晶閘管控制電抗器

一個6脈波的三相TCR由3個單相的TCR按三角形聯(lián)結(jié)連接而成。如果三相電壓是平衡的，3個電抗器是相的，而且所有晶閘管是對稱觸發(fā)的，即每相的觸發(fā)角相同，那么在正半波和負(fù)半波中就會出現(xiàn)對稱的電流脈沖，因而只產(chǎn)生奇次諧波。

實(shí)際上，實(shí)際中的三相電抗器的參數(shù)不可能完全相同。三相供電電壓也不一定完全平衡。這種不平衡就會導(dǎo)致非特征諧波的產(chǎn)生，包括3倍數(shù)次諧波，擴(kuò)散到線路中。正常情況下，非特征諧波的數(shù)值是非常小的。但在嚴(yán)重?cái)_動的情況下，正負(fù)半波的觸發(fā)角可能不同，這就會導(dǎo)致直流分量的產(chǎn)生，并足以引起耦合變壓器的飽和，從而產(chǎn)生更大的諧波擴(kuò)散。除了諧波，一個小的基頻電流分量(0.5%~2%)也在TCR中流動，這體現(xiàn)了TCR繞組中的電阻損耗。

TCR在正常運(yùn)行時會產(chǎn)生大量的特征諧波注入電網(wǎng)，因此必須采取措施將這些諧波消除或減弱。通常的辦法是并聯(lián)濾波器，并聯(lián)濾波器要么是串聯(lián)Lc結(jié)構(gòu)，要么是串聯(lián)LCR結(jié)構(gòu)。這些濾波器被調(diào)諧到5次和7次的主導(dǎo)諧波頻率，有時，也使用11次和13次濾波器或者只使用一個高通濾波器。如果預(yù)想TCR按相控制，或者網(wǎng)絡(luò)諧振的條件要求TCR要按相控制，那么就需要安裝3次諧波濾波器，并且與TCR相并聯(lián)。

減小TCR向系統(tǒng)注入特征諧波的另一種方法是將主TCR分割成n(n≥2)個并聯(lián)聯(lián)接的TCR，每個分段TCR的容量為整個TCR的]/n。在這r1個分段TCR中，只有一個分段TCR的觸發(fā)角是受控的，其他的分段TCR要么是全導(dǎo)通，要么是全關(guān)斷，以吸收制定量的無功功率。由于每個分段TCR的電感增加了rl倍，因此受控TCR的容量就減小了n倍，受控TCR產(chǎn)生的諧波相對于額定基波電流也減小了n倍。采用上述結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)諧波減小的同時，也會伴隨成本的增加，因?yàn)檫@霈要更多數(shù)目的晶閘管。這樣，如果TCR的分段很多，那么分段TCR比不分段的TCR會貴很多。

如同在直流輸電系統(tǒng)中一樣，當(dāng)采用12脈波TCR時諧波可以大大減小。在這種結(jié)構(gòu)中，2個6脈波TCR通過相位相差30°的2組三相電壓供電。12脈波TCR要么需要特制的3繞組變壓器，這種變壓器具有2個二次繞組;要么需要2個一次側(cè)聯(lián)結(jié)相同的電力變壓器。在這兩種情況下，變壓器的二次側(cè)一個是星形聯(lián)結(jié)，另一個是三角形聯(lián)結(jié)。

將其分成兩個6脈波TCR來進(jìn)行分析。以一次測A相基波線電流為參考向量，表示了一個星一星聯(lián)結(jié)變壓器的TCR在其一次側(cè)產(chǎn)生的基波、5次和7次線電流的向量圖。同樣的，我們也可以得到星形一三角形聯(lián)結(jié)變壓器的TCR在其一次側(cè)產(chǎn)生的基波、5次和7次線電流的向量圖。由于都是取一次側(cè)A相基波線電流向量為參考向量，對兩組向量圖進(jìn)行直接比較可以發(fā)現(xiàn):兩組6脈波TCR在變壓器的一次側(cè)產(chǎn)生同相位的基波電流，加之在變壓器設(shè)計(jì)時己使兩組變壓器閥側(cè)電流與一次側(cè)線電流都相同，故一次側(cè)產(chǎn)生的基波電流幅值也是相等的。而對于5次和7次諧波電流，以及更高次16(2n+1)±1，n=0，1，2，…】的諧波電流來說，兩組6脈波TCR在變壓器的一次側(cè)產(chǎn)生的諧波電流幅值相等，但相位剛好相反，二者相互抵消。所以在一次側(cè)的線電流里將僅含12n±1(13為整數(shù))次諧波，也使得對諧波濾波器的要求大大減輕。

12脈波TCR中諧波含量的大量減少，大大減輕了對濾波器的要求。因而不需要像6脈波TCR那樣采用5次和7次單獨(dú)調(diào)諧的濾波器，而只要采用高通濾波器就足夠了。同樣的，諧波的減少伴隨著成本的增加，以為需要增加晶閘管的數(shù)量，特制的雙二次繞組變壓器和復(fù)雜的觸發(fā)次序都增加了成本。12脈波TCR的另外一個優(yōu)點(diǎn)是增加了可靠性。如果其中的一個6脈波TCR單元故障，另一個TCR單元可以繼續(xù)運(yùn)行，盡管只有一半無功容量。而且12脈波TCR比6脈波TCR具有更高的過載能力。

脈波數(shù)大于12的TCR并沒有投入實(shí)際使用，盡管這可以大大減小諧波。因?yàn)榇笥?2脈波的TCR變得太復(fù)雜和太昂貴，比如對應(yīng)18脈波的TCR就需要一個具有3個二次繞組的變壓器。此外，為保證對稱觸發(fā)所要求的觸發(fā)控制精度也難以達(dá)到。

TCR的作用就像一個可變電納，改變觸發(fā)角就可以改變電納值，因?yàn)樗拥慕涣麟妷菏呛愣ǖ?，改變電納值就可以改變基波電流，從而導(dǎo)致電抗器吸收無功功率的變化。但是，當(dāng)觸發(fā)角超過90。以后，電流變?yōu)榉钦业模S之就產(chǎn)生諧波。如果兩個晶閘管在正半波和負(fù)半波對稱觸發(fā)，就只會產(chǎn)生奇次諧波。諧波可以通過對較高頻率分量的傅里葉分析得到。

由于在電力系統(tǒng)應(yīng)用中要求具有可控的容性無功功率，因此在TCR上并聯(lián)了一個電容器。這個電容器可以是固定的，也可以是可投切的，通過機(jī)械開關(guān)或者是晶閘管開關(guān)。TCR的主要優(yōu)點(diǎn)是控制的靈活性和易于擴(kuò)容。不同的控制策略可以容易的被實(shí)現(xiàn)，特別是那些涉及外部輔助信號以顯著提高系統(tǒng)性能的控制。參考電壓和電流斜率都能夠用簡單的方式加以控制。由于TCR型SVC本質(zhì)上是模塊化的，因此通過追加更多的TCR模塊就能達(dá)到擴(kuò)容的目的，當(dāng)然前提是不能超過耦合變壓器的容量。

TCR不具備大的過負(fù)荷能力，因?yàn)槠潆娍蛊魇强招脑O(shè)計(jì)的。如果期望TCR承受暫態(tài)過電壓，就需要在設(shè)計(jì)TCR時加入短時過負(fù)荷能力，或者安裝附加的晶閘管投切電抗器，以備在過負(fù)荷時使用。

TCR的響應(yīng)迅速，典型的響應(yīng)時間為1.5~3個周期。實(shí)際的響應(yīng)時間是測量延遲、TCR控制器的參數(shù)和系統(tǒng)強(qiáng)度的函數(shù)。

靜止補(bǔ)償器的全稱是靜止無功功率補(bǔ)償器（SVC，static var compensator），有各種不同形式。目前常用的有晶閘管控制電抗器（TCR，thyristor controlled resistance）、晶閘管投切電容器（TSC，thyristor switched capacitor）和飽和電抗器（SR，saturated resistance）三種。靜止補(bǔ)償器有電力電容器和可調(diào)電抗并聯(lián)組成。電容器可發(fā)出無功功率，電抗器可吸收無功功率，根據(jù)調(diào)壓需要，通過可調(diào)電抗器吸收電容器組中的無功功率，來調(diào)節(jié)靜止補(bǔ)償其輸出的無功功率的大小和方向。靜止補(bǔ)償器是一種技術(shù)先進(jìn)、使用方便、經(jīng)濟(jì)性能良好的動態(tài)無功功率補(bǔ)償裝置。靜止補(bǔ)償器能快速平滑的調(diào)節(jié)無功功率，以滿足無功補(bǔ)償裝置的要求。這樣就克服了電容器作為無功補(bǔ)償裝置只能做電源不能作負(fù)荷且不能連續(xù)調(diào)節(jié)的缺點(diǎn)。與同步調(diào)相機(jī)相比，靜止補(bǔ)償器運(yùn)行維護(hù)簡單，功率損耗小，能做到分相補(bǔ)償以適應(yīng)不平衡負(fù)荷的變化，對沖擊負(fù)荷也有較強(qiáng)的適應(yīng)性，因此在電力系統(tǒng)得到越來越廣泛的應(yīng)用，但造價太高。