1.基本原理

晶闸管控制电抗器（Thyristor Controlled Reactor，TCR）是SVC中最重要的组成部分之一，IEEE将晶闸管控制电抗器定义为一种并联型晶闸管控制电抗器，通过控制晶闸管的导通时间，它的有效电抗可以连续变化。如图5-7所示，基本的单相TCR由一对反并联晶闸管阀T1、T2与一个线性的空心电抗器相串联组成。反并联晶闸管就像一个双向开关，晶闸管阀T2在供电电压的正半波导通，而晶闸管阀T1在供电电压的负半波导通。晶闸管的触发角以其两端电压的过零点时刻作为计算的起点。

图5-7 TCR基本结构

TCR触发角的可控范围是90°～180°。当触发角为90°时，晶闸管全导通，此时TCR中的电流为连续的正弦波形。当触发角从90°变到接近180°时，TCR中的电流呈非连续脉冲形，对称分布于正半波和负半波。当触发角为180°时，电流减小到零。当触发角低于90°时，将在电流中引入直流分量，从而破坏两个反并联阀支路的对称运行。所以一般在90°～180°范围内调节。通过控制晶闸管的触发延时角，可以连续调节流过电抗器的电流，从0（晶闸管阻断）到最大值（晶闸管全导通）之间变化，相当于改变电抗器的等效电抗值。晶闸管一旦导通，流经晶闸管电流的关断将发生在其自然过零点时刻，这一过程称为电网换相，TCR是按电网换相方式运行的。电网换相过程的一个特征是，一旦阀开始导通，任何触发角的变化只能在下半个周期中起作用，从而产生了所谓的晶闸管死区时间。

TCR的作用就像一个可变电纳，改变触发角就可以改变电纳值，因为所加的交流电压是恒定的，改变电纳值就可以改变基波电流，从而导致电抗器吸收无功功率的变化。但是，当触发角超过90°以后，电流变为非正弦的，随之就产生了谐波。如果两个晶闸管在正半波和负半波对称触发，就只会产生奇数次谐波。

由于在电力系统应用中要求系统应具有可控的感性无功功率，因此在TCR上并联了一个电容器。这个电容器可以是固定的，也可以是可投切的，通过机械开关或者是晶闸管开关。TCR的主要优点是控制的灵活性和易于扩容。不同的控制策略均可容易地实现，特别是对那些涉及外部辅助信号以显著提高系统性能的控制，参考电压和电流的斜率都能够用简单的方式加以控制。由于TCR型SVC本质上是模块化的，因此通过追加更多的TCR模块就能达到扩容的目的，当然前提是不能超过耦合变压器的容量。

TCR不具备大的过负荷能力，因为其电抗器是空心设计的。如果期望TCR能够承受较高的暂态过电压，就需要在设计TCR时加入短时过负荷能力，或者安装附加的晶闸管投切电抗器，以备在过负荷时使用。

TCR的响应迅速，典型的响应时间为1.5～3个周波。实际的响应时间是测量延迟、TCR控制器的参数和系统强度的函数。

2.主要接线形式和配置类型

TCR的三相接线形式大都采用三角形连接，因为这种形式比其他形式线电流中谐波含量要小。这种每相只有一个反并联晶闸管对的接线形式称为6脉波TCR，这种接线形式还能防止3的倍数次谐波渗入输电电路。因此其线电流中所含谐波为6k±1次（k为正整数），这些谐波称为特征谐波。但是，当供电电压不平衡时，会导致非特征谐波扩散进线路。正常情况下，非特征谐波数值是很小的。但在严重扰动的情况下，正负半波的触发角可能不同，这种情况会产生直流分量，并引起更大的谐波扩散。

图5-8 TCR的三相6脉波接线形式

当把TCR接成12脉波形式的时候，谐波含量可以大大减小。TCR的12脉波形式是由供电电压相角差30°的两个6脉波TCR构成的。(www.daowen.com)

图5-9 TCR的12脉波接线形式

如图5-9所示，TCR通过降压变压器连接到系统母线上，降压变压器二次侧设有两个绕组，一个为联结，另一个为△联结，这样就形成了30°的相角差。两个绕组各连接一个6脉波TCR，即可构成12脉波TCR。其一次侧电流中仅含有12k±1次谐波（k为正整数）。在一个6脉波TCR出现故障的时候，另一个仍可以正常工作，这是12脉波TCR的一个优点。

正如之前介绍的那样，单独的TCR只能吸收感性无功功率，因此往往与并联电容器配合使用。如图5-10a、b所示。并联上电容器后，使得总的无功功率为TCR与并联电容器无功功率抵消后的净无功功率，因而可以将补偿器的总体无功电流偏置到可以吸收容性无功功率的范围内。另外，并联电容器串上小的调谐电抗器还可以兼作滤波器，以吸收TCR产生的谐波电流。

图5-10 TCR型SVC原理图

3.运行特性

对于没有电压控制时的TCR运行，可以将整个TCR支路用一个等效的连续可变电抗器来代替，通过该电抗器的正弦电流与流过TCR中的非正弦电路的基频分量相等。从而可以得到如图5-11的电压—电流特性，它的边界由最大允许电压、最大允许电流和TCR最大导纳构成，在正常运行区域内，可以视作连续可调的电感。

如果对TCR采用电压控制，则图5-11所示的正常运行区域就将被压缩到一条特性曲线上，如图5-12所示。这种特性曲线体现了补偿器的电压控制硬特性，它将系统电压精确地稳定在电压设定值U_ref上。正常情况下，控制器通过控制电抗器从节点吸收的感性无功功率，来维持节点电压不变。当电压升高时，运行点将向右移动，控制器通过增大晶闸管阀的触发角而增大从节点吸收的感性无功功率，以保持节点电压不变。当运行点达到控制范围的最右端，节点电压的进一步升高将无法由控制系统来进行补偿，因为TCR的晶闸管已经处于完全导通状态，所以运行点将沿着对应晶闸管全导通（α=90°）时的特性曲线向上移动，此时补偿器运行在过负荷范围，超过此范围后，触发控制将设置一个电流极限，以防止晶闸管阀因过电压而损坏。在特性曲线的左侧，如果节点电压过分降低，补偿器就会达到吸收极限，运行点将会落在欠电压特性曲线上。

图5-11 无电压控制时TCR的电流—电压运行特性

图5-12 电压控制时TCR的电流—电压运行特性