高压TSC快速切换方法及防误触发方式研究

孟会永 王光磊 陈佳永 王立春 王兴

摘要：自电网建设使用以来，无功补偿就不可缺少，而TSC是SVC主要形式之一。本文取自国外500kV超高压主干电网建设实际工程项目，采用TCR+TSC组合在30kV母线上进行无功补偿为背景，通过分析TSC控制器来研究快速准确切换。目前TSC控制器已成功投运，表明该TSC设备能够达到快速切换并准确触发的要求。

关键词：TSC控制器；快速投切；SVC；准确触发

中图分类号：TM475；TN34 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）07-0085-03

静止无功补偿SVC一直在电网中担负着提供电压支撑、抑制谐波，改善功率因数，降低闪变等重要职责。晶闸管投切电容器TSC是SVC主要形式之一，能够更好的提供电压支撑、缩减响应时间，通常使用TCR+TSC经典组合来进行动态补偿，在电力系统中被广泛应用。拥有优越的补偿性能的同时，如何能够使TSC准确无误地快速投切，即TSC控制器设计方案，已成为研发人员不得不考虑的问题。

1 方案设计

为了完成TCR+TSC型SVC的控制需求，本文提出该控制器方案，控制框图如图1所示。采用TCR、TSC的控制保护按照独立模块的思路设计，这样可以保证针对不同项目的灵活配置。

1.1 硬件方案

TSC、TCR控制器与阀组接口均采用阀组接口单元，该单元放置在阀组内。通过光纤与控制器连接（如触发、回馈、通讯等），完成阀组触发脉冲的发出击穿检测功能。主控制器与上位机放置在主控制柜中， TSC控制单元均安装在TSC控制柜内。

1.2 软件方案

（1）主控制器方案：采集电网电压（高压侧、低压侧）、电流等工程需要的模拟量及相关开关量，执行控制策略，控制TCR触发角，决定TSC投入与退出。

（2）TSC控制器，采集接入点母线电压信号、各组TSC电容器组上的电压信号。模拟量板将幅值，幅值（含有直流成份）传给CPU，CPU将与做减法运算，可知阀组两端电压幅值（有正负含直流成份）。主控板根据阀组电压幅值计算出阀组电压正向过零（负向过零）或电压最小的同步电压相位。该相位角即为同步脉冲板发出使能信号的初始相位角，同步脉冲板接收该相位角作为发出使能信号的准备，当接收到主控板投入该组TSC命令时，按照接收到的相位角发出使能信号。

由于正负相晶闸管使能时，分别发出的判断逻辑复杂，容易引入风险且没有必要。因此，本文采用正负相使能同时发出的方式，同步脉冲板接收到主控退出TSC命令后，在同步90度（电流过零）停止使能信号。

采用上述方法，来达到快速响应及准确触发的目的，即在可控硅（晶闸管）端电压过零时刻为基准，对阀组进行投切。此法是不必考虑投入时刻的电网电压和电容电压，只需考虑晶闸管端电压即可；也不必考虑电容放电时间，即先放电再触发，避免电容器留有部分电流情况下发出触发脉冲带来的不利。TSC快速触发框图如图2所示。完成动作时间小于20ms。

（3）TSC控制器采集各个TSC支路电流作为触发异常保护及过零保护，同时完成各支路的晶闸管击穿保护，能有效防止系统误操作和干扰等引起的误触发。

1.3 关键技术

TSC的触发与晶闸管保护的关键技术有：（1）触发板应满足两个条件时，才能向晶闸管发触发脉冲，即控制系统发出使能信号，晶闸管组正向电压大于20V。（2）TSC需要投入时，控制器应检测晶闸管两端电压，即晶闸管两端正向电压最小时，发出的投入使能信号也能够一直保持。（3）TSC需要退出时，控制器在固定相位将使能信号降至0。

2 仿真波形

根据上述设计方案，本文选择了几种特定条件下进行仿真，力求验证TSC控制器方案的可用性。其中，空心圆形标记曲线代表电容器对地电压；实曲线代表AB相角内电流；实心三角形标记曲线代表正向触发脉冲。

（1）电容器电压为0时投入，电流冲击（16.8+6）/16.8=1.35倍，如图3所示。

（2）电容器电压为0，电网电压峰值时投入，电流冲击292/16.8=17倍，如图4所示。

（3）电容器充满电后切除，2.5s后投入，电流冲击（16.8+12.8）/16.8=1.76倍，如图5所示。

3 结语

从分别在电容器电压为0、电容器电压为0且电网电压峰值时及电容器充满电后切除且2.5s后投入时的示波器仿真波形看出，当控制系统发出使能脉冲触发信号时，TSC能快速及時导通；当TSC要切除时，脉冲触发信号能及时降为0；当TSC在0时刻或峰值时刻投入时，均能够准确完成触发。本文设计方案能够达到预期的TSC快速切换及准确触发效果，符合该项目的工程要求。

与传统投切方法（即选择在电网电压零时投切，和电容器充电电压等于电网电压最值时投切）相比，本文设计方法有以下优势：（1）任何时刻均可投切，无硬性要求电容器电压放电至零，大大缩短时间和提升投切准确性，真正实现了快速投切；（2）有效避免了因谐波及短路故障造成较大冲击电流造成的破坏和损失，即冲击电流小。

参考文献

[1]张瑞君.TSC+TCR组合补偿技术及仿真分析[J].电力电容器与无功补偿，2015，36（6）：23-26.

[2]李佳琦.TSC/TCR式消弧线圈的晶闸管控制电路分析[J].电子测试，2013，（13）：25-26.

[3]Ghosh S， Hasan Ali M. Power quality enhancement by coordinated operation of thyristor switched capacitor and optimal reclosing of circuit breakers[J]. Generation Transmission & Distribution Iet， 2015，9（12）：1301-1307.

[4]张莹，徐建源，贾书杰，等.TSC+TCR型SVC对负荷节点电压影响的研究[C]//陕西省电网节能与电能质量技术学会2014年学术交流会论文集，2014.

[5]Jurado F， Rodriguez J A. Optimal location of SVC based on system loadability and contingency analysis[C]// IEEE International Conference on Emerging Technologies and Factory Automation， 1999. Proceedings. Etfa. IEEE，1999：1193-1199 vol.2.

[6]李涛，贺春，冯满盈.500kV输电网大容量TSC+TCR型SVS的技术升级与改造[J].电气应用， 2011（21）：30-32.

[7]王忠清，杨建宁.谈晶闸管投切电容器TSC的触发电路[J].电力电容器与无功补偿，2007，28（4）：30-36.