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高压ＴＳＣ控制策略触发控制仿真研究陈佳永 马 涛 支正轩 蔡安永 安万洙（辽宁荣信兴业智能电气有限公司）摘 要：晶闸管投切电容器（ＴＳＣ）是电力系统静止无功补偿（ＳＶＣ）的重要组成部分。
由于电容器具有可储存电荷的特性，使之在需要快速投切的ＳＶＣ中应用出现了较大的困难。
本文重点研究ＴＳＣ快速投切的触发控制策略。
关键词：ＴＣＲ＋ＴＳＣ；控制策略；ＳＶＣ；触发角０ 引言能源成本在不断上升，新建输电线路对环境的影响倍受关注，在这种形势下，寻找新的控制装置使现有的输电线路损耗最小、稳定输送容量最大势在必行［１］。
柔性交流输电系统（ＦｌｅｘｉｂｌｅＡＣＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＳｙｓｔｅｍｓ，ＦＡＣＴＳ）技术是各种新型电力电子控制装置应用的集成。
晶闸管投切电容器（ＴｈｙｒｉｓｔｏｒＳｗｉｔｃｈｅｄＣａｐａｃｉｔｏｒ，ＴＳＣ）是电力系统静止无功补偿（ＳｔａｔｉｃＶａｒＣｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ，ＳＶＣ）的重要组成部分。
由于电容器可储存电荷的特性，使之在需要快速投切的ＳＶＣ中应用出现了较大的困难［２］。
本文首先阐述了在电力系统中ＴＳＣ主要的控制策略及控制目标，重点研究ＴＳＣ快速投切的触发控制策略，验证ＴＳＣ的控制逻辑及ＴＳＣ实现快速投切的算法；然后仿真ＴＳＣ可控硅触发时序对系统谐波的影响，验证电压波动情况下对ＴＳＣ实现快速投切的控制算法；最后给出高压ＴＳＣ触发应遵循的策略。
１ 主电路一个典型的ＴＣＲ＋ＴＳＣ型ＳＶＣ由一个晶闸管控制电抗器（ＴｈｙｒｉｓｔｏｒＣｏｎｔｒｏｌＲｅａｃｔｏｒ，ＴＣＲ）分支、一个ＴＳＣ分支和３个电容滤波器分支组成（如图１所示）。
电压等级为３０ｋＶ，通过耦合变压器连接至２３０ｋＶ母线，无功输出容量值为 ３０Ｍｖａｒ～１２０Ｍｖａｒ，接入点系统条件设定最高电压为２４５ｋＶ，系统的额定频率为６０Ｈｚ，最小频率为５７ ５Ｈｚ，最大频率为６３Ｈｚ。
主变压器选择三相双绕组无载调压变压器，额定容量为１５０／１５０ＭＶＡ，电压比为（２３０±２×２ ５％）ｋＶ／３０ｋＶ，接线型式为ＹＮｄ１，阻抗电压Ｕｋ１－２＝１２％额定电压。
谈晶闸管投切电容器（TSC）的触发器的技术参数和标准2011-01-18 01:38:41| 分类：触发电路|字号订阅［摘要］本文试图从负载要求、补偿装置结构、电压等级、晶闸管结构等不同的角度，阐述晶闸管投切电容器（TSC）的触发器的技术性能参数要求、标准，以推动TSC触发器技术的进步。
[关键词]晶闸管投切电容器（TSC）；触发器；The technical requirements and standards of the trigger in a Thyristor Switched Capacitor（TSC）, Jianning Yang(Beijing XINRONGZONGHENG Science & Technology Development Co., LtdADD：Room 401， Unit.3， Building No.6， SHANSHUIWENYUAN 3th Residential Quarter ，East HONGYAN Road, Chaoyang District, Beijing 100122, China)Abstract： The authors of this article have tried to observe the technical performance, parameters, requirements, and standards of the trigger in a Thyristor Switched Capacitor (TSC), from various viewpoints of the load requirements, thestructure of compensation devices, the voltage levels, and the thyristor structure, in order to advance the technology of the trigger in a TSC.Keywords：TSC（Thyristor Switched Capacitor）, Trigger对于晶闸管投切电容器（TSC）来说，晶闸管的负载是容性的电容器，不是感性的电抗器和电机，不是阻性的电阻器，对于TSC的触发器就不同于电机、电抗器、电阻器的触发器，有特殊的要求。
电力系统中无功补偿装置应用发展概述摘要：本文概括的介绍了在电力系统中无功补偿的重要意义及各种型式的无功补偿装置的应用及优缺点。
关键词: 无功补偿；应用；发展1 无功补偿的意义在电力系统中供电的质量，电网运行的安全可靠性和经济性是最根本的问题。
大多数电网中元件和负载都要消耗无功功率，而所需要的无功功率必须从电网中某个地方获得。
显然，这些所需的无功功率如果都要由发电机提供并经过长距离输送是不合理的，通常也是不可能的。
合理的方法应该是在需要消耗无功功率的地方产生无功功率，即进行就地无功补偿。
经过多年的发展，无功补偿装置历经了多个发展阶段，通过研究其发展历程可以让我们对眼下使用的无功补偿装置有更深的认识。
2 早期的无功补偿装置早期的无功补偿装置主要为同步调相机(Synchronous Condenser SC)和并联电容器。
这种补偿型式具有结构简单、经济方便等优点，但缺点是只能补偿固定无功，且还可能与系统发生并联谐振，导致谐波放大。
但是由于并联电容器在其它方面的优势所致，到目前为止在我国仍在使用这种补偿方式。
3当今的无功补偿装置当今比较先进的无功补偿装置主要有以下三大类型：一类是具有饱和电抗器的无功补偿装置(Saturated Reactor SR)；第二类是晶闸管控制电抗器(Thyristor Contiol Reactrn TCR)；第三类是晶闸管投切电容器(Thyistor Switch Capacitor TSC)。
（1）具有饱和电抗器的无功补偿装置(SR)SR分为自饱和电抗器和可控饱和电抗器两种。
具有自饱和电抗器的无功补偿装置是主要依靠铁心的饱和特性来控制发出或吸收无功功率的大小。
可控饱和电抗器通过改变控制绕组中的工作电流来控制铁心的饱和程度，从而改变工作绕组的感抗，进一步控制无功电流的大小。
但饱和电抗器造价高（约为一般电抗器的4倍），且电抗器的硅钢片长期处于饱和状态，铁心损耗大，比并联电抗器大2～3倍，有调整时间长、动态补偿速度慢等缺点，目前应用的范围较小，一般只在超高压输电线路才有使用。
TSC高压动态无功功率补偿装置TK牌高压TSC是一种动态跟踪的新型电容补偿装置,产品采用全数字智能控制系统,国外进口的高电压、大功率晶闸管串连组成高压交流无触点开关,实现电容器组的快速投切，响应时间小于20ms。
产品借鉴国外先进技术，解决了传统补偿装置控制开关易受冲击、使用寿命短、相应速度慢等缺点，设备运行安全可靠，效果好，各项性能指标达到国内先进水平。
高压TSC动态无功功率补偿装置广泛应用于高压交直流输变电系统和冶金、煤炭、港口门机、电气化铁路、重型机械制造等工业、交通冲击性负荷配电网中。
其主要作用就是对冲击性负荷、时变负荷能够实时监测、动态补偿，实现功率因数补偿至0.9以上，稳定系统电压，减少供电系统的网络损耗，提高电能质量等显著特点，可以给用户带来巨大的经济效益和社会效益。
高压TSC的应用领域随着现代电力电子设备和非线性负荷的大量应用,使电网供电质量受到严重影响,尤其是各种电力电子开关器件的大量应用和负载的频繁波动是最主要的干扰源,对电网的稳定造成一系列不良影响:★功率因数低，增加电网损耗，加大生产成本，降低生产效率；★产生的无功冲击引起电网电压降低，电压波动及闪变，严重时导致传动装置及保护装置无法正常工作甚至停产；★导致电网三相不平衡，产生负序电流使电机转子发生振动。
★电容器组谐振及谐波电流放大，使电容过负荷或过电压，甚至烧毁；★增加变压器损耗，引起变压器发热；★导致电力设备发热，电机力矩不稳甚至损坏；★加速电力设备绝缘老化，易击穿；针对以上电网污染，应用我公司生产的高压TSC动态无功功率补偿装置实现了电容投切无过渡、无涌流抑制高次谐波，稳定系统电压。
高压TSC装置应用领域如下：1、远距离电力输送电力系统目前正在趋向于大功率电网,长距离输电,高能量消耗,迫使输配电系统不得不更加有效。
高压TSC可以明显提高电力系统输配电性能,即在不同的电网条件下,为保持一个平衡的电压时,可以在电网的一处和多处适当的位置安装高压TSC,以达到以下的目的：★稳定系统电压★减少传输损耗★增加电网输电能力，使现有电网发挥最大效率★提高瞬变稳态极限2、轧机轧机的无功冲击负荷会对电网造成以下影响：★使功率因数下降★引起电压波动及电压降，严重时使电气设备不能正常工作，降低生产效率★负载的传动装置中会产生有害高次谐波，主要以5、7、11、13次为代表的奇次谐波及旁频,会使电网电压严重畸变高压TSC阀组和高压FC滤波器或抑制谐波型电容装置两者相互结合，可以减少钢厂轧机等负荷对供电系统的电压波动，滤除或抑制轧机产生的谐波，提高系统的功率因数。
浅析低压无功补偿技术的发展摘要：随着科学技术的发展，无功补偿技术的应用也大为扩展。
本文既针对低压无功补偿技术的发展进行了简要论述。
关键词：低压无功功率无功补偿技术随着全球能源的日趋减少，节能损耗已经成为了各国发展的长期战略方针。
而电能作为一种被广泛使用的能源，是我国节能损耗方针的重要保护领域。
其中的无功功率补偿技术则是电能节约损耗措施中的重中之重，此技术不但可以减少电力系统的电压损耗，还可以降低电压波动，从而有效的改善电能质量，降低电能损耗。
本文就低压无功补偿技术的发展进行简要论述。
一、概念界定所谓无功功率补偿，是指在电网中安装并联电容器、同步调相机等容性设备以后，可以供给感性电抗消耗的部分无功功率小电网电源向感性负荷提供无功功率。
也即减少无功功率在电网中的流动，因此可以降低输电线路因输送无功功率造成的电能损耗，改善电网的运行条件。
在长距离输电的前提下，如果选择合适的地点设置此技术装置，可以提高电网的稳定性，从而大大增加输电能力。
如果在配置无功补偿技术装置时，选择在受电端侧，则不但可以减少设备储存的容量，提高用电可承受负荷的系数，还可以有效提高供电能力，最终达到节能损耗的目的。
二、低压无功补偿原理的发展相对于现代的无功补偿技术的设备来说，传统的无功补偿设备的装置主要有调相机、并联电容器以及同步发电机等。
但是由于传统的这些设备中，例如并联电容器不能很好的跟踪无功功率的具体变化，且调相机和同步发电机等技术设备无论是损耗能源量还是噪音都会产生较大的浪费或者影响。
并且传统的无功补偿设备在选择电压时也十分挑剔，因此随着电力系统的大发展，这些传统的无功功率补偿技术设备已经不能适应需要。
随着对于无功功率补偿技术研究的进一步深入，20世纪70年代以来出现了一种被称为静止无功补偿的技术。
可以说从20世纪70年代到如今，静止无功补偿技术经过几十年的发展，经历了一个不断创新和完善的过程。
值得指出的是，现今所指的静止无功补偿装置一般专指无功补偿设备中使用晶闸管的设备，主要有以下三大类型：第一类是简称为sr的具有饱和电抗器的静止无功补偿装置；第二类是简称tcr的晶闸管控制电抗器与简称tsc的晶闸管投切电容器，这两种装置并称为svc；第三类是简称为asvg的静止无功补偿装置，其是采用自换相变流技术的高级静止无功发生器。
晶闸管TSC的触发电路1. 介绍晶闸管投切电容器的原理和快速过零触发要求晶闸管投切电容器组的关键技术是必须做到电流无冲击。
晶闸管投切电容器组的机理如图一所示，信息请登陆:输配电设备网当电路的谐振次数n为2、3时，其值很大。
式(2)的第三项给出当触发角偏离最佳点时的振荡电流的幅值;式(2)中的第二项给出当偏离最佳予充电值时振荡电流的幅值。
若使电容器电流ic=C*du/dt=0，则du/dt=0，即晶闸管必须在电源电压的正或负峰值触发导通投切电容器组，电容器预充电到峰值电压。
触发电路的功能是：电流无冲击触发;快速投切，20ms的动作。
这个20ms不是得到投切命令到产生动作的时间，而是从停止到再投入动作的时间为20ms。
快速反应时，在平衡补偿电路，不能出现不平衡动作，即有的相有电流，有的没有。
1. 两类晶闸管的触发电路的特点和存在的问题从同步信号的采集上，有两类晶闸管触发电路。
一类为从电网电压取得同步信号，一类为从晶闸管两端取得同步信号。
从电网电压取得同步信号的电路框图如图二：电路中包括同步变压器、同步信号处理电路和功率驱动电路、脉冲变压器隔离电路等。
当得到触发命令后，在投切点产生触发脉冲列，经过脉冲变压器的隔离,推动晶闸管。
同步信号处理电路有滤波处理功能，可以是CMOS等的电子电路组成，也可以是单片机、GAL电路等。
电路中包括相序错判断功能。
信息来自:输配电设备网从电网电压取得同步信号的优点为在主回路没有送电时，给触发命令，可以测量晶闸管的触发脉冲幅度和相位，在主回路得电后，给触发命令，可以放心, TSC为正确的投入工作。
对于TSC电路中的两只晶闸管+一只二极管的“2+1”电路、两只晶闸管+两只二极管的“2+2”电路、三只晶闸管+三只二极管的“3+3”电路,电容器有二极管预充电, 电容器上一直存在直流电压,晶闸管的交直流电压不变,电网电压取得同步信号触发适合。
缺点为电路复杂，对于400V小容量的TSC电路造价高。
晶闸管投切电容器触发器的技术参数和标准
关键词:晶闸管投切电容器触发器 TSC 电容器谐波对于晶闸管投切电容器（TSC）来说，晶闸管的负载是容性的电容器，不是感性的电抗器和电机，不是阻性的电阻器，对于TSC的触发器就不同于电机、电抗器、电阻器的触发器，有特殊的要求。
随着TSC补偿装置结构形式、电压等级、晶闸管结构、选取同步触发的信号等的不同，触发器也有所不同。
好的TSC触发器保证了TSC装置可靠运行，欠缺的TSC触发器，使得整套TSC装置工作不正常。
下面谈晶闸管投切电容器（TSC）的触发器需要注意的技术性能参数要求、标准。
1.专业术语定义：
1.1 电网同步电压信号：触发器的同步电压信号取自电网电压。
1.2 晶闸管过零同步信号：触发器的同步电压信号取自晶闸管的阴极、阳极。
1.3 晶闸管触发电流变化率：指的是晶闸管触发电流的陡度，1us上升的触发电流mA数值。
一般>40mA/us。
1.4 触发脉冲宽度（us）：触发电流上升到10％和下降到10％的时间，单位us.一般>50us。
1.5 晶闸管触发电流强度（mA）:一般为晶闸管触发电流的5～7
倍，>500mA。
1.6 脉冲列触发：TSC的晶闸管触发电流不是单脉冲或双脉冲，而是一串脉冲，脉冲串的宽度可以是120 、180 、甚至是360 。
1.7 擎住电流：门极触发电流的平台。
要求有一个“肩膀”；“肩膀”越高，即“擎住电流”峰值越大，晶闸管就越能保证导通；“肩膀”越宽，即“擎住电流”有效值越大，晶闸管就越能保证导通。
1.8 触发器的绝缘水平：指触发器能够耐住的电压水平，指的是触发器的输出端电网侧的高电位和触发器的输入低电位之间可承受的电压水平。
1.9 TSC触发器动作时间（ms）：指的是TSC从停止到再触发的时间，快速的触发器为20ms。
不是TSC得到命令到动作的时间。
1.10 TSC 触发器的谐波电流特性：主回路有大量谐波电流时，触发器仍然可以使得晶闸管正常工作。
1.11 TSC触发器的低次滤波电路触发特性：看触发器是否可以在低次谐波回路中，如3次滤波回路，仍然可以使得晶闸管正常工作。
1.12 不平衡触发器和平衡触发器：不平衡触发器可以分别触发各相晶闸管，平衡触发器得到命令时各相晶闸管都要动作。
1.13 导通电流没有冲击：触发器从停止到触发时，晶闸管的电流没有明显高于正常稳态值，一般导通时的冲击电流不大于正常电流峰值的1.7倍。
2. 理想的没有电流冲击的TSC触发有两项要求：
1）滤波电路的电容器必须予充电到电网的峰值电压+电抗器的电压，滤波装置的滤波次数为2、3时，电抗器的电压值很大；
2）晶闸管在正弦波电源电压的正或负峰值点触发
保证了这两项要求，就是理想状态，不会有冲击电流。
3. 触发电容器负载不同于电感负载，电感负载可以是单脉冲、双脉冲，电容负载的触发脉冲要求为脉冲列。
原因是电容器在断电时，电容器有直流电压，数值为电网的峰值电压加电抗器的电压，电容器上有放电电阻，电容器电压向电阻器放电，电容器电压不断降低，说明晶闸管的触发点在不断的变化；电容器做成滤波电路电容器里有大量的谐波电流，不是仅仅有基波50Hz的电流，在大的谐波电流下，电流在一个基波期间有多处过零点，单脉冲触发晶闸管，在半个基波电流下可能引起电流中断；在长期停止和瞬时停止时，电容器上的停止电位有所不同。
4. 两类触发电路：从电网同步电压和从晶闸管两端取得过零同步信号。
它们各有优缺点：从电网取得同步信号安全，调试方便，触发放心，不管晶闸管工作在多高的电压下，在主回路不送电的情形下，只要触发特性满足要求，就可以放心合闸送电，给出触发命令，TSC一定可以正常工作。
由于有同步电源、触发电路、脉冲变压器，电路元件多，费用高些。
从晶闸管两端取得过零同步信号的特点与上述方法相反，用的元件少，费用低，但是调试费时，不送主回路电源不知道触发器好使不好使，调试不方便。
一般，400V电网可以用晶闸管两端取信号，也可以用从电网取得同步信号。
高于400V宜从电网取得同步信号。
5. 晶闸管的种类：
有模块式的、饼式的、双向可控硅的结构。
饼式的触发电流大于模块式的。
根据双向可控硅的要求触发电流可以是正向的也可能是反向的，触发电路的触发电流大，正负可控硅的触发电流不等，大约在负向电流触发时，反管工作时触发电流>500mA，正管工作时触发电流>1A。
虽然双向可控硅结构简单，还是尽量不选取双向可控硅为好。
模块式的晶闸管的耐压水平可以有4000V的，有的公司把它应用到了10KV 电网的TSC装置中。
6. 触发器的绝缘水平和屏蔽接地
触发器是用低的电压触发高电压的晶闸管。
触发器安全工作有绝缘等级的要求。
应用晶闸管的电网电压有不同的等级，触发的绝缘要求也不同。
触发器的绝缘要求是跟随着装置所在的电网电压等级的绝缘要求的，装置的绝缘电压就是触发器要满足的绝缘电压等级。
脉冲变压器触发电路的初级次级应有屏蔽层。
屏蔽层接入地线。
7. 触发器特性
(1)TSC触发器动作时间（ms）：快速冲击性负载的补偿，要求晶闸管从停止到再次触发的时间为20ms,即在一个周波的时间内触发动作，晶闸管仍然没有冲击电流，平衡负载的晶闸管要求在快速动作时候三相开关均动作。
冲击类负载是电流或无功功率从很小的值，在极短的时间达到极大值，如电焊机、冶金企业的中轧机、电弧炉、起重机负载。
冲击类负载要求触发器的动作时间20ms，快速动作。
测量快速性的方法：用双踪示波器，一端测量命令，一端测量两相电流，观测命令和电流的时间，闭合打开命令的时间变短，观测由打开命令到闭合命令晶闸管开关是否可以做到20ms动作。
完成快速动作不仅仅靠触发电路，还要包括控制器，控制器的无功功率计算速度也要快。
(2)TSC 触发器的谐波电流特性：滤波电路中谐波电流大时，在一个周波电压里，电流多次过零，要求触发器连续触发—脉冲列触发，使得晶闸管不截止，电流不断续。
(3)TSC触发器的滤波电路触发特性：滤波电路存在电抗器，电抗器使得电容器工作电压高于电网电压，在TSC停止时，晶闸管的电压>0V,滤波次数越低，晶闸管电压越高，在滤波电路中，要求触发器仍然可以触发晶闸管。
(4)不平衡触发器和平衡触发器：不平衡触发器有三个触发命令可以分相触发，平衡触发器只有一个触发命令，得到命令三相开关都要动作。
(5)导通电流没有冲击：在快速投切动作时，电容器充电到电网电压的峰值，由于是理想投切状态，导通瞬间，晶闸管几乎没有冲击电流。
在停止了一段时间后，电容器上直流电压几乎放电完，晶闸管上没有直流电压，此时晶闸管触发为非理想状态，触发有一点冲击，但是不应大于1.7倍的正常值。
(6)触发晶闸管导通，晶闸管两端的电压理想状态为晶闸管的导通压降2V 左右，不理想的状态有一点过零前后沿冲击电压，冲击电压值越小越好。
8.触发脉冲线的要求触发线应用双色双绞线。
白色为触发级（Ｇ），红色为阴极（K）
9. 电容器组主电路形式：
三角形电路，晶闸管可以放在三角形内，也可以放在三角形外，放在三角形外的开关一般为2控3电路，2对晶闸管开关控制3相电路。
2控3电路简单，但是，触发电路的要求很高，2对晶闸管开关的闭合和打开有时序的要求，忽略了，会造成触发晶闸管时主回路电流大，晶闸管在停止时承受的电压高，甚至，有的晶闸管对不动作。
２控３触发电路,设计的晶闸管的承受电压不应超过2倍的峰值电压加电抗器的电压。
晶闸管开关可以是两只晶闸管的反并联，也可以是一只晶闸管一只二极管的反并联的结构形式。
用一只晶闸管一只二极管的反并联的结构形式更合理，但是要注意减少合闸电流的冲击。
10. 电网同步电压类触发电路宜设计相序错电路功能，当触发错误时候，晶闸管有很大冲击电流，冲击电流引起电网电压畸变，瞬时相序破坏，用此功能封锁晶闸管，保护主回路。
宜设计有同步电压丢失，跳掉主开关的功能。
11. 电网同步电压类触发电路，电网电压采样回路中宜设计带有滤波功能，工业企业电网受到谐波电流冲击，电压引起畸变，滤波电路滤除谐波，可以提高触发时刻的准确性。
12. 触发电路对晶闸管产生的触发电流要有500mA左右，触发电流的产生宜用脉冲变压器的方法产生。
尽量避开光耦电子电路触发的方式，光耦触发电流太小，不可靠。
脉冲变压器的安装位置尽量靠近晶闸管。
中压TSC的触发，一定要用脉冲变压器方式，不可用高电路板形式，因为晶闸管导通时电位太低，没有能量产生触发电流。
此时脉冲变压器要工作在推挽方式。
13 主回路受到干扰检查的方法，停止触发电源观察是否还有干扰，如果还有，将晶闸管的触发极G和阴极K短路，观察如果还有干扰，则可以判断是晶闸管的问题，与触发电路无关。
14 触发电路为低压弱电控制电路，尽量远离主电路，防止干扰。
结束语
本文试图从负载要求、补偿装置结构、电压等级、晶闸管结构同步信号的选取方式等不同的角度，阐述晶闸管投切电容器（TSC）的触发器的技术性能参数要求、标准，以推动TSC触发器技术的进步。
