基本运行控制方案介绍：GCSC、TSSC、TCSC

不同类型的阻抗型补偿装置运行时，控制系统都由内部控制和外部控制两个部分组成。内部控制的功能是为晶闸管提供适时、适当的门极驱动信号以使主电路产生指定的补偿电压或容性电抗。因此，串联补偿装置的电路结构和其内部控制都可以看做一种“黑箱”似的电抗放大器，根据输入的驱动信号控制输出不同的补偿电压或补偿电抗。另外，内部的控制还必须通过电流限制、启动旁路或其他的保护措施使系统元器件（晶闸管、电容器、电抗器）工作安全、可靠。外部控制电路或者外部控制系统为内部控制提供参考输入，使补偿装置运行在可控的容性电抗范围内完成输电线路的指定补偿目标。而外部控制环节的输入是线路阻抗、电流、功率等运行参数的指令值和检测值，将这些输入信号，经适当的变换和处理后，形成内部控制环节的输入信号（控制指令）。

三个不同的阻抗类型补偿装置（GCSC、TCSC、TSSC）的内部控制结构非常相似。它们的作用可以同样简单地归结于通过检测线路电流的（系统频率）基频分量的起始点，同步地控制开关管的开通或/和关断时间点。这就需要执行三个基本的功能：线路电流的同步检测、开通和关断延迟角度的运算、开通和关断信号的产生。这些功能显然可以通过不同的电路设计来实现，但是不同的设计方案都存在一定的优点和缺点。下面将讨论三种可能的内部控制设计方案：其中一种是为GCSC设计的，另外两种是为TCSC的电路结构设计的。假如应用时不考虑抑制次同步谐振的需求，则TCSC的内部控制方案也可以用于TSSC。

1.GCSC内部控制

图6-19所示为门极关断（GTO）晶闸管控制串联补偿器的一种内部控制方案。这种控制方案具有以下四个基本功能：

1）定时同步，通过一个同步锁相PLL闭环电路实现驱动信号与线路电流的同步；

2）根据式（6-8A）或式（6-8B）将无功补偿电容电压或阻抗转换成关断延迟角γ；

3）当检测到电容器电压v_C（t）从正值或负值变为零时，令门极关断GTO晶闸管（SW）开通，此功能也包括当电容C上出现次同步谐振电压时确保抑制次同步谐振；

4）产生适当的GTO开通和关断的驱动脉冲信号。

图6-19 GCSC内部控制功能图(www.xing528.com)

图6-5b、c中示出了GTO关断延时角γ控制原理图、线路电流i波形以及γ=0和γ≠0时的电容电压波形v_C（0）及v_C（γ）。如果要求GCSC在关断延迟角为γ下运行，则应在图中i为正最大值（0，2π）处之前γ角，即在F点（即v_C（t）的过零点）、F₁点开通VT₁；在i为正最大值（0，2π）之后γ角，即在A点、A₁点关断VT₁。同理应在i为负最大值（π，3π）处之前γ角，即在H点、H₁点开通VT₂；i为负最大值（π，3π）处之后γ角，即在D点、D₁点关断VT₂。注意图6-19b中，VT₁的关断点（A，A₁）滞后+i_m的点（0，2π）γ角，VT₁开通点（F，F₁）是V_C从负值变为零的时间点；而VT₂的关断点（D，D₁）滞后-i_m点（π，3π）γ角，VT₂开通点（H点，H₁点）是V_C从正变零的过零点。因此，只要检测线路电流的最大正、负值时刻和运行中电容电压V_C的过零时刻，根据图6-5b的波形关系触发开通和关断VT₁、VT₂，即可获得关断角为指令γ=γ∗、使电容的补偿电压为指令值V_C=V_Cref，或电容的补偿容抗为指令值X_C=X_Cref的运行要求。

对于一定的GCSC电路结构以及内部控制的运行，可以将GCSC（包括电路结构和内部控制）看作一个响应输电线路电流的可控串联电容器，该电容器可以产生由参考输入确定的等效补偿电抗或补偿电压。GCSC的动态响应滞后类似于TCR，均有一个最大为半个周波时间的滞后控制。

2.TCSC内部控制

图6-20示出了TCSC的电路及线路电流i（t）、电容器电流i_C（t）以及电抗器电流i_L（t）的波形。电容两端电压v_C（t）在电容支路产生的基波电流i_C（t）是容性电流，超前v_C（t）90°，v_C（t）在电抗ωL支路中产生的电流i_L（t）的基波电流i_L1（t）是感性电流，滞后v_C（t）90°。图中电压v_C（t）的峰值点正是线路电流i的零点。TCSC内部控制最基本的要求是为图6-20中与电抗器L串联的晶闸管提供触发延迟角为α的触发脉冲，开通晶闸管，基于图5-7TCR控制原理，α是以电抗器外加电压即图6-20中电容电压v_C峰值或线路电流i的零点为起点的触发延迟角，因此运行中应实时、精确地检测v_C（t）的峰值点或电流i的过零点，并在图6-20中P、N点发出触发脉冲，开通VT₁、VT₂。由于TCSC运行中，v_C（t）的谐波电压较线路电流i（t）中的谐波电流严重，图6-21中采用检测线路电流，经滤波后得到其基波i₁（t），确定基波过零点，也就是v_C（t）的峰值点再延迟α角，发出触发脉冲，这种基于检测线路电流的同步锁相环PLL控制，能较精确地按所需的α角开通晶闸管VT₁和VT₂。

图6-20 TCSC电路、电压电流波形

图6-21 基于和线电流基波分量同步的TCSC内部控制功能图

图6-21中采用了将TCR所需要的电流指令i_L∗转换成对应的触发延迟角α的传统技术。从图6-21可以看出，TCR需要的电流指令i_L∗通常由外部控制的PI调节器获得，外部控制环路根据实际电容电压（或对应的容性电抗）检测值和期望的系统运行参考补偿电压（或补偿容抗）的比较，由PI调节器的输出作为内部控制量的参考输入i_L∗。