专利名称：一种晶闸管交流无触点开关投切电容器时触发导通方法
技术领域：
本发明涉及一种控制晶闸管触发导通的方法，更具体地说，涉及一种晶闸管交流无触点开关投切电容器的无功动态补偿装置(简称SVC-TSC)时，其触发导通方法，即晶闸管触发脉冲控制角α的安全、简便确定方法。
背景技术：
无功动态补偿装置是电网中不可缺少的设备，它不仅可以减少电网损耗，提高线路输电能力，更重要的是可以减少电压波动，提高电网质量和安全可靠性。旧有的无功动态补偿，是在发电厂或区域中心变电站装设进相机(旋转电机)。另外，在35KV及IOKV变电所装设由真空断路器投切无功补偿电容器的固定无功补偿。我国经济快速增长，电网也快速发展，旧有的无功补偿装置，性能和规模均不能满足电网要求。上世纪70年代后期，我国开始成套引进静止式无功动态补偿装置(简称SVC)，以晶闸管控制电抗器型(简称SVC-TCR) 为主。本世纪以来，我国从引进到国内制造的静止式无功动态补偿装置，主要有下列几种， 其主要性能、存在问题和使用范围简介如下
(I)SVC-TCR型——晶闸管控制电抗器型无功动态补偿装置。技术上成熟可靠，无功输出量可根据电网负荷变化的需要连续调节，动态响应时间可达10 ms。存在问题是补偿装置本身存在一定量谐波，因此，SVC-TCR型无功动态补偿装置，是由相同电容量的一套滤波器 (FC)和一套晶闸管控制的电抗器(TCR)组成，设备多，投资及本身损耗较大。在我国实际使用在冲击负荷大，负荷本身又产生谐波的变电所，如钢铁企业的轧钢、电炉炼钢变电所，地铁及牵引变电所等处。(2)可控串联补偿装置(TCSC)，是将补偿电容器串联在高压输电线路中，补偿电容器并联有晶间管控制的电容抗器支路。技术性能先进，可快速、连续控制线路串联补偿度。 增强系统稳定性，提高线路输送能力，灵活调节潮流分布，抑制次同步谐振，阻尼功率震荡， 降低短路电流等。主要用在220KV以上的超高压、长距离、重负荷的输电线路上。(3) SVG无功动态补偿装置。是静止式无功发生器，当负荷消耗感性无功时，经检测控制SVG，使其产生等量的容性无功，当负荷变化时，SVG输出无功量跟踪变化，响应时间可达5ms，这样，就不需要电网给负荷输送无功，电网损耗最小，此外，SVG还可以对电网的谐波、不平衡等电能质量问题进行多功能综合补偿，实现有源谐波(APF)的功能。可以说， SVG是理想的无功动态补偿装置。该装置在理论上成熟，小容量SVG装置国内外已生成供货，我国已成套供货世界上电压最高、容量最大的10KV、20Mvar SVG无功动态补偿装置。但其功率单元、控制板等核心元器件都是国外引进的。因此，推广使用SVG的障碍是大功率高频可关断元件(IGBT)生产不过关，价格昂贵。目前，只是在一些重点，特殊项目中使用。(4) SVC-TSC型——晶闸管交流无触电开关投切电容器型无功动态补偿装置。投切电容器时，无合闸涌流，无操作过电压，补偿装置本身不产生谐波。缺点是分级调节无功补偿容量；动态响应时间较慢，响应时间为20 ms左右。但对占全国变电所70%以上的一般工业和民用变电所所需的无功动态补偿，技术性能完全可以满足要求。
但目前国内外SVC-TSC型无功动态补偿装置，使用领域仅限于低压(AC380/220V)小容量(每回路l(T50KVar，每套装置8(T400 KVar)范围内使用。不能推广使用的原因之一，是晶间管触发脉冲控制较复杂。三相全控桥式整流电感负载的触发脉冲控制角α的变化范围是0°、0°，三相全控桥式整流——逆变电路触发脉冲控制角α的变化范围是0° (180° _β)，其中β角是最小逆变角，脉冲宽度为60° (—般用双脉冲)。晶闸管交流无触点开关投切电容器，触发脉冲控制角α的具体角度值，大学教材“晶闸管变流技术”中没有说明，有关刊物也没有介绍。理论上，电容电流的相位比加在电容器上电压的相位超前90°，同时，电容器的特性是阻止其端电压变化，当电压变化率.fffj
“O时，电容电流为零。目前晶闸管交流无触点开关投切电容器时触发导通方法主要有tii
如下两种
(ι)现在使用的低压小容量晶闸管交流无触点开关投切电容器时，都是检测晶闸管阳极和阴极的两端电压，也是电容器上电压和线路电压差，当电压差过零时触发导通，有的就利用阳极和阴极间电压差，经二极管判别后，直接接至晶闸管的控制极触发晶闸管。此种触发方式线路简单，但电容器电流波形有缺口(3° 5°电流断续)，有谐波分量，大电流、高电压的晶闸管交流无触点开关上不能使用；
(2)现在还有一种触发方式，预先给电容器充电，当电容器充电电压达到最大值后，检
测线路电压也达最大值(<:，O )时触发导通。
dt以上两种晶闸管交流无触点开关投切电容器时触发导通方法，虽也能达到投入电容器时无合闸涌流，切除电容器时无操作过电压，切除电容器时只需要取消触发脉冲，电流过零自然关断，但存在控制精度不够，电流波形有缺口，且检测控制较复杂，影响安全可靠性问题。
发明内容
发明要解决的技术问题
为克服现有技术中，SVC-TSC型无功动态补偿装置触发脉冲控制方面存在的控制精度不够，电流波形有缺口及检测控制较复杂，影响安全可靠性等问题，本发明专利提出的一种晶闸管无触点开关投切电容器时触发脉冲安全、简单的控制方法，即不检测晶闸管两端电压，不预先给电容器充电，也不检测电压波形的变化率，而是直接确定触发脉冲的控制角α的安全、简便触发导通方法。技术方案
为了克服现有技术的不足，本发明是通过如下技术方案予以实现的。本发明的一种晶闸管交流无触点开关投切电容器时触发导通方法，其步骤为
(1)调节触发脉冲板上的多圈电位器，将控制角α调至180°< α < 270°，并固定控制角α的值不变，其中，电容电流导通时的阳极电位高于阴极电位，由电位器提供；
(2)调整触发脉冲板上回路的电容，使触发脉冲宽度为360°-α，并固定触发脉冲宽度不变，纯电容回路中，电容电流的相位超前电压相位90°，使触发脉冲先存在，等待阳极电位高于阴极电位的出现，然后电容电流自零平滑上升。
优选地，所述的步骤(1)中调节控制角α为180° < α < 270°时，是先将控制角α调到比α的最终值小180°，再将同步电源信号反相，即得到控制角α的最终值为 180° < α < 270°。优选地，所述的步骤(1)中控制角α调为200°彡α彡220°。工作原理
纯电容回路，电容电流的相位超前电压相位90°，如图2所示，其中的Ja电流波形从零正向上升时，电压^波形的相位接近270°，即电流方向与电压方向相反。根据晶闸管的基本特性，晶闸管导体条件(1)阳极电位高于阴极电位；(2)控制极存在足够的触发电流，二者不可缺一。Ia导通时的阳极电位(该阳极电位高于阴极电位)是由电位器提供的。本发明将控制角α调为180° < α < 270°，使触发脉冲先存在，等待阳极电位高于阴极电位的出现，电容电流Ia自零平滑上升，不会出现电流冲击，且控制角α的调节精度要求不高，便于调节。因此，从理论到实践都证明了此发明是安全可靠的。有益效果
本发明与现有技术相比，具有如下显著的优点
(1)本发明的一种晶闸管交流无触点开关投切电容器时触发导通方法，不需要检测晶闸管两端电压，不需要预先给电容器充电，也不需要检测电压波形的变化率，而是直接确定触发脉冲的控制角α，投切电容器时，无合闸涌流，无操作过电压，补偿装置本身不产生谐波，控制方法简单，安全可靠性好；
(2)本发明的一种晶闸管交流无触点开关投切电容器时触发导通方法，通过控制触发脉冲控制角α为180° < α < 270°，实现触发导通，控制精度高，且电流波形无缺口 ；
(3)本发明的一种晶闸管交流无触点开关投切电容器时触发导通方法，对减少电网损耗、减少电压波动、提高电网质量、提高电网安全性等方面具有较大的经济效益和社会效益。
图1为晶闸管交流无触点开关投切无功补偿电容器主接线系统图1中a为Y接线，b为Δ接线，其中κ-主回路开关；RD-快速熔断器；SCR-晶闸管交流无触点开关；L-电抗器；C-无功补偿电容器。图2为按Y接线时整定触发脉冲板后的A相电压、电流及脉冲波形图； 图2中武-A相电压，I-A相电容器电流，U-K相触发脉冲列。
具体实施例方式为进一步了解本发明的内容，结合附图对本发明作详细描述。结合图1，在图a中，为Y接线形式的晶闸管交流无触点开关投切无功补偿电容器的主接线系统图，其中，每一相依次连接主回路开关K、快速熔断器RD、晶闸管交流无触点开关SCR、电抗器L和无功补偿电容器C，晶闸管交流无触点开关SCR的两端均并联有RC阻容吸收回路；在图b中，为Δ接线形式的晶闸管交流无触点开关投切无功补偿电容器的主接线系统图，其中，每一相均为快速熔断器RD、晶闸管交流无触点开关SCR和无功补偿电容器C依次连接组成，晶闸管交流无触点开关SCR的两端均并联有RC阻容吸收回路。
当电网需要补偿容性无功时，经无功补偿控制器(又称功率因数控制器)发信号给晶闸管交流无触点开关的触发脉冲板，脉冲板发出触发脉冲，晶闸管交流无触点开关SCR导通，无功补偿电容器C接入电网，送给电网容性无功；当电网需要减少容性无功时，无功补偿控制器给触发脉冲板信号，取消触发脉冲，晶间管交流无触点开关SCR电流过零，自然关断，无功补偿电容器C退出电网。实施例1
无功补偿控制器和触发脉冲板，市场上有多种型号的产品可以选用，本实施例选用三相桥式全控整流触发板6. 0型标准触发板，本实施例的一种晶间管交流无触点开关投切电容器时触发导通方法，用触发板上的多圈电位器，通过示波器检测，将控制角α调到210°，具体地是，先将控制角α调到30° (210° -180° =30° )，再将同步电源信号反相即得到控制角α为210°，就固定不变，再将触发板上回路小电容适当换大，增大脉冲宽度到150° (360° -210° =150° )，也固定不变。因此，控制系统变得很简单可靠，投入电容器时，无电流冲击。本实施例按Y接线，整定触发脉冲板后的A相电压、电流及脉冲波形图如图2所示，图中吡为A相电压，IaSA相电容器电流，&为八相触发脉冲列。其中，当控制角α=210°，脉冲宽度为360° -210° =150°。从图2中可以看出，有脉冲后，电流Ia从0上升，正弦波形完整，平滑过零，无缺口且无谐波。实施例2
基本步骤同实施例1，不同的是，通过示波器检测，将控制角α调到200°固定不变，具体地是，先将控制角α调到20° (200° -180° =20° )，再将同步电源信号反相即得到控制角α为200° ；脉冲宽度调到160°，也固定不变。晶闸管交流无触点开关投切电容器时触发导通后，控制精度高，投入电容器时无电流冲击，波形完整，平滑过零，无缺口且无谐波。实施例3
基本步骤同实施例1，不同的是，通过示波器检测，将控制角α调到220°固定不变，具体地是，先将控制角α调到40° (220° -180° =40° )，再将同步电源信号反相即得到控制角α为220° ；脉冲宽度调到140°，也固定不变。晶闸管交流无触点开关投切电容器时触发导通后，控制精度高，投入电容器时无电流冲击，波形完整，平滑过零，无缺口且无谐波。实施例4
基本步骤同实施例1，不同的是，通过示波器检测，将控制角α调到181°固定不变，具体地是，先将控制角α调到1° (181° -180° =1° )，再将同步电源信号反相即得到控制角α为181° ；脉冲宽度调到175°，也固定不变。晶闸管交流无触点开关投切电容器时触发导通后，控制精度高，投入电容器时无电流冲击，波形完整，平滑过零，无缺口且无谐波。实施例5
基本步骤同实施例1，不同的是，通过示波器检测，将控制角α调到沈9°固定不变，具体地是，先将控制角α调到89° (沈9° -180° =89° )，再将同步电源信号反相即得到控制角0为沈9° ；脉冲宽度调到95°，也固定不变。晶闸管交流无触点开关投切电容器时触发导通后，控制精度高，投入电容器时无电流冲击，波形完整，平滑过零，无缺口且无谐波。
通过实验论证，改变触发脉冲控制角α
当0° < α <180°时，晶闸管交流无触点开关SCR被烧坏，快速熔断器RD不能保护； 当270° < α < 360°时，Ia电流波形有缺口或晶闸管交流无触点开关SCR不导通。使用本发明技术，可生产SVC-TSC型大功率无功动态补偿装置，投切电容器时， 无合闸涌流，无操作过电压，补偿装置本身不产生谐波，控制系统简单可靠。晶闸管等元器件全部国产，造价低，运行安全，维护工作少，本身损耗较小。分级补偿，每级容量 10(T600KVar。成套补偿装置容量广50MVar，动态响应时间为20ms。完全能满足占全国电网 70%以上的普通工业和民用10KV、35KV、110KV变电所对无功动态补偿的要求。普遍使用后， 对减少电网损耗、减少电压波动、提高电网质量、提高电网安全性等方面将取得较大的经济效益和社会效益。
权利要求
1.一种晶闸管交流无触点开关投切电容器时触发导通方法，其步骤为(1)调节触发脉冲板上的多圈电位器，将控制角α调至180°< α < 270°，并固定控制角α的值不变，其中，电容电流导通时的阳极电位高于阴极电位，由电位器提供；(2)调整触发脉冲板上回路的电容，使触发脉冲宽度为360°-α，并固定触发脉冲宽度不变，纯电容回路中，电容电流的相位超前电压相位90°，使触发脉冲先存在，等待阳极电位高于阴极电位的出现，然后电容电流自零平滑上升。
2.根据权利要求1所述的一种晶闸管交流无触点开关投切电容器时触发导通方法，其特征在于所述的步骤(1)中调节控制角α为180° < α < 270°时，是先将控制角α调到比α的最终值小180°，再将同步电源信号反相，即得到控制角α的最终值为180°< α < 270°。
3.根据权利要求1或2所述的一种晶闸管交流无触点开关投切电容器时触发导通方法，其特征在于所述的步骤(1)中控制角α调为200° < α < 220°。
全文摘要
本发明公开了一种晶闸管交流无触点开关投切电容器时触发导通方法，属于晶闸管触发导通的方法领域。本发明的步骤为(1)调节触发脉冲板上的多圈电位器，将控制角α调至180°＜α＜270°，并固定控制角α的值不变；(2)调整触发脉冲板上回路的电容，使触发脉冲宽度为360°-α，并固定触发脉冲宽度不变，触发脉冲先存在，等待阳极电位高于阴极电位的出现，然后电容电流自零平滑上升。使用本发明技术，投切电容器时，无合闸涌流，无操作过电压，补偿装置本身不产生谐波，控制系统简单可靠；控制精度高，且电流波形无缺口；对减少电网损耗、减少电压波动、提高电网质量、提高电网安全性等方面具有较大的经济效益和社会效益。
文档编号H02J3/18GK102570474SQ20111036164
公开日2012年7月11日 申请日期2011年11月16日 优先权日2011年11月16日
发明者郑学超 申请人:郑学超