DQZHAN技術(shù)訊：TCR+TSF混合無功補(bǔ)償應(yīng)用方案設(shè)計(jì)
針對目前煤礦供電系統(tǒng)中非線性負(fù)荷無功消耗大，諧波污染嚴(yán)重的問題，該文介紹了一種混合型無功補(bǔ)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(shí)間，*后通過MATLAB對該方案進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果驗(yàn)證了方案的有效性。
針對目前煤礦供電系統(tǒng)中非線性負(fù)荷無功消耗大，諧波污染嚴(yán)重的問題，該文介紹了一種混合型無功補(bǔ)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(shí)間，*后通過MATLAB對該方案進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果驗(yàn)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(bǔ)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(shí)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(gè)TSF支路進(jìn)行投切時(shí)，必須由低次向高次依次投入，而在切除時(shí)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(yīng)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(bǔ)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(huì)出現(xiàn)過補(bǔ)償，然后通過調(diào)節(jié)TCR支路的無功功率來補(bǔ)償部分過補(bǔ)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(huì)輸出*大的容性無功 QCmax;而如果僅僅投入TCR支路(=0)，裝置會(huì)輸出*大的感性無功功率QLmax。
在TSF支路中，一般采用兩個(gè)反向并聯(lián)的晶閘管和系統(tǒng)相連，但是這樣會(huì)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(gè)晶閘管和一個(gè)二極管反向并聯(lián)的接線方式實(shí)現(xiàn)控制。TSF支路的工作方式是：晶閘管未導(dǎo)通時(shí)，二極管先導(dǎo)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(shí)系統(tǒng)電壓的變化率為零，觸發(fā)晶閘管導(dǎo)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(shí)，電容器兩端電壓已經(jīng)和系統(tǒng)電壓相同到達(dá)了峰值。因此，晶閘管導(dǎo)通后，不會(huì)出現(xiàn)電容充放電振蕩現(xiàn)象，實(shí)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(shí)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(hù)等幾個(gè)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(yùn)算速度快、精度高的特點(diǎn)，保證了信號(hào)的實(shí)時(shí)性和運(yùn)算的準(zhǔn)確性。此外，編寫控制算法，由DSP實(shí)現(xiàn)，確定出應(yīng)當(dāng)輸出的TCR相位信號(hào)和TSF投切指令，送到各自獨(dú)立的觸發(fā)板，并根據(jù)DSP主控制板同步信號(hào)產(chǎn)生給TCR和TSF的觸發(fā)脈沖信號(hào)。
控制器可分為3個(gè)部分的電路：電網(wǎng)信號(hào)檢測電路、控制電路和TSF過零觸發(fā)電路。電網(wǎng)信號(hào)檢測電路采集電網(wǎng)中電壓和電流信號(hào)，通過計(jì)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(bǔ)償?shù)臒o功功率值，投入對應(yīng)的TSF支路，再計(jì)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(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)平滑調(diào)節(jié)無功功率的目的，*終在補(bǔ)償無功功率的同時(shí)達(dá)到濾除諧波的效果。
