CN207339275U - 一种晶闸管投切电容器电路 - Google Patents

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Abstract

一种晶闸管投切电容器电路，包括电网侧，电网侧与不可控整流单元连接，然后与软开关电路连接；所述电网侧包括火线L和零线N；火线L的一端与限流电抗器L1相连，限流电抗器L1的另一端与不可控整流单元的a桥臂中点相连，零线N的一端与电力电容C1相连，电力电容C1的另一端与不可控整流单元的b桥臂中点相连。本实用新型提供一种晶闸管投切电容器电路，采用桥式二极管不可控整流单元代替了原有的单个二极管，即可快速实现晶闸管的开通和关断，并且降低了开关损耗。

Description

一种晶闸管投切电容器电路
技术领域
本实用新型涉及电力电子技术领域，特别是一种晶闸管投切电容器电路。
背景技术
无功补偿技术是保证电网安全稳定运行的基本条件，合理的无功功率补偿对提高供电效率，改善供电环境非常重要。静止无功补偿器(Static Var Compensator，SVC) 目前广泛应用于现代电力系统的负荷补偿和输电线路补偿中，具有广阔的发展前景。这类装置典型的代表之一：晶闸管投切电容器(Thyristor Switched Capacitor，TSC) 可以提供离散的容性无功。利用晶闸管的半可控性，以电源电压相位为参考，对电容的充放电路径进行控制，达到无功调节的目的。晶闸管阀常见的接线方式有两种：两只晶闸管反并联方式和晶闸管与二极管反并联方式。本发明研究的是晶闸管与二极管反并联的方式。
传统的晶闸管投切电容器是将一只二极管与晶闸管反并联连接，这种方式虽然在一定程度上降低了成本，但是晶闸管开通和关断的时间很长，开关损耗大。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种晶闸管投切电容器电路，采用桥式二极管不可控整流单元代替了原有的单个二极管，即可快速实现晶闸管的开通和关断，并且降低了开关损耗。
为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种晶闸管投切电容器电路，包括电网侧，电网侧与不可控整流单元连接，然后与软开关电路连接；所述电网侧包括火线L和零线N；火线L的一端与限流电抗器L1相连，限流电抗器L1的另一端与不可控整流单元的a桥臂中点相连，零线N的一端与电力电容C1相连，电力电容C1的另一端与不可控整流单元的b桥臂中点相连。
优选的，所述不可控整流单元包括第一电力二极管DC1、第二电力二极管DC2、第三电力二极管DC3及第四电力二极管DC4，第一电力二极管DC1与第三电力二极管 DC3串联构成a桥臂，第二电力二极管DC2与第四电力二极管DC4串联构成b桥臂，a 桥臂的中点与限流电抗器L1的一端相连；b桥臂的中点与电力电容C1的一端相连；第三电力二极管DC3与第四电力二极管DC4共阳极，第一电力二极管DC1与第二电力二极管DC2共阴极，所述共阳极节点与晶闸管VT的阴极相连，所述共阴极节点与晶闸管VT的阳极相连。
优选的，所述软开关电路由IGBT、电容C2及电感L2串联组成，电容C2的一端经过IGBT与晶闸管VT的阳极相连，电感L2的一端与晶闸管VT的阴极相连。
针对当前晶闸管投切电容器中晶闸管与二极管反并联方式的无功补偿技术存在的晶闸管开通和关断时间长、开关损耗大等问题，本技术方案提出了一种新型的晶闸管投切电容器电路，其优点具体表现为以下：
(1)在晶闸管投切电容器电路中包含一组桥式二极管不可控整流单元、一只晶闸管、一电容器和一电感，与传统的方法相比，增加了桥式二极管整流单元，并且减少了一只晶闸管，不仅能够更快的实现晶闸管的开通和关断，而且降低了成本。
(2)通过对其工作原理进行分析，晶闸管在开通和关断过程中没有电压和电流过冲，并且开关损耗较低。实现了软开关投切，真正实现了晶闸管快速开通和关断。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为本实用新型晶闸管导通前电流回路图；
图3为本实用新型晶闸管开通瞬间电流回路图；
图4为本实用新型晶闸管关断后电流回路图；
图5为本实用新型硬、软开关开通过程中的电压、电流理想化波形对比图；
图6为本实用新型硬、软开关关断过程中的电压、电流理想化波形对比图。
具体实施方式
如图1所示，一种晶闸管投切电容器电路，包括电网侧，电网侧与不可控整流单元连接，然后与软开关电路连接；所述电网侧包括火线L和零线N；火线L的一端与限流电抗器L1相连，限流电抗器L1的另一端与不可控整流单元的a桥臂中点相连，零线N的一端与电力电容C1相连，电力电容C1的另一端与不可控整流单元的b桥臂中点相连。
优选的，所述不可控整流单元包括第一电力二极管DC1、第二电力二极管DC2、第三电力二极管DC3及第四电力二极管DC4，第一电力二极管DC1与第三电力二极管 DC3串联构成a桥臂，第二电力二极管DC2与第四电力二极管DC4串联构成b桥臂，a 桥臂的中点与限流电抗器L1的一端相连；b桥臂的中点与电力电容C1的一端相连；第三电力二极管DC3与第四电力二极管DC4共阳极，第一电力二极管DC1与第二电力二极管DC2共阴极，所述共阳极节点与晶闸管VT的阴极相连，所述共阴极节点与晶闸管VT的阳极相连。
优选的，所述软开关电路由IGBT、电容C2及电感L2串联组成，电容C2的一端经过IGBT与晶闸管VT的阳极相连，电感L2的一端与晶闸管VT的阴极相连。
初始状态下，将IGBT接入电路。如图2所示，当给IGBT触发信号后形成X回路。电感L2放电，电容C2充电，此时电容的极性为上正下负，箭头方向表示软开关电流回路。
当需要开通晶闸管VT时(电压过零点开通)，电感L2给电容C2充电，其两端的电压Uc逐渐增大，即加在晶闸管两端的正向偏压增大，同时给晶闸管VT一个触发信号后，VT能够实现快速导通。同时，当电容C2充电完全，Uc达到正向最大，并将沿 VT放电，其电流环路如图3所示。当晶闸管开通时，晶闸管VT上流过的电流来自于电网和电容C2放电，构成Y回路和Z回路，极大的开通电流使晶闸管快速达到饱和状态。由于电感L2很小，晶闸管VT和电容C2的端电压相等，而电容C2也较小，其端电压快速下降到接近于零的值，实现了晶闸管快速导通，并且开关损耗较小。在Z 回路中电感L2充电，Uc达到反向最大时，回路电流下降为零，电容极性为下正上负，此时停止对IGBT触发信号，即晶闸管导通VT过程完成。图中箭头分别表示电网电流回路和软开关电流回路。该电路开通过程的理想化波形如图5的b图所示，其中uVT表示晶闸管两端的电压，iVT表示流过晶闸管的电流，Ploss表示开关损耗，在图中阴影部分即为开通损耗的大小。通过与传统的硬开关波形图进行对比，其硬开关波形图如图 5的a图所示，可以明显看出，软开关电路能够消除开通过程电压和电流的重叠，降低变化率，从而大大减小甚至消除了开通损耗。
当需要关断晶闸管VT时(电流过零点关断)，如图4所示。给IGBT触发信号使其开通，电容C2的反向电压Uc立即加载到晶闸管VT两端，晶闸管VT的电流逐渐减小至接近于零的值，VT能够实现快速关断。同时，电容C2放电，其放电电流环路如图4回路W所示，当电容C2放电完全时，C2的正向端电压会缓慢上升，而此刻晶闸管VT早已关断，即在实现晶闸管零电流开通的同时降低了开关损耗。此时电容极性为上正下负，停止对IGBT触发信号，即可完成晶闸管VT的关断。图中箭头路径表示软开关电流回路。该电路关断过程的理想化波形如图6的b图所示，其中uVT表示晶闸管两端的电压，iVT表示流过晶闸管的电流，Ploss表示开关损耗，在图中阴影部分即为关断损耗的大小。通过与传统的硬开关波形图进行对比，其硬开关波形图如图6 的a图所示，可以明显看出，软开关电路能够消除开关关断过程电压和电流的重叠，降低变化率，从而大大减小甚至消除了关断损耗。
上述的实施例仅为本实用新型的优选技术方案，而不应视为对于本实用新型的限制，本实用新型的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本实用新型的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种晶闸管投切电容器电路，其特征在于：包括电网侧，电网侧与不可控整流单元连接，然后与软开关电路连接；所述电网侧包括火线L和零线N；火线L的一端与限流电抗器L1相连，限流电抗器L1的另一端与不可控整流单元的a桥臂中点相连，零线N的一端与电力电容C1相连，电力电容C1的另一端与不可控整流单元的b桥臂中点相连；
所述不可控整流单元包括第一电力二极管DC1、第二电力二极管DC2、第三电力二极管DC3及第四电力二极管DC4，第一电力二极管DC1与第三电力二极管DC3串联构成a桥臂，第二电力二极管DC2与第四电力二极管DC4串联构成b桥臂，a桥臂的中点与限流电抗器L1的一端相连；b桥臂的中点与电力电容C1的一端相连；第三电力二极管DC3与第四电力二极管DC4共阳极，第一电力二极管DC1与第二电力二极管DC2共阴极，所述共阳极节点与晶闸管VT的阴极相连，所述共阴极节点与晶闸管VT的阳极相连；
所述软开关电路由IGBT、电容C2及电感L2串联组成，电容C2的一端经过IGBT与晶闸管VT的阳极相连，电感L2的一端与晶闸管VT的阴极相连。
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