高压TSC无功补偿回路和控制电路的研究

摘要

高压晶闸管投切电容器装置(Thyristor SwitchCapacitor，TSC)指额定工作电压在6kV-35kV的晶闸管投切电容器补偿装置，是一种典型的静止无功补偿器，其对提高系统运行经济性、增加系统稳定性、改善电能质量等方面发挥着良好的作用。本文着重对应用中的一些问题进行研究。
　　首先在主电路的结构上，比较了4种拓扑的连接差异，并做了仿真分析。晶闸管阀作为高压TSC最关键的构成部件，它的可靠性和有效性是研究的重点。本文通过对晶闸管特性、晶闸管串联技术的研究，分析了晶闸管串联结构的静态均压、动态均压方法，设计了合适的电路结构。本文针对晶闸管阀上的自取能方式进行研究，为实现高电位板的自取能需引入触发延迟角，但如此会使电流畸变。本文对此进行理论和仿真分析，详细分析了晶闸管触发延迟角、电抗率k和电流谐波总畸变率(Total Harmonic Distortion，THD)的关系表达式和三维关系图，表明如若触发角选取适当，电流畸变对电网影响不大。基于仿真软件orCAD/PSPICE对晶闸管触发系统进行电路仿真及参数优化设计，包含过零检测电路、晶闸管自取能电路、光接收光发射电路等。
　　为解决投切电容器投入时主电路不带电、投切时晶闸管被旁路，取能回路无法取能的问题，考虑工频、高频两种情况，进行了触发系统的电流互感器取能供电电源设计。在工频情况下，采用参考电压互感器设计的方案，在本文所讨论的应用范围内有效解决了工频电流互感器输出饱和带来的无法有效取能的问题；在高频情况下，采用20kHz高频电源供电，有效增大了输出功率，减小了装置体积。

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1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究发展现状

1.3 主要研究内容

2 高压TSC主电路研究

2.1 晶闸管器件特性研究

2.2 晶闸管串联技术研究

2.3 TSC主电路接线方式及仿真分析

2.4 TSC投切时刻选取

2.5 串联电感

2.6 本章小结

3 晶闸管触发系统设计

3.1 晶闸管触发系统概述

3.2 取能电路的比较

3.3 触发角谐波分析

3.4 光纤触发系统的解决方案

3.5 触发系统原理、仿真

3.6 本章小结

4 取能电流互感器的设计

4.1 电流互感器的基本电磁关系

4.2 高电位板的功耗特性

4.3 工频电流互感器取能的设计

4.4 高频电流互感器的设计

4.5 本章小结

5 实验结果

5.1 控制器整体电路调试

5.2 实验结果

5.3 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

附录

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