SVC控制系统原理

TCR说明书11TCR控制系统原理SVC如图1接入系统中，滤波器FC提供固定的容性无功QC，补偿电抗器提供感性无功。只要能做到QN=QV-QC+QTCR=常数（或0），就能实现电网功率因数=常数，电网电压几乎不波动。式中：QN为系统无功，QV为负荷无功。补偿效果好坏的关键是准确控制晶闸管的触发角，得到所需的流过补偿电抗器的电流。可控硅阀和控制系统能够实现这个功能。采集电流和电压，求得补偿无功值，计算得触发角大小，通过晶闸管触发装置，使晶闸管流过所需电流。补偿电抗器电纳值与电抗器的导通角有关。当电抗器额定电感值确定后，控制电抗器的导通角可改变电抗器在工作电路中的等效电纳值。补偿电抗器电纳值与导通角的关系如下：Br=TCR说明书2其中：α为电抗器触发角L为电抗器额定电感值改变电抗器的导通角是用可控硅实现的。如图2所示，控制可控硅的触发角来改变电抗器的导通角。当触发角增大时，电抗器的电纳值增大，补偿功率减小。图2中I为电抗器电流，它随触发角α的增大而减小。TCR控制系统完成如下功能：通过检测系统电压、电流和TCR的电流，计算出可控硅的触发角，控制电抗器电纳值，达到无功补偿的目的。对于不对称负荷，应用分相调节。TCR分相调节的理论基础为STEINMETZ理论，此理论的前提是系统电压为平衡对称的。从这个前提出发，补偿后理论上负荷是纯有功、平衡的。STEINMETZ理论给出多种补偿表达形式，本系统采用无功功率平均值表示的补偿电纳公式：TCR说明书3Brab=×（Vbc×ia（l）+Vca×ib（l）-Vab×ic（l））dtBrbc=×（Vca×ib（l）+Vab×ic（l）-Vbc×ia（l））dtBrca=×（Vab×ic（l）+Vbc×ia（l）-Vca×ib（l））dt其中：Brab，Brbc，Brca分别为△形连接的补偿电抗器电纳值V为系统电压有效值Vab，Vbc，Vca为系统线电压瞬时值ia(l)，ib(l)，ic(l)为负荷电流瞬时值T为采样周期10msTCR的分相调节控制系统能做到补偿后各项指标均达到国家标准，并满足用户要求。TCR说明书42TCR控制系统组成及功能3如图3所示，SVC控制部分由控制柜、脉冲柜和功率单元组成。控制柜的作用是通过采集系统信号经内部计算处理后发出触发脉冲，同时检测可控硅击穿、触发脉冲丢失和TCR过流等。脉冲柜将触发脉冲转变为符合要求的脉冲信号，触发可控硅。功率单元串入电抗器回路，通过控制晶闸管的触发角使电抗器产生补偿所需的电流。2.1控制柜如图4所示，控制柜由电源供电单元、信号采集单元、联锁保护单元和中心控制单元组成。TCR说明书5图4控制柜组成框图2.1.1电源供电单元电源供电单元是将380V/50HZ经变压器后转换为16.3V、23V、8.9V、36V电压等级的交流电源，供给控制柜的其它单元用电。其中36V用作照明，220V供风扇用电。2.1.2信号采集单元信号采集单元由电压互感器和电流互感器组成。采集系统电压Uab、Ubc、Uca和系统电流Ia、Ib、Ic供中心控制系统运算使用；采集的相控电流Iab、Ibc、Ica除供中心控制系统运算和保护用外，还供控制柜门板的电流表指示用。2.1.3联锁保护单元联锁保护单元对设备出现故障及时处理，保证设备安全运行。此信号采集单元电源供电单元中心控制单元联锁保护单元TCR说明书6单元由继电器、指示灯和远方断路器辅助触点组成的逻辑控制回路，包括合闸信号、合闸允许、合闸指示、跳闸、事故及脉冲柜联锁。原理接线见附图0RX354.651。击穿检测功能是由击穿检测插件箱完成的。每一对反并联的可控硅都对应一个击穿检测指示灯，还可以设定引起跳闸的每一相可控硅的击穿个数。击穿检测插件箱中还有两块电源板：第一块电源板的输入为T3变压器的次级输出，整流后输出+27V和+12V直流供第二块电源板使用；第二块电源板对+27V和+12V稳压后输出+24V和+5V。其中+24V供K5—K12继电器用电，+5V供击穿检测插件箱中其它板用电。2.1.4中心控制单元中心控制单元是控制系统的核心部分。它依据采样信号，计算α角，发出触发脉冲。它分为六部分，包括电源，输入输出，键盘显示，模拟运算，综合保护和脉冲控制。插件箱内信号流程图参见附图0RX354.652。2.1.4.1电源电源板I输入为两路16.3V三相交流电，经整流稳压后输出15V；电源板Ⅱ输入为23V和8.9V三相交流电，经整流稳压后输出+24V、+8V、+5V（2），其中+24V的地0V（2）与其它电源地0V隔离。+5V（2）作为A/D转换的电源。表1列出中心控制单元各块板的电源供应情况。表1TCR说明书7输入输出键盘显示控制板综合保护采样板1，2+15V△-15V△+8V△△△△△△+5V(2)△△△0V△△△△△+24V△△0V(2)△△板内稳压+8V→+5V△△△△+24V→+5V△-15V→-5V△2.1.4.2输入输出各块板的开关量输入输出都经开关量输入输出板，此功能由两块板完成，一块为输入板，一块为输出板。两块板上都有继电器，使插件箱内的低压电路与外部电路实现电离。2.1.4.3键盘显示键盘显示由键盘显示板、液晶显示模块和键盘三部分组成。键盘显示板通过串行通讯口与综合保护板交换数据。它从综合保护板接收系统运行数据，经处理后送LCD显示。系统数据包括系统电压、系统电流、功率因数、触发角及负载无功功率等。键盘显示板读取按键信息，包括自动／手动运行状态、启动／停止状态、数据的大小调整和存储以及翻页显示等信息。键盘显示板将按键信息处理后送LCD显示，并将自动／手动运行状态、启动／停止状态及有关控制设备运行的数据送综合保护板。当设备运行中发生故障时，键盘显示板接收到从综合保护板传送来的故障信息，并将故障信息送LCD显示，封锁键盘。此时，LCD显示故障信息；按键无效。TCR说明书82.1.4.4综合保护单元综合保护单元即综合保护板，它具有以下功能：·晶闸管击穿检测：迅速检测出晶闸管击穿，并判断晶闸管击穿的位置，同时通过LCD显示。·过流保护：对TCR系统的瞬间过电流产生保护跳闸，并判断出过流相，同时通过LCD显示。·温度保护：当功率室的温度超过限定温度时保护跳闸同时通过LCD显示。·欠压保护：当控制系统的电源欠压或剧烈波动时保护跳闸，以防止控制系统产生错误的触发脉冲或电平信号，同时通过LCD显示。·数据交换：综合保护板是各功能板之间进行数据交换的通道。2.1.4.5模拟运算模拟运算功能由电流采样板和无功采样板完成。电流采样板的输入为系统电流Ia、Ib、Ic和相控电抗器电流Iab、Ibc、Ica，经以下计算：IA=Ia-(Iab-Ica）IB=Ib-(Ibc-Iab)IC=Ic-(Ica-Ibc)电流板输出为综合负载电流IA、IB、IC。功率采样板的输入为处TCR说明书9理后的综合负载电流、系统电压Uab、Ubc、Uca，经以下计算：Qab=Ubc×IA+Uca×IB-Uab×ICQbc=Uca×IB+Uab×IC-Ubc×IAQca=Uab×IC+Ubc×IA-Uca×IB输出Qab、Qbc、Qca，另外还输出电压同步信号Uab、Ubc、Uca。采样板上还具有对信号滤波放大的环节，将信号调整为0～5V电压信号送入CPU。2.1.4.6控制触发脉冲三块控制板的结构及功能是完成相同的，可以互换，通过对输入信号Qab、Qbc、Qca进行积分采样，由控制程序完成以下计算：Brab=Qab/3V2Brbc=Qbc/3V2Brca=Qca/3V2求出每相补偿电抗器的电纳值。然后计算每相的触发角α，分别发出相应的触发脉冲。触发角α由下面公式计算：Br=控制板具有丢脉冲保护功能：在发触发脉冲的同时接收反馈脉冲，用来判断是否丢失了触发脉冲。另外控制板还具有与综合保护板进行串行通讯的功能：完成各种控制命令与参数在两板间的传输。TCR说明书102.2脉冲柜脉冲柜由脉冲柜电源系统、脉冲形成器插件箱、阻抗匹配和脉冲检测插件箱组成。2.2.1脉冲柜电源系统2.2.1.1前面板电源开关及插座前面板三相电源开关ZK1为控制系统电源总开关；二相电源开关ZK2为柜内照明灯开关；CZ1及CZ2为220V电源外接备用插座。2.2.1.2脉冲柜电源380V三相交流电源经三相交流稳压源稳压净化及电磁干扰滤波器滤波处理后，作为控制系统的工作电源。2.2.2脉冲形成器插件箱脉冲形成器插件箱由六路脉冲形成器单元组成，它接收脉冲光电转换板的触发脉冲信号，经放大处理后形成Pab+，Pab-，Pbc+，Pbc-，Pca+，Pca-六路具有强触发的触发脉冲信号。2.2.3阻抗匹配和脉冲检测插件箱阻抗匹配和脉冲检测插件箱由电源I单元、电源II单元、脉冲光电转换单元及丢脉冲和阻抗匹配单元组成。2.2.3.1电源I单元（POWER）电源I单元为380V工作电源经变压器I(380/353/24)转换成24V、353V三相交流电，再经三相桥电路及电解电容滤波形成+30V、+500V直流电源供其它单元用。TCR说明书112.2.3.2电源II单元（STABLEPOWER）电源II单元为380V工作电源经变压器II(380/20/8.5)转换成20V、8.5V三相交流电，再经三相整流电路及电解电容滤波形成+27V、-27V和+5V直流电源供其它单元用电。表2列出脉冲柜各板电源供应情况，其中电源II单元（STABLEPOWER）+5V、+27V、-27V共地。表2脉冲形成光电转换丢脉冲和阻抗匹配+30V△0V1△+500V△0V2△+5V△△+27V△△0V△△△-27V△2.2.3.3脉冲光电转换单元脉冲光电转换板接收控制柜发出的触发脉冲光信号，将其转换成电信号，放大后送至脉冲形成器的输入端，作为脉冲形成器的输入脉冲信号。2.2.3.4丢脉冲和阻抗匹配单元丢脉冲和阻抗匹配板接收脉冲形成器发出的触发脉冲信号，TCR说明书12经信号处理将脉冲信号送至脉冲电缆，同时将反馈脉冲转换成光信号送至控制柜供丢脉冲保护使用。2.3功率单元功率单元由晶闸管阀臂、阻容保护板和击穿检测阻容板组成。阻容保护板保护晶闸管桥臂两端的操作过电压。击穿检测阻容板为保护每只晶闸管的关断过电压及检测晶闸管是否击穿的取样电路，当投上高压后，晶闸管正常工作时，它发出光信号。光信号通过光纤接至控制柜的击穿检测插件箱，当晶闸管正常工作时击穿检测插件箱面板上的指示灯亮；当晶闸管击穿时，相应的指示灯熄灭。当单相的晶闸管击穿数量超过设定值时，击穿检测插件箱上的击穿检测光纤信号综合板发出光信号，通过光纤送至中心控制插件箱上的综合保护板，综合保护板发出切高压信号。以上为控制系统的组成及其功能的简单介绍，本说明书附有与控制部分相关的TCR控制器信号流程图（图号0RX354.651），插件箱—信号流程图（图号0RX354.652）和控制系统原理图框图（图号0RX354.653）及脉冲柜电气原理图（图号0RX354.700），这些图同时包含在设备图纸中，以供使用者查阅参考。TCR说明书133控制系统的指示灯及测试孔此小结展示控制柜门板及插件箱面板上的指示灯，测试孔及按键显示的布置，并对其的使用加以说明。3.1控制柜3.1.1控制柜门板自用电灯为绿灯，控制柜工作时亮；高压合为红灯，当高压合时亮；高压切灯为绿灯，高压分时亮。控制柜门板上的三个电流表从左到右依次指示相控电抗器AB相、BC相、CA相电流。启动按钮为左侧按钮，是控制柜的电源按钮。停止按钮为右侧按钮，按下停止按钮切断控制柜电源。急停按钮为中间按钮，当设备发生紧急事故时按下急停按钮可跳开断路器，切高压。通过中间玻璃窗可以观察到中心控制插件箱和击穿检测插件箱的面板布置情况。TCR说明书143.1.2控制插件箱面板控制插件箱面板上有指示灯、检测孔、键盘和液晶显示，下面按图6对其逐一进行说明。面板上电源灯和开关量输入输出板指示灯均为绿色指示灯，事故指示灯为红色指示灯。3.1.2.1电源板Ⅰ如图有15V两个指示灯，正常工作时，指示灯亮表明有15V电源，指示灯灭表明没有15V电源。板上还有四个检测孔