单相无功可连续调节的晶闸管控制电容器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及低压电网无功补偿的技术领域，特别涉及一种单相无功可连续调节的 晶闸管控制电容器。
【背景技术】
[0002] 无功功率对供电系统和负荷的运行是十分重要的，电力系统网络元件的阻抗主要 是电感性的，即为了输送有功功率，就要要求送电端和受电端的电压有相位差，为了输送无 功功率，就要要求两端电压有幅值差，大多数网络元件消耗无功功率，大多数负载需要消耗 无功功率，无功补偿的主要作用是提高功率因数以减少设备容量和功率损耗、稳定电压和 提高供电质量。
[0003] 传统无功补偿装置有两种:a)并联电容器，又称移相电容器。主要用于补偿电力系 统感性负荷的无功功率，以提高功率因数，改善电压质量，降低线路损耗，但缺点是补偿容 量的大小不可调，并且随着并联电压的下降，补偿效果会变差。b)同步调相机，是特殊运行 状态下的同步电机，可视为不带有功负荷的同步发电机或是一种不带机械负载的同步发电 机。它可以过励磁运行，也可以欠励磁运行，运行状态根据系统的需要来调节。当它过励磁 运行时，将向电网发出无功功率;欠励磁运行时，将从电网吸收无功功率。同步调相机一般 装设自动调节励磁装置，能自动地在电网电压降低时增加输出无功以维持电压，在有强励 装置时，在电网故障情况下也能调整系统电压保证继电保护装置的正确动作，有利于系统 稳定运行，但缺点是响应速度慢，噪音大，损耗大，技术陈旧，现属于淘汰技术。
[0004] 由于传统的电容无功补偿装置其阻抗是固定的，不能跟踪负载无功需求的变化， 也就是无法实现对无功功率的动态补偿，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。如今，随着电力电子技术在电力系统的应用，将使用晶闸管的静止 无功补偿装置推上了电力系统无功功率控制的舞台，新型的无功补偿装置得到广泛的应 用。SVC-静止无功补偿器，是目前世界上电力系统中应用最多、最为成熟的一类并联补偿 设备，它也是一类应用较早的FACTS设备。IEEE将静止无功补偿器（Static Var Compensator，SVC)定义为一种并联型的静止无功发生器或吸收器，其输出可以调节，以交 换容性或者感性电流，从而维持或者控制电力系统中的某些特定参数(一般为母线电压）。 常用的SVC有以下几种形式:饱和电抗器型（SR)、晶闸管投切电容器型（TSC)、固定电容&晶 闸管控制电抗器型(FC&TCR)、机械投切电容器&晶闸管控制电抗器型(MSC&TCR)以及晶闸管 投切电容器&晶闸管控制电抗器型(TSC&TCR)，由于其具有优良的性能，所以近20多年来，在 世界范围内其市场一直在迅速而稳定的增长，已占据了精致武功补偿装置的主导地位。
[0005] 虽然通过TCR、TSC、MSC以及FC的不同组合，能够实现从容性无功到感性无功的全 范围内连续调节，但其容性无功可连续调节的本质，是通过可连续调节的感性无功，再叠加 上一定容量、大小固定的容性无功，其对应的无功功率是电容器与电抗器无功功率对消后 的净无功功率。因此，当要求补偿器的补偿范围能延伸到容性和感性无功功率两个领域时， 电抗器的容量必须大于电容器的容量。此外，当补偿器工作在吸收很小的容性或感性无功 功率的状态是，其电抗器和电容器中实际上都已经吸收了很大的无功功率，都有很大的电 流流过，只是相互对消而已。因此，无论是TCR+FC或者TCR+TSC等方式都会造成巨大的浪费， 大大增加了投资成本。
【发明内容】
[0006] 针对上述现有无功补偿装置存在的问题，本发明的目的在于提出一种单相无功可 连续调节的晶闸管控制电容器，该种装置通过调节不同的触发延迟角，来连续地调节电容 器的输出无功功率，达到连续调节无功补偿功率的目的。
[0007] 本发明的目的通过下述技术方案实现：
[0008] -种单相无功可连续调节的晶闸管控制电容器，所述晶闸管控制电容器包括硬件 电路模块、测量和滤波模块以及控制系统模块，其中，
[0009] 所述硬件电路模块包括一组反向并联的晶闸管、电抗器、电容器和电阻器，彼此以 串联形式连接，然后一端并联到电网系统上，另一端接地，能够向电网系统注入可连续调节 的无功功率，改善电网系统的运行电压水平和提高电网系统的稳定性；
[0010] 所述测量和滤波模块用于对电网系统的电压和电流进行采样并且滤波，将结果输 出到所述控制系统模块用以调节；
[0011] 所述控制系统模块用于根据所述测量和滤波模块得出的反馈值以及给定输入量 的大小，产生相应的晶闸管触发延迟角，对所述硬件电路模块进行控制以调节所述晶闸管 控制电容器吸收的无功功率，使所述硬件电路能够输出所期望的无功功率。
[0012] 进一步地，所述测量和滤波模块包括电压采集通道和电流采集通道，其中，
[0013] 所述电压采集通道包括电压互感器、带阻滤波器、低通滤波器，其中，所述电压传 感器采集电网系统的高电压并按比例关系变换成标准二次电压，然后依次输出到带阻滤波 器和低通滤波器完成信号滤波；
[0014] 所述电流采集通道包括电流互感器、带阻滤波器、低通滤波器，其中，所述电流传 感器采集电网系统的大电流并按比例关系变换成标准二次电流，然后依次输出到带阻滤波 器和低通滤波器完成信号滤波。
[0015] 进一步地，所述测量和滤波模块的输出为反映电网系统电压有效值大小的直流信 号。
[0016] 进一步地，所述控制系统模块包括控制部分和触发部分，其中，
[0017] 所述控制部分包括DSP单元，采用电压闭环的负反馈控制方法，通过检测到的电网 系统电压U与电网系统电压参考值Uref的比较，由其偏差来控制晶闸管控制电容器的运行， 通过比例积分调节器改变偏差放大倍数以改变电压一电流特性的斜率，并输出至触发部 分；
[0018] 所述触发部分包括线性化环节和触发电路，其中，
[0019] 所述线性化环节，位于所述触发部分输入端以及所述触发电路之间，用于补偿导 通角与实际输出无功功率之间的非线性；
[0020] 所述触发电路用于产生触发延迟角的晶闸管触发脉冲。
[0021] 进一步地，所述控制部分引入补偿电流反馈Isv。，稳态时电压偏差为零，实现对电 压的精确控制。
[0022] 进一步地，所述晶闸管控制电容器的动态特性和稳定性则由闭环系统的开环放大 倍数和时间常数共同决定。
[0023] 进一步地，所述晶闸管控制电容器吸收的无功功率Q与触发延迟角a的关系式为：
[0025] 其中，咚为RLC阻抗的阻抗角，Cll为基波分量的傅里叶系数，Em为电源电压幅值。
[0026] 本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
[0027] 1、能够实现容性无功功率的连续调节，不需要无功对消，减少无功浪费；
[0028] 2、使用的电感较小，电容较大，能够有效减少体积，减少投资成本；
[0029] 3、流过电感和电容的电流较小，且大都为容性电流。
【附图说明】
[0030] 图1是本发明中单相无功可连续调节的晶闸管控制电容器的结构示意图；
[0031] 图2是本发明中晶闸管控制电容器的单相电路结构简图；
[0032] 图3是本发明中测量与滤波模块的结构示意图；
[0033] 图4是本发明中控制系统模块的结构示意图
[0034] 图5是控制部分中具有附加电流反馈的电压反馈控制示意图；
[0035] 图6是触发延迟角和晶闸管控制电容器输出无功功率之间的非线性关系；
[0036]图7为触发部分以及其前端的线性化环节；
[0037]图8为晶闸管控制电容器控制系统原理框图例；
[0038] 图9为晶闸管控制电容器的使用流程图。
【具体实施方式】
[0039] 为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对 本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用 于限定本发明。
[0040] 实施例
[0041] 本实施例中公开了一种单相无功可连续调节的晶闸管控制电容器，包括硬件电路 模块、测量和滤波模块以及控制系统模块，其中硬件电路模块包括一组反向并联的晶闸管、 一组电抗器、电容器和电阻器，彼此以串联形式连接，能够向电网系统注入可连续调节的无 功功率，以改善系统的运行电压水平和提高系统的稳定性。测量和滤波模块用于对系统的 电压和电流进行采样并且滤波，将结果输出到控制系统模块用以调节。控制系统模块则能 够根据测量和滤波模块得出的反馈值对硬件电路模块进行控制，使硬件电路能够输出所期 望的无功功率。
[0042] 如附图1中单相无功可连续调节的晶闸管控制电容器的结构示意图所示，在本实 施例中，该单相无功可连续调节的晶闸管控制电容器主要包括硬件电路模块、测量和滤波 模块以及控制系统模块三部分：
[0043] 1、硬件电路模块
[0044] (1)电阻器(Resistor)在日常生活中一般直接称为电阻。是一个限流元件，将电阻 接在电路中后，电阻器的阻值是固定的一般是两个引脚，它可限制通过它所连支路的电流 大小。
[0045] (2)电抗器，也叫电感器(Inductor)，一个导体通电时就会在其所占据的一定空间 范围产生磁场，所以所有能载流的电导体都有一般意义上的感性。电抗分为感抗和容抗，一 般电抗器专指电感器。
[0046] (3)电容器，通常简称其容纳电荷的本领为电容，用字母C表示。定义1:电容器，顾 名思义，是'装电的容器'，是一种容纳电荷的器件。英文名称:capacitor。
[0047] (4)晶闸管（Thyristor)是晶体闸流管的简称，又可称做可控硅整流器，以前被简 称为可控硅;晶闸管是PNPN四层半导体结构，它有三个极：阳极，阴极和门极。
[0048]另外，晶闸管导通条件为：加正向电压且门极有触发电流;其派生器件有：快速晶 闸管，双向晶闸管，逆导晶闸管，光控晶闸管等。它是一种大功率开关型半导体器件，在电路 中用文字符号为"V"、"VT"表示（旧标准中用字母"SCR"表示）。
[0049] 在本发明的硬件模块中，使用到上述四种电子器件，其单相的基本结构是两个反 并联的晶闸管与一个电阻器、一个电抗器和一个电容器相串联。再将这样的电路一端并联 到电网上，另一端接地，就构成了本发明中所描述的硬件电路。其拓扑结构参见附图1.
[0050] 2、测量和滤波模块、
[0051] 该模块主要用于对电压信号和电流信号的采集，以及信号的滤波