サイリスタスイッチコンデンサ

サイリスタスイッチコンデンサ（TSC ）は、電力システムの無効電力を補償するために使用されるタイプの機器です。双方向サイリスタバルブと直列に接続された電力コンデンサと、通常は電流制限リアクトル（インダクタ）で構成されます。サイリスタスイッチコンデンサは、静的無効電力補償装置（SVC）^[1]^[2]の重要なコンポーネントであり、サイリスタ制御リアクトル（TCR）と組み合わせて使用されることがよくあります。静的無効電力補償装置は、フレキシブルAC送電システム（FACTS）ファミリーのメンバーです。

回路図

TSC は通常、デルタまたはスター配置で接続された 3 相アセンブリです。TCR とは異なり、TSC は高調波を生成しないため、フィルタリングは必要ありません。このため、一部の SVC は TSC のみで構築されています。^[3] これにより、SVC に必要なのは容量性無効電力のみで、比較的コスト効率の高いソリューションになりますが、無効電力出力を段階的にしか変更できないという欠点があります。連続可変無効電力出力は、SVC に TCR またはSTATCOMなどの別の可変要素が含まれている場合にのみ可能です。

運営原則

TCR とは異なり、TSC は完全にオンまたは完全にオフの状態でのみ動作します。TSC を「位相制御」で動作させようとすると、非常に大きな振幅の共振電流が生成され、コンデンサバンクとサイリスタバルブが過熱し、SVC が接続されている AC システムに高調波歪みが発生します。

定常電流

TSC がオン、つまり「ブロック解除」されている場合、電流は電圧より 90° 進みます (他のコンデンサと同様)。RMS 電流は次のように求められます。

$I_{tsc}={V_{svc} \over {X_{tsc}}}$

どこ：

$X_{tsc}={{1 \over {2\pi fC_{tsc}}}-2\pi fL_{tsc}}$

V _{svc は、} SVCが接続されている線間バスバー電圧の実効値です。

C _{tsc は、}相あたりのTSCの総容量です。

L _{tsc は}相当たりの総TSCインダクタンスである。

fはACシステムの周波数です

TSC は、次の特性周波数を持つインダクタ - コンデンサ (LC)共振回路を形成します。

$f_{tsc}={1 \over {2\pi {\sqrt {C_{tsc}L_{tsc}}}}}$

同調周波数は通常、60Hzシステムでは150〜250Hz、50Hzシステムでは120〜210Hzの範囲で選択されます。^[4] これは、TSCリアクタのサイズ（周波数が低下すると大きくなる）と、TSCが誤った波の時点でオンになったときにサイリスタバルブを過剰な振動電流から保護する必要性との間の経済的な選択です（「失火」）。

TSC は通常、AC システムから流入する高調波電流によって TSC が過負荷になるリスクを回避するために、主電源周波数の非整数高調波に調整されます。

オフ電圧

TSC がオフ、つまり「ブロック」されると、電流は流れず、電圧はサイリスタバルブによってサポートされます。TSC が長時間 (数時間) オフになると、コンデンサは完全に放電され、サイリスタバルブは SVC バスバーの AC 電圧のみを経験します。ただし、TSC がオフになると、ピークコンデンサ電圧に対応するゼロ電流でオフになります。コンデンサは非常にゆっくりと放電するため、サイリスタバルブが経験する電圧は、ブロックされてから約半サイクル後に、ピーク AC 電圧の 2 倍を超えるピークに達します。サイリスタバルブには、この電圧に安全に耐えるのに十分な数のサイリスタを直列に組み込む必要があります。

ブロック解除 – 通常の状態

TSC が再びオン (「ブロック解除」) になるときは、非常に大きな振動電流が発生しないように、適切なタイミングを選択するように注意する必要があります。TSC は共振回路であるため、突然の衝撃励起によって高周波リンギング効果が発生し、サイリスタバルブが損傷する可能性があります。

TSC をオンにする最適なタイミングは、コンデンサがまだ通常のピーク値まで充電されており、バルブ電圧が最小のときにオンコマンドが送信されるときです。この時点で TSC のブロックが解除されると、導通状態への遷移がスムーズになります。

ブロック解除 – 異常な状態

ただし、場合によっては、TSC が誤ったタイミングでオンになる場合 (制御または測定の障害による) や、コンデンサが通常値を超える電圧に充電され、バルブ電圧が最小であっても大きな過渡電流が発生する場合があります。その場合、TSC の電流は、TSC の同調周波数のはるかに大きな電流に重ね合わせた基本周波数成分 (50 Hz または 60 Hz) で構成されます。この過渡電流が消えるまでに数百ミリ秒かかることがあり、その間にサイリスタの累積加熱が過剰になる可能性があります。

主な装備

TSC は通常、メインコンデンサバンク、サイリスタバルブ、および通常は空芯の電流制限リアクトルという 3 つの主要な機器で構成されます。

コンデンサバンク

TSC 内の最大の機器であるコンデンサバンクは、ラックマウント型の屋外コンデンサユニットで構成されており、各ユニットの定格は通常 500 ～ 1000 キロバール (kVAr) の範囲です。

TSCリアクター

TSC リアクタの機能は、TSC が不適切なタイミングでオンになったときに、ピーク電流と電流上昇率 (di/dt) を制限することです。リアクタは通常、TCR に似た空芯リアクタですが、より小型です。TSC リアクタのサイズとコストは、TSC のチューニング周波数に大きく影響され、周波数が低いほど、より大きなリアクタが必要になります。

TSC リアクタは通常、メインコンデンサバンクの近くの外部に配置されます。

サイリスタバルブ

サイリスタバルブは、通常、直列に接続された 10 ～ 30 個の逆並列接続されたサイリスタペアで構成されます。逆並列接続が必要なのは、市販されているサイリスタのほとんどが一方向にしか電流を流せないためです。直列接続が必要なのは、市販されているサイリスタの最大定格電圧 (最大約 8.5 kV) が、TCR が接続されている電圧には不十分なためです。低電圧アプリケーションによっては、サイリスタの直列接続を回避できる場合があります。このような場合、サイリスタバルブは、単に 2 つのサイリスタを逆並列接続したものになります。

サイリスタ自体に加えて、各逆並列サイリスタペアには抵抗器とコンデンサの「スナバ」回路が接続されており、バルブの両端の電圧をサイリスタ間で均等に分割し、バルブがオフになったときに発生する「整流オーバーシュート」を抑制します。

TSC のサイリスタバルブは TCR のサイリスタバルブと非常によく似ていますが、(所定の AC 電圧に対して) AC 電圧とブロッキング後のトラップコンデンサ電圧の両方に耐える必要があるため、通常は 1.5 ～ 2 倍のサイリスタが直列に接続されます。

サイリスタバルブは通常、専用の換気された建物、または改造された輸送用コンテナ内に設置されます。サイリスタとスナバ抵抗器の冷却は、通常、脱イオン水によって行われます。

特殊なタイプのTSC

一部の TSC は、コンデンサとインダクタを単純な同調 LC 回路としてではなく、減衰フィルタとして配置して構築されています。このタイプの配置は、TSC が接続されている電力システムにかなりのレベルのバックグラウンド高調波歪みが含まれている場合、または電力システムと TSC の間に共振の危険がある場合に役立ちます。

イギリスのナショナルグリッド向けに構築されたいくつかの「再配置可能SVC」^[3]では、サイズが異なる3つのTSCが提供され、それぞれの場合、コンデンサとインダクタが「Cタイプ」減衰フィルタとして配置されていました。Cタイプフィルタでは、コンデンサは2つの直列接続されたセクションに分割されます。減衰抵抗器は、2つのコンデンサセクションの1つとインダクタに接続され、このセクションの調整周波数はグリッド周波数に等しくなります。このようにして、高調波周波数の減衰が提供されますが、回路はグリッド周波数で電力損失を引き起こしません。

参照

スイッチドキャパシタ（SC）

参考文献

^ Song, YH, Johns , AT フレキシブル交流伝送システム。IEE。ISBN 0-85296-771-3
^ Hingorani, NG & Gyugyi, L. 「FACTSの理解 - フレキシブルAC伝送システムの概念と技術」IEEE. ISBN 0-7803-3455-8 .
^ ab [Horwill, C., Young, DJ, Wong, KTG 再配置可能な三次接続 SVC の設計。IEE の AC および DC 電力伝送に関する会議、ロンドン、1994 年。
^ R. Mohan Mathur、Rajiv K. Varma (2002 年 2 月 27 日)。電気伝送システム用のサイリスタベースの FACTS コントローラ。John Wiley & Sons。pp. 73–75。ISBN 978-0-471-20643-9。

外部リンク

ABBの事実
アルストムグリッドFACTSソリューションアルストムグリッドホームページ
シーメンスフレキシブル AC トランスミッションシステム (FACTS)、シーメンス、エネルギー部門ホームページ
https://web.archive.org/web/20090614120113/http://www.amsc.com/products/transmissiongrid/static-VAR-compensators-SVC.html
https://web.archive.org/web/20111008175713/http://www.amsc.com/products/transmissiongrid/reactive-power-AC-transmission.html

[1] ^ Song, YH, Johns , AT フレキシブル交流伝送システム。IEE。ISBN 0-85296-771-3

[2] Hingorani, NG & Gyugyi, L. 「FACTSの理解 - フレキシブルAC伝送システムの概念と技術」IEEE. ISBN 0-7803-3455-8 .

[Horwill-3] [Horwill, C., Young, DJ, Wong, KTG 再配置可能な三次接続 SVC の設計。IEE の AC および DC 電力伝送に関する会議、ロンドン、1994 年。

[MathurVarma2002-4] R. Mohan Mathur、Rajiv K. Varma (2002 年 2 月 27 日)。電気伝送システム用のサイリスタベースの FACTS コントローラ。John Wiley & Sons。pp. 73–75。ISBN 978-0-471-20643-9。