一種靜態(tài)無功補償器的晶閘管軟開關(guān)投切電路及控制方法
【專利摘要】一種靜態(tài)無功補償器的晶閘管軟開關(guān)投切電路及控制方法，包括電網(wǎng)、晶閘管控制電抗器TCR、晶閘管投切電容器TSC、控制電路。晶閘管控制電抗器TCR與晶閘管投切電容器TSC并聯(lián)后接入電網(wǎng)?？刂齐娐凡糠职ㄏ辔粰z測模塊、無功檢測與控制量計算模塊、信號發(fā)生器1#和2#、驅(qū)動電路1～4。對于TSC和TCR的晶閘管TC與TL的控制，均以電網(wǎng)電壓相位為參考，要根據(jù)目標控制量的大小，確定觸發(fā)TC與TL導(dǎo)通的周期和相位。本發(fā)明不含耗能電阻，增加了橋式二極管整流單元，但在TSC或TCR中僅采用一只晶閘管，即可實現(xiàn)電能的雙向控制。
【專利說明】
一種靜態(tài)無功補償器的晶閘管軟開關(guān)投切電路及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及控制電網(wǎng)無功功率領(lǐng)域，具體是一種靜態(tài)無功補償器的晶閘管軟開關(guān)投切電路及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]無功補償是控制電網(wǎng)無功功率平衡的主要方式，也是保障電網(wǎng)安全、穩(wěn)定和可靠運行的關(guān)鍵。靜態(tài)無功補償器(SVC)是當前電網(wǎng)中應(yīng)用最為廣泛的無功補償設(shè)備，它包含晶閘管控制電抗器(TCR)和晶閘管投切電抗器(TSC)，前者起到連續(xù)調(diào)節(jié)感性無功的作用，后者提供離散的容性無功，二者組合使用即可實現(xiàn)連續(xù)無功控制。
[0003]在電力系統(tǒng)中，SVC—般安裝在換流站、變壓器二次側(cè)等場合，工作電壓等級和電流容量都很大，對于其中的半導(dǎo)體開關(guān)-晶閘管而言，過高的電壓容易造成開關(guān)導(dǎo)通瞬間的電流沖擊，過高的電流也會造成開關(guān)關(guān)斷瞬間的電壓沖擊，電壓或電流過沖對晶閘管的安全運行極為不利，將導(dǎo)致事故頻發(fā)，且經(jīng)濟損失嚴重。另外，晶閘管的自關(guān)斷過程需要經(jīng)歷較長的正反向阻斷時間，容易產(chǎn)生較大的關(guān)斷損耗，而且有可能導(dǎo)致關(guān)斷失敗。軟開關(guān)控制技術(shù)是抑制電壓或電流沖擊、降低開關(guān)損耗，保障晶閘管正常開關(guān)的有效方法，目前已被廣泛應(yīng)用于電力變換領(lǐng)域。
[0004]在傳統(tǒng)SVC軟開關(guān)電路中，一般將晶閘管與小電抗串聯(lián)，起到限流的作用；并將小電容與晶閘管并聯(lián)，起到限壓和換流的作用；另外，電路中還需反并聯(lián)二極管和電阻支路，將小電感或小電容中殘余的能量消耗掉。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種靜態(tài)無功補償器的晶閘管軟開關(guān)投切電路及控制方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明不含耗能電阻，增加了橋式二極管整流單元，但在TSC或TCR中僅采用一只晶閘管(現(xiàn)有技術(shù)中需兩只)，即可實現(xiàn)電能的雙向控制。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
[0007]—種靜態(tài)無功補償器的晶閘管軟開關(guān)投切電路，包括電網(wǎng)、晶閘管控制電抗器TCR、晶閘管投切電容器TSC、控制電路;所述電網(wǎng)包括高壓母線L0、降壓變壓器T，降壓變壓器T的二次側(cè)直接與晶閘管控制電抗器TCR中第二不可控整流橋交流側(cè)的一端連接，此連接節(jié)點同時連接晶閘管投切電容器TSC中交流電容器C的一端、第一不可控整流橋的一端，SP交流電容器C與第一不可控整流橋、第二不可控整流橋為并聯(lián)關(guān)系；
[0008]晶閘管投切電容器TSC包括晶閘管投切電路、交流電容器C，第一不可控整流橋的交流側(cè)直接與交流電容器C并聯(lián)，二者的另一端接地；
[0009]晶閘管投切電路包含第一不可控整流橋、晶閘管Tc、小電感Lsci和Lsc2、直流電容CsC、電力場效應(yīng)管Sc，小電感Lsci和Lsc2串聯(lián)，且二者的節(jié)點接直流電容Csc的一端，直流電容另一端與電力場效應(yīng)管Sc的漏極相連;小電感Lsci的另一端接第一不可控整流橋的正極，小電感Lsc2的另一端接晶閘管Tc的陽極，晶閘管陰極與&源極一起與第一不可控整流橋的負極相連；
[0010]晶閘管控制電抗器TCR包括晶閘管控制電路、電抗器L，晶閘管控制電路由第二不可控整流橋、晶閘管Tl、小電感Lsli和Lsl2、直流電容Csl、電力場效應(yīng)管Sl組成;第二不可控整流橋的另一交流端與電抗器L一端相連，電抗器L的另一端接地;小電感Lsli和Lsl2串聯(lián)，且二者的節(jié)點接直流電容Csl的一端，直流電容Csl另一端與電力場效應(yīng)管Sl的漏極相連，小電感Lsli的另一端接第二不可控整流橋的正極，小電感Lsl2的另一端接晶閘管Tl的陽極，晶閘管Tl陰極與電力場效應(yīng)管Sl源極一起與第二不可控整流橋的負極相連；
[0011]控制電路②包括相位檢測模塊、無功檢測與控制量計算模塊、第一信號發(fā)生器和第一信號發(fā)生器、驅(qū)動電路I?4;相位檢測模塊輸入端為電網(wǎng)電壓信號Ugrid，相位檢測模塊輸出端為電壓相位Θ;無功檢測與控制量計算模塊計算的輸入為Θ和電網(wǎng)電流信號Igrid，輸出分別為控制角aI和α2;第一信號發(fā)生器和第一信號發(fā)生器的輸入量為θ、α4Ρ(12，輸出為半導(dǎo)體開關(guān)門極控制信號Gate I?Gate4;驅(qū)動電路I?4的輸入量分別為Gate I?Gate4，分別輸出Ts、Tl、Sc和Sl的門極控制信號Gatel、Gate2、Gate Sc和Gate Sl。對于TSC和TCR的晶閘管Tc與IY的控制，均以電網(wǎng)電壓相位為參考，要根據(jù)目標控制量的大小，確定觸發(fā)Tc與IY導(dǎo)通的周期和相位。
[0012]所述第一不可控整流橋包含Dc1?DC4共四只電力二極管，且DcdPDc3串聯(lián)構(gòu)成a橋臂，DC2和DC4串聯(lián)構(gòu)成b橋臂;a橋臂的中點與電容C的一端相連，另一端與b橋臂的中點相連；Dci和DC2共陰極，Dra和DC4共陽極;上述共陰極接點與LsQ的一端相連，LsCl和LsC2串聯(lián)后接Tc的陽極，上述共陽極節(jié)點直接與Tc的陰極相連;交流電容CsC—端接LsCl和LSC2的連接點，另一端與Sc的漏極相連，&的源極與Tc的陰極相連。
[0013]所述第二不可控整流橋包含Dl1?Dl4共四只電力二極管，且DlJPDl3串聯(lián)構(gòu)成c橋臂，D^PDl4串聯(lián)構(gòu)成d橋臂;c橋臂的中點與電網(wǎng)相連，d橋臂的中點與電抗器L的一端相連，L另一端接地;Du和1\2共陰極，Dl3和Dw共陽極;上述共陰極接點與Lsli的一端相連，LsLiiPLsL2串聯(lián)后節(jié)Tl的陽極，上述共陽極節(jié)點直接與Tl的陰極相連;交流電容CsL—端接Lsli和LsL2的連接點，另一端與Sl的漏極相連，Sl的源極與Tl的陰極相連。對于TSC和TCR的晶閘管Tc與Tl的控制，均以電網(wǎng)電壓相位為參考，要根據(jù)目標控制量的大小，確定觸發(fā)導(dǎo)通的周期和相位。
[0014]—種靜態(tài)無功補償器的晶閘管軟開關(guān)投切電路控制方法，電網(wǎng)電壓為正弦波，當處于正半周時，晶閘管投切電容器TSC工作于正向切出模式和正向投運模式;它們的電流路徑分別為:電網(wǎng)—Dei—LsCl—LsC2—Tc—DC4—地和電網(wǎng)—交流電容器C—地；
[0015]當處于負半周時，晶閘管投切電容器TSC工作與反向切出模式和反向投運模式，分別它們的電流路徑分別為:地電網(wǎng)和地—交流電容器C—電網(wǎng)。
[0016]—種靜態(tài)無功補償器的晶閘管軟開關(guān)投切電路控制方法，電容器投切瞬間，晶閘管開通前Csc處于滿電荷狀態(tài)，其電壓大小相當于交流電壓幅值，Tc的陽-陰極間電壓為正偏；當晶閘管開通時，Tc上流過的電流來自于電網(wǎng)和Csc放電，構(gòu)成X和Y回路，極大的開通電流使晶閘管快速進入飽和導(dǎo)通狀態(tài)；由于1^2較小，Tc和Csc的端電壓相等，而Csc也較小，其端電壓快速下降到接近于零的值，因此，實現(xiàn)了晶閘管的低功耗、快速導(dǎo)通；
[0017]在X回路中，當Csc的負極上端為正電壓上升最大時，回路電流下降為零;需要關(guān)斷晶閘管時，開通Sc，使電容Csc放電，電流迅速轉(zhuǎn)移到Csc上，形成回路Z，同時使晶閘管Tc承受反電壓，使其關(guān)斷加速;而Csc的正向端電壓緩慢上升，而此刻Tc早已關(guān)斷，即開關(guān)損耗為零。
[0018]—種靜態(tài)無功補償器的晶閘管軟開關(guān)投切電路控制方法，TCR的兩種導(dǎo)通模式，SP正向?qū)Ｊ胶头聪驅(qū)Ｊ剑чl管關(guān)斷時，L上無電流；當電網(wǎng)電壓位于正半周時，控制Tl使TCR工作在正向?qū)Ｊ剑娏髀窂綖?電網(wǎng)—Dli—Lsli—Lm—Tl—Dla—地；當電網(wǎng)電壓位于負半周時，可控制Tl使TCR工作在反向?qū)Ｊ?，如圖5(b)所示，電流路徑為:地—DL2
-^LsL1^LsL2^Tl^Dl3^% N O
[0019]—種靜態(tài)無功補償器的晶閘管軟開關(guān)投切電路控制方法，晶閘管開通前Csl處于滿電荷狀態(tài)，其電壓大小相當于交流電壓幅值，Tl的陽-陰極間電壓為正偏；當晶閘管開通時，?Υ上流過的電流來自于電網(wǎng)和Csl放電，構(gòu)成U和V回路，極大的開通電流使晶閘管快速進入飽和導(dǎo)通狀態(tài)；由于Lsl2較小，Tl和Csl的端電壓相等，而Csl也較小，其端電壓快速下降到接近于零的值，因此，實現(xiàn)了晶閘管的低功耗、快速導(dǎo)通;在V回路中，當Csl的負極電壓上升最大時，回路電流下降為零;需要關(guān)斷晶閘管時，開通Sl，使電容Csl放電，電流迅速轉(zhuǎn)移到Csl上，形成回路W，同時使晶閘管Tl承受反電壓，使其關(guān)斷加速;而Csl的正向端電壓緩慢上升，而此刻Tl早已關(guān)斷，即開關(guān)損耗為零。
[0020]—種靜態(tài)無功補償器的晶閘管軟開關(guān)投切電路控制方法，對于TSC和TCR的晶閘管Tc與IY的控制，均以電網(wǎng)電壓相位為參考，要根據(jù)目標控制量的大小，確定觸發(fā)Tc與IY導(dǎo)通的周期和相位，具體步驟為:控制電路先要檢測電網(wǎng)電壓相位，檢測無功功率并計算目標控制量，再將目標控制量通過信號發(fā)生器轉(zhuǎn)換為控制波形，最后經(jīng)驅(qū)動電路，控制晶閘管的門極開通。
[0021]本發(fā)明一種靜態(tài)無功補償器的晶閘管軟開關(guān)投切電路及控制方法，其優(yōu)點具體表現(xiàn)為以下三個方面:
[0022](I)在TSC或TCR中，晶閘管軟開關(guān)電路僅包含一組單相橋式二極管整流單元、兩只小電抗、一電容器和一只晶閘管，與傳統(tǒng)方法相比，雖然增加了橋式二極管整流單元，但減少了一只晶閘管，實際上能夠大大降低成本。
[0023](2)通過以上工作原理分析，晶閘管在開通過程中，進入飽和導(dǎo)通的速度極快，能夠大大降低開通損耗;在關(guān)斷過程中，可以實現(xiàn)零電流關(guān)斷，關(guān)斷損耗幾乎可以降為零；因此，該技術(shù)具有良好的軟開關(guān)效果，開關(guān)損耗非常低。
[0024](3)電路中的晶閘管與由兩只小電感和一只小電容組成的’ T ’型緩沖電路相連，對電壓和電流沖擊均起到良好的緩沖效果，有利于防止過電壓或過電流現(xiàn)象發(fā)生。
【附圖說明】
[0025]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明:
[0026]圖1為本發(fā)明的控制框圖。
[0027]圖2(a)為本發(fā)明的晶閘管投切電容器TSC的結(jié)構(gòu)圖。
[0028]圖2(b)為本發(fā)明的晶閘管控制電抗器TCR的結(jié)構(gòu)圖。
[0029]圖3(a)為晶閘管投切電容器的工作模式-正向切出模式圖。
[0030]圖3(b)為晶閘管投切電容器的工作模式-正向投運模式圖。
[0031]圖3(c)為晶閘管投切電容器的工作模式-反向切出模式圖。
[0032]圖3(d)為晶閘管投切電容器的工作模式-反向投運模式圖。
[0033]圖4(a)為TSC晶閘管開通與關(guān)斷瞬間的電流回路圖(晶閘管開通)。
[0034]圖4(b)為TSC晶閘管開通與關(guān)斷瞬間的電流回路圖(晶閘管關(guān)斷)。
[0035]圖5(a)為TCR的正向?qū)Ｊ綀D。
[0036]圖5(b)為TCR的反向?qū)Ｊ綀D。
[0037]圖6(a)為TCR晶閘管開通與關(guān)斷瞬間的電流回路(晶閘管開通)。
[0038]圖6(b)為TCR晶閘管開通與關(guān)斷瞬間的電流回路(晶閘管關(guān)閉)。
【具體實施方式】
[0039]—種靜態(tài)無功補償器的晶閘管軟開關(guān)投切電路，包括電網(wǎng)①、晶閘管控制電抗器TCR、晶閘管投切電容器TSC、控制電路②;所述電網(wǎng)①包括高壓母線L0、降壓變壓器T，降壓變壓器T的二次側(cè)直接與晶閘管控制電抗器TCR中第二不可控整流橋2交流側(cè)的一端連接，此連接節(jié)點同時連接晶閘管投切電容器TSC中交流電容器C的一端、第一不可控整流橋I的一端，即交流電容器C與第一不可控整流橋1、第二不可控整流橋2為并聯(lián)關(guān)系；晶閘管投切電容器TSC包括晶閘管投切電路、交流電容器C，第一不可控整流橋I的交流側(cè)直接與交流電容器C并聯(lián)，二者的另一端接地；
[0040]晶閘管投切電路包含第一不可控整流橋1、晶閘管Tc、小電感Lsci和Lsc2、直流電容Csc、電力場效應(yīng)管Sc，小電感Lsci和Lsc2串聯(lián)，且二者的節(jié)點接直流電容Csc的一端，直流電容另一端與電力場效應(yīng)管S C的漏極相連;構(gòu)成’ T ’型結(jié)構(gòu)，小電感L s CI的另一端接第一不可控整流橋I的正極，小電感Lsc2的另一端接晶閘管Tc的陽極，晶閘管陰極與Sc源極一起與第一不可控整流橋I的負極相連；
[0041 ]晶閘管控制電抗器TCR包括晶閘管控制電路、電抗器L，晶閘管控制電路由第二不可控整流橋2、晶閘管Tl、小電感Lsli和LsL2、直流電容CsL、電力場效應(yīng)管Sl組成;第二不可控整流橋2的另一交流端與電抗器L一端相連，電抗器L的另一端接地;小電感Lsli和Lsl2串聯(lián)，且二者的節(jié)點接直流電容Csl的一端，直流電容Csl另一端與電力場效應(yīng)管Sl的漏極相連，構(gòu)成’ T’型結(jié)構(gòu)，小電感LsLl的另一端接第二不可控整流橋2的正極，小電感LsL2的另一端接晶閘管Tl的陽極，晶閘管Tl陰極與電力場效應(yīng)管Sl源極一起與第二不可控整流橋2的負極相連；
[0042]控制電路②包括相位檢測模塊、無功檢測與控制量計算模塊、第一信號發(fā)生器1#和第一信號發(fā)生器2#、驅(qū)動電路I?4;相位檢測模塊輸入端為電網(wǎng)電壓信號1^1(1，相位檢測模塊輸出端為電壓相位Θ;無功檢測與控制量計算模塊計算的輸入為Θ和電網(wǎng)電流信號Igrid，輸出分別為控制角αι和CX2;第一信號發(fā)生器1#和第一信號發(fā)生器2#的輸入量為0、ajpa2，輸出為半導(dǎo)體開關(guān)門極控制信號Gatel?Gate4;驅(qū)動電路I?4的輸入量分別為Gatel?Gate4，分別輸出 Ts、Tl、Sc和Sl的門極控制信號Gate 1、Gate2、Gate Sc和Gate Sl。
[0043]相位檢測模塊通過霍爾電壓傳感器檢測電網(wǎng)電壓ugrid，并采用常用的軟件鎖相環(huán)法，獲取電壓的相位，作為無功檢測與控制量計算模塊、信號發(fā)生器1#和信號發(fā)生器1#的相位參考。
[0044]無功檢測與控制量計算模塊:該模塊以電網(wǎng)電壓Ugrid、電流igrid和相位Θ為輸入量，通過計算電網(wǎng)的功率因數(shù)，并與參考值I進行比較，其誤差作為初始控制量，并采用比例積分控制方法計算出目標控制量，輸出控制參數(shù)ajPa2，分別作為信號發(fā)生器1#和信號發(fā)生器1#的輸入信號。
[0045]工作原理:
[0046]本發(fā)明提出的SVC晶閘管軟開關(guān)電路包含TSC和TCR兩個部分，如圖1所示，TSC與晶閘管投切電路并聯(lián)(或串聯(lián))，TCR與晶閘管控制電路串聯(lián)(或串聯(lián))。以下將重點分析圖1所示的電路，TSC和TCR電路的具體結(jié)構(gòu)如圖2 (a)和(b)所示，其工作原理分別闡述如下:
[0047](I)如圖2(a)所示，虛線框為圖1中所示的不可控整流橋I的具體結(jié)構(gòu)，它包含DC1?Dc4共四只電力二極管，且Dci和Dc3串聯(lián)構(gòu)成a橋臂，Dc2和Dc4串聯(lián)構(gòu)成b橋臂;a橋臂的中點與電容C的一端相連，另一端與b橋臂的中點相連;Dci和Dc2共陰極，Dc3和Dc4共陽極;上述共陰極接點與LsQ的一端相連，Lsci和Lsc2串聯(lián)后接Tc的陽極，上述共陽極節(jié)點直接與Tc的陰極相連；交流電容Csc—端接Lsci和Lsc2的連接點，另一端與Sc的漏極相連，Sc的源極與Tc的陰極相連。
[0048](2)電網(wǎng)電壓為正弦波，當處于正半周時，TSC可工作于正向切出模式和正向投運模式，分別如圖3(a)和(b)所不，它們的電流路徑分別為:電網(wǎng)—Dci—Lsci—Lsc2—Tc—Dc4—地和電網(wǎng)地；當處于負半周時，TSC可工作與反向切出模式和反向投運模式，分別如圖3(c)和(d)所不，它們的電流路徑分別為:地電網(wǎng)和地電網(wǎng)。
[0049](3)電容器投切瞬間，晶閘管投切電路的電流回路如圖4所示，晶閘管開通前Csc處于滿電荷狀態(tài)，其電壓大小相當于交流電壓幅值，Tc的陽-陰極間電壓為正偏；當晶閘管開通時，如圖4 (a)，Tc上流過的電流來自于電網(wǎng)和(^放電，構(gòu)成X和Y回路，極大的開通電流使晶閘管快速進入飽和導(dǎo)通狀態(tài)；由于Lsc2較小，Tc和Csc的端電壓相等，而Csc也較小，其端電壓快速下降到接近于零的值，因此，實現(xiàn)了晶閘管的低功耗、快速導(dǎo)通;在X回路中，當Csc的負極(上端為正)電壓上升最大時，回路電流下降為零;需要關(guān)斷晶閘管時，如圖4(b)，開通Sc，使電容Csc放電，電流迅速轉(zhuǎn)移到Csc上，形成回路Z，同時使晶閘管Tc承受反電壓，使其關(guān)斷加速;而Csc的正向端電壓緩慢上升，而此刻Tc早已關(guān)斷，即開關(guān)損耗為零;可見，晶閘管開通和關(guān)斷過程不存在電壓或電壓沖擊，且損耗極低，即實現(xiàn)了軟開關(guān)投切。
[0050](4)晶閘管控制電抗器TCR的結(jié)構(gòu)圖如圖2(b)所示，紅色虛線框為圖1中所示的不可控整流橋2的具體結(jié)構(gòu)，它包含Dli?Dw共四只電力二極管，且Dli和Dl3串聯(lián)構(gòu)成c橋臂，Dl2和Dl4串聯(lián)構(gòu)成d橋臂;c橋臂的中點與電網(wǎng)相連，d橋臂的中點與電抗器L的一端相連，L另一端接地;Dl1和Dl2共陰極，Dl3和Dl4共陽極;上述共陰極接點與Lsli的一端相連，Lsli和Lsl2串聯(lián)后節(jié)?Υ的陽極，上述共陽極節(jié)點直接與IY的陰極相連;交流電容Csl—端接Lsli和Lsl2的連接點，另一端與Sl的漏極相連，Sl的源極與Tl的陰極相連。
[0051](5)如圖5所示，為TCR的兩種導(dǎo)通模式，即正向?qū)Ｊ胶头聪驅(qū)Ｊ?，晶閘管關(guān)斷時，L上無電流；當電網(wǎng)電壓位于正半周時，可控制Tl使TCR工作在正向?qū)Ｊ?，如圖5
(a)所不，電流路徑為:電網(wǎng)—Dli—Lsli—Lsl^—Tl—Dl^—地；當電網(wǎng)電壓位于負半周時，可控制Tl使TCR工作在反向?qū)Ｊ剑鐖D5 (b)所示，電流路徑為:地4Dl24Lsli4Lsl24Tl—Dl3—電網(wǎng)。
[0052](6)晶閘管控制電路的電流回路如圖6所示，晶閘管開通前Csl處于滿電荷狀態(tài)，其電壓大小相當于交流電壓幅值，Tl的陽-陰極間電壓為正偏；當晶閘管開通時，如圖6(a)，Tl上流過的電流來自于電網(wǎng)和Csl放電，構(gòu)成U和V回路，極大的開通電流使晶閘管快速進入飽和導(dǎo)通狀態(tài)；由于Lsl2較小，Tl和Csl的端電壓相等，而Csl也較小，其端電壓快速下降到接近于零的值，因此，實現(xiàn)了晶閘管的低功耗、快速導(dǎo)通;在V回路中，當Csl的負極(上端為正)電壓上升最大時，回路電流下降為零;需要關(guān)斷晶閘管時，如圖6(b)，開通SL，使電容Csl放電，電流迅速轉(zhuǎn)移到Csl上，形成回路W，同時使晶閘管Tl承受反電壓，使其關(guān)斷加速;而Csl的正向端電壓緩慢上升，而此刻Tl早已關(guān)斷，即開關(guān)損耗為零；可見，晶閘管開通和關(guān)斷過程不存在電壓或電壓沖擊，且損耗極低，即實現(xiàn)了軟開關(guān)投切。
[0053](7)在上述SVC電路中，對于TSC和TCR的晶閘管Tc與Tl的控制，均以電網(wǎng)電壓相位為參考，要根據(jù)目標控制量的大小，確定觸發(fā)Tc與Tl導(dǎo)通的周期和相位，具體步驟為:控制電路先要檢測電網(wǎng)電壓相位，檢測無功功率并計算目標控制量，再將目標控制量通過信號發(fā)生器轉(zhuǎn)換為控制波形，最后經(jīng)驅(qū)動電路，控制晶閘管的門極開通，其大致框架結(jié)構(gòu)如圖1中的控制電路單元。
【主權(quán)項】
1.一種靜態(tài)無功補償器的晶閘管軟開關(guān)投切電路，包括電網(wǎng)(①)、晶閘管控制電抗器TCR、晶閘管投切電容器TSC、控制電路(②)；其特征在于: 所述電網(wǎng)(①)包括高壓母線L0、降壓變壓器T，降壓變壓器T的二次側(cè)直接與晶閘管控制電抗器TCR中第二不可控整流橋(2)交流側(cè)的一端連接，此連接節(jié)點同時連接晶閘管投切電容器TSC中交流電容器C的一端、第一不可控整流橋(I)的一端，即交流電容器C與第一不可控整流橋(I )、第二不可控整流橋(2)為并聯(lián)關(guān)系； 晶閘管投切電容器TSC包括晶閘管投切電路、交流電容器C，第一不可控整流橋(I)的交流側(cè)直接與交流電容器C并聯(lián)，二者的另一端接地； 晶閘管投切電路包含第一不可控整流橋(I)、晶閘管Tc、小電感Lsci和Lsc2、直流電容CsC、電力場效應(yīng)管Sc，小電感Lsci和Lsc2串聯(lián)，且二者的節(jié)點接直流電容Csc的一端，直流電容另一端與電力場效應(yīng)管Sc的漏極相連;小電感Lsci的另一端接第一不可控整流橋(I)的正極，小電感Lsc2的另一端接晶閘管Tc的陽極，晶閘管陰極與Sc源極一起與第一不可控整流橋(I)的負極相連； 晶閘管控制電抗器TCR包括晶閘管控制電路、電抗器L，晶閘管控制電路由第二不可控整流橋(2)、晶閘管Tl、小電感Lsli和Lsl2、直流電容Csl、電力場效應(yīng)管Sl組成;第二不可控整流橋⑵的另一交流端與電抗器L一端相連，電抗器L的另一端接地;小電感Lsli和Lsl2串聯(lián)，且二者的節(jié)點接直流電容Csl的一端，直流電容Csl另一端與電力場效應(yīng)管Sl的漏極相連，小電感Lsli的另一端接第二不可控整流橋(2)的正極，小電感Lsl2的另一端接晶閘管Tl的陽極，晶閘管Tl陰極與電力場效應(yīng)管Sl源極一起與第二不可控整流橋(2)的負極相連； 控制電路(②)包括相位檢測模塊、無功檢測與控制量計算模塊、第一信號發(fā)生器(1#)和第一信號發(fā)生器(2#)、驅(qū)動電路I?4;相位檢測模塊輸入端為電網(wǎng)電壓信號Ugrid，相位檢測模塊輸出端為電壓相位Θ;無功檢測與控制量計算模塊計算的輸入為Θ和電網(wǎng)電流信號Igrid，輸出分別為控制角αι和CX2;第一信號發(fā)生器(1#)和第一信號發(fā)生器(2#)的輸入量為0、αι和(12，輸出為半導(dǎo)體開關(guān)門極控制信號Gatel?Gate4;驅(qū)動電路I?4的輸入量分別為Gatel?Gate4，分別輸出Ts、Tl、Sc和Sl的門極控制信號Gatel、Gate2、Gate Sc和Gate Sl。對于TSC和TCR的晶閘管Tc與Tl的控制，均以電網(wǎng)電壓相位為參考，要根據(jù)目標控制量的大小，確定觸發(fā)Tc與Tl導(dǎo)通的周期和相位。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種靜態(tài)無功補償器的晶閘管軟開關(guān)投切電路，其特征在于:所述第一不可控整流橋(I)包含Dci?Dc4共四只電力二極管，且Dci和Dc3串聯(lián)構(gòu)成a橋臂，Dc2和Dc4串聯(lián)構(gòu)成b橋臂;a橋臂的中點與電容C的一端相連，另一端與b橋臂的中點相連;Dci和Dc2共陰極，Dc3和Dc4共陽極;上述共陰極接點與Lsci的一端相連，1^和1^2串聯(lián)后接Tc的陽極，上述共陽極節(jié)點直接與Tc的陰極相連;交流電容Csc—端接LscJPLsc2的連接點，另一端與Sc的漏極相連，Sc的源極與1^的陰極相連。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種靜態(tài)無功補償器的晶閘管軟開關(guān)投切電路，其特征在于:所述第二不可控整流橋(2)包含Dli?Dl4共四只電力二極管，且Dli和Dl3串聯(lián)構(gòu)成c橋臂，Dl2和Dl4串聯(lián)構(gòu)成d橋臂;c橋臂的中點與電網(wǎng)相連，d橋臂的中點與電抗器L的一端相連，L另一端接地;Dli和Dl2共陰極，Du和Dw共陽極;上述共陰極接點與Lsu的一端相連，LsLi和Lsl2串聯(lián)后節(jié)Tl的陽極，上述共陽極節(jié)點直接與Tl的陰極相連;交流電容CsL—端接LsLi和Lsl2的連接點，另一端與Sl的漏極相連，Sl的源極與Tl的陰極相連。對于TSC和TCR的晶閘管Tc與Tl的控制，均以電網(wǎng)電壓相位為參考，要根據(jù)目標控制量的大小，確定觸發(fā)導(dǎo)通的周期和相位。4.采用如權(quán)利要求1?3所述任意一種靜態(tài)無功補償器的晶閘管軟開關(guān)投切電路的晶閘管控制方法，其特征在于:電網(wǎng)電壓為正弦波，當處于正半周時，晶閘管投切電容器TSC工作于正向切出模式和正向投運模式；它們的電流路徑分別為:電網(wǎng)—Dci—Lsci—LsC2 —Tc—DC4—地和電網(wǎng)4交流電容器C—地； 當處于負半周時，晶閘管投切電容器TSC工作與反向切出模式和反向投運模式，分別它們的電流路徑分別為:地—Dc2—Lsq—Lsc2—Tc—Dcb—電網(wǎng)和地—交流電容器C—電網(wǎng)。5.采用如權(quán)利要求1?3所述任意一種靜態(tài)無功補償器的晶閘管軟開關(guān)投切電路的晶閘管控制方法，其特征在于:電容器投切瞬間，晶閘管開通前Csc處于滿電荷狀態(tài)，其電壓大小相當于交流電壓幅值，Tc的陽-陰極間電壓為正偏；當晶閘管開通時，Tc上流過的電流來自于電網(wǎng)和Csc放電，構(gòu)成X和Y回路，極大的開通電流使晶閘管快速進入飽和導(dǎo)通狀態(tài)；由于Lsc2較小，Tc和Csc的端電壓相等，而Csc也較小，其端電壓快速下降到接近于零的值，因此，實現(xiàn)了晶閘管的低功耗、快速導(dǎo)通； 在X回路中，當Csc的負極上端為正電壓上升最大時，回路電流下降為零；需要關(guān)斷晶閘管時，開通Sc，使電容Csc放電，電流迅速轉(zhuǎn)移到Csc上，形成回路Z，同時使晶閘管Tc承受反電壓，使其關(guān)斷加速;而Csc的正向端電壓緩慢上升，而此亥IjTc早已關(guān)斷，即開關(guān)損耗為零。6.采用如權(quán)利要求1?3所述任意一種靜態(tài)無功補償器的晶閘管軟開關(guān)投切電路的晶閘管控制方法，其特征在于:TCR的兩種導(dǎo)通模式，即正向?qū)Ｊ胶头聪驅(qū)Ｊ?，晶閘管關(guān)斷時，L上無電流；當電網(wǎng)電壓位于正半周時，控制Tl使TCR工作在正向?qū)Ｊ?，電流路徑?電網(wǎng)地；當電網(wǎng)電壓位于負半周時，可控制Tl使TCR工作在反向?qū)Ｊ?，電流路徑?地電網(wǎng)。7.采用如權(quán)利要求1?3所述任意一種靜態(tài)無功補償器的晶閘管軟開關(guān)投切電路的晶閘管控制方法，其特征在于:晶閘管開通前Csl處于滿電荷狀態(tài)，其電壓大小相當于交流電壓幅值，Tl的陽-陰極間電壓為正偏；當晶閘管開通時，Tl上流過的電流來自于電網(wǎng)和Csl放電，構(gòu)成U和V回路，極大的開通電流使晶閘管快速進入飽和導(dǎo)通狀態(tài)；由于Lsl2較小，Tl和Csl的端電壓相等，而Csl也較小，其端電壓快速下降到接近于零的值，因此，實現(xiàn)了晶閘管的低功耗、快速導(dǎo)通;在V回路中，當Csl的負極電壓上升最大時，回路電流下降為零;需要關(guān)斷晶閘管時，開通SL，使電容Csl放電，電流迅速轉(zhuǎn)移到Csl上，形成回路W，同時使晶閘管Tl承受反電壓，使其關(guān)斷加速;而Csl的正向端電壓緩慢上升，而此亥機早已關(guān)斷，即開關(guān)損耗為零。8.采用如權(quán)利要求1?3所述任意一種靜態(tài)無功補償器的晶閘管軟開關(guān)投切電路的晶閘管控制方法，其特征在于:對于TSC和TCR的晶閘管Tc與IY的控制，均以電網(wǎng)電壓相位為參考，要根據(jù)目標控制量的大小，確定觸發(fā)Tc與Ti導(dǎo)通的周期和相位，具體步驟為:控制電路先要檢測電網(wǎng)電壓相位，檢測無功功率并計算目標控制量，再將目標控制量通過信號發(fā)生器轉(zhuǎn)換為控制波形，最后經(jīng)驅(qū)動電路，控制晶閘管的門極開通。
【文檔編號】H02J3/18GK106058888SQ201610550079
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月13日
【發(fā)明人】魏業(yè)文, 楊苗, 王輝, 程江洲, 黃悅?cè)A
【申請人】三峽大學(xué)