)斷，VTA先導(dǎo)通的投切過程，系統(tǒng)能正常快速投切。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明在實(shí)際裝置中對(duì)三相電容器組進(jìn)行快速重復(fù)過零投切時(shí)按照一定的切除和投入次序就能夠避免出現(xiàn)晶閘管閉鎖現(xiàn)象。
權(quán)利要求
1.一種三相晶閘管投切電容器快速重復(fù)過零投切時(shí)防止晶閘管閉鎖的方法，三相晶閘管投切電容器的投切電路包括第一固態(tài)開關(guān)和第二固態(tài)開關(guān)、三角形接法連接在一起的單相電容Cl、C2和C3 ；第一固態(tài)開關(guān)的一端連接在電容Cl和C3之間、另一端連接到三相電源的A相上；第二固態(tài)開關(guān)的一端連接在電容Cl和C2之間、另一端連接到三相電源的B 相上；三相電源的C相連接在電容C2和C3之間；三相電源的A、B、C為順相序；固態(tài)開關(guān)控制電容器的投切；固態(tài)開關(guān)的結(jié)構(gòu)包括一對(duì)反并聯(lián)的晶閘管；其特征在于，三相晶閘管投切電容器的投切順序是切除電容器后再次投入時(shí)，讓切除時(shí)兩個(gè)固態(tài)開關(guān)中后關(guān)斷的那個(gè)先導(dǎo)通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防止晶閘管閉鎖的方法，其特征在于，當(dāng)投入指令發(fā)出時(shí)刻位于兩個(gè)固態(tài)開關(guān)中先關(guān)斷那個(gè)導(dǎo)通的時(shí)刻時(shí)，延遲發(fā)出投入指令，直到兩個(gè)固態(tài)開關(guān)中后關(guān)斷的那個(gè)導(dǎo)通時(shí)刻到來時(shí)再發(fā)出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防止晶閘管閉鎖的方法，其特征在于，所述投切順序替換為 切除電容器時(shí)，固定讓第一固態(tài)開關(guān)先關(guān)斷。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的防止晶閘管閉鎖的方法，其特征在于，當(dāng)切除指令發(fā)出時(shí)刻為第二固態(tài)開關(guān)切除的時(shí)刻，則延遲發(fā)出切除指令，直到第一固態(tài)開關(guān)切除時(shí)刻到來再發(fā)出ο
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的防止晶閘管閉鎖的方法，其特征在于，所述的固態(tài)開關(guān)為一對(duì)反并聯(lián)的晶閘管及其控制電路或?yàn)橛梢粚?duì)反并聯(lián)的晶閘管及其控制電路封裝成一體的固態(tài)繼電器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的防止晶閘管閉鎖的方法，其特征在于，所述三角形接法連接在一起的單相電容Cl、C2和C3封裝為一個(gè)三相電容器。
全文摘要
一種三相晶閘管投切電容器(TSC)快速重復(fù)過零投切時(shí)防止晶閘管閉鎖的方法，三相晶閘管投切電容器的投切電路包括第一固態(tài)開關(guān)和第二固態(tài)開關(guān)、三角形接法連接在一起的單相電容C1、C2和C3；第一固態(tài)開關(guān)的一端連接在電容C1和C3之間、另一端連接到三相電源的A相上；第二固態(tài)開關(guān)的一端連接在電容C1和C2之間、另一端連接到三相電源的B相上；三相電源的C相連接在電容C2和C3之間；固態(tài)開關(guān)控制電容器的投切；固態(tài)開關(guān)的結(jié)構(gòu)包括一對(duì)反并聯(lián)的晶閘管。在實(shí)際裝置中對(duì)三相電容器組進(jìn)行快速重復(fù)過零投切時(shí)按照一定的切除和投入次序，就可避免出現(xiàn)晶閘管閉鎖現(xiàn)象。方法既簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，對(duì)重復(fù)過零投切響應(yīng)時(shí)間影響也不大。
文檔編號(hào)H02J3/18GK102510067SQ201110340469
公開日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月2日
發(fā)明者張維, 肖國(guó)春 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)