DQZHAN技術訊：TCR+TSF混合無功補償應用方案設計
針對目前煤礦供電系統(tǒng)中非線性負荷無功消耗大，諧波污染嚴重的問題，該文介紹了一種混合型無功補償及濾波方案TCR+TSF，分析了該方案的原理結(jié)構(gòu)、工作方式和控制系統(tǒng)，此外還討論了TSF支路的投切時間，*后通過MATLAB對該方案進行仿真，仿真結(jié)果驗證了方案的有效性。
針對目前煤礦供電系統(tǒng)中非線性負荷無功消耗大，諧波污染嚴重的問題，該文介紹了一種混合型無功補償及濾波方案TCR+TSF，分析了該方案的原理結(jié)構(gòu)、工作方式和控制系統(tǒng)，此外還討論了TSF支路的投切時間，*后通過MATLAB對該方案進行仿真，仿真結(jié)果驗證了方案的有效性。
TCR+TSF方案的總體結(jié)構(gòu)和工作原理
TCR+TSF裝置是一種特殊的TCR+TSC型混合靜止無功補償器，它一般由一組相控電抗器和幾組濾波支路組成，為了使3次諧波不流入電網(wǎng)，TCR支路和TSF支路均采用三角形連接。它所產(chǎn)生的諧波次數(shù)包括5，7，11，13，…，在一般的電路中，11次以上的諧波含量對系統(tǒng)的影響很小，因此，這次方案主要實現(xiàn)5次，7次，11次諧波的濾除。在此，我們把濾波器分為：兩組5次TSF支路，一組7次TSF支路，一組11次TSF支路，根據(jù)系統(tǒng)不同的無功狀況，投切不同組態(tài)的TSF支路。需要注意的是：若有多個TSF支路進行投切時，必須由低次向高次依次投入，而在切除時剛好相反，必須由高次向低次依次切除。另外，TCR支路的容量應該稍大于TSF支路的容量，這樣可以保證系統(tǒng)無功功率的平滑調(diào)節(jié)。
TCR+TSF裝置的基本工作原理是：首先根據(jù)系統(tǒng)需要補償?shù)臒o功功率量，投入一定數(shù)量的TSF支路，由于投入的TSF支路容量一定，可能會出現(xiàn)過補償，然后通過調(diào)節(jié)TCR支路的無功功率來補償部分過補償?shù)娜菪詿o功功率。如果斷開TCR支路僅投入所有TSF支路，裝置會輸出*大的容性無功 QCmax;而如果僅僅投入TCR支路(=0)，裝置會輸出*大的感性無功功率QLmax。
在TSF支路中，一般采用兩個反向并聯(lián)的晶閘管和系統(tǒng)相連，但是這樣會限制濾波器快速頻繁地投切?？紤]操作和成本的因素，本文方案采用一個晶閘管和一個二極管反向并聯(lián)的接線方式實現(xiàn)控制。TSF支路的工作方式是：晶閘管未導通時，二極管先導通，系統(tǒng)給電容器充電，理想情況是電容器兩端電壓充電到系統(tǒng)峰值電壓，此時系統(tǒng)電壓的變化率為零，觸發(fā)晶閘管導通，TSF支路開始工作[8]。從上面的分析可以看出，投入TSF支路時，電容器兩端電壓已經(jīng)和系統(tǒng)電壓相同到達了峰值。因此，晶閘管導通后，不會出現(xiàn)電容充放電振蕩現(xiàn)象，實現(xiàn)濾波支路的快速投入和切除。TSF支路采用三角形連接方式，晶閘管采用過零觸發(fā)，盡量減小投切TSF支路時的電流沖擊和對煤礦供電系統(tǒng)的影響。
TCR+TSF方案的控制系統(tǒng)
控制系統(tǒng)可以分為操作和顯示界面、狀態(tài)監(jiān)測、控制器和保護等幾個部分。其中，控制器是控制系統(tǒng)的核心?？刂破鬟x用DSP作為主控芯片，采用TI DSP 2812，利用DSP運算速度快、精度高的特點，保證了信號的實時性和運算的準確性。此外，編寫控制算法，由DSP實現(xiàn)，確定出應當輸出的TCR相位信號和TSF投切指令，送到各自獨立的觸發(fā)板，并根據(jù)DSP主控制板同步信號產(chǎn)生給TCR和TSF的觸發(fā)脈沖信號。
控制器可分為3個部分的電路：電網(wǎng)信號檢測電路、控制電路和TSF過零觸發(fā)電路。電網(wǎng)信號檢測電路采集電網(wǎng)中電壓和電流信號，通過計算快速檢測出煤礦供電系統(tǒng)無功功率的變化，根據(jù)需要補償?shù)臒o功功率值，投入對應的TSF支路，再計算系統(tǒng)容性無功功率，通過控制TCR觸發(fā)延遲角&alpha($5.2300);實現(xiàn)動態(tài)平滑調(diào)節(jié)無功功率的目的，*終在補償無功功率的同時達到濾除諧波的效果。
