[发明专利]一种三相TSC 快速重复过零投切时防止晶闸管闭锁的方法

说明书

技术领域：

本发明属于电工技术中的无功补偿技术领域，特别涉及一种三相TSC快速重复过零投切时防止晶闸管闭锁的方法。

背景技术：

晶闸管投切电容器(TSC——Thyristor Switched Capacitor)是一种常用的静止无功补偿装置(SVC——Static Var Compensator)，能够快速补偿电网的无功功率，提高系统功率因数，节约电能，减小系统的电压波动，在工矿企业和变电站得到了广泛的应用。

现代用电系统越来越复杂，电焊机、起重机、轧钢机等大量冲击性和非线性负载的广泛应用使电力系统中无功功率的需求也呈现冲击性和快速变化的特点，要求TSC装置能够快速跟踪负载无功功率的突变，随时保持最佳馈电功率因数，这就对TSC装置的响应速度提出了更高的要求。TSC装置的响应时间主要包含无功检测和电容器组的投切两部分，因此要求TSC装置能够快速检测出系统无功大小并发出投切电容器组的命令；发出投切命令后，执行机构(晶闸管)能够快速地执行相关操作，及时投入或切出电容器组，满足系统的无功需求。

为了减少电容器组投入或切除时对配电系统的干扰，防止电容器组投入时产生的涌流，提高电容器的使用寿命，投入或切除电容器组时均要求实现零过渡过程，即在晶闸管两端电压接近零或过零时才开通晶闸管接入电容器组；利用晶闸管电流过零时自然关断的特性使电容器组从电网切除。因此，TSC装置发出投入指令后，电容器组不一定立即投入，只有当晶闸管两端电压接近零或过零时才能投入电容器组；发出切除指令后，由于要利用晶闸管电流过零时自然关断的特性，电容器组也不一定立即切除。所以，电容器组投入和切除都有一个过渡过程，这些过程的长短直接影响到TSC装置的响应速度。

所谓晶闸管闭锁，是指在零过渡过程开通条件下，在三相TSC中，一组固态开关中的晶闸管导通后将使另一组固态开关中晶闸管两端的电压不能达到或接近于零，从而使该组晶闸管无法正常开通的现象。晶闸管发生闭锁后，三相电路变为一个单相电路，电路的运行状况与设计发生较大偏离，并导致三相无功补偿严重不平衡。在TSC装置控制中应避免晶闸管闭锁现象的发生。

三相TSC有多种拓扑结构，总体可以分为两类：分相补偿电路和三相共补电路。分相补偿电路本质上可以看成三个单相电路。因此，这里所讨论的三相电路是指三相共补电路。

图1所示为工程中常用的采用两个固态开关即两个反并联晶闸管对(VTA和VTB)或固态继电器(SSR)控制的一组三相TSC电路原理图。图中，u_A、u_B、u_C为三相电源电压，相序为顺相序；固态继电器(SSR)由一对反并联的晶闸管VTA、VTB及其控制电路构成；C1、C2和C3为一组三角形接法的三相电容器或三组单相电容器，三组单相电容器可以三角形接法，也可以星形接法。这种结构不但可以抑制三次谐波，而且比较经济。为了控制方便，一般情况下每一组晶闸管或固态继电器的开通和关断控制命令是同时发出的。

对于图1所示的三相TSC电路结构，投入TSC后，若切除电容器时VTB先关断，待VTA也关断后，需要再次快速投入TSC时，VTA和VTB两端电压都有过零点，因此，再次导通时就有不同的导通顺序。若再投入时VTB先导通，则其导通后VTA两端电压就无过零点，VTA就不能及时快速再导通，这就发生了晶闸管闭锁现象。若VTA先导通，则经过四分之三个电源周期后VTB两端的电压过零就能导通，就不会发生晶闸管闭锁现象。

实际应用时，除考虑到电力电容器本身的介质损耗外，一般为了安全等原因都附加有放电电阻。当电容器组切除后再投入时，即使出现了晶闸管闭锁现象，随着电容器组的放电其残余直流电压不断降低。经过一定的时间(秒级)，闭锁的晶闸管两端电压就会出现过零点，相应的也就能够再次导通，但响应时间大大增加，它比未充电电容器(即电容器上无残压)投入的响应时间长得多。

TSC切除和投入电容器组的指令一般都是根据动态无功补偿的需要随机发出的，而且为了控制简单起见，VTA，VTB共用一个控制信号，即每一组TSC的开通和关断控制命令是同时发出的。因此，在三相TSC中对电容器组进行投切时若不加以控制就会有一定概率出现晶闸管闭锁现象，造成三相TSC装置不能正常快速投入。若不加以特殊控制，在图1所示三相TSC中发生晶闸管闭锁的概率为57.1％，是比较高的。同时，在晶闸管闭锁期间，电容器组承受的电压将大大高于正常投切时承受的电压，可能导致电容器击穿损坏。