基于高頻斬控原理的可控電抗器(并聯(lián)電抗器) 基于高頻斬控原理的可控電抗器(并聯(lián)電抗器)
一、引 言
靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置(SVC)在輸配電系統(tǒng)中應(yīng)用十分廣泛，常見(jiàn)SVC有：晶閘管投切電容器(TSC)、晶閘管控制電抗器(TCR)以及混合補(bǔ)償器(TCR+TSC)等。TCR的補(bǔ)償原理是，通過(guò)控制晶閘管觸發(fā)角，改變接入系統(tǒng)中的等效電納，從而調(diào)節(jié)系統(tǒng)無(wú)功功率輸出的目的。
TCR無(wú)功補(bǔ)償存在兩個(gè)問(wèn)題：一方面，由于晶閘管的半控特性，即一旦被觸發(fā)導(dǎo)通，只能待流過(guò)它的電流小于維持電流后才關(guān)斷，因此在每半個(gè)電源周期內(nèi)，反并聯(lián)晶閘管對(duì)只能受控導(dǎo)通一次，也就是說(shuō)，TCR不可避免地存在原理上的控制滯后，制約著補(bǔ)償系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。另一方面，補(bǔ)償器控制仍屬于相控范疇，電流波形畸變嚴(yán)重(尤其在大觸發(fā)控制角情況下)，給電網(wǎng)帶來(lái)較大的諧波污染。
本文提出一種新穎的用于無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)目煽仉娍蛊?并聯(lián)電抗器)，采用PWM高頻斬波控制原理實(shí)現(xiàn)電抗器等效電納的快速、平滑調(diào)節(jié)，斬控頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于供電電壓頻率，克服了傳統(tǒng)相控TCR控制響應(yīng)滯后且產(chǎn)生大量諧波的缺點(diǎn)。
二、高頻斬控電抗器原理
在電流iL的正半周，VT1和VT2高頻交替工作： VT1導(dǎo)通且電源電壓uS為正半周時(shí)，iL積分增長(zhǎng);VT1導(dǎo)通但uS為負(fù)半周時(shí)，iL積分減小;VT1關(guān)斷時(shí)使VT2導(dǎo)通，iL經(jīng)VT2續(xù)流。在iL的負(fù)半周，VT3和VT4高頻交替工作，其工作原理與VT1、VT2相同。圖3為四只GTO開(kāi)關(guān)控制波形。
顯然，可控電抗器支路等效電納的大小取決于電抗器L值和GTO開(kāi)關(guān)工作占空比α的大小，調(diào)節(jié)改變?chǔ)良纯善交{(diào)節(jié)等效電納;而斬控頻率高低將影響補(bǔ)償器動(dòng)態(tài)性能，如響應(yīng)速度、諧波含量等。電抗器L值應(yīng)根據(jù)所需要補(bǔ)償無(wú)功功率的容量來(lái)確定。
三、用于無(wú)功補(bǔ)償設(shè)計(jì)實(shí)例
采用前述可控電抗器(并聯(lián)電抗器)設(shè)計(jì)的單相TCR+TSC靜止無(wú)功功率補(bǔ)償器，如圖4所示。以穩(wěn)定輸出電壓為目標(biāo)的補(bǔ)償器系統(tǒng)采用電壓閉環(huán)PWM控制模式，控制電路主要由測(cè)量比較、PI調(diào)節(jié)器、PWM脈沖形成、GTO驅(qū)動(dòng)電路等環(huán)節(jié)組成。互感器從電源母線取得信號(hào)后經(jīng)全波整流獲得與母線電壓大小成正比關(guān)系的直流信號(hào)，該直流信號(hào)與參考信號(hào)一起作為PI調(diào)節(jié)器輸入，PI調(diào)節(jié)器輸出即為PWM調(diào)制信號(hào)，PWM發(fā)生電路輸出經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路隔離、放大后驅(qū)動(dòng)GTO(VT1～VT4)。補(bǔ)償器系統(tǒng)能跟蹤電網(wǎng)電壓大小的變化、達(dá)到自動(dòng)穩(wěn)定輸出電壓目的。
補(bǔ)償器產(chǎn)生的無(wú)功電流iL、電源電流iS，仿真時(shí)斬控頻率 為2KHz。可以看出，補(bǔ)償器產(chǎn)生的電流中不含低次諧波，所含諧波角頻率為 ( 為電源基波角頻率)。突變無(wú)功負(fù)載時(shí)負(fù)載端電源電壓輸出響應(yīng)仿真結(jié)果，說(shuō)明系統(tǒng)在較大無(wú)功負(fù)載擾動(dòng)下能具有較好的電壓穩(wěn)定性。
四、結(jié) 論
文中介紹的采用基于PWM高頻斬控原理的可控電抗器(并聯(lián)電抗器)，可用于設(shè)計(jì)高性能的靜止無(wú)功功率補(bǔ)償裝置，且具有以下特點(diǎn)：
⑴ 拓?fù)湫路f、簡(jiǎn)單，有效解決了PWM高頻斬控工作條件下電抗器續(xù)流問(wèn)題。
⑵ 控制簡(jiǎn)便。實(shí)際控制中，VT1、VT3 和VT2、VT4可以分別共用一路控制信號(hào)。
⑶ 可以實(shí)現(xiàn)無(wú)功功率輸出的連續(xù)平滑調(diào)節(jié)。
⑷ 控制實(shí)時(shí)性強(qiáng)，響應(yīng)速度快。而TCR相控時(shí)滯后達(dá)半個(gè)電源周期。
⑸ 斬控頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于電源基波頻率，克服了相控TCR在供電電壓頻率下工作產(chǎn)生大量諧波的缺點(diǎn)，顯著改善補(bǔ)償器諧波性能。 |
