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　　電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和電能質(zhì)量與無(wú)功功率有重大的關(guān)系。無(wú)功功率是電力系統(tǒng)一種不可缺少的功率。大量的感性負(fù)荷和電網(wǎng)中的無(wú)功功率損耗，要求系統(tǒng)提供足夠的無(wú)功功率，否則電網(wǎng)電壓將下降，電能質(zhì)量得不到保證。同時(shí)，無(wú)功功率的不合理分配，也將造成線損增加，降低電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。 
　　電力負(fù)荷是隨時(shí)變化的，所需要的無(wú)功功率也是隨時(shí)變化的，為了維持無(wú)功平衡，要求無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備實(shí)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，即要根據(jù)無(wú)功負(fù)荷的變化及時(shí)投切電容器。以往的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備以機(jī)械開(kāi)關(guān)（接觸器）作為電容器的投切開(kāi)關(guān)，機(jī)械開(kāi)關(guān)不僅動(dòng)作速度慢，而且會(huì)產(chǎn)生諸如涌流沖擊、過(guò)電壓、電弧重燃等現(xiàn)象，開(kāi)關(guān)本身和電容器都容易損壞。 
　　隨著電力電子技術(shù)和微機(jī)控制技術(shù)的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，出現(xiàn)了智能型的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置。這種以電力電子器件作為無(wú)功器件（電容器、電抗器）的控制或開(kāi)關(guān)器件的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置被稱為靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置。 
　　TSC是動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展方向，它正成為傳統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償裝置的更新?lián)Q代產(chǎn)品。正因?yàn)槿绱?，本課題選擇這一技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行研究。 
　　 
　　一、靜止無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展 
　　20世紀(jì)70年代以來(lái)，以晶閘管控制的電抗器（TCR）、晶閘管（可控硅開(kāi)關(guān)）投切的電容器（TSC）以及二者的混合裝置（TCR TSC）等主要形式組成的靜止無(wú)功補(bǔ)償器（SVC）得到快速發(fā)展。 
　　 
　　二、TSC投入的暫態(tài)過(guò)程分析 
　　設(shè)裝設(shè)TSC的母線電壓是標(biāo)準(zhǔn)的正弦電壓信號(hào)us(t)=Um sin(ωt+α)，投入時(shí)電容器上的殘壓為Uc0，忽略晶閘管的導(dǎo)通壓降和損耗，認(rèn)為是一個(gè)理想開(kāi)關(guān)，則用拉氏變換表示的TSC支路電壓方程為： 
　　 
　　實(shí)際上，條件（1）（在系統(tǒng)電壓最大時(shí)觸發(fā)晶閘管）是自然換相條件；因?yàn)榱鬟^(guò)電容器的電流超前其兩端電壓（即系統(tǒng)電壓）90?，所以在系統(tǒng)電壓峰值時(shí)流經(jīng)電容器的電流為零，而作為依賴電流過(guò)零自然關(guān)斷的半控器件，晶閘管的無(wú)電流沖擊換相點(diǎn)應(yīng)為系統(tǒng)電壓峰值點(diǎn)。而條件（2）（即投入時(shí)電容器應(yīng)為已預(yù)充電到Umk2/(k2-1)）是零電壓換相條件；此時(shí)由于開(kāi)同前后晶閘管兩端電壓均為零，所以其開(kāi)通過(guò)程將不會(huì)在電路中引起由于電壓突變導(dǎo)致的過(guò)渡過(guò)程。為了同時(shí)滿足上述條件，均采用了假定電容器兩端電壓已預(yù)充電到系統(tǒng)峰（谷）值電壓，從而在電源電壓峰（谷）值時(shí)開(kāi)通晶閘管以投入電容器的方法。但實(shí)踐中存在下述兩個(gè)問(wèn)題： 
　?。?） 如果沒(méi)有預(yù)充電裝置，則第一次投入或切除時(shí)間較長(zhǎng)后再次投入時(shí)，由于放電的原因，此時(shí)電容器電壓通常為零，故會(huì)發(fā)生電流沖擊； 
　?。?） 由于電容器自身放電的原因，即便切除時(shí)間較短，電容器電壓也會(huì)下降。所以通常采用的峰值切除方法實(shí)際不能滿足零電壓切換條件。 
　　 
　　三、對(duì)TSC裝置無(wú)暫態(tài)過(guò)程的投切時(shí)機(jī)分析  
　　在實(shí)際中，如果考慮到系統(tǒng)自身的電抗，則k往往是不確定的；同時(shí)，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)"每一電容器單元或電容器組應(yīng)具備足以在3min之內(nèi)從初始直流電壓Un放電到75V或更底的放電器件。對(duì)于Un≥1000V的電容器，放電時(shí)間應(yīng)為10min"，由于電容器一旦被切除后將經(jīng)過(guò)放電回路放電從而導(dǎo)致電容器電壓的下降，因此除非每次投入之前對(duì)電容器進(jìn)行充電，上述條件很難保證，這也是選擇在系統(tǒng)電壓峰（谷）值時(shí)投電容器的方法難以實(shí)現(xiàn)的地方。 
　　實(shí)際中另外一種做法是假定每次投入之前電容器均經(jīng)過(guò)充分放電，其兩端電壓為零；此時(shí)就可以在系統(tǒng)電壓過(guò)零點(diǎn)，即觸發(fā)延遲角 =- 時(shí)開(kāi)通晶閘管使電容器接入。此時(shí)由于Uc0=0，故式（2-4）式代表的零電壓切換條件可以得到滿足；但自然換相條件不能得到滿足，其中振蕩分量的第一項(xiàng)為零，只有第二項(xiàng)可能引起振蕩，振蕩的最大值是正常情況下的兩倍。為了說(shuō)明這一點(diǎn)，將描述電容器中電流的式（2-1）改寫為:  
　　電壓與電容上的殘留電壓相等，即晶閘管兩端的電壓為零時(shí)將其首次觸發(fā)導(dǎo)通，具體而言： 
　　(1) 當(dāng)電容上的正向（反向）殘壓小于（大于）輸入交流電壓的峰（谷）值時(shí)，在輸入電壓等于電容上的殘壓時(shí)導(dǎo)通晶閘管?？墒沟眠^(guò)渡過(guò)程最短: 
　　(2)當(dāng)電容上的正向（反向）殘壓大于（小于）輸入交流電壓的峰（谷）值時(shí)，在輸入電壓達(dá)到峰（谷）值時(shí)導(dǎo)通晶閘管，可直接進(jìn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。 
　　根據(jù)以上投切原則，TSC的最大響應(yīng)時(shí)間將達(dá)到一個(gè)周波；而且由于電容器只能在一個(gè)周期的特定時(shí)刻投入。因此，TSC支路只能提供或者為零（斷開(kāi)時(shí)）或者為最大容性（投入時(shí)）的電流；當(dāng)其投入時(shí)，支路的容性電流與加在其上的電壓成正比。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，可以將多組TSC并聯(lián)使用，根據(jù)容量需要，逐個(gè)投入，從而得近似連續(xù)的容抗；也可以將TSC與TCR并聯(lián)使用，獲得連續(xù)可控的感（容）抗值。 
　　從上述討論可以看出，TSC運(yùn)行時(shí)一旦電容已經(jīng)投入，整個(gè)工作過(guò)程中最理想的工作方式就是使晶閘管工作在二極管模式進(jìn)行自然換相；而投入時(shí)刻處于電源電壓的正半周或負(fù)半周對(duì)于TSC的工作沒(méi)有實(shí)質(zhì)性的影響。因此?？梢詫⒎床⒙?lián)的晶閘管對(duì)中的一只晶閘管換做二極管。工作時(shí)首先電容經(jīng)二極管被充電到系統(tǒng)電壓的正向峰值，此時(shí)晶閘管就具備了導(dǎo)通的條件，然后將除法脈沖施加于晶閘管的門極，晶閘管導(dǎo)通，電路開(kāi)始工作。此后即進(jìn)入如前所說(shuō)的自然換相工作狀態(tài)。該電路的缺點(diǎn)就是希望將電容切除時(shí)，控制器停止向晶閘管提供脈沖后，還需經(jīng)過(guò)二極管工作的半個(gè)周波才能真正將電路關(guān)斷。但由于利用二極管取代晶閘管，將同時(shí)省去相應(yīng)的觸發(fā)電路并使電路更為可靠，所以應(yīng)用中不為一個(gè)性價(jià)比較高的方案。 
　　綜上所述，為使TSC在投入過(guò)程中，無(wú)沖擊電流，且暫態(tài)過(guò)程平穩(wěn)可采取以下方案： 
　　(1) 加放電電阻。每次切除電容器后，通過(guò)專門的放電電阻對(duì)電容器放電，使電容器殘壓接近為零，晶閘管在電網(wǎng)電壓過(guò)零時(shí)投入。 
　　(2) 電容器預(yù)充電。投入電容器之前對(duì)其預(yù)充電，充電到電網(wǎng)電壓的峰值，在電網(wǎng)電壓峰值時(shí)觸發(fā)晶閘管。 
　　(3) 主電路采用晶閘管與二極管反并聯(lián)方式。如圖1b所示方案中，電容器投入前其電壓總是維持在電網(wǎng)電壓的峰值，一旦電容器電壓比電網(wǎng)電壓峰值有所降低，二極管都會(huì)將其電壓充電至電網(wǎng)峰值電壓。只要在電網(wǎng)電壓峰值時(shí)觸發(fā)晶閘管，就可避免電流沖擊。 
　　(4) 檢測(cè)晶閘管兩端電壓的零電壓觸發(fā)方式。由于電容器殘壓的不確定性，晶閘管上的電壓是一個(gè)不能根據(jù)電網(wǎng)電壓計(jì)算的值，但可通過(guò)檢測(cè)晶閘管兩端（陽(yáng)極和陰極）的電壓來(lái)確定電網(wǎng)電壓與電容器殘壓是否相等。當(dāng)檢測(cè)到晶閘管兩端電壓相等（電壓差為零）時(shí)，觸發(fā)晶閘管。其原理電路原理框圖如圖所示。 圖(2-2)中，晶閘管兩端電壓經(jīng)電阻降壓送到光電耦合器，當(dāng)交流電壓瞬時(shí)值與電容器殘壓相等時(shí)晶閘管上電壓為零，零電壓檢測(cè)電路輸出一個(gè)脈沖，該脈沖與 TSC投入指令相"與"后啟動(dòng)觸發(fā)電路，去觸發(fā)相應(yīng)的晶閘管 
　　 
　　結(jié)論 
　　隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，人們對(duì)電能質(zhì)量的要求也在逐步提高，安全可靠持續(xù)是對(duì)電力系統(tǒng)的基本要求。而無(wú)功是影響電能質(zhì)量的一個(gè)因素。無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)對(duì)用電單位的低壓配電網(wǎng)的影響以及提高功率因數(shù)所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，確定無(wú)功功率的補(bǔ)償容量，確保補(bǔ)償技術(shù)經(jīng)濟(jì)、合理、安全可靠，達(dá)到節(jié)約電能的目的。