2 TSC系统仿真

2.1 系统总体设计

    为了深入地分析晶闸管投切电容器动态无功补偿系统的工作情况，特别是对于10kV高压系统，电容器需要经过变压器接入电网，本文基于Simulink/MATLAB对10kV高压无功补偿装置进行了仿真^[6-7]。

图4 晶闸管投切电容器仿真原理图

Fig.4 Simulation of the TSC system

图4为10kV高压三相无功补偿装置系统仿真原理图。考虑到投切电容前后负载侧电压变化很小，因此使用三相可编程电压源产生恒定的10kV线电压为三相阻感负载供电，假设当前配电网负载有功功率为1200kW，无功功率为1200kvar，功率因数为0.707。在负载端通过并联三相变压器，降压接入四组晶闸管投切电容器，变压器二次侧线电压为市电380V。补偿电容采用混合编码方式，电容容量分别为100kvar、200kvar、400kvar和400kvar。由此全部投入最大补偿容量为1100kvar，可以实现以100kvar为级差的无功容量补偿。

2.2仿真波形

(a) 变压器二次侧电压波形

(b) 晶闸管两端电压波形

(c) 电容两端电压波形

(d) 电容电流波形

图5 投切前后A相波形

Fig.5 Waveforms of phase A

(a) 总线电压波形

(b) 总线电路波形

(c) 总线无功功率

(d) 总线功率因数

图6补偿前后总线波形

Fig.6 Waveforms of bus

第一组电容投切前后A相电压、电流波形如图5所示。可见，装置实现了电容在晶闸管两端电压过零时刻投切。由于投切电容没有串联小电感，投切瞬间存在涌流，但是涌流的幅值只相当于电容正常工作状态下的电流峰值，从而证明了电压过零投切的可行性。

投切前后总线波形如图6所示。总线的感性无功功率由1250kvar下降到约100kvar左右，功率因数接近于1，电流幅值明显减小，证明装置的补偿效果良好。

以上仿真为器件参数设置在较为理想情况下进行，晶闸管的通态阻抗为10^-3欧姆，导通压降为1V，因此电流波形近似为正弦波。

若增大晶闸管的通态阻抗和导通压降，电容电流波形和总线电流波形分别如图7和图8所示。

图7 电容电流波形

Fig.7 Waveform of capacitor current

图8总线电流波形

Fig.8 Waveform of bus current

   从图7、8可得，增大晶闸管的通态阻抗和导通压降，电流波形的畸变较为明显。

3 结论

本文首先介绍了晶闸管投切电容器的基本原理，重点分析了投切开关、过零触发、电容分组投切和谐波电流放大等关键技术及实际应用中存在的相关问题，并主要针对高压无功补偿装置进行了仿真分析，为下一步的系统设计打下了良好的基础。

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作者简介：

徐平凡（1983-），男，江西吉安人，硕士，研究方向为电力电子系统与装置。中山电机工程学会会员，现为中山职业技术学院电子系教师。

Tel：13425525830；

E-mail: pfxu022@163.com

地址：中山市博爱七路25号中山职业技术学院电子系  528404

陈忠仁（1971-）男，副教授。华南理工大学电力电子专业博士在读。中山电机工程学会理事，现为中山职业技术学院电子系电气自动化教研室主任。

（御风）