已解決
隨著國民經濟的發展和現代化技術的進步，電力網負荷急劇增大，對電網感性無功要求也與日懼增。特別是如可逆式大型軋鋼機、煉鋼電弧爐等沖擊負荷、非線性負荷容量的不斷增加，加上普遍應用的電力電子和微電技術，使得電力網發生電壓波形畸變，電壓波動閃變和三相不平衡等，產生電能質量降低，電網功率因數降低，網絡損耗增加等不良影響。近年發展起來的靜止型無功補償裝置(static var compensator，下簡稱svc)是一種快速調節無功功率的裝置，已成功的應于冶金、采礦和電氣化鐵路等沖擊性負荷的補償上。而晶閘管控制電抗器型(稱tcr型)svc用晶閘管控制線性電抗器實現較快、連續的無功功率調節，由于它具有反應時間快(5~20ms)，運行可靠，無級補償、分相調節，能平衡有功，適用范圍廣和價格便宜等優點。tcr裝置還能實現分相控制，有較好的抑制不對稱負荷的能力，因而其應用最廣。尤其是在冶金行業中，使用例子也最多。
2 tcr+fc型svc系統的組成及控制原理
2.1 系統組成
tcr+fc型svc系統的組成如圖1所示，一般由tcr、濾波器(fc)及控制系統組成。通過控制與電抗器串聯的兩個反并聯晶閘的導通角，既可以向系統輸送感性無功電流，又可以向系統輸送容性無功電流。該補償器響應時間快(小于半周波)，靈活性大，而且可以連續調節無功輸出，缺點是產生諧波，但加上濾波裝置則可以克服。
圖1 tcr+fc型svc系統的組成
2.2 可調控電抗器相(tcr)產生連續變化感性無功的基本原理
如圖2(a)所示，u為交流電壓。th1、th2為兩個反并聯晶閘管，控制這兩個晶閘管在一定范圍內導通，則可控制電抗器流過的電流i，i和u的基本波形如圖2(b)所示。
圖2 可調控電抗器相(tcr)產生連續變化感性無功的基本原理
α為th1和th2的觸發角，則有
i=(cosα-cosωt)
i的基波電流有效值為: i=(2π-2α+sin2α)
式中:v為相電壓有效值;
ωl為電抗器的基波電抗(ω)。
因此，可以通過控制電抗器l上串聯的兩只反并聯晶閘管的觸發角α來控制電抗器吸收的無功功率的值。
2.3 恒無功控制、保證功率因數及電壓波動
控制系統的基本組成如圖3所示。svc連接到系統中，電容器提供固定容性無功功率qc，通過具有完好線性特征的補償電抗器的電流決定了從補償電抗器輸出的感性無功值qtcr，感性無功與容性無功相抵消，只要qn(系統)=qv(負載)-qc+qtcr=恒定值(或0)，功率因數就能保持恒定，電壓幾乎不波動。
圖3 控制系統的基本組成
最重要的是精確控制晶閘管觸發，獲得所需的電抗器的電流。根據采集的進線電流及母線電壓經乘法器后得出要補償的無功功率，計算機發出觸發脈沖，光纖傳輸到脈沖放大單元，經放大后觸發晶閘管，得到所補償的無功功率。
2.4 無源濾波器(fc)
無源濾波器(filter compensatior，簡稱fc)，是現階段最常見、最實用、也是有效的抑制高次諧波的措施。由電容器、電抗器，有時還包括電阻等無源元件組成。其基本原理是利用電路諧振的特點，對某次諧波或以上諧波形成低阻抗通路，以達到抑制高次諧波和無功補償的作用。分為單調諧波濾波器，雙調諧波濾波器和高通濾波器(減幅濾波器)等幾種。
高通濾波器(減幅濾波器)又可分為一階、二階、三階和c型。如圖4所示:無源濾波器(fc)在設計時應注意的問題:
圖4 高通濾波器
(1) 濾波器發出的無功應滿足補償功率因數，抑制電壓波動及閃變的要求; (2) 選取的濾波電容器的額定電壓應保證濾波器的安全可靠運行; (3) 濾波器的分組應滿足濾除諧波電流的要求; (4) 濾波器設計時應進行充分的計算機仿真及數據庫優選，經多個方案比較，選擇最佳方案; (5) 對選定的濾波器應進行濾波器各種運行方式下的計算機仿真，避免與系統發生諧振; (6) 對濾波器的安全運行應進行仔細校驗。
3 tcr+fc型svc的應用舉例
2005年由遼寧榮信電力電子股份有限公司為安陽鋼廠新上了一套tcr和fc補償容量分別18mvar和17mvar的tcr+fc型svc。該工程負荷主要為兩臺粗軋機(2×4200kw同步電機)。經過晶閘管變流調速裝置進行調速，過載倍數為2倍。這些設備掛接在6kv母線上，系統最小短路容量為238mva。上輥定子整流變壓器容量為3000kva，連接組別為d/d0 3臺，下輥定子整流變壓器容量為3000kva，連接組別為d/y11 3臺。由于整流變壓器采用了d，y接法，故可以消除3的整數倍次的高次諧波，從而使注入電網的諧波電流只有5、7、11……等諧波。經計算粗軋機最大無功沖擊為15120kvar，6kv母線最小短路容量為238mva。電壓波動國標允許值為2%。所以允許無功波動為:
△q=sdmin×△u%=238×2%=4.76mva
補償容量為: qmax-△q=15.12-4.76=10.36mvar。
為留有余量，取11mvar。
總計算負荷為19407kva，平均功率因數從0.75提高到0.95所需要補償的無功為6.45mvar。總上所述，按電壓波動選擇容量，tcr及fc的容量均為11mvar。經仿真計算，濾波器總容量:15mvar，基波補償容量為11mvar，分為h3、h5、h7三個通道。h3次濾波器安裝容量為4.2mvar,補償容量為3.21mvar;h5次濾波器安裝容量為6mvar,補償容量為4.25mvar;h7次濾波器安裝容量為5.4mvar,補償容量為3.54mvar;主接線系統圖如圖5所示。
圖5 主接線系統圖
4 結束語
目前，tcr+fc型svc已在冶金行業得到了廣泛的應用。也取得了顯著的效果。已經形成了成熟的技術方案。另外，svc還有晶閘管投切電容器(tsc)型、飽和電抗器型(sr型)、晶閘管控制高阻抗變壓器型(tct)等形式。對svc的發展研究主要集中在控制策略上，如模糊控制、人工神經網絡和專家系統控制系統也被引入svc控制系統，使svc系統的性能更加提高。而且隨著電力電子技術的飛速發展，出現了以大功率可關斷晶閘管(gto)器件代替普通的晶閘管構成的靜止無功發生器(static var generator，簡稱svg)。由于其具有響應速度快，吸收無功連續、產生的高次諧波量小、調節范圍廣、損耗與噪聲小等特點，使其成為未來無功補償技術的發展方向。 2.2、有源諧波濾除裝置
目前在無功補償裝置中進行諧波治理的一個重要趨勢是采用有源濾波器APF。它通過實時檢測電網的電壓電流經運算處理后得到補償控制指令控制主電路產生諧波補償電流，此電流與所要濾除諧波電流的幅值大小相等相位相差180°，從而可以相互抵消使電網電流只含基波分量。這種濾波器能對頻率和幅值都變化的諧波進行跟蹤補償，濾波特性不受系統阻抗的影響可消除與系統阻抗或負載發生諧振的危險。另外，此裝置不僅能補償無功和各次諧波還可抑制閃變，具有高度可控性和快速響應性。它是當前無功補償和諧波治理領域重要的研究發展方向。
這里介紹一種采用有源濾波器進行無功補償和諧波治理的方案，適合在諧波嚴重的工況下使用。此方案其實就是在原來FC+TCR的基礎上，增加一有源濾波器。具體實現方法為，將一變壓器的原邊串聯接在電力系統和諧波源之間，副邊接有源濾波器的輸出部分。設計的初衷是，希望基波電流可以從變壓器的原邊流過，而諧波電流被隔離，無功補償裝置中的電容器和電抗器串聯的支路為被隔離起來的諧波提供通路，從而達到濾除諧波的目的。根據變壓器的工作原理，要滿足上述要求，就需要檢測變壓器原邊電流中的基波分量，然后采用有源逆變的方法跟蹤此基波分量，并將此基波分量注入變壓器的副邊，從而補償變壓器原邊基波電流所產生的基波磁通，使得變壓器對原邊基波電流呈現低阻抗，而對于原邊諧波電流呈現高阻抗。可見，為了在變壓器的副邊產生一個與原邊基波電流大小成比例、方向相反的電流，就必須準確地從電網電流中檢測出基波電流，即需要有基波電流檢測部分，這也是此有源濾波器的關鍵部分。另外此裝置還要有功率放大部分，它由滯環控制、PWM驅動和逆變器組成，將檢測到的原邊基波電流經轉換作為給定信號采用滯環電流控制使其能夠跟蹤原邊基波電流。從以上分析可見，該方案只需檢測、跟蹤基波電流，補償基波磁通，性能比較穩定，電路結構也較簡單，易于在工程中實現。
從本質上講，APF可看作一個大容量的諧波電流發生裝置。通過對電網中的畸變波形實時跟蹤補償，可使任意頻率、任意幅值和相位的諧波都能被濾除，并使無功功率得到完全補償。其中，如何實時準確地檢測無功電流和諧波電流，并將此信號作為有源濾波的控制信號，是同時實現無功補償和諧波治理的關鍵問題。為了使濾波器有較好的信號跟蹤效果，有人提出運用自適應預測原理，實驗證明，該方法效果顯著，可達到預期目的。
有源濾波器在我國已開始掛網運行但還需要解決一些問題。比如：在大容量應用中有源濾波器逆變器的容量如何最小化;有源濾波器在負載動態過程條件下如何實現自適應調節;在嚴重畸變的不對稱電網及負載下如何提高適應性等。現階段有源濾波器研究和應用的一個顯著特征是混合型有源濾波器，即將有源濾波器和無源濾波器相結合。有源部分相當于一個諧波隔離器?既能阻止負載的諧波電流進入電網?又能防止電網的諧波電壓影響負載，而電網公共連接點上其它負荷的諧波電流則流入無源濾波器。這樣可以同時發揮兩者的優點，達到良好的補償目的。混合型有源濾波器最大的好處是，逆變器只需承擔諧波電流和諧波電壓，從而極大地降低了有源部分的容量，非常適合于大功率諧波負載的補償。
有源諧波濾除裝置是在無源濾波的基礎上發展起來的，它的濾波效果好，在其額定的無功功率范圍內，濾波效果是百分之百的。它主要是由電力電子元件組成電路，使之產生一個和系統的諧波同頻率、同幅度，但相位相反的諧波電流與系統中的諧波電流抵消。但由于受到電力電子元件耐壓，額定電流的發展限制，成本極高，其制作也較之無源濾波裝置復雜得多，成本也就高得多了。其主要的應用范圍是計算機控制系統的供電系統，尤其是寫字樓的供電系統，工廠的計算機控制供電系統。對單臺的裝置而言，其利潤是可觀的，但用戶一般不愿意用有源濾波，對于諧波的含量，不必濾得太干凈，只要不危害其他用電器也就可以了。
謝謝！