Page 127 - 电力与能源2021年第八期

朱伟星, 等: 一种单晶闸管投切电容器的控制方法研究与优化 4 3
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电容器, 晶闸管投切的电容器是在电网电源电压 更简单。图 e将控制元件移到了尾部, 成本较图
与电容器端压相等时投入电容器, 以此来消除冲 d进一步降低; 图f简化到了只剩一个晶闸管, 控
击电流, 在电流过零点切除电容器, 由于晶闸管不会 制时无须再考虑两个晶闸管的触发顺序, 然而其
产生电弧, 因此没有电弧重燃过电压现象, 可大大提 投入的瞬间冲击电流很大, 因为其无法做到零电
高投切过程的可靠性, 并且具备频繁投切的能力。 位差时投入; 图 g 将所有电容器的尾端整流到直
1.2 电路结构 流侧, 通过直流侧的一个全控器件控制三相电容
晶闸管控制的电容常用投切回路见图 1 。 器, 投入时的冲击电流通过直流侧的小电感来抑
制, 断开时则通过二极管、 电阻和电解电容构成的
缓冲电路来缓慢关断三相, 其控制十分简单, 然而
缓 冲 电 路 和 限 流 电 感 需 要 较 大 体 积 和 高 昂 的
成本 [ 6-8 ] 。
在拓扑结构中, 图 a和图 b 属于较为常用的
拓扑结构, 但需要使用多个晶闸管进行开关控制,
成本较高; 其他方案虽然晶闸管的成本有所降低,
但存在过电压和过电流的问题, 对晶闸管的使用
不利, 或者电路结构比较复杂, 两个晶闸管控制脉
冲需相互配合, 因此在实际的电容器拓扑回路中
均未大规模应用。
1.3 典型电容器回路投切过程分析
电容器回路投切的过程中, 回路合闸的瞬间
产生合闸涌流, 称之为励磁涌流。以反并联晶闸
管 TSC 三相电路为例, 取任一相回路图进行分析
如图 2 所示。

图 2 TSC 电路
图 1 晶闸管控制的电容器投切回路
图2电路中将电阻忽略不计, 电抗 L 表示串联
有以下几种方式: 图 a 是最基本的电容器投
的电抗和系统中所有的电抗, 交流电压源的电压为:
切电路, 每相电容器都通过 2 个反并联的单向晶
u S =Um sin ( ωt+a ) ( 1 )
闸管与电网联络, 2 个晶闸管分别控制正半波与
假设晶闸管为理想开关器件, 不考虑晶闸管
负半波; 图 b是一种改进电路, 由于电容器只能通
的导通压降以及开关损耗, 列出回路电压方程为:
过交流电流, 将电容器通过二极管与电网相连, 相 di
1
i ( t ) dt
+
当于半波整流, 此时电容器没有电流, 相当于断 u S =u L +u C =L dt ∫ ( 2 )
C
开, 因此图 b将各相的其中一个晶闸管由二极管 对式( 2 ) 进行拉普拉斯变换可得:
代替, 降低了成本; 图c考虑到了三相电路断开二 ωcosα+Ssinα 1
(
Um = SL + ) I ( S ) + UC0
相就不构成回路, 因此又省略了其中一相的晶闸 S +ω 2 SC S
2
管和二极管; 图 d采用双向晶闸管, 电路结构可以 ( 3 )