TCT式可控并联电抗器的模拟系统研究
目 录
一、 引言 1
（一）研究背景 1
（二）可控电抗器的发展史 1
（三）TCT技术的应用背景 3
二、TCT式可控并联电抗器的原理以及应用 4
（一）TCT型可控电抗器工作原理 4
1. 6脉波TCT方式的结构与特性 5
2. 12脉波TCT方式的结构与特性 10
3. 6脉波TCT方式与12脉波TCT方式的对比分析 14
三、可控硅的原理以及应用 15
（一）可控硅的工作原理 15
（二）可控硅组件 16
（三）可控硅触发单元 17
四、TCT电抗器的实施方案 17
（一）配电柜单元 17
（二）控制插箱 19
（三）波形显示单元 20
（四）触摸显示屏 20
（五）系统控制与软件实现 24
总结 26
致谢 27
参考文献 28
附录一：TCT电抗器机柜原理图 29
附录二：TCT电抗器机柜元件清单 30
一、 引言
（一）研究背景
随着现在社会的经济发展，电已经成为家家户户常见的生活需要。近年来，随着电力的不断扩张，无功功率的问题对电力系统的影响日益增强，导至电力系统的安全稳定性越来越差，经济运行越来越难。在我国，有三分之一的电力是通过电子装置变换后才给居民使用的。电力电子装置一般用于输配电线路和用户负载的接口电路，由于电子电力装置具有非线性的特 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
点，在工作状态中，难免会有些干扰，这样就会导致电力系统的不稳定。TCT式可控并联电抗器在无功功率，电网电压等方面有了一定的改进和提高，使其在实际中的应用越来越广泛。
在现在的市场上，可控电抗器分好几个种类：磁阀式、磁饱和式、变压器式等等，这些产品都有着先进的控制技术，都是各具优势的一系列产品。在电力电子技术跟微电子技术的支持下，可控电抗器得到不断的改进，成本也大大减少，性能也大大提高了，使得可控电抗器在无功补偿、不稳定性等方面取得了一定的成功，促进了电力系统的发展，提高了它的稳定性、安全性，降低了它的经济成本，得到了越来越多的应用。
可控电抗器一般都有噪声问题及谐波高等问题，现在的研究趋势大多倾向于对控制方式的改变来抑制谐波提升性能，但是对于可控电抗器的本身却没有过多的改变。对于电抗器并没有专业的计算方法，一般都是设计师根据经验进行观察估算，准确度就降低了不少，其性能也不能很好的开发。这也阻碍了可控电抗器的发展。
（二）可控电抗器的发展史
近年来，传统的电抗器被人们越来越多的淘汰，主要原因在于它的性能不够，维护复杂，价格也相对昂贵。在这一前提下，国内外的学者意识到可控电抗器的巨大潜能和应用发展，开始对其逐步研究。
在现在市场上，电抗器分以下几种：传统机械可调电抗器、晶闸管控制电抗器（TCR）、磁阀式可控电抗器、磁饱和式可控电抗器、变压器式可控电抗器。它们各有各的好处，也有其缺点。就目前，以下三种应用相对广泛：
A.磁阀式可控电抗器：
磁阀式可控电抗器是通过外加的直流来控制磁通，得以改变铁心截面的饱和程度，使得磁阻改变，实现容量的可调。磁导与电感成正比，相反与容量成反比。原理图如图1所示。
图1 磁阀式可控电抗器原理图
B.磁饱和式可控电抗器：
磁饱和式可控电抗器与上一种磁阀式可控电抗器的区别就在于磁阀式可控电抗器是两个分裂的芯柱只有在工作范围内的截面才会饱和，二磁饱和式可控电抗器的铁心是轮流饱和的。原理图如图2所示。
图2 磁饱和式可控电抗器原理图
以上两种可控电抗器都属于直流助磁式，其原理就是通过产生的直流去控制电流从而改变电抗器的铁心饱和度，由此改变铁心的磁导率从而改变电感值。这种类型的可控电抗器结构较易，控制原理易懂，且U（控制）
变压器式可控电抗器是通过输入交流电流控制电抗器铁心的磁通,从而达到调节电抗器容量的效果。这种电抗器不光可以作为基波无功电流补偿，还可以用于串并联有源滤波器。原理图如图3所示。
图3 变压器式可控电抗器原理图
本项目根据以上的几种形式进行了对比分析，从而对TCT式可控电抗器即晶闸管控制电抗器这一模式进行分析研究。可控电抗器的改进相对于以上几种应该有明显的进步，要去其糟粕，取其精华。应该充分利用现在的电力电子技术，控制技术等，来实现可控电抗器质的飞跃！
（三）TCT技术的应用背景
TCT（thyristor controlled transformer）也属于TCR(晶闸管控制电抗器)，只不过它是其中一种特殊的类型，把高阻抗的变压器换成电抗器与晶闸管串联构成，其中高阻抗变压器的Z漏抗一般取在33%-100%之间。高阻抗变压器在运用在高压电网的时候，一般采用的是星形--三角形的接法，主要的目的就是消除3次谐波，达到副边中性点分开，每相负载与其他两相相对独立的效果，这样就能独立的控制正序电流以及负序电流，分箱控制调节，补偿电弧炉等不平衡的负载。
常规的TCR中的耦合变压器和电抗器运用到TCT中实际上是合二为一的，它的工作原理与TCR基本相似，一样利用固定的电容支路提供容性无功功率并且还会用作为滤波器。在单个的晶闸管器件工作时，它的电压较低，而高阻抗的变压器次级电压也可以取得较低，例如在1kV左右，所以主电路以及门级电路的绝缘就变得很简单，也方便的人为的安装，因此它的造价也相当于同样容量的TCR。因此，在中等或者中等偏小（40-50Mvar及以下）的SVC（静止无功补偿器）中得到了较为广泛的运用。
本项目根据几个部分进行分析、研究，主要包括TCT电抗器、可控硅组件、以及相关的的外部辅助设施。如图4所示。
图4 TCT可控并联电抗器整体结构图
二、TCT式可控并联电抗器的原理以及应用
（一）TCT型可控电抗器工作原理
TCT（晶闸管控制变压器型可控电抗器）的原理图如图5所示，其中1与2之间的漏抗电压（漏抗电压是相对于主磁通而言，对变压器言，同时经过主副线圈的为主磁通，仅经过自身绕组的为漏磁通）为100%，K主要作用在于控制它们的导通角，它能够让电抗器在最低励磁容量到全容量之间平滑变动，它的电抗值位于开路电抗以及短路电抗之间。绕组3跟1、2两相相互之间连接成三角形，主要用于消除3或3的倍数的谐波电流。
1——高压线绕组
2——低压线绕组
3——补偿绕组
K——双向晶闸管或两只单
图7 采用星-星变压器和角接阀连接方式的6脉波TCT
3）星-角变压器和星接阀
不管采用哪种结构形式，阀电压均设计到66kV电压等级，阀电流在晶闸管元件的电流设计范围之内，但是该晶闸管阀设计容量较大，具有一定的技术难度。
一、 引言 1
（一）研究背景 1
（二）可控电抗器的发展史 1
（三）TCT技术的应用背景 3
二、TCT式可控并联电抗器的原理以及应用 4
（一）TCT型可控电抗器工作原理 4
1. 6脉波TCT方式的结构与特性 5
2. 12脉波TCT方式的结构与特性 10
3. 6脉波TCT方式与12脉波TCT方式的对比分析 14
三、可控硅的原理以及应用 15
（一）可控硅的工作原理 15
（二）可控硅组件 16
（三）可控硅触发单元 17
四、TCT电抗器的实施方案 17
（一）配电柜单元 17
（二）控制插箱 19
（三）波形显示单元 20
（四）触摸显示屏 20
（五）系统控制与软件实现 24
总结 26
致谢 27
参考文献 28
附录一：TCT电抗器机柜原理图 29
附录二：TCT电抗器机柜元件清单 30
一、 引言
（一）研究背景
随着现在社会的经济发展，电已经成为家家户户常见的生活需要。近年来，随着电力的不断扩张，无功功率的问题对电力系统的影响日益增强，导至电力系统的安全稳定性越来越差，经济运行越来越难。在我国，有三分之一的电力是通过电子装置变换后才给居民使用的。电力电子装置一般用于输配电线路和用户负载的接口电路，由于电子电力装置具有非线性的特 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
点，在工作状态中，难免会有些干扰，这样就会导致电力系统的不稳定。TCT式可控并联电抗器在无功功率，电网电压等方面有了一定的改进和提高，使其在实际中的应用越来越广泛。
在现在的市场上，可控电抗器分好几个种类：磁阀式、磁饱和式、变压器式等等，这些产品都有着先进的控制技术，都是各具优势的一系列产品。在电力电子技术跟微电子技术的支持下，可控电抗器得到不断的改进，成本也大大减少，性能也大大提高了，使得可控电抗器在无功补偿、不稳定性等方面取得了一定的成功，促进了电力系统的发展，提高了它的稳定性、安全性，降低了它的经济成本，得到了越来越多的应用。
可控电抗器一般都有噪声问题及谐波高等问题，现在的研究趋势大多倾向于对控制方式的改变来抑制谐波提升性能，但是对于可控电抗器的本身却没有过多的改变。对于电抗器并没有专业的计算方法，一般都是设计师根据经验进行观察估算，准确度就降低了不少，其性能也不能很好的开发。这也阻碍了可控电抗器的发展。
（二）可控电抗器的发展史
近年来，传统的电抗器被人们越来越多的淘汰，主要原因在于它的性能不够，维护复杂，价格也相对昂贵。在这一前提下，国内外的学者意识到可控电抗器的巨大潜能和应用发展，开始对其逐步研究。
在现在市场上，电抗器分以下几种：传统机械可调电抗器、晶闸管控制电抗器（TCR）、磁阀式可控电抗器、磁饱和式可控电抗器、变压器式可控电抗器。它们各有各的好处，也有其缺点。就目前，以下三种应用相对广泛：
A.磁阀式可控电抗器：
磁阀式可控电抗器是通过外加的直流来控制磁通，得以改变铁心截面的饱和程度，使得磁阻改变，实现容量的可调。磁导与电感成正比，相反与容量成反比。原理图如图1所示。
图1 磁阀式可控电抗器原理图
B.磁饱和式可控电抗器：
磁饱和式可控电抗器与上一种磁阀式可控电抗器的区别就在于磁阀式可控电抗器是两个分裂的芯柱只有在工作范围内的截面才会饱和，二磁饱和式可控电抗器的铁心是轮流饱和的。原理图如图2所示。
图2 磁饱和式可控电抗器原理图
以上两种可控电抗器都属于直流助磁式，其原理就是通过产生的直流去控制电流从而改变电抗器的铁心饱和度，由此改变铁心的磁导率从而改变电感值。这种类型的可控电抗器结构较易，控制原理易懂，且U（控制）
变压器式可控电抗器是通过输入交流电流控制电抗器铁心的磁通,从而达到调节电抗器容量的效果。这种电抗器不光可以作为基波无功电流补偿，还可以用于串并联有源滤波器。原理图如图3所示。
图3 变压器式可控电抗器原理图
本项目根据以上的几种形式进行了对比分析，从而对TCT式可控电抗器即晶闸管控制电抗器这一模式进行分析研究。可控电抗器的改进相对于以上几种应该有明显的进步，要去其糟粕，取其精华。应该充分利用现在的电力电子技术，控制技术等，来实现可控电抗器质的飞跃！
（三）TCT技术的应用背景
TCT（thyristor controlled transformer）也属于TCR(晶闸管控制电抗器)，只不过它是其中一种特殊的类型，把高阻抗的变压器换成电抗器与晶闸管串联构成，其中高阻抗变压器的Z漏抗一般取在33%-100%之间。高阻抗变压器在运用在高压电网的时候，一般采用的是星形--三角形的接法，主要的目的就是消除3次谐波，达到副边中性点分开，每相负载与其他两相相对独立的效果，这样就能独立的控制正序电流以及负序电流，分箱控制调节，补偿电弧炉等不平衡的负载。
常规的TCR中的耦合变压器和电抗器运用到TCT中实际上是合二为一的，它的工作原理与TCR基本相似，一样利用固定的电容支路提供容性无功功率并且还会用作为滤波器。在单个的晶闸管器件工作时，它的电压较低，而高阻抗的变压器次级电压也可以取得较低，例如在1kV左右，所以主电路以及门级电路的绝缘就变得很简单，也方便的人为的安装，因此它的造价也相当于同样容量的TCR。因此，在中等或者中等偏小（40-50Mvar及以下）的SVC（静止无功补偿器）中得到了较为广泛的运用。
本项目根据几个部分进行分析、研究，主要包括TCT电抗器、可控硅组件、以及相关的的外部辅助设施。如图4所示。
图4 TCT可控并联电抗器整体结构图
二、TCT式可控并联电抗器的原理以及应用
（一）TCT型可控电抗器工作原理
TCT（晶闸管控制变压器型可控电抗器）的原理图如图5所示，其中1与2之间的漏抗电压（漏抗电压是相对于主磁通而言，对变压器言，同时经过主副线圈的为主磁通，仅经过自身绕组的为漏磁通）为100%，K主要作用在于控制它们的导通角，它能够让电抗器在最低励磁容量到全容量之间平滑变动，它的电抗值位于开路电抗以及短路电抗之间。绕组3跟1、2两相相互之间连接成三角形，主要用于消除3或3的倍数的谐波电流。
1——高压线绕组
2——低压线绕组
3——补偿绕组
K——双向晶闸管或两只单
图7 采用星-星变压器和角接阀连接方式的6脉波TCT
3）星-角变压器和星接阀
不管采用哪种结构形式，阀电压均设计到66kV电压等级，阀电流在晶闸管元件的电流设计范围之内，但是该晶闸管阀设计容量较大，具有一定的技术难度。
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