當觸發(fā)角為90°時，晶閘管全導通，此時TCR中的電流為連續(xù)的正弦波形。 12脈波TCR如同在直流輸電系統(tǒng)中一樣，當采用12脈波TCR時諧波可以大大減小。 12脈波TCR中諧波含量的大量減少，大大減輕了對濾波器的要求。
正文
晶閘管相控變壓器（TCR）
TCR是SVC中最重要的組成部件之一，IEEE將晶閘管相控電抗器(TCR)定義為一種并聯(lián)型晶閘管控制電抗器，通過控制晶閘管的導通時間，它的有效電抗可以連續(xù)變化。基本的單相TCR由反并聯(lián)的一對晶閘管閥Z、瓦與一個線性的空心電抗器相串聯(lián)組成。反并聯(lián)的一對晶閘管就像一個雙向開關(guān)，晶閘管閥E在供電電壓的正半波導通，而晶閘管閥疋在供電電壓的負半波導通。晶閘管的觸發(fā)角以其兩端之間電壓的過零點時刻作為計算的起點。
原理
TCR觸發(fā)角α的可控范圍是90°～180°。當觸發(fā)角為90°時，晶閘管全導通，此時TCR中的電流為連續(xù)的正弦波形。當觸發(fā)角從90°變到接近180°時，TCR中的電流呈非連續(xù)脈沖形，對稱分布于正半波和負半波。當觸發(fā)角為180°時，電流減小到0°當觸發(fā)角低于90°時，將在電流中引入直流分量，從而破壞兩個反并聯(lián)閥支路的對稱運行。所以一般在90°～180°范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。通過控制晶閘管的觸發(fā)延時角，可以連續(xù)調(diào)節(jié)流過電抗器的電流，在0(晶閘管阻斷)到最大值(晶閘管全導通)之間變化，相當于改變電抗器的等效電抗值。晶閘管一旦導通，流經(jīng)晶閘管電流的關(guān)斷將發(fā)生在其自然過零點時刻，這一過程稱為電網(wǎng)換相。而TCR是按電網(wǎng)換相方式運行的。電網(wǎng)換相過程的一個特征是一旦閥開始導通，任何觸發(fā)角的變化只能在下半個周期中起作用，從而導致所謂的晶閘管死區(qū)時間。
作用
TCR的作用就像一個可變電納，改變觸發(fā)角就可以改變電納值，因為所加的交流電壓是恒定的，改變電納值就可以改變基波電流，從而導致電抗器吸收無功功率的變化。但是，當觸發(fā)角超過90。以后，電流變?yōu)榉?a href="/hebeideji/6736702177782215951.html">正弦的，隨之就產(chǎn)生諧波。如果兩個晶閘管在正半波和負半波對稱觸發(fā)，就只會產(chǎn)生奇次諧波。諧波可以通過對較高頻率分量的傅里葉分析得到。
由于在電力系統(tǒng)應(yīng)用中要求具有可控的容性無功功率，因此在TCR上并聯(lián)了一個電容器。這個電容器可以是固定的，也可以是可投切的，通過機械開關(guān)或者是晶閘管開關(guān)。TCR的主要優(yōu)點是控制的靈活性和易于擴容。不同的控制策略可以容易的被實現(xiàn)，特別是那些涉及外部輔助信號以顯著提高系統(tǒng)性能的控制。參考電壓和電流斜率都能夠用簡單的方式加以控制。由于TCR型SVC本質(zhì)上是模塊化的，因此通過追加更多的TCR模塊就能達到擴容的目的，當然前提是不能超過耦合變壓器的容量。
TCR不具備大的過負荷能力，因為其電抗器是空心設(shè)計的。如果期望TCR承受暫態(tài)過電壓，就需要在設(shè)計TCR時加入短時過負荷能力，或者安裝附加的晶閘管投切電抗器，以備在過負荷時使用。
TCR的相應(yīng)迅速，典型的響應(yīng)時間為1．5～3個周期。實際的響應(yīng)時間是測量延遲、TCR控制器的參數(shù)和系統(tǒng)強度的函數(shù)。
運行特性
如果對TCR采用電壓控制的正常運行區(qū)域就被壓縮到一條特性曲線上。這種特性曲線體現(xiàn)了補償器的硬電壓控制特性，它將系統(tǒng)電壓精確地穩(wěn)定在電壓設(shè)定值％上。正常情況下，控制器通過控制電抗器注入節(jié)點的感性無功功率，來維持節(jié)點電壓不變。當電壓升高，運行點將向右移動，控制器通過增大晶閘管閥的觸發(fā)角增大注入節(jié)點的感性無功功率，保持節(jié)點電壓。當運行點到達控制范圍的最右端，節(jié)點電壓進一步升高后將不能由控制系統(tǒng)來補償，因為TCR的電抗器已經(jīng)處于完全導通狀態(tài)，所以運行點將沿著對應(yīng)電抗器全導通(α=90°)的特性曲線向上移動，此時補償器運行在過負荷范圍，超過此范圍后，觸發(fā)控制將設(shè)置～個電流極限以防止晶閘管閥因過電壓而損壞。在特性曲線的左側(cè)，如果節(jié)點電壓過分降低，補償器就會達到發(fā)出極限，運行點將會落在欠電壓特性上。
三相CTR
一個6脈波的三相TCR由3個單相的TCR按三角形聯(lián)結(jié)連接而成。如果三相電壓是平衡的，3個電抗器是相的，而且所有晶閘管是對稱觸發(fā)的，即每相的觸發(fā)角相同，那么在正半波和負半波中就會出現(xiàn)對稱的電流脈沖，因而只產(chǎn)生奇次諧波。
實際上，實際中的三相電抗器的參數(shù)不可能完全相同。三相供電電壓也不一定完全平衡。這種不平衡就會導致非特征諧波的產(chǎn)生，包括3倍數(shù)次諧波，擴散到線路中。正常情況下，非特征諧波的數(shù)值是非常小的。但在嚴重擾動的情況下，正負半波的觸發(fā)角可能不同，這就會導致直流分量的產(chǎn)生，并足以引起耦合變壓器的飽和，從而產(chǎn)生更大的諧波擴散。除了諧波，一個小的基頻電流分量(0．5%～2%)也在TCR中流動，這體現(xiàn)了TCR繞組中的電阻損耗。
TCR在正常運行時會產(chǎn)生大量的特征諧波注入電網(wǎng)，因此必須采取措施將這些諧波消除或減弱。通常的辦法是并聯(lián)濾波器，并聯(lián)濾波器要么是串聯(lián)Lc結(jié)構(gòu)，要么是串聯(lián)LCR結(jié)構(gòu)。這些濾波器被調(diào)諧到5次和7次的主導諧波頻率，有時，也使用11次和13次濾波器或者只使用一個高通濾波器。如果預(yù)想TCR按相控制，或者網(wǎng)絡(luò)諧振的條件要求TCR要按相控制，那么就需要安裝3次諧波濾波器，并且與TCR相并聯(lián)。
減小TCR向系統(tǒng)注入特征諧波的另一種方法是將主TCR分割成n(n≥2)個并聯(lián)聯(lián)接的TCR，每個分段TCR的容量為整個TCR的]/n。在這r1個分段TCR中，只有一個分段TCR的觸發(fā)角是受控的，其他的分段TCR要么是全導遙，要么是全關(guān)斷，以吸收制定量的無功功率。由于每個分段TCR的電感增加了rl倍，因此受控TCR的容量就減小了n倍，受控TCR產(chǎn)生的諧波相對于額定基波電流也減小了n倍。采用上述結(jié)構(gòu)實現(xiàn)諧波減小的同時，也會伴隨成本的增加，因為這要更多數(shù)目的晶閘管。這樣，如果TCR的分段很多，那么分段TCR比不分段的TCR會貴很多。
12脈波TCR
如同在直流輸電系統(tǒng)中一樣，當采用12脈波TCR時諧波可以大大減小。在這種結(jié)構(gòu)中，2個6脈波TCR通過相位相差30°的2組三相電壓供電。12脈波TCR要么需要特制的3繞組變壓器，這種變壓器具有2個二次繞組；要么需要2個一次側(cè)聯(lián)結(jié)相同的電力變壓器。在這兩種情況下，變壓器的二次側(cè)一個是星形聯(lián)結(jié)，另一個是三角形聯(lián)結(jié)。
將其分成兩個6脈波TCR來進行分析。以一次測A相基波線電流為參考向量，表示了一個星一星聯(lián)結(jié)變壓器的TCR在其一次側(cè)產(chǎn)生的基波、5次和7次線電流的向量圖。同樣的，我們也可以得到星形一三角形聯(lián)結(jié)變壓器的TCR在其一次側(cè)產(chǎn)生的基波、5次和7次線電流的向量圖。由于都是取一次側(cè)A相基波線電流向量為參考向量，對兩組向量圖進行直接比較可以發(fā)現(xiàn)：兩組6脈波TCR在變壓器的一次側(cè)產(chǎn)生同相位的基波電流，加之在變壓器設(shè)計時己使兩組變壓器閥側(cè)電流與一次側(cè)線電流都相同，故一次側(cè)產(chǎn)生的基波電流幅值也是相等的。而對于5次和7次諧波電流，以及更高次16(2n+1)±1，n=0，1，2，…】的諧波電流來說，兩組6脈波TCR在變壓器的一次側(cè)產(chǎn)生的諧波電流幅值相等，但相位剛好相反，二者相互抵消。所以在一次側(cè)的線電流里將僅含12n±1(13為整數(shù))次諧波，也使得對諧波濾波器的要求大大減輕。
12脈波TCR中諧波含量的大量減少，大大減輕了對濾波器的要求。因而不需要像6脈波TCR那樣采用5次和7次單獨調(diào)諧的濾波器，而只要采用高通濾波器就足夠了。同樣的，諧波的減少伴隨著成本的增加，以為需要增加晶閘管的數(shù)量，特制的雙二次繞組變壓器和復雜的觸發(fā)次序都增加了成本。12脈波TCR的另外一個優(yōu)點是增加了可靠性。如果其中的一個6脈波TCR單元故障，另一個TCR單元可以繼續(xù)運行，盡管只有一半無功容量。而且12脈波TCR比6脈波TCR具有更高的過載能力。
脈波數(shù)大于12的TCR并沒有投入實際使用，盡管這可以大大減小諧波。因為大于12脈波的TCR變得太復雜和太昂貴，比如對應(yīng)18脈波的TCR就需要一個具有3個二次繞組的變壓器。此外，為保證對稱觸發(fā)所要求的觸發(fā)控制精度也難以達到。
參考資料 >