隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和現(xiàn)代化技術(shù)的進(jìn)步，電力網(wǎng)負(fù)荷急劇增大，對電網(wǎng)感性無功要求也與日懼增。特別是如可逆式大型軋鋼機(jī)、煉鋼電弧爐等沖擊負(fù)荷、非線性負(fù)荷容量的不斷增加，加上普遍應(yīng)用的電力電子和微電技術(shù)，使得電力網(wǎng)發(fā)生電壓波形畸變，電壓波動(dòng)閃變和三相不平衡等，產(chǎn)生電能質(zhì)量降低，電網(wǎng)功率因數(shù)降低，網(wǎng)絡(luò)損耗增加等不良影響。近年發(fā)展起來的靜止型無功補(bǔ)償裝置(static var compensator，下簡稱SVC)是一種快速調(diào)節(jié)無功功率的裝置，已成功的應(yīng)于冶金、采礦和電氣化鐵路等沖擊性負(fù)荷的補(bǔ)償上。而晶閘管控制電抗器型(稱TCR型)SVC用晶閘管控制線性電抗器實(shí)現(xiàn)較快、連續(xù)的無功功率調(diào)節(jié)，由于它具有反應(yīng)時(shí)間快(5~20ms)，運(yùn)行可靠，無級補(bǔ)償、分相調(diào)節(jié)，能平衡有功，適用范圍廣和價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。TCR裝置還能實(shí)現(xiàn)分相控制，有較好的抑制不對稱負(fù)荷的能力，因而其應(yīng)用最廣。尤其是在冶金行業(yè)中，使用例子也最多。
TCR＋FC型SVC是SVC裝置最主要的型式，它的基本構(gòu)成包括：閥組、冷卻系統(tǒng)、相控電抗器、控制系統(tǒng)、濾波器組。其中控制系統(tǒng)是SVC裝置的核心，SVC補(bǔ)償功能的實(shí)現(xiàn)、安全穩(wěn)定的運(yùn)行、與其它設(shè)備的協(xié)調(diào)以及人機(jī)交互都是靠控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。
1. TCR+FC 型SVC 系統(tǒng)的組成及控制原理
TCR+FC 型SVC 系統(tǒng)的組成如圖1 所示，一般由TCR、濾波器(FC)及控制系統(tǒng)組成。通過控制與電抗器串聯(lián)的兩個(gè)反并聯(lián)晶閘的導(dǎo)通角，既可以向系統(tǒng)輸送感性無功電流，又可以向系統(tǒng)輸送容性無功電流。該補(bǔ)償器響應(yīng)時(shí)間快(小于半周波)，靈活性大，而且可以連續(xù)調(diào)節(jié)無功輸出，缺點(diǎn)是產(chǎn)生諧波，但加上濾波裝置則可以克服。
圖1 TCR+FC 型SVC 系統(tǒng)的組成
2. SVC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
使用SIMATIC TDC（SIMATIC 技術(shù)和驅(qū)動(dòng)控制，SIMATIC Technology andDrives Control）自動(dòng)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)極為復(fù)雜的閉環(huán)控制和廣泛的通訊任務(wù)。極其適用于軋鋼廠或鋼鐵廠等工廠應(yīng)用。SIMATIC TDC 是一種領(lǐng)先技術(shù)的子機(jī)架系統(tǒng)（基于機(jī)架的系統(tǒng)），可最多安裝21 塊模塊。獨(dú)特的組態(tài)方式，所需計(jì)算性能、數(shù)字量、模擬量、增量編碼器和絕對值編碼器以及串行接口可以根據(jù)應(yīng)用的需求相互組合。通過使用一個(gè)高性能的64 位背板總線，將SIMATICTDC 子機(jī)架中的所有模塊相互連接，可實(shí)現(xiàn)一個(gè)絕對高效的同步的多處理器系統(tǒng)。
圖2 SIMATIC TDC 控制系統(tǒng)
SIMATIC-TDC 采用的是實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(固定時(shí)隙25μs)，采樣速度很快(最短100μs)，強(qiáng)大的循環(huán)處理，高達(dá)5 種采樣時(shí)間(T1~T5)。能夠進(jìn)行處理周期性中斷(T0)和非周期性中斷(I1~I8 八級中斷)任務(wù)。基于基本采樣時(shí)間T0，可以定義5種采樣時(shí)間的周期中斷任務(wù)(T1~T5)以處理不同實(shí)時(shí)性要求的任務(wù)。
基于SIMADYN-D/SIMATIC-TDC 的SVC 控制系統(tǒng)以SIMADYN-D/SIMATIC-TDC為核心，閥基電子單元(VBE)采用DSP+CPLD 來實(shí)現(xiàn)對于SVC 系統(tǒng)的高速控制。
SIMADYN-D/SIMATIC-TDC 實(shí)現(xiàn)的主要任務(wù)：
·進(jìn)行信號的采集和處理.
·實(shí)現(xiàn)SVC 的控制算法.
·實(shí)時(shí)計(jì)算TCR 觸發(fā)角.
·實(shí)現(xiàn)SVC 系統(tǒng)的開停機(jī)控制.
·實(shí)現(xiàn)晶閘管冷卻系統(tǒng)的監(jiān)控.
·對晶閘管狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控. 對微機(jī)保護(hù)裝置進(jìn)行通信.
·對主電路進(jìn)行監(jiān)控。
SIMATIC-TDC 采用雙CPU 結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)SVC 控制系統(tǒng)的功能。圖3 為SVC 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3 SVC控制系統(tǒng)示意圖
圖4 SVC控制原理圖
將SIMATIC-TDC 應(yīng)用于SVC 控制系統(tǒng)可以大大提高SVC 裝置的性能和可靠性,同時(shí)該控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單合理、可以實(shí)現(xiàn)多種復(fù)雜的控制算法的高速運(yùn)算、提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度。
3. 應(yīng)用案例天津津?yàn)I輕軌有限公司、首鋼秦皇島板材有限公司、青島四方-龐巴迪-波爾鐵路運(yùn)輸設(shè)備公司等多項(xiàng)實(shí)際SVC 工程的應(yīng)用證明該方案的可行性和實(shí)用性。
