DQZHAN技術訊：TCR+TSF混合無功補償應用方案設計
針對目前煤礦供電系統中非線性負荷無功消耗大，諧波污染嚴重的問題，該文介紹了一種混合型無功補償及濾波方案TCR+TSF，分析了該方案的原理結構、工作方式和控制系統，此外還討論了TSF支路的投切時間，*后通過MATLAB對該方案進行仿真，仿真結果驗證了方案的有效性。
針對目前煤礦供電系統中非線性負荷無功消耗大，諧波污染嚴重的問題，該文介紹了一種混合型無功補償及濾波方案TCR+TSF，分析了該方案的原理結構、工作方式和控制系統，此外還討論了TSF支路的投切時間，*后通過MATLAB對該方案進行仿真，仿真結果驗證了方案的有效性。
TCR+TSF方案的總體結構和工作原理
TCR+TSF裝置是一種特殊的TCR+TSC型混合靜止無功補償器，它一般由一組相控電抗器和幾組濾波支路組成，為了使3次諧波不流入電網，TCR支路和TSF支路均采用三角形連接。它所產生的諧波次數包括5，7，11，13，…，在一般的電路中，11次以上的諧波含量對系統的影響很小，因此，這次方案主要實現5次，7次，11次諧波的濾除。在此，我們把濾波器分為：兩組5次TSF支路，一組7次TSF支路，一組11次TSF支路，根據系統不同的無功狀況，投切不同組態的TSF支路。需要注意的是：若有多個TSF支路進行投切時，必須由低次向高次依次投入，而在切除時剛好相反，必須由高次向低次依次切除。另外，TCR支路的容量應該稍大于TSF支路的容量，這樣可以保證系統無功功率的平滑調節。
TCR+TSF裝置的基本工作原理是：首先根據系統需要補償的無功功率量，投入一定數量的TSF支路，由于投入的TSF支路容量一定，可能會出現過補償，然后通過調節TCR支路的無功功率來補償部分過補償的容性無功功率。如果斷開TCR支路僅投入所有TSF支路，裝置會輸出*大的容性無功 QCmax;而如果僅僅投入TCR支路(=0)，裝置會輸出*大的感性無功功率QLmax。
在TSF支路中，一般采用兩個反向并聯的晶閘管和系統相連，但是這樣會限制濾波器快速頻繁地投切。考慮操作和成本的因素，本文方案采用一個晶閘管和一個二極管反向并聯的接線方式實現控制。TSF支路的工作方式是：晶閘管未導通時，二極管先導通，系統給電容器充電，理想情況是電容器兩端電壓充電到系統峰值電壓，此時系統電壓的變化率為零，觸發晶閘管導通，TSF支路開始工作[8]。從上面的分析可以看出，投入TSF支路時，電容器兩端電壓已經和系統電壓相同到達了峰值。因此，晶閘管導通后，不會出現電容充放電振蕩現象，實現濾波支路的快速投入和切除。TSF支路采用三角形連接方式，晶閘管采用過零觸發，盡量減小投切TSF支路時的電流沖擊和對煤礦供電系統的影響。
TCR+TSF方案的控制系統
控制系統可以分為操作和顯示界面、狀態監測、控制器和保護等幾個部分。其中，控制器是控制系統的核心。控制器選用DSP作為主控芯片，采用TI DSP 2812，利用DSP運算速度快、精度高的特點，保證了信號的實時性和運算的準確性。此外，編寫控制算法，由DSP實現，確定出應當輸出的TCR相位信號和TSF投切指令，送到各自獨立的觸發板，并根據DSP主控制板同步信號產生給TCR和TSF的觸發脈沖信號。
控制器可分為3個部分的電路：電網信號檢測電路、控制電路和TSF過零觸發電路。電網信號檢測電路采集電網中電壓和電流信號，通過計算快速檢測出煤礦供電系統無功功率的變化，根據需要補償的無功功率值，投入對應的TSF支路，再計算系統容性無功功率，通過控制TCR觸發延遲角&alpha($5.2300);實現動態平滑調節無功功率的目的，*終在補償無功功率的同時達到濾除諧波的效果。
