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1、毕业设计10kV静止无功补偿装置的设计10kV静止无功补偿装置的设计摘 要无功补偿作为保持电力系统无功功率平衡、降低网损、提高供电质量的一种重要措施，已在电网中得到广泛应用。FC+TCR型静止无功补偿装置响应速度快，可以动态补偿无功功率，提高系统功率因数，抑制系统电压波动和闪变，基于此目的，本文设计的FC+TCR型静止无功补偿装置，并以此为研究对象进行设计理论研究工作。本文根据负荷无功功率的变化情况，计算了静止无功补偿装置的主电路参数。选择以TMS320F2812为核心的嵌入式控制板为主要部件，设计信号接入电路和晶闸管触发脉冲形成电路，构成最基本的静止无功补偿控制器。仿真结果表明，算法是快速有
2、效和准确的，主电路的参数是合理的，具有实际工程应用价值。关键词：无功补偿；FC+TCR；DSP；建模仿真The 10kV Static Var Compensator Device DesignAbstractNo compensation for maintaining power without power balance, reduce network losses, improve power quality as an important measure that has the power grid has been widely applied. FC+TCR type SVC,
3、 which has fast response, can dynamically compensate system reactive power, improve system power factor, suppress system voltage fluctuation and flicker. For this purpose, one FC+TCR type SVC was developed and some research and design studies are followed.According to the changes of loads reactive p
4、ower, the main circuit parameters of the SVC were calculated; thyristor trigger plates with self-snubbing energy circuit. Choose an embedded control panel, TMS320F2812 as its core component, design signals access circuit and thyristor trigger pulses forming circuit to constitute the most basic SVC c
5、ontroller. and other peripheral control and drive circuits. Simulation and experimental results show that the algorithm is fast, efficient and accurate, the main circuit parameters are reasonable, with practical engineering application values. Key Words：Reactive power optimization；FC+TCR；DSP；Modelin
6、g and simulation目 录第一章 绪论11.1 无功补偿的背景及意义11.1.1无功补偿11.1.2无功补偿的意义11.2 无功补偿装置的发展历程11.3 国内外发展状况21.4 主要研究内容3第二章 FC+TCR型SVC42.1 SVC的几种基本组合形式及补偿工作原理42.2 晶闸管控制电抗器62.2.1晶闸管控制电抗器的结构和基本原理62.2.2 TCR的谐波特性及抑制措施82.3 FC+TCR型SVC的工作原理及动态性能82.4 FC+TCR型SVC的控制系统基本构成9第三章 FC+TCR型SVC的参数计算与设计103.1 TCR的参数计算103.2 FC的基波无功容量计算1
7、13.3 滤波器的参数计算及设计113.3.1滤波器的参数计算113.4 晶闸管阀组的参数计算与设计133.4.1晶闸管阀组的基本结构133.4.2 晶闸管阀组的参数计算143.5 晶闸管的触发和保护电路143.5.1晶闸管的触发电路143.5.2晶闸管过电压保护电路17第四章 SVC的控制算法及控制系统设计194.1 SVC的基本功能和控制系统概述194.2 针对不平衡负荷的开环控制算法214.2.1三相电路瞬时无功功率理论基础214.2.2基于C.P.Steinmetz平衡化原理的负荷补偿原理214.2.3基于瞬时无功理论的控制算法244.2.4以系统无功补偿为目标的无功补偿算法254.3
8、 基于C.P.Steinmetz平衡化原理的无功补偿控制软件流程264.4 SVC控制器硬件电路的设计274.4.1信号检测电路设计294.4.2触发脉冲形成电路设计304.4.3电光转换电路324.5 触发电路模型原理的MATLAB仿真324.5.1 TCR模型的MATLAB仿真334.5.2 DSP控制触发原理及仿真建立35第五章 总结365.1 论文总结365.2 工作展望36参考文献38致 谢40天津理工大学中环信息学院2014届本科毕业设计说明书第一章 绪论1.1 无功补偿的背景及意义1.1.1无功补偿无功功率对供电系统和负荷的运行都十分重要。电力系统为了输送有功功率，就要求送电端和
9、受电端的电压有一相位差，这可以在相当范围内实现；为了输送无功功率，则要求两端电压有一幅值差，这只能在很窄的范围内实现。不仅大多数电力系统的网络元件消耗无功功率，大多数的负载也需要消耗无功功率。他们所需要的无功功率必须从网络中的某个地方获得。显然，这些无功功率如果全由发电机提供并经过长距离输送是不合理的，通常也是不可能的。合理的方法是在需要消耗无功功率的地方产生无功功率，这就是无功补偿1。1.1.2无功补偿的意义我国电网建设和运行中，长期存在的一个问题是无功补偿容量不足和配备不合理，特别是可调节的无功容量不足，快速响应的无功调节设备更少。电气化铁路、电弧炉、轧机、矿井提升机等冲击性负荷使得电网无
10、功功率不平衡，将导致系统电压的波动、闪变，严重时会导致用电设备损坏，出现系统电压崩溃和稳定性被破坏事故。因此无功功率补偿对电力系统十分重要5。无功补偿的作用主要有以下几点：1.提高供用电系统及负载的功率因数，降低设备容量，减小功率损耗。2.稳定受电端及电网的电压，提高供电质量。在长距离输电线路的合适地点设置动态无功补偿装置可以改善输电系统的稳定性，提高输电能力6。3.在电气化铁道等三相负载不平衡的场合，通过适当的无功补偿可以平衡三相的有功及无功功率7。1.2 无功补偿装置的发展历程并联无功补偿电容器是传统的无功补偿装置，其阻抗是固定的，不能跟随负荷无功需求的变化，也就是不能实现对无功功率的动态
11、补偿，最大的优点是费用节省。而随着电力系统的发展，对无功功率进行快速动态补偿的需求越来越大，并联无功补偿电容器显然不能满足需求。传统的无功功率动态补偿装置是同步调相机(Synchronous Compensator，SC)。它是用来产生无功功率的同步电机，在过励磁或欠励磁的不同情况下，可以分别发出不同大小的感性或容性无功功率8。自20世纪二三十年代以来的几十年中，同步调相机在电力系统无功功率控制中一度发挥主要作用。由于它是旋转电机，损耗和噪声都较大，运行维护复杂，而且响应速度慢，在很多情况下已无法适应快速无功功率控制的要求。早期的静止无功补偿装置(Static Var Compensator,
12、 SVC)是饱和电抗器(Saturated Reactor，SR)型的。1967年，英国GEC公司制成了世界上第一台饱和电抗器型静止无功补偿装置。饱和电抗器与同步调相机相比，具有静止性的优点，响应速度快，但铁芯须磁化到饱和状态，损耗和噪声都很大，不能分相调节以补偿负荷的不平衡，所以未能成为静止无功补偿装置的主流。电力电子技术的发展将使用晶闸管的静止无功补偿装置推上电力系统无功功率控制的舞台。1977年美国GE公司首次在实际电力系统中演示运行使用晶闸管的静止无功补偿装置。1978年，在美国电力研究院的支持下，西屋电气公司制造的使用晶闸管的静止无功补偿装置投入实际运行。随后，世界各大电气公司竞相推
13、出了系列产品。由于使用晶闸管的静止无功补偿装置具有优良的性能，近二十年来，世界范围内其市场一直在迅速而稳定的增长，并已占据了的主导地位。因此，SVC往往是指使用晶闸管的静止型无功补偿装置，包括晶闸管控制电抗器(Thyristor Controlled Reactor, TCR)和晶闸管投切电容器(Thyristor Switched Capacitor，TSC)，以及这两者的混合装置(TCR+TSC)，或者TCR与固定电容器(Fixed Capacitor，FC)或机械投切电容器(Mechanically Switched Capacitor，MSC)混合使用的装置(如TCR+FC、TCR+M
14、SC等)。晶闸管控制高阻抗变压器(Thyristor Controlled Transformer，TCT)是一种特殊类型的TCR，它利用高阻抗变压器替代电抗器与晶闸管串联构成。1.3 国内外发展状况目前，国内外SVC的研究多集中于应用于输电补偿和大型冶金企业的负荷补偿的控制策略的进一步探讨。模糊控制、人工神经网络、基因遗传算法、专家系统等智能控制手段被引入SVC控制系统，使得SVC的系统性能更加提高。从主电路上讲，更多注意于自换相桥式电路拓扑结构的STATCOM的研究。美国电力研究院还进一步提出了统一潮流控制器(Unified Power Flow Controller UPFC）。经过20
15、余年的发展，我国已经具备成套生产SVC的能力。2001年，中国电力科学研究院研制出具有自主知识产权的TCR型SVC，成功应用于工业用户治理工程和变电站无功功率和电压的控制，2004年鞍山红一变35kVSVC投入运行。鞍山荣信电力电子公司引进乌克兰SVC技术，进行消化吸收及再创新，于1997年推出自主知识产权的SVC，首套10kVSVC应用于鞍钢厚板厂宽厚板生产线无功补偿9。中国西电集团最早引进ABB公司的SVC技术，经过多年自主研发，现在已拥有全套自主知识产权的SVC控制技术。国内各大高校和各企业联合开发出了多种SVC控制器，SVC技术得到很大的发展。清华大学、华北电力大学、上海交通大学、浙江
16、大学等高校均有较强的SVC研究开发能力。国内SVC的研究主要集中在以下两个方面：一是控制所需信号的提取和算法的改进，二是SVC控制器的设计。控制所需信号的提取，已由传统的模拟电路变为现在广泛应用的瞬时多通道同时数字采样电路，提高了信号的抗干扰能力和测试的精度及准确性。SVC控制器也由模拟电路、单片机、PLC，发展到现在的以数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)为核心的数字化控制系统，信号处理速度更快，广泛采用瞬时无功理论来计算补偿对象的无功功率，同时，控制目标多样化。目前中国电力科学院，西电集团，鞍山荣信电力电子公司多针对大型用户进行TCR型SVC的研制，而
17、对10kV中小用户基本处于空白。主要原因一是国内高压晶闸管的制造工艺无法与国外同品相比，晶闸管的耐压和导通一致性差，二是控制器的核心技术不被国内厂家普遍掌握，产品硬件成本相对较高，所以只有大型钢铁企业和煤矿以及部分电气化铁路使用高压TCR型SVC。然而电网用电负荷一般由异步电动机、同步电动机、电热电炉、整流和照明设备等组成，其中异步电动机占的比例最大。因此电动机、电炉、整流设备的静止无功补偿装置具有更广阔的市场，研究中小用户的静止无功补偿装置具有重要意义。1.4 主要研究内容1.根据 FC+TCR型SVC的总体结构、工作原理和性能要求，计算确定SVC主电路的各主要部件的参数。2.根据C.P.S
18、teinmetz平衡化原理，推导出基于瞬时无功理论的补偿电纳计算公式，然后应用查表的方法实现补偿电纳到晶闸管触发控制角的非线性运算，设计系统软件。3.根据确定的SVC主电路参数和补偿电纳计算公式建立模型，进行仿真，分析仿真结果。21第二章 FC+TCR型SVC2.1 SVC的几种基本组合形式及补偿工作原理实用的SVC包括并联的感性支路和容性支路，且至少其中的一路是可控的。可控的感性支路有TCR和TSR两种形式，容性支路包括FC、MSC、TSC。可能的几种形式如图2.1、2.2、2.3、2.4所示。图2.1 采用TCR、TSC组合的SVCFig.2.1 SVC which comprised o
19、f TCR and TSC图2.2 采用TCR、TSC和滤波器组合的SVCFig.2.2 SVC which comprised of TCR, TSC and filters图2.3 采用TCR、MSC和滤波器组合的SVCFig.2-3 SVC which comprised of TCR, MSC and filters.图2.4 采用FC、TCR的SVCFig.2.4 SVC which comprised of FC and TCRSVC的主要功能是改善电压调整率，还可以补偿功率因数。由电力系统的分析可知，系统的特性曲线可以用下式近似 (2-1) (2-2)式中：为无功功率为零时的系统
20、电压；为系统短路容量。可见，无功功率的变化引起系统电压成比例的变化。投入补偿器之后，系统供给的无功功率Q为负载功率和补偿器无功功率之和，即 (2-3)因此，当负载无功功率变化时，如果补偿器的无功功率总能够弥补变化，从而使Q维持不变，即Q0，则U=0，供电电压保持恒定，这就是对无功功率进行动态补偿的原理。图2.5表示出了进行动态无功功率补偿，并使系统工作点保持在的情形。当时，即图中C点时，实现了功率因数的完全补偿。可见提高功率因数的功能是改善电压调整率的特例10。图2.5 SVC无功功率动态补偿原理图Fig.2.5 The schematic diagram of SVCs reactive p
21、ower dynamic compensation2.2 晶闸管控制电抗器2.2.1晶闸管控制电抗器的结构和基本原理TCR的单相基本结构是一对反并联的晶闸管和一个电抗器的串联，如图2.6三相TCR通常接成三角形，这样的结构并联到电网上就相当于电感负载的交流调压电路。在图2.6中T1、T2为两个反并联晶闸管，通过一个电抗器L接到正弦交流电压源上，晶闸管在一个周期内轮替导通，控制角为，的有效移动范围在90180之间，基波电流都是无功电流。当=90时，晶闸管完全导通，导通角，相当于电抗器直接接到电源上，这时吸收的基波电流和无功功率最大，当=180时，晶闸管完全截止，导通角，相当于电抗器未接到电源上，
22、这时吸收的基波电流和无功功率为零。当时，晶闸管为部分区间导通，导通角，吸收的基波电流和无功功率在最大值和最小值之间变化10-15。电抗器电流的瞬时值可用下式表示： (2-4)式中：U为电源电压的有效值。图2.6 TCR的单相电路原理图Fig.2.6 Schematic diagram of single-phase circuit of TCR由式(2-4)可以看出，通过调节控制角，便可以调节电抗器电流Li，从而达到调节回路的电抗和基波无功功率的目的。理论分析表明当时，Li的基波分量有效值为： (2-5)式中：为基波电流分量的有效值；为电抗器的电抗值。当时，TCR的等效电抗值与控制角的关系为：
23、 (2-6)当时，；增大，相当于增大电抗器上的等效电抗，减小了基波无功功率。对于所关注的基波电流分量来说，TCR是一个可控电纳，有效电纳作为控制角的函数为： (2-7)式中：为电抗器的额定电纳。当以为基准值时的标幺值表达式是： (2-8)2.2.2 TCR的谐波特性及抑制措施当时，电抗器电流已经不再是正弦的，还将含有3、5、7、9等次谐波，其大小均与成正比，并随变化。在不同控制角下，TCR回路的n次谐波电流用傅立叶分析可求出为 (2-9)式中：n=3，5，7为了减弱或消除TCR的谐波，必须采取措施，有以下方法16：（1）采用6脉波TCR或12脉波 TCR在三相电力系统中，通常将三个单相TCR接
24、成三角形，构成6脉波TCR。在完全对称的情况下，电抗器中的电流除了基波成分外，还包括6k1次谐波以及3及3的整数倍谐波。3及3的整数倍谐波在三相电抗器环中流动，而不流入到电网中。在由两组参数完全相同的的三角形连接的TCR组成的12脉波TCR，一组接于变压器的二次侧的星形绕组，另一组接于同一变压器二次侧的三角形绕组。在完全对称控制情况下，变压器一次侧绕组中除了基波成分外，将只含有12k1次谐波。（2）并联TCR顺序控制 主要思想是各相TCR由n组参数一致的TCR支路并联而成，根据需要投入的补偿容量，使得其中的n1组TCR全开通，1组处于相控状态，n2=n-n1-1组处于全关断状态。这样，系统中的
25、谐波含量将大大减。（3）并联滤波器组 实际电路很难保证参数及控制的完全一致，加之电力系统中其他因素产生谐波，上述方法难以达到滤波要求。可以考虑采用并联滤波器组的方法。2.3 FC+TCR型SVC的工作原理及动态性能FC+TCR型SVC相对简单，适合对负载无功补偿。SVC主要由电抗器、电容滤波器组、晶闸管阀组、控制系统、冷却系统等部分组成，图2.4给出了FC+TCR型SVC的单相基本结构图。设为固定电容器的容性无功功率，为电抗器的滞后的无功功率，为负荷所需的无功功率，为系统所提供的无功功率。FC+TCR型SVC的总无功功率为TCR支路和FC支路的代数和，即。系统无功功率的平衡方程为 (2-10)
26、当变化时，可连续控制成相反方向变化，即不管如何变化，始终使，就可以限制系统电压的闪变。如果将常数设定为比较小的值，可以提高系统的功率因数17-20。其电压电流特性曲线如图2.7所示。图2.7 FC+TCR型SVC的U-I特性Fig.2.7 Curve of SVC which comprised filters capacitor and TCR2.4 FC+TCR型SVC的控制系统基本构成TCR 的控制系统检测系统的有关变量，根据检测量和给定的的输入量大小，通过计算产生相应的晶闸管控制角，调节SVC吸收的无功功率。基于DSP的数字控制系统主要由四部分组成（1）系统有关变量的检测 根据控制算法
27、的要求检测系统或负荷的电压、电流等，经过模拟数字(AD)转换变成数字量，读入DSP，为算法的执行做准备。该部分一般包括信号接入电路、电隔离电路、放大电路、模拟数字转换电路等组成。（2）TCR补偿电纳的计算 DSP根据系统的变量值，按照算法计算出系统或负荷的无功功率，再计算出TCR的补偿电纳。这部分是SVC控制系统的核心部分，控制策略的实现及控制效果都由这部分决定。为了达到比较好的控制效果，多采用基于瞬时无功理论的补偿算法来实现。（3）晶闸管控制角的计算 该部分根据TCR的补偿电纳值经过变换得到晶闸管的触发控制角。有几种方法实现：(1)模拟电路法，(2)数字查表法，(3)微处理器法。（4）同步定
28、时与触发脉冲的产生 同步定时就是向脉冲产生电路提供同步用的基准信号，它与输入交流电压信号频率相同，有固定的相位关系，控制系统根据该基准信号产生晶闸管触发脉冲。同步定时功能可以采用传统的锯齿波、锁相环或数字技术实现。触发脉冲产生电路在同步定时电路的配合下，产生晶闸门极触发脉冲，在适当时机导通晶闸管，使TCR支路工作21,22。第三章 FC+TCR型SVC的参数计算与设计3.1 TCR的参数计算FC+TCR型SVC抑制闪变的性能主要取决于其动态补偿容量和响应时间。SVC的动态补偿容量，即指TCR的无功功率最大可调范围，其大小直接影响到SVC改善电能质量的效果，尤其是在抑制电压闪变方面。SVC的响应
29、时间是指从系统扰动信号施加于控制器输入开始，到SVC的输出功率达到其最终值的90%所需时间。从理论上讲，SVC的响应时间为控制器的响应时延和晶闸管的响应时延之和。由于SVC中所用的电子控制器件是普通晶闸管，它导通后不能自行关断，这使得晶闸管有10ms的最大固有时延。按最大概率统计数字，一般取晶闸管固有时延5ms。所以SVC的响应时间不低于5ms。SVC的补偿率为 (3-1)式中：为SVC的动态补偿容量，Mvar，也称SVC的额定容量；为波动性负荷的最大无功功率变动量，Mvar。检验SVC对闪变改善的程度，常由下式给出的闪变改善率来做评价 (3-2)式中：和分别为补偿前后的短时/长时闪变值。由于
30、本SVC样机将安装于一变频器试验站，而变频器试验时无功功功率变化并不太剧烈，再考虑到加装SVC的目的是补偿变频器试验时产生的无功功率，将SVC的补偿率选为1是可以的。当对于电弧炉负荷时，表3.1列出SVC响应时间从5ms到20ms的最佳闪变改善率和对应的补偿率23-25。表 3.1 SVC不同响应时间的最佳闪变改善率和对应的补偿率Table 3.1 The optimum flicker improvement rate and compensation rate of SVC with different response times响应时间(ms)56789101112最佳闪变改善率(%)
31、72.067.162.257.252.347.542.938.4补偿率%10010010010097.694.691.287.5响应时间(ms)1314151617181920最佳闪变改善率(%)34.230.126.322.719.316.113.310.6补偿率(%)83.679.57570.465.560.555.250如果高压晶闸管阀组的实际控制角为90180，那么TCR电抗器的额定容量即为SVC的动态补偿容量。但这只是理想状态，晶闸管阀的实际应用的控制角达不到这么大范围。为实现SVC的动态补偿容量，需增大TCR电抗器的理论额定容量。TCR随晶闸管阀体的控制角变化的基波等值电纳由式(2
32、-7)表示。所以 (3-3)式中：为高压晶闸管阀组的最小控制角，rad。则电抗器的额定电感为 (3-4)式中：为电抗器的额定电压；为电源角频率。TCR的额定电流为 (3-5)3.2 FC的基波无功容量计算一般需要SVC具有0100%的容性调节范围，则固定滤波器组基波无功。容量可由下式求得 (3-6)式中：为高压晶闸管阀组的最大控制角，rad。3.3 滤波器的参数计算及设计3.3.1滤波器的参数计算1.单调谐滤波器参数的计算26,27当滤波器为单调谐滤波器时，一方面对选定次数的谐波产生串联谐振，使得该次数的谐波大部分流入滤波器，达到滤波效果，另一方面，对基波提供容性无功功率。单调谐滤波器参数可由
33、式(3-7)确定 (3-7)式中：n为谐波次数；为系统角频率，rad/s；为n次滤波器分配到的无功率；为电抗器的基波电抗；为电容器的基波容抗；U为系统的线电压；L为串联电抗器的电感，H；C为电容器的电容，F。单调谐滤波器的品质因数高，选择性强，不能兼顾其他谐波的滤波。电抗器的电阻为 (3-8)式中：为滤波器的特征电抗，Q为滤波电抗器的品质因数，一般为30-60。2.二阶高通滤波器参数的计算当系统中存在大量高次谐波及次谐波时，需要采用高通滤波器进行滤波，一般选用二阶高通滤波器。高通滤波器的选择应使所有单调谐滤波器之外的谐波全部进入高通滤波器通带，等效品质因数不宜太高，一般取0.5-5，可以同时抑
34、制次谐波。这在补偿电弧炉性质的负载时经常采用。高通滤波器的参数由下式确定 (3-9)式中：为特征角频率；Q为特征品质因数。3.滤波电容器的安全性能校验当滤波电容器承受的电气条件超过其耐受极限时，会出现击穿、鼓肚甚至爆炸事件。因此电容器的安全运行十分重要。按照订货要求，电容器的基本参数为以下三个：额定电容、额定电压、额定容量。通常各厂家还有其声称的电容器介质损耗角正切值。额定电流可由下式计算28,29 (3-10)（1）电容器的容量校验 滤波电容器的基波容量、谐波容量和额定容量应满足下列关系式 (3-11)（2）电容器的电压校验 滤波电容器同时承受基波电压和各次谐波电压。为保证电容器安全，应满足
35、下式 (3-12)（3）电容器的电流校验 通过滤波电容器的基波电流和各次谐波电流应满足下式 (3-13)（4）电阻器的容量校验 电阻器的容量应能承受通过它的电流有效值或功率。3.4 晶闸管阀组的参数计算与设计3.4.1晶闸管阀组的基本结构晶闸管阀组是SVC控制系统的直接被控制对象，是整个系统中尤为关键的器件。晶闸管受电压电流额定值的限制，须串联或（和）并联使用。由于10kV电压等级的中小用户补偿容量都不太大，加之晶闸管的电流额定值可达上千安培，所以很少使用并联，而只需考虑串联。晶闸管的特性分散，不能简单串联使用，需采用均压技术加以解决。稳态均压的最常用方法是给每个串联晶闸管并联一只均压电阻，要
36、求均压电阻中的电流大于晶闸管的漏电流。又由于晶闸管存在开通及反向关断恢复时间的差异，在此期间会出现瞬态的电压分配不均，还需采用瞬态均压措施，方法之一是在每只晶闸管的两端并联阻容吸收电路，同时吸收瞬态过电压。在实际的SVC装置中，晶闸管阀不采用先串联再反并联的方式，而是采用先反并联再串联的方式组成。这样做有两点好处：（1）是某一个晶闸管损坏后不影响阀组工作，（2）是正反向晶闸管可以共用一套稳态和瞬态均压电路，简化电路。晶闸管阀组的结构如图3.1所示。图中每级晶闸管由两个晶闸管反并联而成，串联成网状结构。电阻为稳态均压电阻，、为起瞬态均压作用的阻容吸收回路30。实际的晶闸管阀组的级（一组正反向晶闸
37、管）都有一定的冗余量，冗余量范围内晶闸管损坏，SVC可以不停机，提高了SVC装置的可靠性。图3.1 晶闸管阀组的结构Fig.3.1 Thyristor valve structure3.4.2 晶闸管阀组的参数计算311.稳态均压电阻值参数计算稳态均压电阻值参数按下式计算 (3-14)式中：为晶闸管额定重复峰值电压，V；为对应晶闸管额定重复峰值电压的重复峰值漏电流；为均压系数，取0.8-0.9。稳态均压电阻的功率为 (3-15)式中：为臂的工作峰值电压，V；为串联器件数；K为一系数，器件导电180时，取0.25；器件导电120时，取0.45，直流电路取1。2.晶闸管阀组器件串联数计算晶闸管阀组
38、器件串联数按下式确定 (3-16)式中：为过电压冲击系数，取1.3-1.6；为臂的工作峰值电压的正反向大值，V；为电网电压升高系数，一般取1.05-1.1；为电压的设计裕度，一般取1-2，根据器件可靠性而定；为均压系数，取0.8-0.9；为晶闸管额定重复峰值电压，V。.3.阻容吸收电路的参数计算吸收电容的值由下式决定： (3-17)式中：为串联晶闸管之间反向恢复电荷的最大差值，；为线电压峰值，V；其余同上。吸收电阻的功率为 (3-18)式中：f为电源频率。3.5 晶闸管的触发和保护电路3.5.1晶闸管的触发电路晶闸管阀组串联在两个电抗器之间，处于高电位，各个晶闸管的阴极电位不同，且相差很大。晶
39、闸管的触发电路要有足够的绝缘强度，并且触发脉冲应该是前沿时刻相同的强触发脉冲。晶闸管的触发电路一般有脉冲变压器、电光电触发和电光触发三种主要类型。（1）脉冲变压器式触发电路 脉冲变压器式触发电路利用脉冲变压器将触发脉冲送至晶闸管，经过简单整形后触发晶闸管门极。脉冲变压器的一次绕组输入脉冲信号，一、二次绕组互相隔离。它既传送能量，又传递信号，只能做到电位隔离。当晶闸管出现高反压击穿等故障时，高压信号可反馈回触发放大电路造成损坏。另外,脉冲变压器的绝缘强度要求高，限制其在高压SVC中的应用。图3.2为串联晶闸管的双输出绕组变压器触发电路（2）电光电触发电路 电光电触发电路利用光导纤维传递信号。光导
40、纤维具有很好的绝缘性能，又有较宽的频率响应，可以获得理想的强触发脉冲，因而这种触发电路在高压直流输电、SVC中得到广泛应用。门极控制脉冲先变成光信号，经光纤送至阀组的高电位触发板，光电转换变成电信号，经整形放大后控制晶闸管的门极。其电能取自与阻容吸收回路串联的数十至数百微法的电容两端的电压，或由专门的高绝缘变压器的二次绕组提供。图3.2 串联晶闸管的双输出绕组变压器触发电路Fig.3.2 Dual trigger circuit output transformer winding for thyristors in series form本文中的SVC阀组的晶闸管触发电路就采用电光电触发方式
41、。如图3.3所示HFBR-1521作为电光转换器件，HFBR-2521作为光电转换器件。这两个器件一般成对使用。图3.3 电光转换和光电转换电路Fig.3.3 Electro-optical conversion and photoelectric conversion circuits（3）电光型晶闸管触发电路 这种触发电路信号经过电光转换后，直接触发光控晶闸管的光触发门极。与普通的电触发晶闸管相比，直接光触发晶闸管具有直接光触发和内置BOD保护两大优点，使得光触发晶闸管阀的可靠性大大提高、维护量明显降低、成本显著节省。随着直接触发光控晶闸管应用数量的不断扩大和成本的进一步降低，直接触发光控
42、晶闸管技术在高压直流输配电换流阀和静态无功功率补偿装置等方面的应用前景广阔。（4）高电位取能电路 对于光电触发电路，由于同一级的两个晶闸管反并联，共用一套阻容吸收回路，两个触发板的高电位取能电路也互相配合使用。图3.4是高电位取能电路的原理图。图中，Rp为静态均压电组，T1、T2为阀组中的一对反并联晶闸管，Rb、Cb为阻容吸收回路电阻、电容，Dr1、Tf11、VZ11、R11、D11、C11、RL11构成其中一块触发板的取能电路，Dr2、Tf12、VZ12、R12、D12、C12、RL12构成另一块触发板的取能电路。RL11、RL12为等效负载电阻，VZ11、VZ12为稳压二极管，C11、C1
43、2为蓄能电容，Tf11、Tf12为辅助晶闸管，Dr1、Dr2为反向续流二极管。图3.4 触发板取能电路工作原理图Fig.3.4 Snobing energy circuit schemic diagram of SCR driver board当T1、T2反并联晶闸管两端电压上正下负时，经由Dr1、Rb、Cb、D12向C12充电，同时向RL12供电，C12电压上升，当电压大于某一值时，VZ12反向击穿导通，Tf12门极获得触发脉冲，Tf12导通，停止充电，由C12继续向RL12供电，C12两端电压下降。当T1、T2反并联晶闸管两端电压下正上负时，经由Dr2、Cb、Rb、D11向C11充电，同时向RL11供电，C11电压上升，当电压大于某一值时，VZ11反向击穿导通，Tf11门极获得触发脉冲，Tf11导通，停止充电，由C11继续向RL11供电，C12两端电压下降。如此循环往复。通常情况下，Cb的容抗远远大于C11、C12的容抗，C11、C12的串入对阻容吸收电路影响很小。这样Rb、Cb既实现了晶闸管的阻容吸收保护，又实现了给触发板提供能量的功能。取能回路中的电容Cb、晶闸管两端的电压大小对取能电路的影响大；晶闸管控制角对取能