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　　電力系統(tǒng)運行的經濟性和電能質量與無功功率有重大的關系。無功功率是電力系統(tǒng)一種不可缺少的功率。大量的感性負荷和電網(wǎng)中的無功功率損耗，要求系統(tǒng)提供足夠的無功功率，否則電網(wǎng)電壓將下降，電能質量得不到保證。同時，無功功率的不合理分配，也將造成線損增加，降低電力系統(tǒng)運行的經濟性。 
　　電力負荷是隨時變化的，所需要的無功功率也是隨時變化的，為了維持無功平衡，要求無功補償設備實行動態(tài)補償，即要根據(jù)無功負荷的變化及時投切電容器。以往的動態(tài)無功補償設備以機械開關（接觸器）作為電容器的投切開關，機械開關不僅動作速度慢，而且會產生諸如涌流沖擊、過電壓、電弧重燃等現(xiàn)象，開關本身和電容器都容易損壞。 
　　隨著電力電子技術和微機控制技術的迅速發(fā)展和廣泛應用，出現(xiàn)了智能型的動態(tài)無功補償裝置。這種以電力電子器件作為無功器件（電容器、電抗器）的控制或開關器件的動態(tài)無功補償裝置被稱為靜止無功補償裝置。 
　　TSC是動態(tài)無功補償技術的發(fā)展方向，它正成為傳統(tǒng)無功補償裝置的更新?lián)Q代產品。正因為如此，本課題選擇這一技術領域進行研究。 
　　 
　　一、靜止無功補償技術的現(xiàn)狀及發(fā)展 
　　20世紀70年代以來，以晶閘管控制的電抗器（TCR）、晶閘管（可控硅開關）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功補償器（SVC）得到快速發(fā)展。 
　　 
　　二、TSC投入的暫態(tài)過程分析 
　　設裝設TSC的母線電壓是標準的正弦電壓信號us(t)=Um sin(ωt+α)，投入時電容器上的殘壓為Uc0，忽略晶閘管的導通壓降和損耗，認為是一個理想開關，則用拉氏變換表示的TSC支路電壓方程為： 
　　 
　　實際上，條件（1）（在系統(tǒng)電壓最大時觸發(fā)晶閘管）是自然換相條件；因為流過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)電壓峰值時流經電容器的電流為零，而作為依賴電流過零自然關斷的半控器件，晶閘管的無電流沖擊換相點應為系統(tǒng)電壓峰值點。而條件（2）（即投入時電容器應為已預充電到Umk2/(k2-1)）是零電壓換相條件；此時由于開同前后晶閘管兩端電壓均為零，所以其開通過程將不會在電路中引起由于電壓突變導致的過渡過程。為了同時滿足上述條件，均采用了假定電容器兩端電壓已預充電到系統(tǒng)峰（谷）值電壓，從而在電源電壓峰（谷）值時開通晶閘管以投入電容器的方法。但實踐中存在下述兩個問題： 
　?。?） 如果沒有預充電裝置，則第一次投入或切除時間較長后再次投入時，由于放電的原因，此時電容器電壓通常為零，故會發(fā)生電流沖擊； 
　　（2） 由于電容器自身放電的原因，即便切除時間較短，電容器電壓也會下降。所以通常采用的峰值切除方法實際不能滿足零電壓切換條件。 
　　 
　　三、對TSC裝置無暫態(tài)過程的投切時機分析  
　　在實際中，如果考慮到系統(tǒng)自身的電抗，則k往往是不確定的；同時，根據(jù)國家標準"每一電容器單元或電容器組應具備足以在3min之內從初始直流電壓Un放電到75V或更底的放電器件。對于Un≥1000V的電容器，放電時間應為10min"，由于電容器一旦被切除后將經過放電回路放電從而導致電容器電壓的下降，因此除非每次投入之前對電容器進行充電，上述條件很難保證，這也是選擇在系統(tǒng)電壓峰（谷）值時投電容器的方法難以實現(xiàn)的地方。 
　　實際中另外一種做法是假定每次投入之前電容器均經過充分放電，其兩端電壓為零；此時就可以在系統(tǒng)電壓過零點，即觸發(fā)延遲角 =- 時開通晶閘管使電容器接入。此時由于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為零，只有第二項可能引起振蕩，振蕩的最大值是正常情況下的兩倍。為了說明這一點，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將其首次觸發(fā)導通，具體而言： 
　　(1) 當電容上的正向（反向）殘壓小于（大于）輸入交流電壓的峰（谷）值時，在輸入電壓等于電容上的殘壓時導通晶閘管?？墒沟眠^渡過程最短: 
　　(2)當電容上的正向（反向）殘壓大于（小于）輸入交流電壓的峰（谷）值時，在輸入電壓達到峰（谷）值時導通晶閘管，可直接進入穩(wěn)態(tài)運行。 
　　根據(jù)以上投切原則，TSC的最大響應時間將達到一個周波；而且由于電容器只能在一個周期的特定時刻投入。因此，TSC支路只能提供或者為零（斷開時）或者為最大容性（投入時）的電流；當其投入時，支路的容性電流與加在其上的電壓成正比。實際應用時，可以將多組TSC并聯(lián)使用，根據(jù)容量需要，逐個投入，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運行時一旦電容已經投入，整個工作過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行自然換相；而投入時刻處于電源電壓的正半周或負半周對于TSC的工作沒有實質性的影響。因此。可以將反并聯(lián)的晶閘管對中的一只晶閘管換做二極管。工作時首先電容經二極管被充電到系統(tǒng)電壓的正向峰值，此時晶閘管就具備了導通的條件，然后將除法脈沖施加于晶閘管的門極，晶閘管導通，電路開始工作。此后即進入如前所說的自然換相工作狀態(tài)。該電路的缺點就是希望將電容切除時，控制器停止向晶閘管提供脈沖后，還需經過二極管工作的半個周波才能真正將電路關斷。但由于利用二極管取代晶閘管，將同時省去相應的觸發(fā)電路并使電路更為可靠，所以應用中不為一個性價比較高的方案。 
　　綜上所述，為使TSC在投入過程中，無沖擊電流，且暫態(tài)過程平穩(wěn)可采取以下方案： 
　　(1) 加放電電阻。每次切除電容器后，通過專門的放電電阻對電容器放電，使電容器殘壓接近為零，晶閘管在電網(wǎng)電壓過零時投入。 
　　(2) 電容器預充電。投入電容器之前對其預充電，充電到電網(wǎng)電壓的峰值，在電網(wǎng)電壓峰值時觸發(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)電壓峰值時觸發(fā)晶閘管，就可避免電流沖擊。 
　　(4) 檢測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不能根據(jù)電網(wǎng)電壓計算的值，但可通過檢測晶閘管兩端（陽極和陰極）的電壓來確定電網(wǎng)電壓與電容器殘壓是否相等。當檢測到晶閘管兩端電壓相等（電壓差為零）時，觸發(fā)晶閘管。其原理電路原理框圖如圖所示。 圖(2-2)中，晶閘管兩端電壓經電阻降壓送到光電耦合器，當交流電壓瞬時值與電容器殘壓相等時晶閘管上電壓為零，零電壓檢測電路輸出一個脈沖，該脈沖與 TSC投入指令相"與"后啟動觸發(fā)電路，去觸發(fā)相應的晶閘管 
　　 
　　結論 
　　隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，人們對電能質量的要求也在逐步提高，安全可靠持續(xù)是對電力系統(tǒng)的基本要求。而無功是影響電能質量的一個因素。無功補償技術對用電單位的低壓配電網(wǎng)的影響以及提高功率因數(shù)所帶來的經濟效益和社會效益，確定無功功率的補償容量，確保補償技術經濟、合理、安全可靠，達到節(jié)約電能的目的。