高壓TSC快速切換方法及防誤觸發方式研究

孟會永 王光磊 陳佳永 王立春 王興

摘要：自電網建設使用以來，無功補償就不可缺少，而TSC是SVC主要形式之一。本文取自國外500kV超高壓主干電網建設實際工程項目，采用TCR+TSC組合在30kV母線上進行無功補償為背景，通過分析TSC控制器來研究快速準確切換。目前TSC控制器已成功投運，表明該TSC設備能夠達到快速切換并準確觸發的要求。

關鍵詞：TSC控制器；快速投切；SVC；準確觸發

中圖分類號：TM475；TN34 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）07-0085-03

靜止無功補償SVC一直在電網中擔負著提供電壓支撐、抑制諧波，改善功率因數，降低閃變等重要職責。晶閘管投切電容器TSC是SVC主要形式之一，能夠更好的提供電壓支撐、縮減響應時間，通常使用TCR+TSC經典組合來進行動態補償，在電力系統中被廣泛應用。擁有優越的補償性能的同時，如何能夠使TSC準確無誤地快速投切，即TSC控制器設計方案，已成為研發人員不得不考慮的問題。

1 方案設計

為了完成TCR+TSC型SVC的控制需求，本文提出該控制器方案，控制框圖如圖1所示。采用TCR、TSC的控制保護按照獨立模塊的思路設計，這樣可以保證針對不同項目的靈活配置。

1.1 硬件方案

TSC、TCR控制器與閥組接口均采用閥組接口單元，該單元放置在閥組內。通過光纖與控制器連接（如觸發、回饋、通訊等），完成閥組觸發脈沖的發出擊穿檢測功能。主控制器與上位機放置在主控制柜中， TSC控制單元均安裝在TSC控制柜內。

1.2 軟件方案

（1）主控制器方案：采集電網電壓（高壓側、低壓側）、電流等工程需要的模擬量及相關開關量，執行控制策略，控制TCR觸發角，決定TSC投入與退出。

（2）TSC控制器，采集接入點母線電壓信號、各組TSC電容器組上的電壓信號。模擬量板將幅值，幅值（含有直流成份）傳給CPU，CPU將與做減法運算，可知閥組兩端電壓幅值（有正負含直流成份）。主控板根據閥組電壓幅值計算出閥組電壓正向過零（負向過零）或電壓最小的同步電壓相位。該相位角即為同步脈沖板發出使能信號的初始相位角，同步脈沖板接收該相位角作為發出使能信號的準備，當接收到主控板投入該組TSC命令時，按照接收到的相位角發出使能信號。

由于正負相晶閘管使能時，分別發出的判斷邏輯復雜，容易引入風險且沒有必要。因此，本文采用正負相使能同時發出的方式，同步脈沖板接收到主控退出TSC命令后，在同步90度（電流過零）停止使能信號。

采用上述方法，來達到快速響應及準確觸發的目的，即在可控硅（晶閘管）端電壓過零時刻為基準，對閥組進行投切。此法是不必考慮投入時刻的電網電壓和電容電壓，只需考慮晶閘管端電壓即可；也不必考慮電容放電時間，即先放電再觸發，避免電容器留有部分電流情況下發出觸發脈沖帶來的不利。TSC快速觸發框圖如圖2所示。完成動作時間小于20ms。

（3）TSC控制器采集各個TSC支路電流作為觸發異常保護及過零保護，同時完成各支路的晶閘管擊穿保護，能有效防止系統誤操作和干擾等引起的誤觸發。

1.3 關鍵技術

TSC的觸發與晶閘管保護的關鍵技術有：（1）觸發板應滿足兩個條件時，才能向晶閘管發觸發脈沖，即控制系統發出使能信號，晶閘管組正向電壓大于20V。（2）TSC需要投入時，控制器應檢測晶閘管兩端電壓，即晶閘管兩端正向電壓最小時，發出的投入使能信號也能夠一直保持。（3）TSC需要退出時，控制器在固定相位將使能信號降至0。

2 仿真波形

根據上述設計方案，本文選擇了幾種特定條件下進行仿真，力求驗證TSC控制器方案的可用性。其中，空心圓形標記曲線代表電容器對地電壓；實曲線代表AB相角內電流；實心三角形標記曲線代表正向觸發脈沖。

（1）電容器電壓為0時投入，電流沖擊（16.8+6）/16.8=1.35倍，如圖3所示。

（2）電容器電壓為0，電網電壓峰值時投入，電流沖擊292/16.8=17倍，如圖4所示。

（3）電容器充滿電后切除，2.5s后投入，電流沖擊（16.8+12.8）/16.8=1.76倍，如圖5所示。

3 結語

從分別在電容器電壓為0、電容器電壓為0且電網電壓峰值時及電容器充滿電后切除且2.5s后投入時的示波器仿真波形看出，當控制系統發出使能脈沖觸發信號時，TSC能快速及時導通；當TSC要切除時，脈沖觸發信號能及時降為0；當TSC在0時刻或峰值時刻投入時，均能夠準確完成觸發。本文設計方案能夠達到預期的TSC快速切換及準確觸發效果，符合該項目的工程要求。

與傳統投切方法（即選擇在電網電壓零時投切，和電容器充電電壓等于電網電壓最值時投切）相比，本文設計方法有以下優勢：（1）任何時刻均可投切，無硬性要求電容器電壓放電至零，大大縮短時間和提升投切準確性，真正實現了快速投切；（2）有效避免了因諧波及短路故障造成較大沖擊電流造成的破壞和損失，即沖擊電流小。

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