Page 128 - 电力与能源2021年第八期

4 9 4 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

其中UC0 是电容的初始电压。对式( 3 ) 进行 压现象, 从而保证了电容器回路能精确可靠断开。
拉普拉斯反变换得到电流i ( t ) 为:
2 单晶闸管投切三相电容器的设计方案
i ( t ) = λ 2 B C Um cos ( ωt+ α ) -
2
λ -1 2.1 单晶闸管投切电容器的电路拓扑
æ λ 2 ö 为了简化控制, 提高晶闸管投切电容器的经
λBC UC0 - Um sinα ÷ sinωt-
ç
2
è λ -1 ø
济性, 本文设计新的电路拓扑, 如图 3 所示, 它由
λ 2 ( 4 )
2 B C Um cosαcosωt 设在电容器尾部的二极管阵列和一个单向晶闸管
λ -1
构成, 能较平稳地投切电容器 [ 9-10 ] 。
X C
其中: λ= , B C=ωC , ω 为电网基波电压的角 在断开状态时, 晶闸管 V 不导通, 三相电容
X L
频率。式( 4 ) 有 3 个部分组成: 器在二极管 D1 、 D2 的作用下充有直流电压, 由于
二极管的单向导电作用, 电容器充满电后电流趋
2
第一项: λ B C Um cos ( ωt+α ) 是电 路 中 稳
2
λ -1 于零, 无功电流交换停止, 相当于电容器切除; 在
态电流; 导通状态时, 晶闸管 V 导通, 三相电容器尾端电
2
æ λ ö 流, 可通过任一二极管或晶闸管导通, 相当于尾端
ç Um sinα sin ωt 是 电
÷
第二项: λB C UC0- 2
è λ -1 ø 星型连接; 在切断过程时, 晶闸管有电流过零时
容的冲击电流; 刻, 故晶闸管具备关断条件, 可以可靠关断; 在投
第三项: λ 2 B C Um cosαcosωt 是电容器投切 入状态时, 晶闸管能否已较小的冲击电流导通, 需
2
λ -1
找两个主电极间的电压过零点, 此时触发晶闸管,
过程中振荡电流的幅值。
才能做到无冲击电流地投入电容器, u D1 u D2 虽都
、
一般要求电容器投切的过程中不能产生合闸
有过零点, 但时刻不同, 因此只能找压差最小时刻
涌流和过电压, 也就是说需要消去式( 4 ) 中的第二
的点, 触发晶闸管减少冲击电流。
项和第三项。必须同时满足如下的 2 个条件:
1 ) cosα=0
λ λ 2
2
2 ) UC0= 2 Um sinα=± 2 Um
λ -1 λ -1
目前有以下这几种方式来抑制电容器投切过
程中的合闸涌流:
1 )当电网电压与电容器两端电压为零的时
候投入电容器。这种方法一般需要在无功补偿的
装置装有具有放电功能的线圈, 确保在电容器投 图 3 单晶闸管投切电容器的电路拓扑图
2.2 单晶闸管投切电容器的控制电路
入前, 电容器上的残压能够释放为零。
单晶闸管投切电容器的电路拓扑由于结构简
2 )对电容器进行预充电, 使其两端的电压达
单, 其控制电路也很简单, 有助于提高控制的可靠
到系统电压最大值时投入电容器。
性并进一步降低成本。
3 )当在晶闸管两端的电压为零时这时候触
本设计在晶闸管触发导通时仅需监测晶闸管
发其导通, 等同于电容器两端电压与系统电压相
两端的电压, 在电压最小时触发; 正常工作时采用
等的时刻投入电容器。
常加脉冲触发, 关断时可随时停掉脉冲, 无须考虑
4 )切除时只要取消触发信号即可, 晶闸管在
电源相位, 十分方便。小功率样机控制电路如图
电流过零后自动关闭。
4 所示, 它采用光耦来控制触发导通时的时刻, 当
在抑制合闸涌流的四种方式中, 晶闸管投切
晶闸管两端差压较高时, 稳压管 VD 导通, 光耦输
电容器原理是通过晶闸管元件的精确相位控制功
出电阻很小, 晶闸管门极阴极之间被短路, 触发信
能, 与电容器端电压相等时投入电容器, 从而可以
号无法加在门极上, 晶闸管不导通, 当差压小于设
消除电容器合闸过程中的冲击电流; 由于晶闸管
定值后, 稳压管 VD 关断, 光耦输出电阻增加, 触
的可关断性, 在电流过零点时自动断开电容器回
发信号加在门极上, 晶闸管导通, 投入电容器。在
路, 晶闸管不会产生电弧, 因此没有电弧重燃过电