SVC控制系统原理.docx
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SVC控制系统原理
1TCR控制系统原理
SVC如图1接入系统中，滤波器FC提供固定的容性无功QC，补偿电抗器提供感性无功。
只要能做到QN=QV-QC+QTCR=常数（或0），就能实现电网功率因数=常数，电网电压几乎不波动。
式中：
QN为系统无功，QV为负荷无功。
补偿效果好坏的关键是准确控制晶闸管的触发角，得到所需的流过补偿电抗器的电流。
可控硅阀和控制系统能够实现这个功能。
采集电流和电压，求得补偿无功值，计算得触发角大小，通过晶闸管触发装置，使晶闸管流过所需电流。
补偿电抗器电纳值与电抗器的导通角有关。
当电抗器额定电感值确定后，控制电抗器的导通角可改变电抗器在工作电路中的等效电纳值。
补偿电抗器电纳值与导通角的关系如下：
Br=
其中：
α为电抗器触发角
L为电抗器额定电感值
改变电抗器的导通角是用可控硅实现的。
如图2所示，控制可控硅的触发角来改变电抗器的导通角。
当触发角增大时，电抗器的电纳值增大，补偿功率减小。
图2中I为电抗器电流，它随触发角α的增大而减小。
TCR控制系统完成如下功能：
通过检测系统电压、电流和TCR的电流，计算出可控硅的触发角，控制电抗器电纳值，达到无功补偿的目的。
对于不对称负荷，应用分相调节。
TCR分相调节的理论基础为STEINMETZ理论，此理论的前提是系统电压为平衡对称的。
从这个前提出发，补偿后理论上负荷是纯有功、平衡的。
STEINMETZ理论给出多种补偿表达形式，本系统采用无功功率平均值表示的补偿电纳公式：
Brab=
×
（Vbc×ia（l）+Vca×ib（l）-Vab×ic（l））dt
Brbc=
×
（Vca×ib（l）+Vab×ic（l）-Vbc×ia（l））dt
Brca=
×
（Vab×ic（l）+Vbc×ia（l）-Vca×ib（l））dt
其中：
Brab，Brbc，Brca分别为△形连接的补偿电抗器电纳值
V为系统电压有效值
Vab，Vbc，Vca为系统线电压瞬时值
ia（l），ib（l），ic（l）为负荷电流瞬时值
T为采样周期10ms
TCR的分相调节控制系统能做到补偿后各项指标均达到国家标准，并满足用户要求。
2TCR控制系统组成及功能
如图3所示，SVC控制部分由控制柜、脉冲柜和功率单元组成。
控制柜的作用是通过采集系统信号经内部计算处理后发出触发脉冲，同时检测可控硅击穿、触发脉冲丢失和TCR过流等。
脉冲柜将触发脉冲转变为符合要求的脉冲信号，触发可控硅。
功率单元串入电抗器回路，通过控制晶闸管的触发角使电抗器产生补偿所需的电流。
2.1控制柜
如图4所示，控制柜由电源供电单元、信号采集单元、联锁保护单元和中心控制单元组成。
图4控制柜组成框图
2.1.1电源供电单元
电源供电单元是将380V/50HZ经变压器后转换为16.3V、23V、8.9V、36V电压等级的交流电源，供给控制柜的其它单元用电。
其中36V用作照明，220V供风扇用电。
2.1.2信号采集单元
信号采集单元由电压互感器和电流互感器组成。
采集系统电压Uab、Ubc、Uca和系统电流Ia、Ib、Ic供中心控制系统运算使用；采集的相控电流Iab、Ibc、Ica除供中心控制系统运算和保护用外，还供控制柜门板的电流表指示用。
2.1.3联锁保护单元
联锁保护单元对设备出现故障及时处理，保证设备安全运行。
此单元由继电器、指示灯和远方断路器辅助触点组成的逻辑控制回路，包括合闸信号、合闸允许、合闸指示、跳闸、事故及脉冲柜联锁。
原理接线见附图0RX354.651。
击穿检测功能是由击穿检测插件箱完成的。
每一对反并联的可控硅都对应一个击穿检测指示灯，还可以设定引起跳闸的每一相可控硅的击穿个数。
击穿检测插件箱中还有两块电源板：
第一块电源板的输入为T3变压器的次级输出，整流后输出+27V和+12V直流供第二块电源板使用；第二块电源板对+27V和+12V稳压后输出+24V和+5V。
其中+24V供K5—K12继电器用电，+5V供击穿检测插件箱中其它板用电。
2.1.4中心控制单元
中心控制单元是控制系统的核心部分。
它依据采样信号，计算α角，发出触发脉冲。
它分为六部分，包括电源，输入输出，键盘显示，模拟运算，综合保护和脉冲控制。
插件箱内信号流程图参见附图0RX354.652。
2.1.4.1电源
电源板I输入为两路16.3V三相交流电，经整流稳压后输出15V；电源板Ⅱ输入为23V和8.9V三相交流电，经整流稳压后输出+24V、+8V、+5V
（2），其中+24V的地0V
（2）与其它电源地0V隔离。
+5V
（2）作为A/D转换的电源。
表1列出中心控制单元各块板的电源供应情况。
表1
输入
输出
键盘显示
控制板
综合保护
采样板1，2
+15V
△
-15V
△
+8V
△
△
△
△
△
△
+5V
（2）
△
△
△
0V
△
△
△
△
△
+24V
△
△
0V
（2）
△
△
板内
稳压
+8V→+5V
△
△
△
△
+24V→+5V
△
-15V→-5V
△
2.1.4.2输入输出
各块板的开关量输入输出都经开关量输入输出板，此功能由两块板完成，一块为输入板，一块为输出板。
两块板上都有继电
器，使插件箱内的低压电路与外部电路实现电离。
2.1.4.3键盘显示
键盘显示由键盘显示板、液晶显示模块和键盘三部分组成。
键盘显示板通过串行通讯口与综合保护板交换数据。
它从综合保护板接收系统运行数据，经处理后送LCD显示。
系统数据包括系统电压、系统电流、功率因数、触发角及负载无功功率等。
键盘显示板读取按键信息，包括自动／手动运行状态、启动／停止状态、数据的大小调整和存储以及翻页显示等信息。
键盘显示板将按键信息处理后送LCD显示，并将自动／手动运行状态、启动／停止状态及有关控制设备运行的数据送综合保护板。
当设备运行中发生故障时，键盘显示板接收到从综合保护板传送来的故障信息，并将故障信息送LCD显示，封锁键盘。
此时，LCD显示故障
信息；按键无效。
2.1.4.4综合保护单元
综合保护单元即综合保护板，它具有以下功能：
·晶闸管击穿检测：
迅速检测出晶闸管击穿，并判断晶
闸管击穿的位置，同时通过LCD显示。
·过流保护：
对TCR系统的瞬间过电流产生保护跳闸，
并判断出过流相，同时通过LCD显示。
·温度保护：
当功率室的温度超过限定温度时保护跳闸
同时通过LCD显示。
·欠压保护：
当控制系统的电源欠压或剧烈波动时保护跳闸，以防止控制系统产生错误的触发脉冲或电平信号，同
时通过LCD显示。
·数据交换：
综合保护板是各功能板之间进行数据交换
的通道。
2.1.4.5模拟运算
模拟运算功能由电流采样板和无功采样板完成。
电流采样板的输入为系统电流Ia、Ib、Ic和相控电抗器电流Iab、Ibc、
Ica，经以下计算：
IA=Ia-（Iab-Ica）
IB=Ib-（Ibc-Iab）
IC=Ic-（Ica-Ibc）
电流板输出为综合负载电流IA、IB、IC。
功率采样板的输入为处理后的综合负载电流、系统电压Uab、Ubc、Uca，经
以下计算：
Qab=Ubc×IA+Uca×IB-Uab×IC
Qbc=Uca×IB+Uab×IC-Ubc×IA
Qca=Uab×IC+Ubc×IA-Uca×IB
输出Qab、Qbc、Qca，另外还输出电压同步信号Uab、Ubc、Uca。
采样板上还具有对信号滤波放大的环节，将信号调整为0～5V电压信号送入CPU。
2.1.4.6控制触发脉冲
三块控制板的结构及功能是完成相同的，可以互换，通过对输入信号Qab、Qbc、Qca进行积分采样，由控制程序完成以下计算：
Brab=Qab/3
V2
Brbc=Qbc/3
V2
Brca=Qca/3
V2
求出每相补偿电抗器的电纳值。
然后计算每相的触发角α，分别发出相应的触发脉冲。
触发角α由下面公式计算：
Br=
控制板具有丢脉冲保护功能：
在发触发脉冲的同时接收反馈脉冲，用来判断是否丢失了触发脉冲。
另外控制板还具有与综合保护板进行串行通讯的功能：
完成各种控制命令与参数在两板间的传输。
2.2脉冲柜
脉冲柜由脉冲柜电源系统、脉冲形成器插件箱、阻抗匹配和脉冲检测插件箱组成。
2.2.1脉冲柜电源系统
2.2.1.1前面板电源开关及插座
前面板三相电源开关ZK1为控制系统电源总开关；二相电源开关ZK2为柜
内照明灯开关；CZ1及CZ2为220V电源外接备用插座。
2.2.1.2脉冲柜电源
380V三相交流电源经三相交流稳压源稳压净化及电磁干扰滤波器滤波处理后，作为控制系统的工作电源。
2.2.2脉冲形成器插件箱
脉冲形成器插件箱由六路脉冲形成器单元组成，它接收脉冲光电转换板的触发脉冲信号，经放大处理后形成Pab+，Pab-，Pbc+，Pbc-，Pca+，Pca-六路具有强触发的触发脉冲信号。
2.2.3阻抗匹配和脉冲检测插件箱
阻抗匹配和脉冲检测插件箱由电源I单元、电源II单元、脉冲光电转换单元及丢脉冲和阻抗匹配单元组成。
2.2.3.1电源I单元（POWER）
电源I单元为380V工作电源经变压器I（380/353/24）转换成24V、353V三相交流电，再经三相桥电路及电解电容滤波形成+30V、+500V直流电源供其它单元用。
2.2.3.2电源II单元（STABLEPOWER）
电源II单元为380V工作电源经变压器II（380/20/8.5）转换成20V、8.5V三相交流电，再经三相整流电路及电解电容滤波形成+27V、-27V和+5V直流电源供其它单元用电。
表2列出脉冲柜各板电源供应情况，其中电源II单元（STABLE POWER）+5V、+27V、-27V共地。
表2
脉冲形成
光电转换
丢脉冲和阻抗匹配
+30V
△
0V1
△
+500V
△
0V2
△
+5V
△
△
+27V
△
△
0V
△
△
△
-27V
△
2.2.3.3脉冲光电转换单元
脉冲光电转换板接收控制柜发出的触发脉冲光信号，将其转换成电信号，放大后送至脉冲形成器的输入端，作为脉冲形成器的输入脉冲信号。
2.2.3.4丢脉冲和阻抗匹配单元
丢脉冲和阻抗匹配板接收脉冲形成器发出的触发脉冲信号，经信号处理将脉冲信号送至脉冲电缆，同时将反馈脉冲转换成光信号送至控制柜供丢脉冲保护使用。
2.3功率单元
功率单元由晶闸管阀臂、阻容保护板和击穿检测阻容板组成。
阻容保护板保护晶闸管桥臂两端的操作过电压。
击穿检测阻容板为保护每只晶闸管的关断过电压及检测晶闸管是否击穿的取样电路，当投上高压后，晶闸管正常工作时，它发出光信号。
光信号通过光纤接至控制柜的击穿检测插件箱，当晶闸管正常工作时击穿检测插件箱面板上的指示灯亮；当晶闸管击穿时，相应的指示灯熄灭。
当单相的晶闸管击穿数量超过设定值时，击穿检测插件箱上的击穿检测光纤信号综合板发出光信号，通过光纤送至中心控制插件箱上的综合保护板，综合保护板发出切高压信号。
以上为控制系统的组成及其功能的简单介绍，本说明书附有与控制部分相关的TCR控制器信号流程图（图号0RX354.651），插件箱—信号流程图（图号0RX354.652）和控制系统原理图框图（图号0RX354.653）及脉冲柜电气原理图（图号0RX354.700），这些图同时包含在设备图纸中，以供使用者查阅参考。
3控制系统的指示灯及测试孔
此小结展示控制柜门板及插件箱面板上的指示灯，测试孔及按键显示的布置，并对其的使用加以说明。
3.1控制柜
3.1.1控制柜门板
自用电灯为绿灯，控制柜工作时亮；高压合为红灯，当高压合时亮；高压切灯为绿灯，高压分时亮。
控制柜门板上的三个电流表从左到右依次指示相控电抗器AB相、BC相、CA相电流。
启动按钮为左侧按钮，是控制柜的电源按钮。
停止按钮为右侧按钮，按下停止按钮切断控制柜电源。
急停按钮为中间按钮，当设备发生紧急事故时按下急停按钮可跳开断路器，切高压。
通过中间玻璃窗可以观察到中心控制插件箱和击穿检测插件箱的面板布置情况。
3.1.2控制插件箱面板
控制插件箱面板上有指示灯、检测孔、键盘和液晶显示，下面按图6对其逐一进行说明。
面板上电源灯和开关量输入输出板指示灯均为绿色指示灯，事故指示灯为红色指示灯。
3.1.2.1电源板Ⅰ
如图有15V两个指示灯，正常工作时，指示灯亮表明有15V电源，指示灯灭表明没有15V电源。
板上还有四个检测孔，用于检测15V是否正常。
3.1.2.2电源板Ⅱ
如图，电源板Ⅱ上有+24V，+8V，+5V指示灯和检测孔，+8V和+5V共地；+24V与+8V、+5V不共地。
指示灯和检测孔用法同电源板Ⅰ。
3.1.2.3开关量输入板
如图，开关量输入板上有9个指示灯，+5V电源灯正常工作时亮。
IN1~IN5预留
IN6欠压指示灯，当380V自用电电源欠压或缺相时，此灯亮。
正常工作时灭。
IN7温度指示灯，当室温超过整定值时，此灯亮。
正常
工作时灭。
IN8高压合闸指示灯，当控制柜正常运行后，高压开关合上，此灯亮。
3.1.2.4开关量输出板
如图，同开关量输入板，开关量输出板上也有9个指示灯，正常工作时+5V电源灯亮。
OUT1~OUT5预留
OUT6合闸允许指示灯，当控制柜正常运行后，此灯亮表明此时可以合高压开关。
OUT7跳闸指示灯，设备运行时发生故障，控制系统发出切高压信号，此灯熄灭。
正常运行时此灯亮。
OUT8事故指示灯，当设备运行时如果发生丢脉冲，温度过高或欠压事故时，此灯亮。
正常工作时此灯灭。
3.1.2.5综合保护板
如图，综合保护板上有三个指标灯，6个检测孔，正常工作时+5V电源灯亮。
UABAB相电压同步方波信号，周期为20ms，高电平为5V，低电平为0V。
IAAB相电流同步方波信号
TXD1预留
RXD1预留
TXD2串行口发送数据信号
RXD2串行口接收数据信号
JC晶闸管击穿指示灯
SG事故指示灯
3.1.2.6控制板
如图，控制板上有三个指示灯，6个检测孔，正常工作时+5V指示灯亮，+5V检测孔电压为+5V。
三块控制板从左到右依次为AB相、BC相、CA相控制板。
三块控制板相同，可以互换。
通过检测孔检测到的电压信号和触发脉冲信号与控制板的安装位置相对应。
U对应相电压同步方波信号，周期为20ms，高电平为5V，低电平为0V
P+对应相正向触发脉冲输出，脉冲宽度为500μS，高电平为5V，低电平为0V，周期为20ms
P-对应相反向触发脉冲输出，脉冲宽度为500μS，高电平为5V，低电平为0V，周期为20ms
FP+正向反馈脉冲，高电平为5V，低电平为0V，周期为20ms
FP-反向反馈脉冲，高电平为5V，低电平为0V，周期为20ms
LP+正向脉冲丢失指示灯，此灯亮表明正相脉冲丢失，此时控制系统自动封锁脉冲
LP-反向脉冲丢失指示灯，此灯亮表明负相脉冲丢失，此时控制系统自动封锁脉冲
3.1.2.7电流采样板
如图，电流采样板有三个电源指示灯15V，+5V，正常工作时都亮，还有六个检测孔：
ICA补偿电抗器CA相电流
IBC补偿电抗器BC相电流
IAB补偿电抗器AB相电流
ICC相电网电流
IBB相电网电流
IAA相电网电流
3.1.2.8功率采样板
如图与电流采样板相似，功率采样板也有+15V、-15V和+5V三个电源指示灯，正常工作时都亮。
还有六个检测孔：
QCA补偿电抗器CA相补偿功率
QBC补偿电抗器BC相补偿功率
QAB补偿电抗器AB相补偿功率
UCACA相系统电压
UBCBC相系统电压
UABAB相系统电压
3.1.2.9键盘显示板
如图，键盘显示板分两部分：
键盘和显示。
在设备正常运行时，可用键盘控制设备的运行状态，如自动运行或手动运行，启动或停止运行，还可以调整参数大小并存贮，查看系统各参数值。
液晶显示为四行英文显示，与按键相呼应。
下一节对键盘操作与显示进行详细说明。
图7击穿检测插件箱面板图
3.1.3击穿检测插件箱面板
3.1.3.1整流电源板
整流电源板上有+27V和+12V的电源指示灯和检测孔，以及各自0V的检测孔。
正常工作时电源指示灯亮。
+27V与+12V不共地。
3.1.3.2稳压电源板
稳压电源板上有+24V和+5V直流电源，电源有指示灯和检测孔，还有0V检测孔。
+24V和+5V不共地。
3.1.3.3击穿检测光纤信号综合板
CK1、CK2、RW1用于AB相击穿保护整定。
CK1 此检测孔信号为AB相击穿检测的综合信号，AB相击穿的晶闸管每增加一个，此信号便上升一定幅度。
CK2 此检测孔为电平信号，可通过RW1调节此电平的大小。
当CK1的信号高于CK2的信号将引起击穿保护跳闸。
设备出厂时，RW1已按击穿保护的要求调整好，一般不允许用户随意调节。
同理CK3、CK4、RW2和CK5、CK6、RW3分别用于BC相和CA相击穿保护整定，其作用和调节方法与AB相同。
3.1.3.4击穿检测光电转换板
每相的击穿检测光电转换板完全相同，可以互换，每相光电转换板的数量根据系统电压等级而定。
光电转换板从左到右依次为AB相、BC相、CA相。
板上每一个指示灯对应该相上的一对反并联的可控硅，在正常情况下，当投入高压时，击穿检测指示灯全部点亮，如有指示灯熄灭，则说明该指示灯对应的晶闸管可能已击穿。
3.2脉冲柜
3.2.1脉冲形成器插件箱
脉冲形成器插件箱面板上的测试孔，可测脉冲形成器的输入和输出脉冲。
测输入脉冲时，正表笔接IN+，负表笔接IN-，测输出脉冲时，正表笔接OUT+，负表笔接OUT-。
脉冲由左至右依次为PAB+，PAB-，PBC+，PBC-，PCA+，PCA-。
图8脉冲形成器插件箱面板图
3.2.2阻.2阻抗匹配和脉冲检测插件箱
图9阻抗匹配和脉冲检测插件箱
3.2.2.1电源板I面板上测试孔
V25 +500V电源指示灯，电源测试孔为+500V及0V2，FU1为其保险丝
V26 +30V电源指示灯，电源测试孔为+30V及0V1，FU2为其保险丝
3.2.2.2电源板II面板上测试孔
V29 +5V电源指示灯，电源测试孔为+5V及0V，FU5为其保险丝。
V27 +27V电源指示灯，电源测试孔为+27V及0V，FU4为其保险丝。
V28 -27V电源指示灯，电源测试孔为-27V及0V，FU3为其保险丝。
3.2.2.3脉冲光电转换板
通过脉冲光电转换板面板可检测Pab+，Pbc+，Pca+，Pab-，Pbc-，Pca-脉冲信号，供设备调试及维护用。
以上对插卡箱面板上的指示灯和检测孔在设备正常运行时的状态逐一进行了说明，对于各种故障状态下的各指示灯指示检测孔信号及对故障的处理有独立章节详细介绍。
4 键盘操作与显示说明
4.1液晶显示
液晶显示屏共为四行英文显示。
设备运行时显示分两部分，第一行为一部分，显示以下内容：
0STATUS设备运行状态
1K参数范围0.5～1.5
2αmax最大触发角范围0～90°
3αmin最小触发角范围0～90°
4α动触发角范围αmin≤α≤αmax
5OVERI过流保护整定值
第二、三、四行为第二部分，显示内容如下：
序号内容意义
0COSα功率因数
3Iap电网A相有功电流
4Ibp电网B相有功电流
5Icp电网C相有功电流
6Iaq电网A相无功电流，负值表示
无功电流为容性
7Ibq电网B相无功电流，负值表示无功电流为容性
8Icq电网C相无功电流，负值表示无功电流为容性
9QabAB相补偿功率
10QbcBC相补偿功率
11QcaCA相补偿功率
12αABAB相触发角
13αBCBC相触发角
14αCACA相触发角
15IABAB相补偿电流
16IBCBC相补偿电流
17ICACA相补偿电流
18UAB系统AB相电压
19UBC系统BC相电压
20UCA系统CA相电压
21Swithinput开关量输入
22NORMAL系统运行正常
23Switchoutput开并量输出
设备运行状态显示
0STATUSAUTOPUT自动投入状态
0STATUSAUTOCUT自动切除状态
0STATUSMANPUT手动投入状态
0STATUSMANCUT手动切除状态
当系统发生故障时，键盘显示程序停止运行，键盘按键无效，液晶显示故障状态。
故障显示：
序号内容意义
1ABPULSELOSTAB相丢脉冲
2BCPULSELOSTBC相丢脉冲
3CAPULSELOSTCA相丢脉冲
4ABCPUDEADAB相控制板CPU死机
5BCCPUDEADBC相控制板CPU死机
6CACPUDEADCA相控制板CPU死机
7AB+DISRUPTAB相晶闸管正向击穿
8AB-DISRUPTAB相晶闸管反向击穿
9BC+DISRUPTBC相晶闸管正向击穿
10BC-DISRUPTBC相晶闸管反向击穿
11CA+DISRUPTCA相晶闸管正向击穿
12CA-DISRUPTCA相晶闸管反向击穿
13ABOVERIAB相过流
14BCOVERIBC相过流
15CAOVERICA相过流
16TEMP.HIGH温度保护
17ACCIDENT欠压事故
18PROTECTDEAD综合保护板CPU死机
4.2键盘操作
按键分布如图10所示：
图10键盘分布图
各键功能及对应显示如下：
Ａ／Ｍ自动手动切换
MANOPERATION
AUTOOPERATION
ＲＥＳＥＴ预留
ＬＩＧＨＴ液晶显示模块背光开关
LIGHTON
LIGHTOFF
ＳＴＡＲＴ启动补偿
PUTIN
ＳＴＯＰ停止补偿
CUTDOWN
ＳＴＯＲＥ对Ｋ，αmax,αmin,α有选择性存贮
即存贮当前显示的参数。
STOREK
STOREMINα
STOREMAXα
STOREOVERI
＋对Ｋ，αmax,αmin,α值有选择性增加，
即增加当前显示的参数。
－对Ｋ，αmax,αmin,α值有选择性减少，即减少当前显示的参数。
＋－控制增减的幅度。
↑显示参数向上调整
↓显示参数向下调整
↑↓两部分显示参数调整切换
只有在切除状态，A/M手动／自动切换键才有效。
设备正常工作时，启动、停止键始终有效。
当在启动状态时，重复启动键无效；当在切除状态时，重复按停止键无效。
当第一部分显示为Ｋ，αmax、αmin、α、OVERI时，STORE
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