晶闸管投切电容器组补偿装置制造方法及图纸

晶闸管投切电容器组补偿装置属于电力系统无功补偿装置领域，其特征在于它是一种“１Ｔ＋２Ｄ”式星点式补偿装置，它的投切电容器组接成星形电路，星点式用一只晶闸管和两只功率二极管组成三角形连接的电子开关，它在保证同样技术性能的条件下可大大地降低初期资金投入。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

晶闸管投切电容器组补偿装置属于电力系统无功补偿
由于输电线路和负荷多呈现感性，无功功率补偿从整体而言，需要的是容性无功功率，因此电力系统中多采用电容进行补偿。TSC的基本原理是通过控制主电路中的晶闸管阀，实现对电容器组的投切，从而控制了接入系统的作为无功功率补偿的电容器容量。由于电容上的电压不能突变，所以为了减轻在系统电压和电容器残存电压不相等时，开通晶闸管所可能引起的电流冲击，必须尽可能选择一个晶闸管两端电压为零(或最小)，且电容中的电流为零的时刻，使晶闸管开通。因此，选择适当的时刻触发晶闸管，使电容器的投入不会对系统造成冲击，是设计TSC控制电路中最为关键的技术。如附图说明图1所示，传统TSC主回路结构多采用两只反并联晶闸管、或用一只晶闸管和一只反并联二极管构成电子开关，连接在交流电源上进行分相控制。这两种主电路结构都有各自的不足之处。晶闸管和其它功率器件以及相应的触发控制电路是TSC设备中最为昂贵的部分。前者电路(如图1(a)所示)使用的晶闸管元件较多，相应的触发电路多，结构复杂，投资大。后者电路(如图1(b)和(c)所示)的晶闸管数目虽为前者的一半，但却由于增加了功率二极管，功率器件的数目并没有变化。由于二极管的存在，为了保证后者第一次投切时实现无过渡过程，需利用充电设备事先将电容充电到峰值，但这增加了系统的复杂性，所以在实际中多不采用。因此，在后者第一次投入电容器组时，投入瞬间功率二极管上电压最大值为一倍峰值，可能会产生较大的电流冲击。在此之前，本专利专利技术人之一(杨建宁)开发出一种“2+1”型主电路结构(专利号ZL9921656.9)。“2+1”型主电路由电容器组接成星型电路，星点处用一只二极管和两只晶闸管组成三角形连接的电子开关。在TSC装置中，晶闸管是最为昂贵的部分，相应的触发电路及控制器是最为复杂的部分。晶闸管器件的造价至少是相同容量功率二极管器件的造价的三倍以上，因此，尽量降低电路中采用的晶闸管的数目是降低TSC设备成本最有效的措施。因为无需为功率二极管设计相应的触发电路和控制电路，采用功率二极管器件取代晶闸管另一个优势是降低了触发电路及控制器的复杂性，从而进一步降低了TSC控制电路的成本，提高了控制电路的可靠性和效率。相对于传统TSC主电路结构，如前所述，本专利所提出的“1T+2D”型主电路结构大大减少功率器件和晶闸管的数目，降低产品成本和控制的复杂性，简化了控制器的设计使之更为可靠；相对于“2+1”型主电路，性能相近，但每一个电容器组节省了一个晶闸管及其相应的触发控制电路，从而降低了产品价格和设计复杂性，虽然TSC投入瞬间冲击略大，对晶闸管要求略高，但性能更加稳定，考虑到价格因素，基于“1T+2D”型主电路结构开发的TSC性价比更高。因此，“1T+2D”型晶闸管投切电容器组补偿装置的主电路结构在TSC家族里具有巨大的竞争优势。在常规的电容器组三相补偿装置中，有相当一部分是将电容器接成星形；此时如将开关放在星点处，由于对称运行时星点为系统的中性点，所以导通的开关将运行在低压状态，具有较高的安全性；一个典型的利用在中性点三角形连接的晶闸管电子开关所构成的三相TSC的电路如图2(a)所示。由于晶闸管的单相导电性，和电容作为储能元件其两端的电压不能突变的特点，其中一组晶闸管实际上是冗余的。图2(b)所示结构仅保留一组同向连接成三角形的三个晶闸管，该电路将具有与采用三个反并联晶闸管开关时具有同样的功能。为了说明这一点，我们首先利用图2(c)的三个二极管构成的等效电路对其导通工作机理加以说明。以AB支路为例，如不考虑Uc的影响，当Uab＞0时线电压Uab通过D1对C1、C2正向充电；而Uab＜0时，线电压则通过D2、D3对电容C1、C2反向充电，因此上述同向角接的二极管完全可以实现连通上述补偿电路的功能。在理想条件下，一个周期中每一个瞬间均有两个二极管导通，三个二极管按序号每隔120°顺序导通，每个器件的导通角为240°；在忽略限流电抗所引起的相移的条件下，器件的自然转换点出现在相应的相电压的正峰值；在Ub达到正峰值的瞬间，D1进入正向偏置而开通，与之同时D2被反偏置而关断；同理，D2和D3的将分别在Uc和Ua达到正峰值时开通，导通240°后被自然关断。由于上述自然换相过程是在电流为零时实现的，所以整个电路相当于一个三相的零电流开关。为了对开关时刻进行控制，从而实现TSC的投入和切除，需将电路中二极管以晶闸管替代。将其中两个二极管换为晶闸管，这就是图2(d)所示的结构，即专利技术人之一(杨建宁)所提出的“2+1”型主电路结构。将其中一个二极管换为晶闸管，这就是图2(e)所示的结构，即“1T+2D”型主电路结构。基于这种主电路结构设计的TSC，在晶闸管没有触发时，电容不被投入，当晶闸管按一定方式触发时，晶闸管的开关状态和图2(c)中对应位置的二极管状态相同，三相电容被全部投入系统中。停止触发晶闸管，三相电容从系统中切除。通过控制晶闸管的触发，实现对电容器组投切的控制。假如晶闸管的门极上一直有连续的触发脉冲，从晶闸管的工作原理可知，此时可将晶闸管视为功率二极管，即具有阳极和阴极之间加正压导通，加负压关断的特性。上面的分析指出，在TSC投入时，“1T+2D”型主电路晶闸管的开关状态和图2(c)中对应位置的二极管状态相同，因此，在TSC投入时，晶闸管门极上可加有连续的触发脉冲，由晶闸管根据阳极和阴极之间的电压自动开通和关断，直至TSC从系统切除为止。这样，在TSC运行时，晶闸管的开关状态一定和图2(c)中对应位置的二极管状态相同。因此，我们只需关心触发脉冲的初始时刻和结束时刻，而不需考虑TSC处于投入状态时的触发，从而简化了控制器的设计。在以下所提到的“1T+2D”型电路的触发脉冲，都采用了如上的设计思想。在TSC电路中，在忽略线路电阻的条件下，通过电容的电流的瞬时值可以表示为[1]i(t)=I1mcos(ω1t+α)-I1mcosαcosωnt-nBc[Vco-n2n2-1Vssinα]sinωnt---[1]]]>式中ω1是系统电压角频率；ωn=1/LC=nω0,]]>是电路的自然频率；n=XC/XL,]]>是自然频率的标么值；α为触发角；BC＝ω0C，是电容器的基波电纳；I1m=VBCn2n2-1,]]>是电流基波分量的幅值，即稳态电流的幅值；VC0是电容电压初值。上式右侧后两项代表预期的电流振荡分量，如果希望投入电容器时完全没有过渡过程，必须同时满足以下两个条件第一，α＝±90°即系统电压达到峰值的时刻触发晶闸管；第二，开通时刻电容器的电压VC0=±n2n2-1Vs,]]>此时晶闸管两端电压为零，从而保证换路前后电路的状态不变。但这两个条件在实际中很难同时达到，所以一个可行的方案是选择在晶闸管两端所承受的电压为零时，对其进行触发；并在其后通过在门极施加连续的触发脉冲列，或在前述自然换相点令相应的晶闸管触发导通，使得晶闸管的工作模拟二极管模式(即一旦晶本文档来自技高网...

【技术保护点】
晶闸管投切电容器组补偿装置（的主电路结构），含有投切电容器和由晶闸管和功率二极管构成的投切部件，其特征在于：所述的电容器组接成星形电路，星点处用一只晶闸管和两只功率二极管组成三角形连接的电子开关，形成“１Ｔ＋２Ｄ”型星点式补偿装置。

【技术特征摘要】
1.晶闸管投切电容器组补偿装置(的主电路结构)，含有投切电容器和由晶闸管和功率二极管构成的投切部件，其特征在于所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈建业，杨建宁，韩业辉，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]