GCSC的结构及 GCSC的阻抗特性

5.4.1.1 GCSC的结构

图5-30为GCSC的单相结构图，它由一个固定电容器C和两个反并联的GTO并联组成。通过控制GTO的开通和关断，将电容器旁路或串联接入所在传输线路，并且可以通过对GTO开通和关断时刻的控制来直接改变电容电压，进而改变串入线路的等效容抗。

图5-30 GCSC的单相结构图

5.4.1.2 GCSC的阻抗特性

GCSC通过在每半个工频周期内调节关断延迟角γ来控制电容电压u_C的大小，其中γ为GTO关断时刻滞后于线路电流i峰值点的电角度，如图5-31所示。正常运行时0≤γ≤π/2。

下面分析当γ为[0，π/2]范围内任意值时，GCSC的两个GTO器件T1和T2的开通和关断过程。如图5-32所示，假设在F点触发导通T1，经过γ角后到达线路电流峰值，然后再延迟γ角后，到达A点关断T1。在FA段内T1开通，而T2关断，电流i流过T1将电容短路，故u_C=0。在A点关断T1到H点开通T2的H点前，AH段T1和T2都关断。AB段电流方向与参考方向相同，电流i对电容充电，u_C在B点达到正的最大值；从B点开始电流i反向，u_C放电并在H点降至零。可见，AH段u_C≠0持续的电角度为π-2γ，在此过程中电容先充电后放电。在H点开通T2，经2γ角后到D点关断T2，在HD段内T2导通将电容短路。随后DF₁段内，T1和T2均关断。DE₁段内反向电流对电容反向充电，而在E₁F₁段则放电。由以上分析可以看出，当u_C从负值变为零时，触发导通T1，然后过2γ角后关断T1；当u_C从正值变为零时，触发导通T2，然后过2γ角后再关断T2。

图5-31 GCSC的关断延迟角γ

图5-32 T1和T2的控制过程

由上述的分析可知，当γ=0°时，AH段u_C≠0持续的角度为π，实际上T1和T2一直处于关断状态，u_C为相位滞后于i90°的正弦波，即图5-32中曲线u_C（0），此时对应的GCSC等效容抗最大为1/ωC。当γ=π/2时，T1和T2处于交替导通状态，电容被GTO短路，u_C为零，则GCSC的等效阻抗为0。当0≤γ≤π/2时，GCSC的等效阻抗在0～1/ωC之间变化。当γ为任意值时，对应的电容电压为图5-32中曲线u_C（γ）。

令线路电流i=I_mcosωt。在图5-32中AH段电流i为电容正向充电，电压u_C为

DF₁段电流i为电容反向充电，电压u_C为(www.xing528.com)

对式（5-3）进行傅里叶分析，电容电压工频分量的幅值为

图5-33 在不同γ下的电容电压u_C及其工频分量u_CF

图5-33为在不同γ下的电容电压u_C（γ）及其工频分量U_CF（γ）的波形图。可以看出，通过控制关断延迟角γ能够实现改变电容电压的幅值和持续时间。

由式（5-5）可得，GCSC的等效工频容抗为

由式（5-6）可以看出，GCSC等效工频电抗是γ的函数，GCSC可看作一个可变的容性电抗，通过控制γ的大小即可以实现对GCSC等效电抗的调节^[34]。

5.4.1.3 GCSC的控制

实际应用中，GCSC既可以用来控制电容电压工频幅值U_CF（γ），也可以用来控制等效工频电抗X_CF（γ），分别通过电压控制模式和电抗控制模式来实现。

GCSC的这样两种模式是可以根据系统的需要而进行切换的，通过图5-34所示的内环控制系统实现这两种控制方式。电压控制模式的主要目的是维持电容电压基波幅值U_CF（γ）为指令值，并根据式（5-5）可以逆推出指令值所对应的γ值。在线路电流允许的范围内，即使线路电流减少，GCSC也能通过减小γ值维持指令的电压。电抗控制模式下，当电流为小于其最大限值的任意值时，通过式（5-6）逆推得到的电抗指令值对应的γ角，可以使X_CF（γ）为指令值^[2]。

图5-34 GCSC内环控制的基本结构