可控串联补偿装置的仿真研究
可控串补的特性分析与应用建模仿真
可控串补的特性分析与应用建模仿真可控串补（TCSC）是一种电力系统的可控补偿装置，主要用于调节输电线路的电压和降低输电线路的功率损耗。
在本文中，将对TCSC的特性进行分析，并对其在应用建模仿真中的应用进行讨论。
首先，TCSC的特点如下：1.可调节电抗：TCSC能够通过调节其串联电抗来对电力系统的电压进行控制。
当系统电压过高时，可以增加串联电抗以降低电压；当系统电压过低时，可以减小串联电抗以提高电压。
2.实时响应：TCSC具有快速响应的特性，能够在微秒级别内对电力系统的电压进行调节，从而有效地控制系统的稳定性和可靠性。
3.可调节补偿容量：TCSC能够根据系统需求来调整补偿容量，以实现电力系统的稳定和无功功率的控制。
4.灵活性和可靠性：TCSC具有灵活性和可靠性，能够适应不同电力系统的需求，并且能够快速地进行故障响应和恢复。
其次，TCSC在应用建模仿真中具有以下几个方面的应用：1.电力系统稳定性分析：TCSC可以用于电力系统的稳定性分析中，通过调节系统的电压和补偿容量，来改变系统的动态响应，并提高系统的稳定性。
2.电力系统电压控制：TCSC可以用于调节电力系统的电压，使得系统的电压处于稳定的工作范围内，从而提高系统的可靠性和安全性。
3.功率损失控制：TCSC可以通过调整电力系统的电压和功率因数来减小线路的功率损失，从而提高系统的效率和经济性。
4.系统故障响应：TCSC可以在电力系统出现故障时，快速地响应，并通过调节电压和补偿容量，来进行故障恢复和系统重建。
最后，TCSC在应用建模仿真中的研究可以通过建立电力系统模型，以及积极的控制策略来实现。
这些模型和控制策略可以通过仿真软件进行验证和优化，以提高系统的稳定性和可靠性。
通过建模仿真研究，可以更好地了解TCSC的特性和应用，并为实际的电力系统运行提供有益的指导。
综上所述，对于可控串补（TCSC）的特性分析与应用建模仿真，可以通过对其可调节电抗、实时响应、可调节补偿容量、灵活性和可靠性等特点的分析，来深入了解其特性和应用。
可控串联补偿装置非线性控制系统研究
维普资讯
中原 工 学 院 学 报
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维普资讯 第 １ 卷第 源自 ８ 期 ２０ ０ ７年 ８月
中原 工 学 院 学 报
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文 章 编 号 ：６ １ ６ ０ （ ０ ７ ０ —０ ０ ～ ０ １ ７ — ９ ６ ２ ０ ）４ ０ ５ ５
可控 串联 补偿 装 置 非 线 性控 制 系统 研 究
朱 永胜 ， 董 燕
（ 中原 工 学 院 ， 州 ４ ０ ０ ） 郑 ５ ０ ７
摘
要 ： 采 用 分 层 化 设 计 可 控 串联 补 偿 装 置 （ Ｓ ） 制系 统 的思 路 ， 微 分 几 何 理 论 和 Ｐ Ｄ 控 制 方 法 相 结 合 ， 计 了 ＴＣ Ｃ 控 将 Ｉ 设
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可控硅控串联电容补偿器（TCSC）的结构、原理及应用研究报告
可控硅控串联电容补偿器（TCSC）的结构、原理及应⽤研究报告可控硅控串联电容补偿器(TCSC)的结构、原理及应⽤研究报告摘要可控串联电容器(TCSC)补偿装置是在常规串联补偿技术上发展⽽来的⼀种新型电⼒装置。
由于采⽤晶闸管快速控制，其基频等值阻抗可以在较⼤范围内连续调节，既可以呈现容性电抗，也可以呈现感性电抗。
TCSC的出现为电⽹运⾏控制提供了新的⼿段。
除了具有常规串联补偿技术的优点之外，TCSC可以⽤于电⼒系统暂态稳定控制、阻尼功率振荡控制、SSR抑制以及动态潮流控制等。
TCSC装置是⼀种结构简单、控制灵活以及容易实现的器件。
正因为TCSC具有这些特点，因此在⼯业中较早投⼊应⽤。
本⽂将通过简单介绍TCSC装置的结构及其⼯作原理，详细讨论TCSC装置的阻抗调节特性，以及考虑装置额定运⾏参数约束时TCSC装置的⼯作特性，从⽽归纳出TCSC装置的控制模式。
其中，TCSC 作为⼀项⾼可靠性和经济性的电⼒系统调节技术，在现代电⽹中的应⽤正在逐渐推⼴，⼝前全世界有多个TCSC⼯程在投⼈运⾏。
本⽂还将针对TCSC装置在现代电⽹中的⼯程应⽤做出简要介绍，为从事TCSC的⼯程⼈员提供参考。
关键字：可控串联电容补偿器；结构原理；⼯作特性；控制模式；⼯程应⽤1 绪论可控串联补偿技术是在常规固定串联补偿技术的基础上为适应电⼒系统运⾏控制的需要⽽发展起来的。
早期的可控串联补偿器采⽤机械开关投切串联电容器(Mechanically Switched Series Capacitor，简称MSSC)来实现，它采⽤分段投切⽅式改变对线路阻抗的补偿程度。
由于机械开关动作速度较慢，因此，这种补偿装置只主要⽤于电⽹潮流控制。
随着⼤功率电⼒电⼦器件技术的成熟和发展，出现了利⽤晶闸管控制的串联补偿技术，包括晶闸管控制串联电容补偿器(Thyristor Controlled Series Capacitor，简称TCSC)和晶闸管投切串联电容补偿器(Thyristor Switched Series Capacitor，简称TSSC)。
可控串补(TCSC)的特性分析与应用建模仿真
电气3班刘丽娜
指导老师：刘莫尘
论文研究背景及意义
背景： 现代电网互联，稳定性问
题突出，柔性输电技术 （FACTS）广泛应用，远 距离输电对电网输电能力的 要求提高。
意义： 分析TCSC的特性，并进行
应用仿真，有利于下一步考 察应用TCSC装置对现有继 电保护系统的影响。
alpha I rm s
控制系统
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TC R _Puls es
Alpha
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触发单元
A
B
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C
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Pt c s c zt c s c alpha Scopes
功率
仿真电路接线方案 阻 抗 ztcsc [Ohms] α角 [deg]
主变量mai n vari abl es
TCSC的应用模型搭建图
1、绪论 2、TCSC的运行原理与工作模式
3、TCSC的特性分析 4、TCSC的应用建模仿真
5、小结与展望
题
目
可
控
串
特 性
补 （
TCSC
分
析
与）
应的
用
建
模
仿
真
TCSC装置
晶闸管截止模式 晶闸管旁路模式 容性微调模式 感性微调模式
TCSC的特性分析
TCSC的阻抗特性与α的关系图
Uc I
IL
Ic
容性微调模式下各分量稳态图
触发角α越大,TCSC置暂态过 程越短；
触发角α越小,TCSC装置暂态 过程越长。
谐波电压的幅值随着w增加 而减小，高次谐波所占的 比例很少
TCSC应用建模仿真
A
输电线路串联电容器补偿研究
输电线路串联电容器补偿研究摘要：串联电容补偿技术是一种提高交流输电线路稳定极限的经济而有效的手段。
然而，串联补偿装置的存在破坏了传输线路的均匀性，容性阻抗的存在使电压和电流的相位发生变化，进而影响保护的动作特性。
文章首先介绍了串联电容器补偿的作用和应用特点，然后分析了串联电容器补偿对线路保护的影响，最后结合福建省电力有限公司电业局实践简要介绍了国内外主流厂家针对串联补偿对线路保护的影响提出的解决办法。
关键词：串联电容器；补偿；线路保护；影响串联电容补偿技术是一种提高交流输电线路稳定极限的经济而有效的手段。
在线路上加装串联补偿能大幅度提高线路的输送能力和输电系统的稳定性，从而确保电网安全、稳定、经济运行，因而在电网建设及改造中日益得到重视，串联补偿技术已经成为建设“智能电网”的有效途径。
目前我国已经在南方电网500 kV天广双回线路、华北电网大房500 kV双回线路、阳城电厂500 kV送出线路等工程中装设了串联电容补偿装置并投入运行。
随着电网规模的不断发展，为提高输送容量，提高稳定极限，对串补技术的应用也将逐渐增加，还有大量输电线路计划加装串联电容补偿装置。
特别是在远距离、大容量坑口电厂的送出线路中，串补及可控串补技术将得到更大范围的应用。
然而，线路上装上串联电容器补偿后会破坏线路阻抗随短路故障点距离增长而增加的简单关系，可能引起线路保护超越动作或失去方向性。
分析研究串联补偿对继电保护的影响，有利于保障工作实践中串联补偿线路工程的实施，文中，笔者将对串联电容器补偿对线路保护的影响重点展开分析。
1 串联电容器补偿的作用串联电容补偿装置是串联在输电线路中以补偿线路感抗，由电容器及保护设备、控制设备等组成的装置。
在输电线路上加入串联电容器对电力系统稳定有较大作用，具体表现如下几个方面：①能够减小线路感抗，缩小两端电势间的相角差，从而获得较大稳定裕度和较高传输容量。
提高电力系统的稳定性，增加系统输送能力。
可控硅控串联电容补偿器(tcsc)的结构、原理及应用研究报告
国际研究与应用状况 345kV 1991年美国345kV Kanawha river输电工 程（1991年） 美国500kVSlatt输电工程（1993年） 2002年西门子公司得到了中国南方电网公司的天 生桥-广东500kV交流输变电天广平果站可控串 补(TCSC)工程 ……
国内研究与应用状况 2003年7月，国内第一套500kV可控串补在天广 线平果站投入运行，完全由Siemens公司供货， 承受电压等级为500kV，可控部分补偿度为5％。 2004年,由中国电力科学研究院自主研制的TCSC 装置在西北电网220kV某变电站建成投入运行， 可控部分补偿度50%，是目前世界上可控部分补 偿度最大的工程。 2007年，由国内自主开发的TCSC装置在东北电 网500kV某变电站投入运行，补偿容量为 652MTCSC的阻抗
为防止TCSC产生谐振， 在容性控制区要求α不得 小于某一值 。X（α）随 着触发延迟角α的变化过 程如下图所示，表明 TCSC通过适当控制TCR 支路的触发延迟角可以获 得一个连续可变的等效阻 抗。
触发角α调节TCSC的阻抗
触发角在90°处为旁路状态； 180°处为闭锁状态； 在143°附近为谐振区，运 行时应避开，以免产生谐振， 危及设备。 由于存在谐振区，从感性区 到容性区的平滑过渡是不可 能的。不管在容性区域还是 在感性区域，运行点通常都 被限制在最小电抗极限和最 大电抗极限之间。
小组成员： 谢毓毓 杨荟琳 张宇航 张志 庄勤俊
在实际的电网运行中，应尽可能增大电网输送能 力的同时还必须保持系统的安全稳定运行。 目前常用的一些措施主要包括串联电容、并联电 容、并联电抗以及同步调相机等设备，这些设备 在改善系统运行条件、提高电力系统的稳定性、 增强电网输电能力等方面起到了一定的作用。但 这些设备都是采用机械式控制方式，在实际应用 中有很大的局限性：控制速度慢、不能在短时间 内频繁操作、装置老化快，寿命短等问题都制约 了潮流控制的灵活性和系统稳定性的提高,难以 充分利用电力设备的输电能力。
可控串联电容补偿技术仿真研究
Ａｂ ｔａ ｔＢ ｓ ｄｏ ｏ ｅｕ ｓｒ ｃ ： ａ ｅ ｎ Ｔｕ ｋ ｔｏ—Ｈｕ ｙ ａ —Ａｎ ｉｇ （ｒＢ ｚ ｏ ）ｇ ｎ ｒｔ ｎａ ｄｔａ ｓ ｓｉｎｐ ｏｅ ｔｉ ｒｈ ｎｕｎ ｄｎ ｏ ａ ｈ ｕ ｅ ｅ ａｉ ｎ ｒｎ ｍｉｓ ｒ ｊｃ Ｎｏ ｔ ｏ ｏ ｎ
中采 用 可 控 串补 技术 ， 以提 高 向京 津 唐 负荷 中心 的送 电 能力 。
受 电网暂 态 稳定 水 平 限制 ， 须采 取 加 强 电 必
网结构 和投 入安 全 自动装 置 等措 施 ， 能保 证 托 才
克托 电厂 电力 送 出能力 满足生 产需 要 。
串联 电容 补偿技 术 （ 称 “ 简 串补 ” ）是 加强 电 网结 构进 而提 高 系统 稳定 水平 的有 效方法 ，其 基
Ｃｈｉ ａ Ｐｏ ｅ Ｓ ｓ ｅ ， ｔ ｙｒｓ ｏ ｃ ｎ ｒ ｌｅ ｓ ｒｅ ｃ ｐ ｃｔ ｒ（ ｎ ｗ ｒ ｙ ｔｍ ｈ ｉｔ ｒ ｏ ｔｏ ｌｄ ｅ ｉｓ ａ ａ ｉｏ ＴＣＳ ） ｉ ｐ ｗ ｅ ｓ ｓｅ Ｃ ｎ ｏ ｒ ｙ ｔ ｍ ｕｓｎｇ ｈ ＲＴＤＳ ｉ ｔ ｅ
Ｓ ｍｕ ａ ｏ ａ ｅ ｎ ｐ ｏ ｉ ｅ ｎ ｔ ｉ ａ ｅ ．Ｉ ｆｕ ｎ ｅ ｎ ｃ ａ ａ ｔｒｓ ｉｓ ｏｆＴＣＳＣ ｄｕ ｏ ｄ ｆｅ ｅ ｏ ｔ ｏ ｉ ｌ ｔ ｒ ｈ ｓ ｂ ｅ ｒ ｖ ｄ ｄ ｉ ｈ ｓ ｐ ｐ ｒ ｎ ｌ ｅ ｃ ｓ ｏ ｈ ｒ ｃ ｅ ｉｔｃ ｅ ｔ ｉｆ ｒ ｎｔｃ ｎ ｒ ｌ
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天平可控串联补偿装置的动态模型及时域仿真
天平可控串联补偿装置的动态模型及时域仿真曾星宏【摘要】根据天平串联补偿一次设备的实际参数建立串联补偿的暂态模型；研究可控串联补偿装置(thyristorcontrolled series compensator,TCSC)的闭环控制系统的技术细节,并建立完整的仿真模型.以天平双回线路串联补偿模型的外部电网等值系统模拟正常运行、外部电网故障、本线路故障等情况下TCSC的动态运行特性,给出仿真计算结果.将天平TCSC的实际运行情况与仿真计算结果进行对比分析,证明该动态模型能真实模拟实际TCSC的运行状态.【期刊名称】《广东电力》【年(卷),期】2011(024)005【总页数】4页(P13-16)【关键词】可控串联补偿装置；动态模型；时域仿真【作者】曾星宏【作者单位】中国南方电网超高压输电公司南宁局，广西南宁 530021【正文语种】中文【中图分类】TM714.3随着南方电网西电东送电量的快速增长,有效地利用有限的输电通道来提高电网的输电极限成为热点研究课题。
天平可控串联补偿装置(thyristor controlled series compensator,TCSC)位于南方电网西电东送交流主通道500 kV天平Ⅰ、Ⅱ线上,是目前世界上应用最有效、最成功的灵活交流输电技术之一,是我国第一个投入运行的500 kV可控串联补偿设备。
天平TCSC的补偿度为40%,其中固定部分补偿度为35%,可控部分补偿度为5%。
TCSC总容量(双回)为2×400 Mvar,其中固定部分为2×350 Mvar,可控部分为2×50 M var。
TCSC中的晶闸管阀使用了先进的光直接触发技术,通过控制触发角来改变输电线路的阻抗,有效地提高了西电东送的输电极限,是保证南方电网安全稳定运行的重要技术措施。
本文根据天平串联补偿一次设备的实际参数搭建串联补偿的暂态模型;根据研究需要,对南方电网的实际网络进行等值化简,构建了一个包含天平TCSC的研究系统;根据SIMADYN-D闭环控制逻辑研究闭环控制系统的技术细节;对研究系统进行仿真计算,并与天平TCSC的实际运行状态进行对比。
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学院毕业设计（论文）题目：可控串联补偿装置的仿真研究学生姓名：学号：学部（系）：机械与电气工程学部专业年级：电气工程及其自动化专业指导教师：职称或学位：年 5 月 25 日目录摘要 (1)关键词 (1)Abstract (1)Key words (2)前言 (3)1.TCSC的基本结构和工作原理 (4)1.1 TCSC的基本结构 (4)1.1.1 TCSC的功能模型 (4)1.1.2 TCSC的器件模型 (4)1.2 TCSC的工作方式和过程 (5)1.3 TCSC数学模型 (8)1.4 TCSC的特性 (9)1.4.1 TCSC装置的V-I特性曲线 (9)1.4.2 TCSC装置的X-I特性曲线 (11)2.TCSC的控制系统研究 (13)2.1系统层控制系统 (13)2.2 中层控制系统 (13)2.2.1开环控制 (14)2.2.2闭环控制 (14)2.2.3 PID控制原理 (15)2.3基于定阻抗控制的TCSC常轨PID控制系统 (16)3.用于TCSC控制系统的CMAC和PID复合控制策略 (17)3.1 CMAC神经网络的基本结构 (17)3.2 CMAC与PID复合控制算法 (20)3.3 仿真实例 (20)4.系统仿真 (22)4.1 TCSC非线性控制系统仿真研究 (22)4.2 基于CMAC和PID复合控制的TCSC控制系统仿真研究 (25)结束语 (28)参考文献 (30)致谢 (31)可控串联补偿装置的仿真研究摘要可控串联补偿(TCSC)通过对晶闸管导通角进行精确快速地控制，以实现对其等值电抗灵活、连续、平滑地调节，因而其为柔性交流输电系统(FACTS)中一种比较成熟和应用较为广泛的技术。
本文综述了TCSC的发展及研究现状，分析总结了TCSC的基本结构、运行原理、工作模式的特点、基频阻抗特性及工作特性。
此外，本文在模糊理论及常规PID阻抗控制的基础上，设计了TCSC模糊PID阻抗控制器。
并且，通过加入免疫反馈环节，进一步提出了TCSC模糊免疫PID阻抗控制方式。
仿真结果证明，该控制方式在响应各种阻抗阶跃命令时，具有更小的超调、更快的响应速度，以及更好的跟踪性能，可基本实现系统的无差控制。
最后，对不含TCSC与含有TCSC的单相，以及三相电力系统进行了详细地稳态和暂态仿真，以研究其对电力系统的影响。
此外，将所研究的TCSC阻抗控制方式应用到电力系统当中，对比分析其在电力系统运行中所发挥的作用。
仿真结果表明，TCSC在增大线路的输送能力，提高电力系统暂态稳定性，以及阻尼功率振荡方面，都具有十分重要的作用。
此外还可看出，阻抗控制方式的不同对其作用的影响是显著的。
相比于常规PID 与模糊PID控制方式，本文所研究的TCSC模糊免疫PID阻抗控制方式是最具有优越性的。
关键词：可控串联补偿；模式切换；阻抗控制；电力系统；仿真TCSC SimulationAbstractTCSC call adjust its equivalent reactance flexibly ,continuely and smoothly by precisely and fast controlling the thyristor operating angle．TCSC is one kind of mature and widely used technology in the FACTS．TCSC is helpful in improving the transmission capacity damping power oscillations and increasing the transient stability of ten power system．In this paper we summarized the development history and recent research advances of TCSC．The basic structure，operational principle，fundamental frequency impedance characteristics and its operating characteristic of TCSC have been analyzed and summed up．The Fuzzy PID impedance controller of TCSC has been designed based on the fuzzy theory and PID impedance controller．Besides，the Fuzzy Immune PID impedance control method of TCSC，which has immune feedback element，Was put forward．The simulation results show that this algorithm has minimum overshoot short respond time and good tracking performance to all kinds of impetance step functions．And it can basically achieve isochronous control．We analyzed the static and dynamic simulation results of the single-phase and three-phase system with TCSC and without TCSC．From this we can see how TCSC impacts the load voltage and power flow of the electric power system．And the impedance control mode of TCSC was applied in the electric power system，we compared their effect on system operation．The simulation results show that TCSC plays an important role in increasing the transient stability of the electric power system and damping power oscillations．And the impedance control mode of TCSC will remarkably impact its application performance．Compared to the traditional PID control and fuzzy PID control，the TCSC fuzzy immune PID impedance control elaborated in this paper iS the optimal control method．Key Words：TCSC；Mode-switching；impedance control；Electric power system；Simulation前言现阶段全球能源危机严重，在整个中国电源都以火电为主，这样就必须消耗大量的煤。
电煤的运输给交通、环保等方面带来巨大压力，并且其运费昂贵。
因此，必须对能源进行充分利用。
为充分利用煤资源，系统经常需要长距离大容量地输送电能。
但是由于暂态稳定的约束，在现有网架条件下，电网的安全和稳定运行常常遇到困难。
当然，架设新的、更高电压等级的输电线路可以从根本上强化电网结构，提高电网的输送能力。
但是，这显然需要巨大的建设投资，并对自然环境带来损害。
充分挖掘现有电网的潜力，才是更经济便捷的途径。
因此，在现有的网架结构下，如何提高大容量的电力输送能力、输电可靠性和暂态、动态、电压等稳定水平。
一直是我国电网急需解决的重要问题。
多年来，电力工作者已达成共识：提高电网的输电能力和安全运行水平，除电网结构本身要合理外，还必须要先进的调节控制手段。
电网的安全、经济运行在很大程度上取决于其“可控度”。
柔性交流输电技术的出现，为提高力系统的可控性和可靠性提供了新的方法。
FACTS技术改变了传统输电系统的概念，将使未来的电力系统发生重大的变化。
FACTS设备的投入运行，系统增强了有力的控制手段。
其可用来提高系统的静态和暂态稳定极限，提高其电压稳定性和输电能力。
近年来，伴随着电力电子技术的快速发展，FACTS技术将大量应用于我国电力系统，以较小的投入解决电网所面临的问题，使我国的电力系统成为一个可实时快速控制的柔性电力系统。
因此，研究FACTS技术，将对国家电网更好地建设和运行具有重大意义。
可控串联补偿TCSC是FACTS家族中的重要成员，作为其中的典型控制装置，在世界各国电力系统中得到了广泛的应用。
1. TCSC的基本结构和工作原理1.1 TCSC的基本结构1.1.1 TCSC的功能模型在作TCSC的一般研究时，我们常使用理想的功能模型，即将TCSC作为理想的可变电抗，不考虑TCSC装置的内部结构[12]。
通常用一阶惯性环节模拟TCSC对命令电抗的响应过程，如图1-1所示，图中T为TCSC电抗响应的时间常数。
图1-1 TCSC的功能模型1.1.2 TCSC的器件模型基本的、概念性的TCSC模块由一个串联电容器C和一个晶闸管控制的电抗器并联组成，如图1-2所示。
而实际的TCSC模块还包括通常与串联电容器一起安装的保护设备，如图1-3所示图1-2 基本模块图1-3 实际模块一个金属氧化物可变电阻器(MOV)，本质上是一个非线性电阻器，跨接在串联电容器上，用以防止电容器上发生高的过电压。
MOV不但能限制电容器上的电压，而且能使电容器保持接入状态，即使在故障情况下也是如此，从而有助于提高系统的暂态稳定性。
同样跨接在电容器上的还有断路器CB，用以控制电容器是否接入线路。
另外，在发生严重故障或者设备工作不正常时，CB就将电容器旁路。
电路中，还安装有一个限流电抗器幻，用以限制电容器旁路操作时电容器上电流的大小的频率。
如果要求TCSC的晶闸管在“全导通”模式下运行较长时间，就需要在晶闸管上跨接一个特高速接触器(UHSC)，以使其上的导通损耗最小。
这个金属接触器类似于断路器，几乎是无损耗的并能进行多次投切操作。
它在晶闸管导通后不久闭合；而在晶闸管关断前的很短时间里断开。