目前我国10kV及以下中低压配电网功率因数偏低，无功补偿容量严重缺乏，造成了电力资源的严重浪费。静止无功补偿技术是改善电网无功状况的最为直接有效的手段，特别是晶闸管投切电容型无功补偿装置，具有投资少、响应快等优点^[1-3]。但我国当前无功补偿技术水平的限制，该类产品在实际应用中仍然存在许多问题^[4]。

本文基于Simulink/MATLAB，在低压TSC动态无功补偿装置基础上，对10kV高压无功补偿系统进行了仿真研究采用低压侧TSC通过电磁耦合方式进行补偿、动态投切全部电容器组，可解决高压无功补偿装置保护复杂、故障率高、响应时间慢等问题。

1 TSC无功补偿装置基本原理

TSC无功补偿装置通常由两大部分组成：一部分为TSC主电路，它包括晶闸管投切开关、补偿电容器；另一部分为TSC控制系统，主要由数据采集与检测、参数运算和投切控制、触发电路三个环节组成。基本工作原理可概括如下：首先检测部分采样当前电网的电压和电流，通过中央控制器计算出有功功率、无功功率和功率因数等参数，根据设定目标值产生投切控制信号，驱动晶闸管投切电容器向电网注入容性无功功率，抵消电网感性负载产生的感性无功功率，从而达到无功补偿的目的。

图1 TSC系统结构图

Fig.1 TSC system organization

1.1投入时刻对电容涌流的影响

单相晶闸管投切电容器的等效电路如图2所示。

图2 单相晶闸管投切电容器等效电路图

Fig.2 Equivalent circuit of single-phase TSC

电路的数学方程为 (1)

电感电流的初始条件是    (2)

电容电压的初始条件是 (3)

以上方程的解是 (4)

其中，是电路的振荡频率，I_m是电路稳定后的电流峰值。

为了使电流无需暂态过程直接进入稳态，必须同时满足以下两个条件：  (5)

其中，u_C0是电容的残压，是晶闸管开通时刻的初始相角。

同时满足这两个条件意味着：

(1)电容电压必须被预充电到。当时，可以认为电容电压应该等于电网电压峰值。

(2)开关管必须在电网电压达到峰值的时候投切，而且电网电压和电容电压的极性必须相同^[5]。

当满足以上两个条件时，电路电流就会直接进入稳态，。

1.2 电流过零时刻投入

根据以上分析，TSC运行时选择晶闸管电流过零时刻投入的原则是该时刻交流电源电压应和电容器预先充电的电压相等。则电容器电压不会产生跃变，也就不会产生冲击电流。理想情况下，电容器预先充电电压为电源电压峰值，这时电源电压的变化率为0，因此在投入时刻i_C为零，之后才按正弦规律上升。这样，电容投入过程不但没有冲击电流，电流也没有阶跃变化。如图3所示为理想投切示意图。

图3 电流过零时刻投切示意图

Fig. 3 Diagram of Current zero-switching

在投切之前，电容器的端电压u_C已由上次导通时段最后导通的晶闸管VT₁充电至电源电压u_s的正峰值。本次导通开始时刻取为u_s和u_C相等的时刻t₁，给VT₂触发脉冲使之导通，电容电流i_C开始流通。以后每半个周波轮流触发VT₁和VT₂，电路继续导通。需要切除这条电容支路时，如在t₂时刻i_C已降为零，VT₂关断，这时撤除触发脉冲，VT₁就不会导通，u_C保持在VT₂导通结束时的电源电压负峰值，为下一次投入电容器做了准备。

1.3 电压过零时刻投入

在实际应用中，电网电压的随机波动和电容残压的不确定使得很难同时满足式(5)的两个条件。然而，在投切瞬时晶闸管两端电压为0这一条件却相对比较容易实现。当晶闸管两端电压为0时，如果，电流

 (6)

若晶闸管两端电压为0，开通时刻瞬态电流的峰值不会超过两倍稳态电流的峰值，而且，如果在电网电压±90°的时候（）完成投切，非暂态响应将更好，。所以可以将晶闸管两端电压为0作为投切判断条件。

采用电流过零方式，可以保证电容投切瞬间无涌流，实现对电容器的保护，但由于投切瞬间需要检测电网电压，将电容器两端电压预先充电为电源电压峰值，这需要额外的检测电路和预充电电路，另外由于电容电压的不稳定，实现起来较困难。由以上分析可知，采用电压过零时刻投入，涌流为电容正常工作时的两倍。（御风）