概述
可控串连补偿装置（TCSC，Thyristor Controlled Series Compensation）是柔性交流输电装置系统（FACTS, Flexible AC Transmission System）的重要控制器件之一，利用TCSC 可以灵活控制系统潮流、阻尼系统的低频振荡和次同步谐振。
TCSC可以抑制低频振荡，可控串联补偿装置(TCSC)可以根据控制信号的变化,如线路功率等,来改变线路的阻抗值,从而控制电力系统中的潮流分布。当使用TCSC进行功率调制,TCSC的补偿度可以根据所选定的辅助信号进行控制,并改变传输线传输功率,从而抑制电力系统低频振荡。
技术原理
晶闸管控制串联电容器（Thyristor Controlled Series Capacitor, TCSC）应用了电力电子技术，利用对晶闸管阀的触发控制，来实现对串联补偿电抗的平滑调节和动态响应的控制，使整个输电线的参数成为动态可调的，实现了对线路补偿度的灵活调节，使得系统的静态、暂态和动态性能得改善。下图为TCSC的单相电路结构图。
图1 TCSC的单相电路结构
TCSC结构，TCSC主要由四个元器件组成：电力电容器C、旁路电感L和两个反相并联大功率晶闸管SCR。实际装置中还包括保护用的金属氧化物压敏限压器MOV，旁路断路器等。通过对触发脉冲的控制，改变晶闸管的触发角，即可改变由其控制的电感支路中电流的大小，因而可以连续改变总的等效电抗，也即使线路的串补程度连续的变化。通常设计的运行范围使得晶闸管触发角在约145°～180°范围内时，其等效电抗呈容性；而触发角在约90°～140°范围时，其等效电抗呈感性，这段特性使其在系统故障时具有限制短路电流的作用。
可控串联补偿电容（TCSC）作为灵活交流输电系统（FACTS）家族的一员在改善电力系统性能方而具有很多优点，将TCSC用于电力系统能够控制电力系统的潮流、改善系统的稳定性、提高功率传输极限。正因为如此，近年来TCSC越来越引起电力工业界的研究人员和工程技术人员的关注，其研究得到了迅猛的发展。
TCSC的稳态阻抗特性是TCSC的一个基本特性，也是一个最重要的特性，已有不少文献报道了TCSC的稳态阻抗特性，然而这些结果几乎都是在理想情况，即忽略了晶闸管控制电抗器支路所包含的电阻（r）的情况下得到的。在实现电力系统动模实验用的TCSC样机的过程中，我们发现TCSC电抗器支路中的电流波形与文献中报道的电抗器支路中的电流波形不同，它们并不以电容电压由负向正过零点轴对称，波形有明显的前倾特征。对此我们进行了研究，研究结果表明，电抗器支路中电流波形的畸变是由于电抗器支路中所存在的电阻所引起的。严格的数学推导表明该电阻对TCSC装置的阻抗特性有很大影响，不可以忽略。
TCSC样机的动模实验表明，在晶闸管控制的电抗器支路电阻过大时，在触发角恒定的情况下，导通角的角度将随电抗器支路电阻的变化而变化，从而无法按要求实现TCSC的阻抗调节功能。尽管目前已有许多国内外专家学者对TCSC的稳态阻抗特性进行了大量的研究，但却未见到文献就这一现象做出相应的报道和研究。建立TCSC元件的精确数学模型是TCSC研究领域的重要课题，建立模型的方法目前主要包括拓扑建模法与输出建模法。本文通过分析TCSC在不同状态的拓扑结构，采用拓扑建模法建立了包含晶闸管控制电抗器支路电阻的TCSC稳态模型，推导出有关电流和电压等物理量的数学表达式，并用所建立的模型和TCSC的实验样机对上述现象进行了分析和研究，得出了一些具有参考价值的结论。
主要作用
晶闸管控制的串联电容补偿器(TCSC)是柔性交流输电系统(FACTS)家族中重要的一个组成部分,可以在很多方面改善电力系统的性能。作为串联补偿装置的TCSC在电力系统中的作用主要包括:
1）潮流控制。能优化平行输电线路和不同电压等级线路的负载潮流，同时使系统总的损耗最小；
2）阻尼线路功率振荡增加电压稳定性。能增加系统容量，提高已有线路和新建线路的输电能力，从而用更少的线路输送更多电力，节省资金，对环境保护也有一定好处；
3）消除次同步振荡。次同步振荡是输电线路在一定运行条件下和串联补偿相关的一种谐振现象，消除次同步谐振的危险意味着扩大串联补偿的使用范围。
国外应用实例
国外80年代末开始研制可控串补装置，1991年，在美国AEP电网东南部的卡诺瓦河(Kanawha River)345kV线路上投入了由ABB公司制造串联补偿装置，额定容量为132MVar，串补度为10%，用以控制潮流以及提高系统暂态稳定水平。
1992年，在美国阿尼桑那州(Arizona)东北部的卡依安达(Kayenta)230kV变电站安装了由Siemens公司制造的世界上第一台晶闸管控制的串联补偿(TCSC)装置，额定容量为45MVar，串补度为13%。为研究TCSC装置的特性及其应用提供了现场试验条件，主要目的是为了进一步提高线路的输送能力。
1993年，GE公司在BPA电力系统Slan变电站的500kV侧安装了一套多模块TCSC装置，额定容量为208Mvar，串补度为29%。与单模块相比，其阻抗可控范围更大、连续调节能力更强，主要用于阻尼功率振荡和次同步谐振.
1997年，由ABB公司提供的TCSC装置位于瑞典Sundsvall西北方向斯多德(Stode)的400kV输电线上，额定容量为148MVar，串补度达到21%，其中，包括固定串补和可控串补两部分。该站于1994年在原有固定串补站上进行了TCSC改造，主要目的是将福什马克(ForSmark)核电站的3号机组发生(次同步振荡)SSR的风险降到最低。
1999年，巴西北方的电气公司Eletronorte在南北电网互联工程的500kV线路上投入了ABB公司提供的串补装置，用于阻尼系统低频振荡和抑制可能发生的SSR问题，以提高系统的输电能力，其中包含1个13.3Ω的TCSC装置和5个FSC装置，总容量达1100MVar，TCSC装置安装于输电走廊北端的因佩拉特里斯(Imperatriz)处。
2003年，印度Raipur-Rourkela 412km/400kV双线交流线路上安装了ABB公司提供的FSC装置和TCSC装置，主要用于改善系统稳定性及电压特性、提高功率传输能力，实现了东电西送的计划印度又于2004年8月启动了在Kanpur-Ballabhgarh的400kV线路Ballabhgarh处安装FSC和TCSC两个阶段的工程：第1个阶段完成35%的FSC的设计建立，使线路输电容量增加了大约120MW，第2阶段完成8%～20%的TCSC设计安装。
国内应用案列
我国自上个世纪五十年代起开始将串补技术用于改善电网的电压质量，六七十年代分别应用于部分220kV和330kV系统来提高系统的稳定能力和输电能力。后因设备质量问题和系统条件变化串补装置相续退出运行。直到九十年代，我国又重新将串补技术应用在超高压电网中。
2003年6月，我国第一个可控串补站在南方电网天广线上天生桥至平果线路的平果侧建成投运，其中固定串补度为35%，补偿量为350MVar，可控串补度为5%，补偿量为55MVar，这也是当时亚洲首个可控串补工程。以下为国内近年典型的TCSC应用实例。
1) 2003年6月，我国第1个TCSC工程(平果TCSC)在南方电网天广线上天生桥至平果段处平果侧建成投运，这也是亚洲首个TCSC工程。总串联补偿度为40% ，可控补偿与固定补偿装在同一个平台上，固定补偿部分的设计额定功率为2*350MVar占35%，可控补偿部分2*50MVar占5% 。加装串联补偿后，相当于将天平段线路缩短40%，天广线TCSC工程的投产，提高了线路输送能力，可为“西电东送”增加约300MW的输电容量，能改善系统的暂态稳定性水平及阻尼功率振荡。
2) 2007年，世界上可控补偿容量最大、运行环境最复杂、设计难度最大的国产化超高压可控串补装置——伊冯500kV可控串补装置顺利投入运行；伊冯500kV可控串补工程使伊冯双回378km线路的极限供电能力得到了大幅度提高（每回线加装两套串补，分别为30％固定部分＋15％可控部分），其极限输送能力由1460MW提高到2500MW，相当于增加了1回500kV线路的输送能力。伊冯500kV可控串补工程使东北电网有限公司少建一条约380km的500kV线路，节省基建投资约3亿元人民币。按照本装置年平均运行时间为5500小时计算，电网输电利润为0.08元/千瓦时计算，年度新增产值4亿多元。同时，该工程减少了输电走廊面积1500公顷，减少了大兴安岭原始森林砍伐约750公顷，有效保护了中国大兴安岭原始生态资源。
3) 2008年，中国电科院承担的三堡东三Ⅰ, Ⅱ线500kV进口串补装置控制保护系统自主创新改造获得成功。安装在从山西阳城电厂到江苏三堡变的500kV输变电系统中，建设东明开关站到三堡变电所的第三回500kV（线路长约267KM），同时本线路的三堡变电所侧装设1组容量为529Mvar，补偿度为41.4%串补装置。加装此组串补装置及输电线路后将提高系统稳定水平和提高系统输电容量。
另外，还有甘肃碧成220kV输电线，山西阳城电厂到江苏三堡变的500KV输变电系统，华北电网大房双回500kV线路，川渝电网与华中主干电网联网工程现有双回500kV线路等均装有串补装置，显著提高了输电系统输电容量以及系统稳定水平。