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附3：
学生毕业设计（论文）外文译文
学生姓名：
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译文标题（中英文）：
晶闸管投切电容器控制系统的设计
DesignoftheControlSystemforThyristorSwitchedCapacitorDevices
译文出处：
ProceedingsoftheIEEEPowerEngineeringSocietyTransmissionandDistributionConference,v2,BlazingTrailsinEnergyDeliveryandServices,2003,p606-610
指导教师审阅签名：
外文译文正文：
晶闸管投切电容器控制系统的设计
摘要
本文为晶闸管投切电容器在6KV-10KV中低压配电系统中的应用，该系统能在投入时刻避免冲击电流并且在电流过零时立即断开。
本文首先对电容器的投切瞬间进行了分析，对中压系统TSC电压测试进行了介绍。
TSC构造简单，实践证明电压过零检测方法是非常可靠、准确的。
其投切补偿后的性能优越。
一．TSC装置介绍
分流电容器在中高压电力传输网络中是很重要的无功补偿电源，晶闸管投切电容器利用投切电容器组来实现电压调节和无功功率平衡，因此能提高系统容量、减少电网网络损耗、提高电压质量、产生无功功率，来避免电压崩溃和提高系统的稳定极限。
晶闸管自动投切电容器在改善电能传输和配送的经济可靠方面是十分经济实用的。
本文TSC装置的电压应用范围为6到35KV，它能够灵活自如的控制补偿容量，在电流过零时切除，并且避免投入时过电流的产生。
TSC在投切时刻过电流和过电压的产生方面比传统的机械投切有无比优越性。
理想情况下，电容器投切时刻的初始电流为零，这样可以保证电容器平稳的投入。
从理论上讲。
单相电容器投切的最大时间为电源周期的一半，这样可以确保无冲击电流的产生。
一个重要的技术问题就是怎样避免晶闸管投切电容器在投切时刻过电压和电流的产生。
二．TSC投切时刻条件
这是一个由双向晶闸管控制的单相TSC装置图形。
如图1所示。
图1单相TSC装置示意图
此装置的数学表示为
初始电流为
电容器初始电压为
以上方程等价与
这里
为震荡频率，Im是电流稳定时的峰值。
为了使得
（1）式中的电流能直接到稳定值，避免瞬间冲击。
以下两个条件必须同时满足：
这里Uc0是电容器的残余电压，Φ是电容器投入时的初始相角。
以上两个条件可以进一步解释为：
（a）电容器电压必须和
保持一致。
在WLC<<1电容器电压可认为是和电源电压峰值相等。
（b）电容器电压必须在投切时刻与电源电压峰值是大小相等，极性一致
当以上两个条件同时满足时，电源电流就会处于无畸变的稳定状态。
这时
但是在实际操作当中，电源电压具有波动性。
并且电容器的电压有残余电压使得同时满足以上两个条件显得有点可望而不可及。
然而，当系统电压过零时如果投入电容器能较好的实现，当电容器的电压为零时。
当
，表达式
（1）可以变为
由此可见，当端点电压和电容器之间的电压差为零时，电容器投切时刻的瞬间电压峰值不会超过稳定电压峰值的两倍。
进一步讲，如果投切时刻的相位角小于90度，无瞬变电流的投切是可能实现的。
所以与电容器之间的电压为零时刻来出发晶闸管来投入电容器是有原理可寻的。
三．电容器残余电压的测试
图2并联电容器端的电压差为非零时的现场电流测试波形
晶闸管投切确保无瞬间突变电流的关键是电压的准确检测，在高压系统里，TSC的电压测量显得有些困难。
在10KV系统中，电容器端的峰值电压将达到14140V（DC），当投入系统时，电子管两端的电压波形将是直流和交流的叠加，其中直流将会逐渐衰减为零，如果电压不能被准确的测量出，投切电压差很大，变化的电流，将会使得di/dt很大，它可能损坏晶闸管，图2为电容器与电源电压差不为零时，投切后的在线电流检测波形，TSC在高压系统中。
每相一般有12到60个晶闸管控制，其耐压水平从6KV到35KV不等，控制电路版块在地面，电压测量信号通过传输通道传送到地面控制部分。
触发脉冲必须从地面控制系统，及时准确地触发晶闸管，在高压系统中。
地面低压和高压之间应可靠、独立的认真设计，以避免相互干扰和在高压电路逻辑间的误触发。
在6KV—35KV相对较小的无功补偿系统中，图3采用的是无源检测装置，采集到的信号通过光纤传输到可相互通信的中央处理器。
在组织结构方面这种检测方法比有源的是简单易行的。
可有效的避免电磁干扰。
图3逻辑电路和无源测量
图4显示的是电子管串联时电压检测的一种方框图，通过电阻器分压后，当并联电容器组的残余电压与检测电源电压的峰值一致时，电压信号就成比例的并行传送给光纤线路，在与并联电容器组的电压差为零时。
逻辑电路从光纤电路中输出触发信号到TSC的控制器，来控制那些电容器需要投切。
借助功率放大器的触发信号是电磁隔离的。
晶闸管一旦被触发他们就导通，电容器就投切上去工作。
当两端电压接近零时，并且低于检测的最小值，触发器就一产生触发脉冲电容器就投入使用，但同时要确保晶闸管的可靠导通。
当投切命令撤消时。
触发脉冲停止发送。
当电流衰减到零时晶闸管关断。
当下一组投切命令传输时，电容器组将从系统中断开。
图4串联电压测试的方框图
晶闸管动作后的电压波形如图5所示，电压负半波是反向的。
从波形图中我们可以看出电压波形的正负半波周期是不对称的。
其中在正半波周期存在电压峰值，这是由于接通时电容器存在残余电压。
图5电压测试信号波形
晶闸管两端电压过零检测的过程如下：
连续不断的取三相电压Va、Vb和Vc进行比较，如果有Va>Vb>Vc,并且Vc电压小于给定的电压V1。
如图5所示，就认为有过零电压出现。
这种检测方法相对简单，但和单纯的与预置小电压比较而言，这种方法又是更可靠、更具防干扰能力。
而且不受谐波影响。
通过实验我们更可以看出这种检测方法是更实用、更可靠的。
投切命令一旦发出，三相晶闸管将被触发，三相回路闭合。
但在实际操作中三相晶闸管不可能被同时触发，因为各相晶闸管的触发是根据各自的过零检测零电压的出现而触发的。
所以整个过程的投切是一个短暂的三相不对称投切过程。
当不对称的冲击不足以对过零保护系统造成威胁时。
这种干扰对系统来说可以忽略。
在三相投切过程中，有一种情况是有可能发生的，即一相电压检测没有过零且没有被投切。
为了避免长期的三相不对称状态，投切过程将被立即停止。
触发阀将被隔离。
错误信号会发出。
当切断信号从主控制系统发出，触发器是不工作的，为了切断电子管，触发脉冲立即停止。
如果触发脉冲启用，那么晶闸管将必须连续保持导通。
如果发生反常情况，例如一个很短周期内出发脉冲丢失。
当触发脉冲不能够立即撤除，一旦接到导通命令，对晶闸管来说在任何时候的偶然接通都是有可能的。
在没有零电压差检测的情况下的任何投入电容器。
都有可能产生过电流甚至损坏晶闸管的情况发生。
因此一旦在电子管导通的时候，过零电压检测系统失灵，触发脉冲应立即停止，在这个情况下，如果没有切断命令，故障信号应发出。
晶闸管都有短暂的过电流极限，所以控制器将有快速处理过电流的能力，一个硬件中断程序来对付过电流的产生，它能够在检测到有过电流产生时立即终止启动信号，并且发出故障信号。
过电压也有可能损坏晶闸管，当电容器上没有残余电压时，图6显示是电子管单元上面的过电压波形。
图6无电压残余时的过电压波形
电子管阀间过电压产生的原因是有些电子管的损坏，或者系统电压的过大。
在投入之间，电子管间的端电压将被检测。
如果有过电压的产生，触发信号将被停止，并且故障信号发出。
电子管端电压是连续等间隔的被抽样，样本数据不是唯一判断投切的逻辑。
但是在过电压的检测中。
如果样本电压是预置电压的5倍，如图6所示，电子管间的电压被认为过高，投入命令将被终止。
四．TSC控制器的现场性能实验
A．投入无涌流电流的性能实验
按照上述原理方法设计的TSC控制器已经在北京燕山石化公司6KV-35KV变电所中投入使用。
在这次测试中不会有电感与电容器串联的情况。
投入命令一旦发出。
控制器就按AC、AB、BC的次序接通电容器组。
夹线式电流计在A相电路输入端。
测量AC两相电路的线电流Iac投入时刻的电流波形被记录，并如图7所示。
图7电流记录波形
图中，a点是投入过程的开始点，此时AC支路的电容器被投入。
b点是AC两相投入过程的终结点。
这时BC相的晶闸管将被触发。
在a点和b点之间。
电流的尖峰值为18A，在稳定时电流峰值为16A。
两者之间的比率为1.125。
在b点之后，电流的尖峰值为33A，稳定时的峰值为28A，两者的比率为1.178。
以上实验经过上千次都得到几乎相同的结果，经过上面的实验，我们可以看出零电压检测控制器是可靠有效的，投入效果比较满意。
动态响应图形为图8所示，从主控制器释放信号（a点）到第二阶段电容器被接入的开始点（b点），整个过程是触发器的工作过程。
从图形中我们可以看出TSC的合闸时间仅仅17秒，包括触发控制器从串联通信口接收到投入命令的时间和零电压检测时间。
反复实验可以看出电容器投入运行的时间在20秒内，三相整个投入使用的时间不会超过50秒。
图8触发过程的动态响应图形
图8记录的是从控制器发出关断命令（a点）到三相电容器关断（b点）的波形。
反复实验表明关断时间在20秒内。
五．结论
本文所介绍的6KV-35KVTSC装置及其控制策略经验证结果表明各项技术指标都达到了设计要求。
尤其在电容器投入非涌流方面更胜一筹。
在线验证结果表明对级联电子管而言零电压检测方法是正确的。
TSC控制器可以根据控制策略可靠的执行主控功能。
英文原文：
DesignoftheControlSystemforThyristorSwitchedCapacitorDevices
Abstract
Athyristorswitchedcapacitor（TSC）deviceappliedin6to10KVpowerdistributionsystemsisdescribedinthepaper,whichcanswitchonthecapacitorswithoutoverinrushcurrentandswitchoffattheinstantwhencurrentisreducedtozero.Theconditionsofnon-transientswitchon/offarediscussedfirst,andavoltagedetectingprincipleforthemediumvoltageTSCisintroduced.TheproposedTSCissimpleinstructure.On-sitetestresultshowsthatthezero-voltagedetectmethodiscorrectandreliable,andtheswitch-onperformanceissatisfactory.
I.INTRODUCTION
Theshuntcapacitorisanimportantreactivepowersourcesinmediumandhighvoltagetransmissionnetworks.Thereactivepowercompensationbymeansofautomaticswitchon/offofthecapacitorbankscanbeusedtoeffectivelyadjustthesystemvoltageandbalancethereactivepowerflow,soastoenhancethesystempowerfactor,reducethenetworklosses,improvethevoltagequality,increasethereactivepowerreservetoavoidvoltagecollapseandenhancethesystemstabilitylimit.Reactivepowerautomaticcompensationisaneconomicandrealisticmeanstoimprovetheoperatingeconomyandreliabilityforthetransmissionanddistributionnetworks.
TheappliedvoltagerangefortheTSCdevicementionedinthispaperisfrom6to35kV,whichisabletocontrolthecapacitorbankstobeswitchedonwithoutovercurrentandoffattheinstantofzerocurrent.TSChastheadvantagesoverthemechanicalswitchgearsintermsoftheinrushcurrentandoperatingover-voltagewhenthecapacitorbanksareswitchedonandoff'.Thetheoreticalandidealswitchonconditionforthecapacitoristhattheinitialcurrentattheinstantoftheswitchoniszerosoastoputthecapacitorhanksdirectlyintostableoperationwithoutanytransientprocedure.Inprinciple,themaximumtimeofswitchonandoffforthesingle-phasecapacitorbankishalfcycleofthepowerfrequencyinordertoensurenon-inrushcurrent.AnimportanttechnicalproblemthathastobesolvedinTSCdesignishowtomakethethyristorsandcapacitorsavoidbeingdamagedbytheinrushcurrentandtransientover-voltageduringtheswitchonandoffperiod.
Ⅱ.CONDITIONSFORNON-TRANSIENTSWITCEON-OFF
Theequivalentcircuitofasingle-phasecapacitorswitchedon/offbyabi-directionalthyristorvalveisshowninFigure1.
Figure1Equivalentcircuitofasingle-phaseTSC
Themathematicequationforthecircuitis
Wheretheinitialcurrentfortheinductanceis
andtheinitialvoltageforthecapacitoris
Thesolutionoftheaboveequationis
（1）
Where
andImisthepeakcurrentwhenthecircuitisstable.Inorderforthecurrentexpressedin
（1）tobedirectlyreachedintostablewithouttransientprocedure,thefollowingtwoconditionsshouldbesatisfiedsimultaneously.
WhereUcoistheresidualvoltageofthecapacitor,and0istheinitialphaseanglewhenswitchon.
Thetwoconditionsmeanthat
（a）Thecapacitormustbechargedtothe
.WhenWLC<<1,itcanbeconsideredthatthecapacitorshouldbechargedtothepeakvalueofthesourcevoltage.
（b）Thevalvemustbeswitchedonattheinstantthatthesourcevoltagereachestothepeakvalue,andthepolarityofthesourceandthecapacitorvoltagesmustbethesame.Whentheabovetwoconditionsaremet,thecircuitcurrentwiltbedirectlyreachedtostablewithouttransientprocedure,thatis,
.
Inpractice,therandomfluctuationofthesystemvoltageandtheuncertaintyoffthecapacitorresidualvoltagemakeitverydifficulttosatisfysimultaneouslytheabovetwoconditions.Nevertheless,theconditionthatthevoltagedifferenceacrossthecapacitorterminalsiszeroattheinstantofswitchingonthecapacitorcanberelativelyeasilyrealized.WhenthevoltagedifferenceacrossthecapacitorterminalsisZero,thatis
as
.
TheExpression
（1）becomes
Itcanbeseenthat,ifthevoltagedifferenceacrossthecapacitorterminalsiszero,thepeakvalueofthetransientcurrentwhenswitchedonwillneverexcesstwotimesofthepeakvalueofthestablecurrent,andfurthermore,iftheswitchedonphaseangleispositiveorminus90degrees,theconditionsofthenon-transientswitch-onwillbeperfectlyachieved.Soitisreasonabletomakethecriterionthatthevoltagedifferenceacrossthecapacitorterminalsiszerowhenswitchedonastheconditionofthevalvetriggercontrol.
IIIDETECTINGFORTHERESIDUALVOLTAGEINTSC
Figure2On-sitetextrecordingofthecurrentwhenthevoltage
Differenceacrosstheterminalsofthethyristorisnotzero.
Thekeypointtorealizetheabovecriterionforthenon-inrushswitch-onistocorrectlydetectthevoltageacrosseachvalve.InthehighvoltageTSC,thevoltagedetectionisalwaysadifficultproblem.Inthe10KVsystem,thepeakvalueofthevoltageacrossthecapacitorwillreachto14140V（DC）,whensuperimposedwiththesystemvoltage,theresultingvoltagedifferenceacrossthevalvewillbeamixedACandDCwaveformwithDCvoltagegraduallyreducedtozero.Iftheresidualvoltagecouldnotbedetectedcorrectly,thevalveisswitchedonatalargervoltagedifference,thenthevariationofthecurrentdi/dtbecomesextremelylarge,whichispossibletodamagethethyristor.Figure2showsanon-sitetestrecordingofthecurrentwavewhenthevoltagedifferenceacrosstheterminalsofthevalveisnotzero.
InHV-TSC,12to64thyristorsareconnectedinseriesforeachphase,andthethyristorsareinthehighvoltagelevelsfrom6to35KV,whilethecontrolboardissituatedinthegroundlevel.Thesignalsdetectedforthevoltagedifferenceacrossthev
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