无功补偿和谐波治理，现有的控制方法？

TCR的基本原理。其单相基本结构是两个反并联晶闸管串联一个电抗器，三相连接成三角形。这种电路被并入电网，相当于连接到感性负载的交流电压调节器电路。

根据分析，该电路触发延迟角的有效相移范围为90° ~ 65438°+080°。当触发角α= 90°时，晶闸管全通，导通角δ = 180。与晶闸管串联的电抗器相当于直接接入电网，电抗器吸收的无功电流和无功功率最大。当触发延迟角在90° ~ 180°之间时，晶体门部分开启，开启角δ

由于TCR单独使用只能吸收无功功率，而不能产生无功功率，为了解决这个问题，可以和TCR一起使用并联电容器，组成无功补偿装置。根据投切电容器元件的不同，可分为带TCR和固定电容器的静止无功补偿器(TCR+FC)和带TCR和机械开关投切电容器的静止无功补偿器(TCR+MSC)。这种TCR型补偿装置反应速度快，灵活性大。因为固定电容的TCR+FC型补偿装置，在补偿范围从感性范围扩展到容性范围时，要求电抗器的容量大于电容器的容量，而补偿器工作吸收较小的无功电流时，电抗器和电容器都吸收了较大的无功电流，只是相互抵消而已。TSC+MSC补偿器采用分组投切电容器在一定程度上克服了这一缺点，但应尽量避免机械开关的频繁投切，减少机械开关的工作条件。

二、晶闸管投切电容器(TSC)

TSC的基本原理。其单相原理图3.5a中的两个反并联晶闸管仅起到将电容器并入电网或断开电网的作用，而串联的小电感仅用于抑制电容器投入电网时可能产生的浪涌电流。所以电容器投入运行时，TSC的伏安特性就是电容器的伏安特性，如图3.5c中OA所示，实际中电容器一般分为几组，如图3.5b所示，每组由晶闸管投切。这样，这些电容器可以根据电网的无功功率需求进行切换。TSC实际上是一种动态无功补偿装置，可以间歇性地吸收无功功率，根据电容器组的数量，其伏安特性可以是图3.5c中的OA、OB、OC。TSC用于三相电路时，可以是角接，也可以是星形，两者都设计成成组切换。

早期，电容器的分组投切多是通过机械开关来实现的，称为机械投切电容器(MSC)。与机械开关相比，晶闸管的工作寿命几乎是无限的，而且可以精确控制晶闸管的开关时间，降低冲击电流和操作难度。此外，TCR相TSC虽然不能连续调节无功功率，但具有运行时不产生谐波、损耗小的优点。因此，TSC在电力系统中得到了广泛的应用，其中很多与TCR配合使用，形成TCR+TSC混合补偿装置。

TSC的关键技术问题是投切电容时间的选择。选择输入时间的一般原则是，TSC输入电容的时间，即晶闸管开通的时间，必须是电源电压等于电容预充电电压的时间。因为根据电容的特性，当施加在电容上的电压逐级变化时，会产生冲击电流，很可能会破坏晶闸管或者给电源带来高频振荡等不良影响。

三、静止无功补偿装置的控制系统

控制系统应能检测系统的相关变量，并根据测量值和给定的输入值产生相应的晶闸管触发延迟角，从而调节补偿装置吸收的无功功率。因此，其控制系统一般应包括以下三部分电路:

1.检测电路:检测控制所需的系统变量和补偿装置变量。

2.控制电路:对检测信号和给定输入进行处理，以获得所需的稳态和动态特性。

3.触发电路:根据控制电路输出的控制信号，产生相应触发延迟角的晶闸管触发脉冲。

4.静止无功发生器

随着电力电子技术的进一步发展，特别是自美国学者L. Gyugyi提出变流器无功补偿理论以来，利用变流器技术进行动态无功补偿的静态补偿装置逐渐出现。

1980年，日本研制出第一台20Mvar强制自换相桥式SVG。经过10多年的发展，静止无功发生器的容量不断增加。1991年和1994年，日本和美国先后研制出80Mvar和100 mvar SVG。清华大学与河南电力局联合研制了国内第一台SVG，容量为300kvar，开创了我国SVG补偿设备的发展先河。

与以TCR为代表的传统SVC装置相比，SVG具有更快的调节速度和更宽的运行范围，在采取复用、多电平或PWM技术等措施后，可以大大降低补偿电流中的谐波含量。更重要的是，SVG中使用的电抗器和容性元件比SVC中使用的要小得多，这将大大降低装置的体积和成本。SVG优越的性能代表了动态无功补偿装置的发展方向。

简单来说，SVG的基本原理就是将自换相桥式电路直接接入电网或通过并联电抗器，适当调节桥式电路交流侧输出电压的相位和幅值，或者直接控制其交流侧电流，使电路吸收或放出符合要求的无功电流，实现动态无功补偿的目的。

SVG可分为电压型和电流型，如图3.6所示。DC侧采用两种不同的储能元件，即电容和电感。对于电压源桥式电路，需要串联一个电抗器才能接入电网。对于电流型桥式电路，还需要在交流侧并联一个电容来吸收换相引起的过电压。实际上，由于运行效率的原因，目前投入使用的SVG大多采用电压型桥式电路(以下内容主要是电压型桥式电路)。

SVG正常工作时，通过开通和关断功率半导体开关，将DC侧电压转换成与电网同频率的交流侧输出电压，就像电压源逆变器一样，只是交流侧输出接入电网而不是无源负载。因此，仅考虑基波频率时，SVG可视为与电网同频、幅值和相位可控的交流电压源。它通过交流电抗器连接到电网。

此外，对于那些以补偿输电为目的的SVG，如果DC侧使用了大型储能电容器或其他DC电源，必要时SVG还可以在短时间内向电网提供一定的有功功率。这对电力系统是非常有利的，也是传统SVC装置所不能及的。对于传统SVC装置中令人头疼的谐波问题，在SVG中，可以采用桥式变换电路的多路复用技术、多电平技术或PWM技术来消除低次谐波，将高次谐波电流降低到可接受的水平。

需要指出的是，SVG接入电网的连接电抗是用来滤除电流中可能存在的高次谐波的，同时也起到了连接变流器和电网的作用，所以所需电感并不大，远小于补偿TCR等相同容量的SVC装置所需的电感。如果使用降压变压器将SVG连接到电网，也可以使用降压变压器的漏抗，所需的连接电抗器将进一步减少。

当然，SVG的控制方法和系统明显比SVC复杂。此外，SVG需要使用大量大容量的全控器件，其价格仍远高于SVC使用的普通晶闸管。因此，SVG由于使用小型储能元件而在整体成本上的潜在优势，还有待于随着器件水平的提高和成本的降低而发挥出来。