1、. . 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)畢 業(yè) 論 文 可控串補(bǔ)（TCSC）的特性分析與應(yīng)用建模仿真 院 部 機(jī)械與電子工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè)班級(jí) 電氣工程及其自動(dòng)化3班 屆 次 2015屆 學(xué)生姓名 劉麗娜 學(xué) 號(hào) 20110823 指導(dǎo)教師 劉莫塵 二一五年五月二十九日裝訂線(xiàn). . . 目 錄摘要IAbstractII1 緒論11.1 引言11.2 FACTS的發(fā)展概況11.2.1 FACTS概念的提出21.2.2 FACTS技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀及作用意義21.3 可控串補(bǔ)（TCSC）的發(fā)展現(xiàn)狀31.3.1 可控串補(bǔ)（TCSC）的應(yīng)用現(xiàn)狀31.3.2 采用可控串補(bǔ)（TCSC）的優(yōu)越性31.4 本文的主要工作42 TCSC的

2、運(yùn)行原理與工作模式52.1 TCSC的基本電路結(jié)構(gòu)52.2 TCSC的基本工作原理52.3 TCSC的基本工作模式63 TCSC的特性分析73.1 TCSC的等效阻抗特性分析73.2 TCSC的穩(wěn)暫態(tài)特性分析93.2.1 TCSC的穩(wěn)態(tài)特性分析93.2.2 TCSC的暫態(tài)特性分析113.3 TCSC的諧波特性分析124 TCSC的應(yīng)用建模仿真144.1 TCSC的應(yīng)用仿真144.1.1 仿真電路方案144.1.2 TCSC應(yīng)用建模仿真174.2 TCSC應(yīng)用的仿真結(jié)果研究195 全文總結(jié)21參看文獻(xiàn)23致 謝24ContentsAbstractII1 Preface11.1 Introduct

3、ion11.2 FACTS and its deve1oping situation11.2.1 Concept of FACTS21.2.2 Application of FACTS and advantages21.3 Development situation of TCSC31.3.1 Application situation of TCSC31.3.2 Advantages of TCSC31.4 Main work of thesis42 Operation and operating principle of TCSC52.1 Basic circuit model of TC

4、SC52.2 Basic operating principle of TCSC52.3 Basic operrating model of TCSC63 Characteristics Analysis Of TCSC 73.1 Equivalent impedance charaeteristics analysis of TCSC73.2 Steady and dynamic state charaeteristics analysis of TCSC93.2.1 Steady state charaeteristics analysis of TCSC93.2.2 Dynamic st

5、ate charaeteristics analysis of TCSC113.3 Harmonic characteristics analysis of TCSC124 Application modeling simulation of TCSC144.1 Application modeling simulation of TCSC144.1.1 The project of circuit simulation144.1.2 Application modeling simulation of TCSC 174.2 Research of application simulation

6、 result195 Conclusion of the thesis21References23Acknowledgement24可控串補(bǔ)（TCSC）的特性分析與應(yīng)用建模仿真作者:劉麗娜 指導(dǎo)教師：劉莫塵（山東農(nóng)業(yè)大學(xué) 機(jī)械與電子工程學(xué)院 泰安 271018）摘要：可控串聯(lián)補(bǔ)償技術(shù)是通過(guò)對(duì)晶閘管的觸發(fā)角實(shí)行迅速而準(zhǔn)確地控制來(lái)實(shí)現(xiàn)其控制潮流、降低網(wǎng)損、改善次同步振蕩的功能，且可控串補(bǔ)具有造價(jià)低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，十分迎合現(xiàn)代電力系統(tǒng)的發(fā)展需求，在很多國(guó)家的實(shí)際電網(wǎng)中得到很好的應(yīng)用,是各國(guó)FACTS實(shí)踐中首選的實(shí)用化裝置。在帶來(lái)各種好處的同時(shí),由于TCSC的引入改變了系統(tǒng)結(jié)構(gòu),因此就可能對(duì)現(xiàn)有的電

7、力系統(tǒng)產(chǎn)生某些影響。為了保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行,有必要對(duì)TCSC的特性進(jìn)行分析,包括對(duì)TCSC的應(yīng)用進(jìn)行建模仿真,以便于進(jìn)一步地考察TCSC對(duì)現(xiàn)有繼電保護(hù)系統(tǒng)的影響等。關(guān)鍵詞：FACTS TCSC 特性分析 應(yīng)用模型 仿真 Characteristics Analysis of Thyristor Controlled Series Compensation（TCSC）and Application Modeling SimulationAuthor:Lina Liu ,Supervisor:Mochen Liu(Mechanical & Electrical Engineering Co

8、llege of Shandong Agricultural University, Taian, Shandong 271018)Abstract Thyristor Controlled Series Compensation(TCSC) has many functions,such as controlling the distribution of tidal current,lowering the loss of network , improving transient state and suppressing sub-synchronous resonance by pre

9、cisely and fast controlling the thyristor operating angle.And it has many characteristics ,such as ordinary structure and being cheap.it caters to the development of the modern electric power system because of this. In present,it has been used in many countries,and played an important role.It is pri

10、marily in the application of FACTS.At the same time,the use of the TCSC brings the change of the network,so it is possible to bring an influence to the existing power system.Therefore,in order to promise the steady operation of the power system,it is necessary to study the characteristics of TCSC an

11、d found an applied model,for the study of the adaptation of TCSC on the existing relay protection.Keywords: FACTS;TCSC;features;application model;simulation 231 緒論1.1 引言 為了適應(yīng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需求,我國(guó)現(xiàn)代電力系統(tǒng)經(jīng)過(guò)電網(wǎng)互聯(lián)，迅速發(fā)展形成逐漸增大的巨型電力系統(tǒng),且電力系統(tǒng)的裝機(jī)容量也在不斷增長(zhǎng)。超大規(guī)模的電力網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)收獲諸多益處的同時(shí)，也迎來(lái)了不斷的挑戰(zhàn),進(jìn)行長(zhǎng)距離超大容量的輸電不可避免,資源分配的優(yōu)化與系統(tǒng)規(guī)劃,互聯(lián)電網(wǎng)的

12、協(xié)調(diào)運(yùn)作,電力系統(tǒng)穩(wěn)固運(yùn)行的問(wèn)題也變得愈加尖銳。電網(wǎng)的輸電可控性較差，無(wú)法與發(fā)電、配電相比,負(fù)荷改變，網(wǎng)絡(luò)中的功率潮流分布也會(huì)改變,可能導(dǎo)致系統(tǒng)的安全運(yùn)行受到干擾,電能損失過(guò)大,采取降低輸送功率的消極措施成為必然,原來(lái)電網(wǎng)輸電線(xiàn)路所承擔(dān)的輸電要求加重,面臨輸電能力不足的考驗(yàn)，同時(shí)輸電線(xiàn)路的輸電能力接受多種不穩(wěn)定性因素制約,所以,保持電力系統(tǒng)優(yōu)化穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)電網(wǎng)的輸電能力的提升很關(guān)鍵。采用串并聯(lián)電容,采用同步調(diào)相機(jī)等前人設(shè)計(jì)研制的設(shè)備對(duì)提升系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性、提高輸電線(xiàn)路的輸電能力等方面發(fā)揮了重要作用,但是這些大部分不外乎機(jī)械式調(diào)控的方式,一些不可忽略的局限性也暴露出來(lái)，例如受控的速度太慢，短時(shí)間內(nèi)

13、不可以反復(fù)多次操作，機(jī)械控制方法中機(jī)械裝置容易老化，壽命短暫等各種缺陷。要達(dá)到控制電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的目的，速度決定一切。所以，機(jī)械控制被電子化控制手段替代已經(jīng)是一種電力系統(tǒng)不可阻擋的趨勢(shì)。 從電能的生產(chǎn)到傳輸至用戶(hù)的過(guò)程曲折，提升輸電線(xiàn)路的輸送能力很有必要。輸電過(guò)程中因?yàn)樵黾庸β实妮斔妥兓螖?shù)導(dǎo)致系統(tǒng)的控制問(wèn)題變復(fù)雜，在現(xiàn)代互聯(lián)電網(wǎng)中繼續(xù)運(yùn)用傳統(tǒng)的調(diào)控方法來(lái)達(dá)到理想中的大幅度調(diào)節(jié)的目的無(wú)比艱巨。 電力電子元件得到迅猛發(fā)展,為迎合現(xiàn)代電力系統(tǒng)的需要，系統(tǒng)的可控性就可采用電力電子器件實(shí)現(xiàn)，靈活性交流輸電技術(shù)（FACTS）特別是可控串補(bǔ)技術(shù)（TCSC）能夠提升輸電線(xiàn)路電能的傳輸能力。電網(wǎng)互聯(lián)逐漸形成全

14、國(guó)聯(lián)合電網(wǎng)，為保證資源充分利用,電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)靈敏運(yùn)轉(zhuǎn)，必須要進(jìn)行大功率、遠(yuǎn)距離輸電,如何提高電網(wǎng)最大輸送功率，加強(qiáng)電力網(wǎng)絡(luò)的安全、可靠和經(jīng)濟(jì)等性能，是現(xiàn)代電網(wǎng)面對(duì)的刻不容緩的難題,此時(shí)展開(kāi)可控串聯(lián)補(bǔ)償裝置（TCSC）的特性分析，研究它在電網(wǎng)中發(fā)揮的作用,具有重要意義。1.2 FACTS發(fā)展概況在FACTS技術(shù)這一概念問(wèn)世之前,電力業(yè)界被廣泛應(yīng)用的控制器基本只有靜止無(wú)功補(bǔ)償（SVC），之后，F(xiàn)ACTS迅猛發(fā)展并且得到廣泛推廣，成為電力界新興技術(shù)領(lǐng)域的重要發(fā)展代表。目前，接近20種的FACTS控制器已經(jīng)被發(fā)明,其中部分控制器，例如SVC、TCSC、UPFC、STATCOM等，已取得較好的成效。放眼未來(lái)

15、，F(xiàn)ACTS產(chǎn)生的影響會(huì)更深遠(yuǎn),正如FACTS分委會(huì)的FACTS工作組在其報(bào)告中所指出的:“FACTS與先進(jìn)控制中心和整體自動(dòng)化等技術(shù)所帶來(lái)的非常深遠(yuǎn)的優(yōu)越性已經(jīng)被世人廣泛認(rèn)可,它們預(yù)示著電力傳輸系統(tǒng)一個(gè)新時(shí)代的到來(lái)?！?.2.1 FACTS概念的提出Flexible AC Transmission System的概念1988年由美國(guó)N.G.Hingorani博士提出。它是綜合電力電子技術(shù)、微處理的微電子技術(shù)、通訊技術(shù)和控制技術(shù)而形成的用于控制交流輸電的新技術(shù)。最早FACTS的定義為:FACTS,是基于晶閘管的控制器的集合,包括移相器、先進(jìn)的靜止無(wú)功補(bǔ)償器、動(dòng)態(tài)制動(dòng)器、可控串聯(lián)電容調(diào)節(jié)器、帶載

16、調(diào)壓器、故障電流限制器以及其他有待發(fā)明的控制器；后來(lái)大量的學(xué)者不斷地加入該領(lǐng)域的研究，F(xiàn)ACTS概念有了不斷的發(fā)展。有了FACTS概念的指引領(lǐng)導(dǎo)，創(chuàng)新的FACTS新設(shè)備，例如TCSC，統(tǒng)一潮流控制器（UPFC）等地相繼出現(xiàn)又再一次促進(jìn)了FACTS概念的發(fā)展與完善。伴隨著Cuspow的發(fā)展進(jìn)步，IEEE又提出了一個(gè)比較有權(quán)威性但是有些寬松含糊的FACTS定義，這一點(diǎn)為FACTS的概念創(chuàng)新留出了充分余地。即:裝有電力電子型或其他靜止型控制器以加強(qiáng)可控性和增大電力傳輸能力的交流輸電系統(tǒng)，F(xiàn)ACTS控制器是可提供一個(gè)或多個(gè)控制交流輸電系統(tǒng)參數(shù)的電力電子型系統(tǒng)或其它靜止設(shè)備。1.2.2 FACTS技術(shù)的

17、應(yīng)用現(xiàn)狀及作用意義上世紀(jì)六七十年代，國(guó)外就開(kāi)始在直流輸電（HVDC）系統(tǒng)方面應(yīng)用晶閘管,意味著FACTS在本質(zhì)上喪失了對(duì)高壓直流輸電技術(shù)的延伸。ABB（原BBC和ASEA）、SIEMENS等舉世著名的電氣公司在這一技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)比較先進(jìn)，當(dāng)年BBC為我國(guó)提供了第一條50OkV高壓直流輸電線(xiàn)路(葛一上線(xiàn)),西門(mén)子公司承建了我國(guó)的第二條5OOKV高壓直流輸電線(xiàn)路(天一廣線(xiàn))。六十年代初期，美國(guó)西屋公司就已經(jīng)在電力傳輸技術(shù)的科研方面投入精力，開(kāi)始應(yīng)用電力電子技術(shù)，雖然當(dāng)時(shí)的GTO還在初期應(yīng)用階段，但是在八十年代中期GTO便已投入運(yùn)行。其中，1996年，美國(guó)加州圣豪西市附近的TV投入運(yùn)行了西屋公司當(dāng)年第一

18、個(gè)超大規(guī)模100Mvar STATCOM，需要連接在額定電壓為161kV的輸電線(xiàn)路上,并且通過(guò)此來(lái)達(dá)到對(duì)500KV側(cè)的補(bǔ)償。在1991年，美國(guó)東部已有三個(gè)地方將靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償裝置(SSSC)應(yīng)用于765kV的交流輸電系統(tǒng)中。如今，美國(guó)的西屋公司與EPRI已經(jīng)合作組建了一個(gè)新的公司用于進(jìn)行發(fā)展研究FACTS技術(shù)和其它另外的先進(jìn)電力電子控制技術(shù)。門(mén)極可關(guān)斷晶閘管GTO是靈活交流輸電技術(shù)中很關(guān)鍵的技術(shù)，現(xiàn)今在國(guó)外水平下，GTO的額定電壓為45KV,額定電流參數(shù)為5kA。若是通過(guò)采用多個(gè)GTO串聯(lián)應(yīng)用于FACTS中,因?yàn)榉峭叫缘挠|發(fā)脈沖,使得每一個(gè)GTO的電壓產(chǎn)生變化,最終導(dǎo)致?lián)舸┈F(xiàn)象,因此必須采

19、取均壓手段，普通的情況就是兩三個(gè)GTO串聯(lián)，組成串聯(lián)段。我國(guó)對(duì)FACTS技術(shù)的研究著手較晚，F(xiàn)ACTS的技術(shù)基礎(chǔ)方面十分薄弱,但是國(guó)家對(duì)于此技術(shù)的研究和應(yīng)用相當(dāng)重視，多方面的工作也在各方的有力支持下開(kāi)展進(jìn)行。盡管已經(jīng)在實(shí)際應(yīng)用方面取得不小的成功，但是與國(guó)外相比差距還很大。尤其我國(guó)現(xiàn)階段GTO的制造水平無(wú)法與國(guó)外相比，是制約我國(guó)FACTS技術(shù)進(jìn)步發(fā)展的一個(gè)瓶頸問(wèn)題?？刂萍夹g(shù)如對(duì)應(yīng)用電光和磁光互感器做高壓控制信號(hào)傳感元件，美國(guó)等國(guó)家都已應(yīng)用，而中國(guó)只是處于研究階段。FACTS技術(shù)作用意義重大，它的問(wèn)世意味著從前的只用一種控制營(yíng)造部分作用的局面被顛覆,可以使交流輸電系統(tǒng)的無(wú)功電流降到最低的水平，提升

20、了原來(lái)輸電線(xiàn)路的電能傳輸能力和電能利用率，降低了線(xiàn)路上的阻抗，合理地調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中的潮流分布，另外可以抑制電網(wǎng)諧波，開(kāi)創(chuàng)了增強(qiáng)交流輸電網(wǎng)整體運(yùn)行控制能力的技術(shù)途徑。FACTS以其具有的超快的控制響應(yīng)速度，可以快速補(bǔ)償電網(wǎng)的各種擾動(dòng)從而可以保證電力系統(tǒng)具有良好的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，F(xiàn)ACTS使交流輸電系統(tǒng)高效能，低耗損運(yùn)轉(zhuǎn)，是一個(gè)重要的技術(shù)革命。1.3 可控串補(bǔ)（TCSC）的發(fā)展現(xiàn)狀1.3.1 可控串補(bǔ)（TCSC）的應(yīng)用現(xiàn)狀TCSC以其龐大的經(jīng)濟(jì)和功能效益成為FACTS技術(shù)的一個(gè)重要元件，在其他國(guó)家靈活性輸電的運(yùn)用實(shí)踐中都是實(shí)用化裝置的第一選擇。1991年第一套可控串聯(lián)補(bǔ)償（TCSC）設(shè)備投入使用,迄今，世

21、界上投入商業(yè)運(yùn)行的已有十一套可控串補(bǔ)（TCSC）設(shè)備,總建成容量已達(dá)到2000Mvar,目前仍然有一些可控串聯(lián)補(bǔ)償?shù)挠?jì)劃在有條不紊地建設(shè)布局中。美國(guó)的著名電氣公司如西門(mén)子，ABB等與相關(guān)電力系統(tǒng)合作成功研制出多套TCSC裝置投入了運(yùn)行。如1991年ABB公司改建的Kanawha River變電站345kV單相串補(bǔ)投切工程,用來(lái)提高線(xiàn)路傳輸能力,增強(qiáng)暫態(tài)穩(wěn)定性，改善阻尼功率的振蕩;1992年Siemens公司建造的WAPA電力系統(tǒng)Kayenta變電站的22OkV新型串聯(lián)補(bǔ)償ASC工程,用于提高線(xiàn)路傳輸能力;1993年GE公司承擔(dān)的BPA電力系統(tǒng)Slatt變電站的5OOkvTCSC試驗(yàn)工程,用于限

22、制阻尼功率振蕩且次同步諧振。2004年8月,印度又啟動(dòng)了在Kanpur一Ballabhgarh400kV線(xiàn)路的Ballabhgarh處安裝FSC和TCSC的工程。工程分2個(gè)階段:第1個(gè)階段設(shè)計(jì)建立35%的固定補(bǔ)償,線(xiàn)路輸電容量增加了大約12OMW,第2階段設(shè)計(jì)安裝8%一20%的TCSC。我國(guó)著手研討可控串補(bǔ)較晚。2003年6月,在500kV的天生橋一平果雙回線(xiàn)平果變電站南方電網(wǎng)投運(yùn)了由西門(mén)子公司制造的包括TCSC的串聯(lián)補(bǔ)償裝置,這是我國(guó)所投入的第一個(gè)TCSC工程,經(jīng)天廣線(xiàn)TCSC工程的投產(chǎn)，輸電線(xiàn)路能力增強(qiáng),此替“西電東送”大約增加了300MW的容量,系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性水平和阻尼功率振蕩都得到了改

23、善。2005年,中國(guó)電力科學(xué)研究院研制了第一套國(guó)產(chǎn)化的TCSC裝置，此裝置投入運(yùn)行于甘肅省壁口一成縣的22OkV電網(wǎng),該裝置額定容量為86.6MVar,基本容抗21.7，此工程標(biāo)志著中國(guó)成為在繼美、德和瑞典之后第四個(gè)可以制造出可控串聯(lián)補(bǔ)償裝置的國(guó)家。1.3.2 采用可控串補(bǔ)（TCSC）的優(yōu)越性可控串補(bǔ)（TCSC）是一項(xiàng)傳擁有著傳統(tǒng)串聯(lián)補(bǔ)償技術(shù)無(wú)法相比優(yōu)勢(shì)的新技術(shù)，可控串聯(lián)補(bǔ)償技術(shù)擁有下面幾個(gè)優(yōu)越性：(1)控制潮流分布?？梢詣?dòng)態(tài)地控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中所選定的線(xiàn)路潮流進(jìn)而達(dá)到潮流分布最優(yōu)條件，并且通過(guò)潮流控制以免產(chǎn)生功率環(huán)流。 (2)提高電網(wǎng)輸電能力。由于可控串補(bǔ)能夠等效地減小系統(tǒng)等值電抗，這也就意味著

24、縮短了線(xiàn)路原長(zhǎng)度,降低了電能傳輸成本，提高系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。 (3)增強(qiáng)系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性。因?yàn)榫чl管可以快速、連續(xù)控制作用,如果系統(tǒng)突然受到了較大的擾動(dòng)，那么快速準(zhǔn)確地對(duì)晶閘管的觸發(fā)控制角進(jìn)行調(diào)控,改變阻抗的補(bǔ)償度，電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性得到提高。另外TCSC還可阻止由本地與區(qū)間之間震蕩模式引起的功率波動(dòng)。 (4)抑制次同步振蕩。在串聯(lián)電容補(bǔ)償?shù)臅r(shí)候有可能會(huì)發(fā)生次同步振蕩現(xiàn)象，但是可控串補(bǔ)（TCSC）能抑制次同步振蕩現(xiàn)象，若在次同步頻率情況下，則TCSC呈現(xiàn)出一個(gè)固有的電阻-電感性質(zhì)的電抗 ，那么此時(shí)次同步振蕩就無(wú)法再維持下去而只能逐漸衰減。 (5)提高串聯(lián)電容的保護(hù)水平。當(dāng)故障擾動(dòng)發(fā)生，電容器上可

25、能會(huì)出現(xiàn)過(guò)電壓,通過(guò)控制晶閘管觸發(fā)角,達(dá)到旁路串聯(lián)閘管的快速動(dòng)作從而使得電容器立即投入來(lái)幫助穩(wěn)定系統(tǒng)。 (6)減小短路電流。如果系統(tǒng)中短路電流比較高，可控串補(bǔ)能夠從容性微調(diào)模式轉(zhuǎn)向感性微調(diào)模式，從而能夠限制短路電流。1.4 本文的主要工作 本文首先簡(jiǎn)要闡述了FACTS技術(shù)，從其應(yīng)用現(xiàn)狀及重要意義入手,引出了可控串補(bǔ)的概念，具體介紹了TCSC的電路基本結(jié)構(gòu)、工作原理及其所特有的四種工作模式，分析了TCSC的等效阻抗、穩(wěn)暫態(tài)和諧波特性。最后根據(jù)TCSC的應(yīng)用建立模型,在MATLAB的Simulink中進(jìn)行仿真，對(duì)波形進(jìn)行了初步的研究分析。具體章節(jié)安排如下: 第一章 基于國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上介紹了

26、FACTS技術(shù)和FACTS發(fā)展及其應(yīng)用現(xiàn)狀以及使用FACTS的作用意義，后又引出TCSC的運(yùn)用現(xiàn)狀及優(yōu)越性。第二章 主要是介紹了TCSC的基本電路結(jié)構(gòu)、基本工作原理及等效阻抗特性、穩(wěn)暫態(tài)、諧波等特性進(jìn)行分析。第四章 主要進(jìn)行TCSC應(yīng)用建模過(guò)程，在MATLAB的中建立可控串補(bǔ)的應(yīng)用模型,對(duì)仿真波形研究探討。第五章 對(duì)本文研究小結(jié),并對(duì)未來(lái)問(wèn)題進(jìn)行了展望。2 TCSC的運(yùn)行原理與工作模式2.1 TCSC的基本電路結(jié)構(gòu) 可控串補(bǔ)的基本的電路結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。主要元件有四個(gè)：串聯(lián)電容器C，與兩個(gè)反向的晶閘管支路相串聯(lián)的電抗L，兩個(gè)反向并聯(lián)的晶閘管T，限壓器MOV和對(duì)裝置起保護(hù)作用的旁路斷路器B。

27、圖中的MOV接在串聯(lián)電容器的兩端，可用來(lái)避免電容器上產(chǎn)生較高過(guò)電壓損壞設(shè)備，在根本上還只是一個(gè)非線(xiàn)性的電阻，而且它不僅能夠限制串聯(lián)電容器上的過(guò)高電壓，還有一個(gè)不可忽視的功能：無(wú)論正常運(yùn)行還是出現(xiàn)大小故障，它都能讓電容器始終保持著接入的狀態(tài)，這對(duì)系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的提高十分有益。對(duì)于旁路斷路器B，它也跨接于串聯(lián)電容器的兩端，作用是監(jiān)測(cè)控制電容器是不是接進(jìn)了電路中去，如果發(fā)生了重大故障或者是系統(tǒng)的設(shè)備不能穩(wěn)定工作時(shí)，旁路斷路器B就會(huì)將電容器旁路。 圖2-1 TCSC電路基本結(jié)構(gòu) 實(shí)際應(yīng)用TCSC裝置一般是通過(guò)很多圖2-1所示的基本TCSC模塊級(jí)聯(lián)組成的，為了使成本降至最低，TCSC系統(tǒng)中都串聯(lián)有一個(gè)很

28、固定的電容。2.2 TCSC的基本工作原理 TCSC的基本工作原理：由圖2-1所示TCSC的電路基本結(jié)構(gòu)中可以簡(jiǎn)單地了解到，可控串聯(lián)補(bǔ)償裝置是在并聯(lián)的LC電路中的L支路上串聯(lián)著一對(duì)反并聯(lián)的晶閘管，通過(guò)控制晶閘管的觸發(fā)脈沖，改變電感電流的大小，增大系統(tǒng)中串聯(lián)固定電容基頻電壓。等值電抗能連續(xù)地被改變，從=90，此刻晶閘管為全導(dǎo)通，電抗為感性電抗，而為180時(shí)的晶閘管就是全部截止的狀態(tài)，電抗變成了無(wú)限大，那么線(xiàn)路的補(bǔ)償程度就可以連續(xù)地變化,對(duì)線(xiàn)路的功率就可實(shí)現(xiàn)了大范圍連續(xù)地控制。所以，對(duì)晶閘管的觸發(fā)控制角準(zhǔn)確無(wú)誤的控制，就能達(dá)到為線(xiàn)路系統(tǒng)提供可控制的串聯(lián)補(bǔ)償?shù)哪康摹Ｔ硐蛄繄D如圖2-2所示： 圖2-

29、2(1) ICIL的相量圖 圖2-2(2) ICIL的相量圖 向量圖分析：如圖2-2（1）所示，時(shí)，電容電流大于電感電流，I在相位上超前90，容性阻抗，電容電流由和電感的電流組成;如圖2-2（2）所示，時(shí)，電容電流小于電感電流，在相位上落后于電容電壓90，感性阻抗，電感電流由和電容電流組成。2.3 TCSC的基本工作模式 通過(guò)對(duì)觸發(fā)脈沖進(jìn)行控制，改變晶閘管的觸發(fā)角而改變與晶閘管在同一支路上的電感電流,連續(xù)地改變系統(tǒng)的等效阻抗。對(duì)于TCSC的工作模式有四種：晶閘管截止模式、晶閘管旁路模式、容性微調(diào)模式和感性微調(diào)模式。 (1)晶閘管截止模式。晶閘管完全截止的模式即晶閘管與電感串聯(lián)的那條支路開(kāi)路，相

30、當(dāng)于電感支路不存在，裝置就成為普通的串聯(lián)補(bǔ)償，串聯(lián)電容器上流過(guò)電路中的全部電流，電路阻抗即是電容容抗。 (2)晶閘管旁路模式。晶閘管旁路即晶閘管T1,T2都處于持續(xù)導(dǎo)通狀態(tài)，而此時(shí)晶閘管支路相當(dāng)于一個(gè)小電感，那么對(duì)于電路中的電流，大部分經(jīng)過(guò)晶閘管支路流過(guò)，TCSC便是工作在晶閘管旁路模式。 (3)容性微調(diào)模式。晶閘管的導(dǎo)通角較小，情況如圖2-2(1)所示，線(xiàn)路的電流與電容的電流方向相同，電容電流的大小因?yàn)閮蓚€(gè)晶閘管中有了環(huán)流而增加，甚至包括電容器上的電壓也有了提高，TCSC裝置系統(tǒng)的阻抗呈現(xiàn)容抗特性，而且大于電容器的容抗，事實(shí)上TCSC通常運(yùn)行的就是這種模式下。 (4)感性微調(diào)模式。晶閘管的導(dǎo)

31、通角較大，具體的情形是如圖2-2(2)所示，線(xiàn)路電流與流經(jīng)晶閘管支路的電流方向相同，TCSC的阻抗呈現(xiàn)感性特性即為感性微調(diào)模式。3 TCSC的特性分析3.1 TCSC的等效阻抗特性分析 這里分析的TCSC的等效阻抗特性是指對(duì)TCSC的基頻等效阻抗進(jìn)行分析，所謂基頻即頻率為50hz,等效阻抗，即由線(xiàn)路中串聯(lián)的電容與晶閘管控制的電抗這部分電路在電力系統(tǒng)中工作時(shí)的阻抗。 電感電流的瞬時(shí)值與觸發(fā)角的關(guān)系如下式所示： （3.1）其中U一一電源電壓峰值;一一晶閘管的觸發(fā)角; 一一晶閘管的導(dǎo)通角。對(duì)上式進(jìn)行傅里葉展開(kāi)，得出： （3.2）其中=L為電抗器基頻電抗。從上式可以看出，如果觸發(fā)角為0，電抗值為；如果

32、=90，等效于開(kāi)路。 圖3-1 TCR電路結(jié)構(gòu)圖圖3-1為T(mén)CR的結(jié)構(gòu)示意圖，則TCR支路的等效電抗為： （3.3） 對(duì)于電容支路的電容基本不變，TCSC的基頻等效阻抗為與TCR支路并聯(lián)求得，有： （3.4） 其中公式中的為電容電壓達(dá)到最大值后開(kāi)始計(jì)及的觸發(fā)角。 圖3-2 TCSC的阻抗特性與的關(guān)系圖 從圖3-2可以看出，在為145180時(shí)，TCSC工作于容性阻抗調(diào)節(jié)模式；在為90140時(shí)，TCSC工作于感性阻抗調(diào)節(jié)模式；觸發(fā)角為90時(shí),TCSC處于晶閘管旁路狀態(tài),等效阻抗等效于電容支路電抗和電感支路電抗的并聯(lián)，此時(shí)標(biāo)么值比1pu要小得多。觸發(fā)角為180時(shí)，TCSC處于晶閘管截止?fàn)顟B(tài)，等效阻抗

33、即是串聯(lián)固定電容的容抗，標(biāo)幺值相當(dāng)于1pu;可以看出觸發(fā)角為143附近時(shí)，TCSC處于諧振區(qū)，能看到阻抗曲線(xiàn)的斜率很大，觸發(fā)角的一點(diǎn)變化都能引起阻抗的巨大變化，TCSC工作運(yùn)行時(shí)要避免，以免發(fā)生諧振危及設(shè)備及人身。等效電容： （3.6）等效電感： （3.7）容性阻抗區(qū)域，TCSC可等效看作與線(xiàn)路的等效電感L線(xiàn)、線(xiàn)路的等效電阻R線(xiàn)串聯(lián)的電路系統(tǒng)，阻尼參數(shù)即為： （3.8） 觸發(fā)角減小，對(duì)應(yīng)公式（3.8）中增加，實(shí)際線(xiàn)路的等效電阻R線(xiàn)特別小，使得阻尼參數(shù)較大，大于電感電阻，TCSC振蕩時(shí)間延長(zhǎng)；若觸發(fā)角增大，減小，TCSC振蕩時(shí)間變短。當(dāng)TCSC工作于感性阻抗的調(diào)節(jié)區(qū)域，電路可看成感抗和純電阻串聯(lián)

34、的電路，時(shí)間常數(shù)=L/R,TCSC達(dá)到穩(wěn)態(tài)的時(shí)間長(zhǎng)度會(huì)受影響。 如果單個(gè)的TCSC裝置，則對(duì)于其阻抗具有一定的調(diào)節(jié)范圍。晶閘管全關(guān)斷模式的電容器標(biāo)稱(chēng)容抗為最小容抗，最小感抗為晶閘管旁路模式的等效電抗。在數(shù)值上，等效阻抗不可能為小于的容抗以及不可能小于的感抗。另外來(lái)講,想辦法將觸發(fā)角控制在一定的角度內(nèi)是必須的，那是因?yàn)樵皆诮咏C振發(fā)生點(diǎn)運(yùn)行，越容易產(chǎn)生過(guò)大的U及工作I。在感性阻抗調(diào)節(jié)區(qū)域,觸發(fā)角不允許超過(guò)最大觸發(fā)延遲角,對(duì)應(yīng)最大等效感抗為;在容性阻抗調(diào)節(jié)區(qū)域,最大導(dǎo)通角不能超過(guò),對(duì)應(yīng)最大等效容抗為。3.2 TCSC的穩(wěn)暫態(tài)特性分析 TCSC正常穩(wěn)態(tài)運(yùn)行工作于容性微調(diào)模式，對(duì)TCSC的穩(wěn)態(tài)特性進(jìn)

35、行分析有利于在正常情況下掌握對(duì)晶閘管觸發(fā)角的調(diào)控，使裝置發(fā)揮需要的最佳水平，為現(xiàn)代電力系統(tǒng)的發(fā)展更好的服務(wù)。一旦TCSC裝置發(fā)生故障，系統(tǒng)短時(shí)間內(nèi)不會(huì)到達(dá)穩(wěn)態(tài)正常水平，這中間需要經(jīng)過(guò)一段比較復(fù)雜的暫態(tài)過(guò)程，不希望系統(tǒng)一直處于暫態(tài)故障過(guò)程中，對(duì)于暫態(tài)過(guò)程的特性進(jìn)行分析，使能夠盡快地掌握故障所在，故障特征，及時(shí)做出準(zhǔn)備，有利于提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。3.2.1 TCSC的穩(wěn)態(tài)特性分析 目前研究可控串聯(lián)補(bǔ)償?shù)难芯恐攸c(diǎn)就是連續(xù)地調(diào)節(jié)晶閘管的觸發(fā)角來(lái)連續(xù)改變系統(tǒng)阻抗，研究時(shí)可以借助靜止補(bǔ)償器（SVC）中的固定電容器和TCR的技術(shù)特性。不過(guò)可控串連補(bǔ)償裝置在電源方面處于電流源的環(huán)境，且正常穩(wěn)態(tài)下的可控串補(bǔ)工

36、作在容性模式。 圖3-3（a） TCSC穩(wěn)態(tài)分析電路圖 圖3-3(b) 容性微調(diào)模式下波形圖 按圖3-3（b）所示定義，觸發(fā)角即為電容電壓達(dá)到峰值與后面電流出現(xiàn)時(shí)刻的角度為，導(dǎo)通角為電流出現(xiàn)時(shí)間寬度的一半，通過(guò)電抗器的電流，其波形是正弦波的一部分，再導(dǎo)通范圍內(nèi)，電流 波形表達(dá)式為： （3.9） 當(dāng)TCSC穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，電容電壓和線(xiàn)路電流的波形都不是正常的正弦波，除去固定的基波外，還蘊(yùn)含著其余次數(shù)的諧波，因?yàn)門(mén)CSC的諧波特點(diǎn)為呈現(xiàn)為一個(gè)幾乎可以忽略?xún)?nèi)阻抗的串聯(lián)于電路中的電壓源,所以其所產(chǎn)生諧波性質(zhì)的電流還取決于線(xiàn)路具有的諧波阻抗與兩端系統(tǒng)諧波阻抗大小。而且，因?yàn)樵陂L(zhǎng)距離輸電線(xiàn)路中安裝TCSC裝置

37、,那么在線(xiàn)路所具備的諧波阻抗和兩端系統(tǒng)的諧波阻抗作用下,可控串聯(lián)補(bǔ)償引起的諧波電流相對(duì)來(lái)說(shuō)就很小很小了,所以，此時(shí)在分析穩(wěn)態(tài)特性，可不計(jì)諧波。取電容電壓過(guò)零變正時(shí)為時(shí)間的零點(diǎn)，可控串補(bǔ)運(yùn)行在容性微調(diào)模式下，線(xiàn)路的電流在相位上近似超前電容電壓九十度，忽略線(xiàn)路諧波，電流為： （3.10）晶閘管導(dǎo)通時(shí)，電感電壓與電容電壓相等，滿(mǎn)足下列方程： （3.11）不計(jì)及諧波，TCSC穩(wěn)態(tài)時(shí)的阻抗為，每周期電容電壓變化規(guī)律滿(mǎn)足以下： ( 3.12)其中： ，體現(xiàn)的是某周期內(nèi)電容電壓的峰值，是在晶閘管導(dǎo)通角為2而且經(jīng)若干個(gè)周期后電容電壓的峰值。n趨向于無(wú)窮大，電容電壓數(shù)列是收斂的，收斂于，穩(wěn)態(tài)下的阻抗近似為，感性

38、微調(diào)模式穩(wěn)態(tài)下的阻抗僅僅與容性模式下相差一個(gè)負(fù)號(hào)。如果觸發(fā)控制角改變的情況下，裝置需要若干周期達(dá)到穩(wěn)定，一般8到10周期，甚至可能更長(zhǎng)。3.2.2 TCSC的暫態(tài)特性分析 已經(jīng)知道TCSC的設(shè)計(jì)運(yùn)行范圍是：對(duì)于：145180，系統(tǒng)的等效電抗呈容性；對(duì)于：90140，等效電抗呈現(xiàn)感性，由于TCSC的這種性質(zhì)使裝置在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)能夠限制短路電流的大小。觸發(fā)角在發(fā)生了變化之后，TCSC系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)的的穩(wěn)定時(shí)刻之前，還會(huì)有必須經(jīng)過(guò)的暫態(tài)過(guò)程。在上文穩(wěn)態(tài)運(yùn)行情況分析下,忽略諧波，TCSC裝置上通過(guò)的電壓及電流均近似地體現(xiàn)為普通的正弦波,基頻阻抗即為。如果系統(tǒng)發(fā)生故障，那么在此暫態(tài)過(guò)程中,線(xiàn)路電流

39、I及通過(guò)TCSC上的電壓除去原來(lái)含有的基頻分量之外,還包括衰減的直流分量及各次諧波分量。對(duì)于TCSC的暫態(tài)特性分析就變復(fù)雜，同時(shí)也變得重要。TCSC可以說(shuō)是有兩種可能的形式:晶閘管關(guān)斷和晶閘管導(dǎo)通，若晶閘管關(guān)斷，電力裝置只有普通串聯(lián)電容C，若晶閘管不是關(guān)斷而處于導(dǎo)通，這種情形可以說(shuō)就相當(dāng)于電容與電感的并聯(lián)，暫態(tài)過(guò)程就運(yùn)行在兩種形式不斷變換中。設(shè)線(xiàn)電流恒定，忽略電抗器和晶閘管動(dòng)態(tài)電阻，不考慮電阻MOV的非線(xiàn)性影響，建立模型： (1)晶閘管截止 （3.13）其中，為電容的電壓；為晶閘管關(guān)斷時(shí)刻；為關(guān)斷時(shí)刻的電容電壓。 (2)晶閘管導(dǎo)通 （3.14）其中；為晶閘管導(dǎo)通時(shí)刻；為此次導(dǎo)通起始時(shí)刻電容電壓

40、。晶閘管導(dǎo)通模型由兩部分組成，第一項(xiàng)為工頻w分量，和觸發(fā)角無(wú)關(guān)，由電流激勵(lì)產(chǎn)生，后面三項(xiàng)為自然振蕩頻率分量分量，與觸發(fā)角有關(guān)，暫態(tài)過(guò)程中，工頻分量與穩(wěn)態(tài)一樣，但是分量相對(duì)穩(wěn)態(tài)平衡點(diǎn)發(fā)生偏移，隨著時(shí)間推移，逐漸回到穩(wěn)態(tài)水平。觸發(fā)控制角越大,TCSC裝置暫態(tài)過(guò)程越短，達(dá)到穩(wěn)態(tài)的時(shí)間也就短些。一是因?yàn)槿绻|發(fā)角越大,TCSC系統(tǒng)的等效容抗就會(huì)越接近原來(lái)輸電線(xiàn)路電容電抗,系統(tǒng)狀態(tài)與穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)越接近；二是TCSC中串聯(lián)電容上的電壓為晶閘管提供了換相電壓,然而電感的電流也會(huì)使電容的電壓產(chǎn)生突變,又影響換相。觸發(fā)角改變,TCSC在達(dá)到穩(wěn)態(tài)運(yùn)行之前要經(jīng)歷暫態(tài)過(guò)程且需要一定的才能恢復(fù)穩(wěn)定運(yùn)行。3.3 TCSC

41、的諧波特性分析 已經(jīng)知道TCSC有著巨大的潛在的經(jīng)濟(jì)和性能效益，在其他國(guó)家靈活性交流輸電技術(shù)的運(yùn)用實(shí)踐中都是實(shí)用化裝置的第一選擇。實(shí)際情況下，若TCSC的晶閘管的導(dǎo)通角加大，TCSC工作在感性微調(diào)模式,線(xiàn)路電流中的諧波成分不降低反而所占的比重有所升高，那么電容電壓無(wú)論是波形還是其幅值都可能會(huì)受到諧波的影響產(chǎn)生或多或少地改變,等效阻抗值受此牽連改變，電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行受波及，因此有必要對(duì)TCSC的諧波特性進(jìn)行分析。 因?yàn)榫чl管的相控特性，致使TCSC的TCR支路電流中包括電容電壓中含有大量諧波，穩(wěn)態(tài)時(shí)，電容電壓諧波分量取決于（設(shè)線(xiàn)路電流為正弦波），容性微調(diào)模式下主要諧波分量為3,5,7次，圖3-

42、4是電壓諧波分量波形與線(xiàn)路中的電流關(guān)系圖。 圖3-4 電壓諧波分量與線(xiàn)路電流關(guān)系圖 諧波電壓的幅值隨著增加而減小，7次以上的諧波所占的比例很少了，可忽略。低次諧波雖然占的分量比較高，但是因?yàn)樵陂L(zhǎng)距離輸電線(xiàn)路中安裝TCSC裝置,那么在線(xiàn)路阻抗和兩端交流系統(tǒng)等值阻抗的作用下,TCSC引起的低次諧波電流頻率與外部交流系統(tǒng)相比很小很小了，對(duì)外部的交流電網(wǎng)影響也就很小。在暫態(tài)過(guò)程里，TCSC產(chǎn)生的諧波源電動(dòng)勢(shì)是一個(gè)隨時(shí)間變化的量；暫態(tài)過(guò)程中TCSC的基頻阻抗存在一個(gè)超調(diào)的過(guò)程，進(jìn)入穩(wěn)態(tài)時(shí)間較長(zhǎng)，從而導(dǎo)致了同一個(gè)測(cè)量點(diǎn)對(duì)諧波原電動(dòng)勢(shì)測(cè)量到的轉(zhuǎn)移阻抗的大小隨時(shí)間的變化而變化；晶閘管導(dǎo)通情況不同，產(chǎn)生諧波源電

43、動(dòng)勢(shì)也不同。這些可能的原因都造成了TCSC的諧波特性很復(fù)雜。 圖3-5 仿真系統(tǒng)示意圖按照?qǐng)D3-5所示系統(tǒng)圖進(jìn)行仿真，固定電容的補(bǔ)償度20%，可控串聯(lián)補(bǔ)償為46%，工作狀況調(diào)整后的具體情況如表3-1所示： 表3-1 線(xiàn)路參數(shù)畸變率與觸發(fā)角的關(guān)系 從表3-1中可以看出，投入與關(guān)閉TCSC的觸發(fā)控制角接近諧振角時(shí)，暫態(tài)調(diào)整過(guò)程中電壓電流的畸變率最大，另外，比較投入與關(guān)閉過(guò)程，可以看到，因?yàn)樵赥CSC投入的時(shí)刻除了系統(tǒng)自身的過(guò)渡過(guò)程，還包括可控串補(bǔ)自己的啟動(dòng)過(guò)程，至于TCSC關(guān)閉就直接退出運(yùn)行了，只存在系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程，這樣相對(duì)來(lái)說(shuō)剛投入時(shí)電壓畸變率大，退出時(shí)電流瞬間減小，電流畸變率就大些。那么就有：

44、正常穩(wěn)態(tài)運(yùn)行情況下，假如線(xiàn)路電壓電流的諧波均在系統(tǒng)所許可的范圍以?xún)?nèi)，可以忽略不計(jì)；暫態(tài)故障情況下，諧波含量較高，畸變率增大，那么對(duì)電力系統(tǒng)的電壓質(zhì)量以及穩(wěn)定運(yùn)行都會(huì)帶來(lái)重大不利的影響。4 TCSC的應(yīng)用建模仿真在TCSC基本工作原理及各種工作模式的研究基礎(chǔ)上,可以針對(duì)TCSC的應(yīng)用建立仿真模型，應(yīng)用仿真能夠在TCSC運(yùn)用之前實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)易分析測(cè)試。計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步特別是仿真軟件的發(fā)展完善對(duì)研究和分析電力系統(tǒng)具有重要意義。迄今，我國(guó)常用的對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行分析仿真的軟件主要是PSCAD（Power System Computer Aided Design）、EMTP（Electro-Magnetic Tr

45、ansient Program)等，本文中的應(yīng)用仿真建模主要是在MATLAB軟件的Simulink仿真模塊進(jìn)行。Simulink的SimPowersystems是電力系統(tǒng)建模的工具，對(duì)于這個(gè)工具下有一個(gè)Block Library是電力系統(tǒng)元件庫(kù)，含有電氣中常用的各種元件模塊，如電源元件，線(xiàn)路元件，電力電子元件，連接器元件，電路測(cè)量?jī)x器，附加元件等，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)的生動(dòng)直觀描述。電力系統(tǒng)的仿真模型的正常運(yùn)行需要電力系統(tǒng)仿真（SimPowersystems）與Simulink的其他模塊密切配合，共同實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的仿真分析。TCSC的仿真模型可以分為應(yīng)用功能模型仿真和內(nèi)部詳細(xì)模型仿真兩種。應(yīng)用功能模型仿

46、真是將現(xiàn)成的TCSC裝置模型作為理想的可變電抗支路,通過(guò)調(diào)節(jié)觸發(fā)脈沖，觀察線(xiàn)路系統(tǒng)的其他性能變化，內(nèi)部詳細(xì)模型仿真則模擬TCSC的實(shí)際結(jié)構(gòu),包括電容器、并聯(lián)電抗器、反并聯(lián)晶閘管等器件,仿真過(guò)程中通過(guò)晶閘管的導(dǎo)通和關(guān)斷,改變TCSC的等效阻抗。由于TCSC裝置主要是應(yīng)用于系統(tǒng)中來(lái)提高線(xiàn)路輸電能力而提高電能的輸送功率，本論文中涉及到的仿真屬于前者應(yīng)用功能模型仿真。4.1 TCSC的應(yīng)用仿真4.1.1 仿真電路方案 包含TCSC裝置的仿真電路原理簡(jiǎn)單接線(xiàn)方案如圖4-1所示: 圖4-1 TCSC的應(yīng)用仿真模型原理接線(xiàn)圖 該應(yīng)用系統(tǒng)是采用兩端供電的雙電源網(wǎng)絡(luò)，設(shè)線(xiàn)路的電阻電抗集中于圖4-1所示的電阻電感

47、元件中，在線(xiàn)路應(yīng)用TCSC裝置，V1，V2是三相交流電壓源。 （1）電壓源V1參數(shù)設(shè)置如圖4-2所示： 圖4-2 電壓源V1參數(shù)設(shè)置圖 （2）電壓源V2的相關(guān)參數(shù)設(shè)置如圖4-3所示： 圖4-3 電壓源V2參數(shù)設(shè)置圖 （3）RL參數(shù)相關(guān)設(shè)置如圖4-4所示： 圖4-4 RL相關(guān)參數(shù)設(shè)置圖 （4）可控串補(bǔ)的參數(shù)設(shè)置如圖4-5所示： 圖4-5 可控串補(bǔ)參數(shù)設(shè)置圖 4.1.2 TCSC應(yīng)用建模仿真 圖4-6給出的是按照?qǐng)D4-1電路接線(xiàn)搭建高壓輸電線(xiàn)路上TCSC的應(yīng)用模型。圖4-6 TCSC的仿真應(yīng)用模型搭建圖 在圖4-6 所示TCSC的應(yīng)用模型中，Zref為T(mén)imer模塊，指定兩次觸發(fā)Timer事件之間

48、的時(shí)間間隔，時(shí)間參數(shù)設(shè)置=“0 2.5 5”，即每隔2.5S觸發(fā)一次窗口的Timer事件。此外，TCSC的控制系統(tǒng)是TCSC裝置的核心之一,Zref阻抗控制直接反映TCSC跟蹤并反映參考阻抗的能力。論文模型中按實(shí)際線(xiàn)路參數(shù)計(jì)算出實(shí)際參考阻抗為：在容性微調(diào)模式下，120Zref 126；在感性微調(diào)模式下，19Zref60。將其輸入到查表環(huán)節(jié)得到觸發(fā)角預(yù)測(cè)值。把觸發(fā)角輸入到觸發(fā)單元,經(jīng)過(guò)觸發(fā)模塊產(chǎn)生兩個(gè)觸發(fā)信號(hào)TCR觸發(fā)脈沖，CB旁路斷路器觸發(fā)信號(hào)，控制晶閘管動(dòng)作。 控制系統(tǒng)參數(shù)與觸發(fā)單元參數(shù)設(shè)置如圖4-7與圖4-8所示: 圖4-7控制系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置圖 圖4-8 觸發(fā)單元參數(shù)設(shè)置圖 4.2 TCSC

49、應(yīng)用的仿真結(jié)果研究在MATLAB中采用圖4-6所示仿真模型，按圖中的控制觸發(fā)方法進(jìn)行仿真，得出工作于容性與感性模式下的電流波形。 圖4-9（a）容性模式下的TCSC電流波形圖 圖4-9（b）感性模式下的TCSC電流波形圖由圖4-9（a）和圖4-9（b）可以看出，容性微調(diào)模式切換到感性微調(diào)模式下時(shí),系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)很高的振蕩,這可能對(duì)設(shè)備安全運(yùn)行造成威脅。對(duì)于TCSC在容性微調(diào)模式下的波形正常，接近正弦波規(guī)律穩(wěn)定地運(yùn)行，而TCSC切換在感性微調(diào)模式下時(shí)，波形波動(dòng)不規(guī)律，略有少許的混亂。容性微調(diào)模式下，TCSC工作比較穩(wěn)定。 圖4-10 TCSC功率流動(dòng)示意圖 系統(tǒng)傳輸功率關(guān)系表達(dá)式： (4.1) 長(zhǎng)距

50、離輸電，R可忽略，其中P：如圖所示流動(dòng)的有功功率；V1：母線(xiàn)1的電壓幅值；：母線(xiàn)1電壓相位；V2：母線(xiàn)2的電壓幅值；：母線(xiàn)2電壓相位； ：線(xiàn)路感抗：含有固定串聯(lián)電容的容抗在內(nèi)的裝置的電抗；對(duì)于應(yīng)用于長(zhǎng)距離傳輸線(xiàn)TCSC的仿真波形如圖4-11與圖4-12所示： 圖4-11應(yīng)用TCSC裝置線(xiàn)路的有功功率變化波形 圖4-12 TCSC等效阻抗隨觸發(fā)角變化波形圖 由圖4-11和圖4-12波形圖看出：在高壓輸電線(xiàn)路中應(yīng)用TCSC裝置，改變觸發(fā)角，可以改變TCSC的等效阻抗，也影響到線(xiàn)路的功率傳輸，功率P隨著的改變而作相應(yīng)的變化，當(dāng)TCSC呈現(xiàn)波形中的感性補(bǔ)償時(shí)，有功功率隨著有效電抗的增加也有所增加，有功

51、功率實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)，這與公式中所傳達(dá)的意義一致。即對(duì)于實(shí)際應(yīng)用中，輸電線(xiàn)路在傳輸電能的時(shí)候，倘若采用TCSC裝置，現(xiàn)代長(zhǎng)距離高壓線(xiàn)路要達(dá)到提高傳輸功率的要求就可通過(guò)控制TCSC裝置的晶閘管脈沖觸發(fā)實(shí)現(xiàn)。5 全文總結(jié) 為了適應(yīng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需求,我國(guó)現(xiàn)在的電力系統(tǒng)通過(guò)電網(wǎng)互聯(lián)，迅速發(fā)展形成逐漸增大的巨型電力系統(tǒng),電力系統(tǒng)的裝機(jī)容量也在不斷增加。超大規(guī)模的電力網(wǎng)絡(luò)形成與電網(wǎng)互聯(lián)收獲諸多益處的同時(shí)，也迎來(lái)了眾多挑戰(zhàn)，長(zhǎng)距離大容量輸電不可避免,資源分配的優(yōu)化與系統(tǒng)規(guī)劃，互聯(lián)電網(wǎng)協(xié)調(diào)運(yùn)作，改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性問(wèn)題也變得更加尖銳。 可控串補(bǔ)（TCSC）是基于對(duì)晶閘管的觸發(fā)控制角所實(shí)行的精確迅速地控制，實(shí)現(xiàn)其調(diào)控潮流

52、、降低網(wǎng)損、改善次同步振蕩進(jìn)而提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性等多種的功能，而且其具有造價(jià)低廉，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，十分適應(yīng)現(xiàn)今電網(wǎng)發(fā)展需求，利用電力電子器件晶閘管快速調(diào)整控制基波的等值容抗，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)串聯(lián)線(xiàn)路等值阻抗的串聯(lián)補(bǔ)償裝置，利用電力電子器件晶閘管快速調(diào)整控制基波的等值容抗，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)串聯(lián)線(xiàn)路等值阻抗的串聯(lián)補(bǔ)償裝置。是最近幾年來(lái)串聯(lián)補(bǔ)償技術(shù)的新代表，在其他國(guó)家靈活性交流輸電（FACTS）的運(yùn)用實(shí)踐中都是實(shí)用化裝置的第一選擇。本論文主要做的工作總結(jié)如下： （1）綜合論述了可控串聯(lián)補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀及優(yōu)越性，介紹了本文的研究背景。 （2）具體解釋了TCSC的電路結(jié)構(gòu)、基本工作原理及它的四種工作運(yùn)行模式。 （3）對(duì)TCSC進(jìn)行了各種特性的分析與介紹，總結(jié)分析了TCSC的等效阻抗特性，穩(wěn)暫態(tài)特性，諧波特性。 （4）為了進(jìn)一步傳達(dá)TCSC的應(yīng)用情況，在MATLAB中搭建了仿真應(yīng)用模型，其中一部分分析了TCSC的通常工作模式，一部分對(duì)TCSC應(yīng)用于長(zhǎng)距離輸電的功率情況進(jìn)行建模仿真并分析。本文中主要研究了可控串補(bǔ)的特性，利用MATLAB構(gòu)造應(yīng)用模型,本文沒(méi)有對(duì)各種特性尤其是暫態(tài)情況下的故障進(jìn)行仿真分析，另外TCSC裝置內(nèi)部并聯(lián)電阻器MOV對(duì)系統(tǒng)的影響也沒(méi)有研究涉及，接下來(lái)可以進(jìn)行故障仿真工作，來(lái)研究對(duì)于應(yīng)用TCSC裝置的輸電系統(tǒng)的故