TCR的工作特性及无功补偿方案研究

孟杰

摘要：TCR型静止无功补偿器能够快速跟踪负荷的变化并实现平滑调节，以满足负荷动态无功补偿快速、精确的要求。对TCR的工作特性及其无功补偿方案进行分析与研究，以期为TCR在电力系统中的进一步应用提供参考。

关键词：TCR；无功补偿；谐波；电能质量

中图分类号：TM47；TM761 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2016）06-0036-02

随着电力电子技术的发展，晶闸管控制电抗器（TCR）的应用越来越多。TCR型静止无功补偿器可以安装在高压端，其工作电流小、损耗小，在10～35 kV电压等级应用广泛。

1 TCR的工作原理与拓扑结构

1.1 TCR补偿系统的拓扑结构

在电力系统运行过程中，TCR与滤波器协同工作联结于系统之中，对系统进行无功功率补偿。TCR无功补偿系统结构如图1所示。

由图1可以看出，整个系统主要包括电源、TCR、滤波器以及负载。由于负载是随机变化的，而滤波器所供给的无功功率是定值；TCR是能够随着负载的变化而可控的，促使电力系统的无功处于平衡态。这就是实现基于TCR无功补偿的简单过程。TCR是一个能够实现连续可调的感性无功电源，滤波器在滤除谐波的同时相当于一个容性无功电源。

1.2 TCR的工作原理

TCR的单相结构主要由电抗器和反向并联的晶闸管串联，将其与网络回路相并联，类似于感性负载组成的调压电路。TCR的工作原理为通过控制晶闸管的导通角实现对电抗器的电流的控制，进而改变电抗器产生的感性无功。

晶闸管属于电力电子器件，晶闸管的触发角α的有效移相角是90～180°。触发角为90°时，器件完全导通。导通角δ=180°，电抗器线圈作为负载接于网络，能够有效地吸收基波电流和无功功率。触发延迟角变化在90～180° 范围内，晶闸管器件则为部分导通，其角度小于180°。也就是说，触发角增大导致电流基波分量减小，减少了无功功率的有效吸收。需要指出的是，在实际现场中往往把电抗器部分分成两部分加以使用，处于晶闸管的两侧，这样电抗器若发生故障可以有效地保护晶闸管器件。

2 TCR的谐波分析与抑制方法

2.1 TCR的谐波分析

TCR基波和谐波电流波形如图2所示。TCR在工作的同时也相当于谐波源会产生大量高频谐波，谐波值与触发角相对应。考虑到实际情况，对TCR产生的谐波也必须加以抑制和消除。

2.2 TCR的谐波抑制

通过上述分析可知，在用TCR进行无功补偿的同时也相应地产生大量的谐波。对此，往往采取两类办法加以抑制或消除，即对TCR本身进行研究改造和加装滤波器对谐波进行消除。改变TCR装置本身的设计来消除谐波的措施非常有限，主要是采用多脉冲联结和并联顺序控制。这种措施晶闸管的数量和控制系统的复杂性导致成本增加，在现场中应用的不多。相比之下，直接加装滤波器颇为有效，滤波设备与TCR协同进行补偿和控制。

3 TCR的补偿特性对电能质量的影响

无功补偿是达到良好的供电电能质量的有效措施之一。无功补偿对电能质量的改善主要体现在以下方面。

3.1 有效降低设备的额定容量

用功率因数描述有功功率与视在功率的关系

P=Scosφ，提高cosφ值，可以减小视在功率值，即相应地减小设备的容量。

3.2 提高网络运行电压

网络运行电压：

4 不同目的下确定补偿容量的依据和方法

对电力系统进行无功补偿，需要计算无功补偿的容量的大小。在不同的条件和目的下，计算的方式方法也是不同的。在确定补偿容量时，应遵循“全面规划、分级补偿、就地平衡”的原则，在降低网损和电压调节的基础上，获得无功补偿的最大经济效益。现将针对不同目的的计算方法总结如下。

4.1 以提高功率因数为目的

电力系统的功率因数很低时，会影响有功的输送，进而影响输电系统的效率，对此，无功补偿需要提高功率因数。

4.2 以降低线路损耗为目的

对于固定的电力系统网络，设备及元件已经确定、很难改变，系统线路损耗与导线电流的平方成比例关系。因此，为了提高线路的输电能力，降低损耗是行之有效的措施之一。现场中，导线损耗也是检验电力系统是否经济运行的一项重要指标。

4.3 以平衡系统电压为目的

在电力系统中，线路末端带有大负载时会导致末端电压下降，影响设备和电器的正常运行，进行无功补偿后会使电压升高。需要注意电压升高的同时对设备绝缘的影响，如是否会导致绝缘老化加速等。

5 结论

本课题对TCR的工作原理和系统的拓扑结构进行了分析与研究。对谐波产生过程以及谐波幅值、次数及延迟角进行理论分析，并探讨谐波抑制方法，总结针对降低设备容量、提高运行电压、提高功率因数等补偿特性的确定方法。

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Abstract： The TCR type static reactive power compensation can quickly monitor the changes of load and achieve a smooth adjustment to meet the requirement of fast and accurate load dynamic reactive power compensation. This paper analyzed and studied the working characteristics of TCR and the reactive power compensation scheme， so as to provide reference for TCR further application in electric system.

Key words： TCR； reactive power compensation； harmonic； quality of electric energy