随着现代工业的飞速发展,大幅增加的无功负荷不仅增大供电系统的损耗,更有可能引发继电保护故障与计量误差。因此,选择合适的补偿方式,科学合理地在电网中装设无功补偿装置,依据分层分区、就地平衡和便于调整电压的原则进行配置,快速有效地补偿无功功率,在节能降损、提高电能质量乃至整个系统稳定性方面都有着非常重要的现实意义。

目前低压无功补偿多采用分散补偿和集中补偿相结合的方式:分散安装在用电端,主要用于提高功率因数、降低銭路损耗;集中安装在变电站内,有利于稳定电压水平。

TSC低压无功补偿装置3大优势：

1) 设备投资小、结构紧凑、占地面积以及耗能小;

2) 无谐波污染、无投切振荡、不发生过补偿;

3) 动态跟踪无功变化、精确控制投切时刻实现晶闸管频繁快速投切, 对三相不平衡负荷可以分相补偿等优点,

近年来,TSC(双向反并联晶闸管投切电容器)低压无功补偿装置以其3大优势取代传统的并联电容器、串联电容器、并联电抗器、同步调相机和静止型动态无功补偿装置,在低压配电系统的无功补偿中获得快速发展和应用。

改善投切质量的优化措施：

1、投切开关优化：

补偿装置中选用由双相反并联晶阐管(TSC)主电路与接触器(MSC)主接点相并联形成的复合投切开关,共同实现补偿电容器组自动投切控制,接线结构如图2所示。

开关在接通和断开的瞬间具有可控硅过零投切的优点,由晶闸管精确控制电容器投切时刻,实现电容器的无涌流投入;而在正常接通期间又具有机械开关无功耗的优点,由接触器来保持电容器的连续运行。此结构集成了两者该应用领域中两代传统产品(MSC和TSC)各自的优点[6],并完全克服了二者原理性和结构性的缺点,满足了电力系统无功补偿电容器在“投入一运行一切除”全过程对开关产品的特殊功能需要,大大延长了电容器的使用寿命。

图2 TSC+MSC接线形式

结合整个无功补偿装置来讲,控制器根据系统电压和无功情况作出投切决策,并将投切指令传达给晶闸管触发电路,由触发信号来控制晶闸管的开通和关断,分别作为TSC投人和切除电容的时刻[7]。工作时动作次序为：

1) 投入时:投入电容时复合开关的工作过程如图3所示。

图3 投入电容时复合开关工作过程

2) 切除时:切除电容时复合开关的工作过程如图4所示。

图4 切除电容时复合开关工作过程

3) 缺相指示:运行前运行中,电压或电流缺相, D闪烁告警。

2、电容器分组方式优化

在380V的低压无功补偿的应用中,常见的分组类别及相应的投切方式大致分为:等值分组循环投切、等差分组投切和二进制分组温度计式投切等几类。每种编码方式下分别存在不同的优势和控制盲区,各分组结构的特点及性能的优劣对比见表1。减小这些控制盲区,可以避免投切振荡,有利于提高TSC控制系统的可靠性与经济性。

表1中: n为补偿电容组数; d为等差制编码分组补偿电容级差; Qo为二进制编码分组首位电容器容量与分组容量级差。

表1 无功补偿分组投切特点及性能对比

3、分组容量的优化设计

为了提高电容器的效率,延长电容器使用寿命,需要选择合理的分组容量。并联电容器分组容量的确定应符合下列规定：

1)在电容器分组投切时,母线电压波动应满足国家现行有关标准的要求,并应满足系统无功功率和电压调控要求。

2)当分组电容器按各种容量组合运行时,应避开谐振容量,不得发生谐波的严重放大和谐振,电容器的接入支路所引起的各侧母线的任何一次谐波量均不应超过现行国家标准GB/T14549《电能质量公用电网谐波》的有关规定[12-15]。

当装置采用混合分组实现自动投切,确定其分组容量应考虑遵循如下原则：

1)为避免过补偿,分组容量应尽可能地小；

2)为避免控制复杂、造价过高,分组容量值档位设置不宜过多;

3)为避免投切过频,可考虑小容量电容器实现循环投切,分担投切次数。

需要指出的是,电容器串联电抗器后的实际输出容量应符合：

式中:Q1为未串联电抗器时输出的无功功率;Q2为串联电抗器后输出的无功功率;K为电抗率。

所以，在目前低压电网TSC无功补偿控制过程中,采用可控硅与接触器并联作为投切开关的主电路结构,选择二进制分组与等容分组相结合的混合电容分组形式,科学合理地设计分组容量值等方式来把握投切时刻,降低了开关工作能耗,提高补偿精度以及元件及设备安全系数。

整套低压TSC无功补偿装置的控制精度高、设备投入小、系统稳定性强,完全满足了电力系统无功补偿电容器投入、运行、切除全过程对开关产品的特殊功能需要,延长了电容器的使用寿命。