TCSC在系统故障时对负载电压和功率的影响

《新型输电系统》课程作业题目:TCSC在系统故障时对负载电压和功率的影响姓名:学号：学院:专业:任课教师：2014年6月摘要柔性交流输电系统(FACTS)已经成为各国电力界研究的热点，可控串联电容补偿(TCSC)是FACTS家族中的重要成员，研究TCSC对电力系统的作用是很有必要的。本次仿真利用Matlab/Simulink建立三相电力系统模型，并接入TCSC模块。在Simulink环境下，对三相电力系统进行暂态仿真，设置系统发生各种短路故障，并将含有TCSC和不含TCSC时的负载电压和功率波形进行比较，得出TCSC能够增强系统稳定性的结论。仿真结果表明，TCSC具有潮流控制、阻尼线路功率振荡、提高电力系统暂态稳定等多种功能。关键词：TCSC；柔性交流输电系统；短路故障；稳定性1TCSC的工作原理ThyristorControlledSeriesCompensation晶闸管控制串联电容器补偿技术，是可控串联补偿技术的实现方案之一，也是最为成熟和使用最广的可控串联补偿实现方案。TCSC能成为迄今为止最有吸引力的FACTS控制器的一个重要原因在于：TCSC有着非常简单的主电路结构，可以直接串接于输电线路中而无需高压变压器设备。TCSC主电路图如下所示：图1-1TCSC主电路图TCSC主要由以下几个部分组成：串联电容器C、反向并联的晶闸管模块、晶闸管控制电抗器L、氧化锌避雷器和保护用旁路断路器。TCSC的静态特性与具有可变电抗的并联LC电路相似。当LCII,即CLXX时，线路电流与电容电流同相位，CU滞后线路电流90，并联阻抗呈容性。电容电流由两部分组成，一是线路电流，一是分路电流。因此在电容两端产生的电压，要比只有线路电流流过电容时的电压高。分路电流越大，电容电压也越高，也就是说并联后的等效容抗变大了。但当LCII时，线路电流与分路电流同相位，CU领先于线路电流90°，并联阻抗呈感性。如果在分路电抗中串联一个晶闸管开关，对电抗进行相控，当改变晶闸管的触发角时，就可改变分路电抗的电流，也就等于改变并联阻抗的大小与性质。因此只要对晶闸管导通角进行精确控制，就可以对TCSC的等值电抗快速、连续、平滑地调节，从而为系统提供可控串联补偿。2TCSC模型的建立（1）单相TCSC模型的建立Matlab/Simulink中没有提供TCSC的模型，但可以使用元器件搭建TCSC模块，并封装成子系统。TCSC子系统中包含一个串联接入系统的固定电容器和一个与之并联的晶闸管控制的电感支路，模型如图2-1所示：图2-1单相TCSC模型其中反向并联晶闸管子系统的结构如图2-2所示，图2-2反向并联晶闸管模型系统中的输入端g1和g2，分别为晶闸管的门极触发信号，通过控制门极触发信号可以达到控制晶闸管触发角的目的。TCSC模块的参数设置如下：FC2.119，mHL0.14,晶闸管电阻为09.0tR，导通电压VVt8.0。（2）三相TCSC模型的建立三相TCSC由三个并列的单相TCSC组成，并在每相TCSC的电容器的正极引出一个输出端VC+，作为6脉冲同步发生器的输入信号，三相TCSC如图2-3所示。图2-3三相TCSC模型（3）三相TCSC触发器模型的建立TCSC等效阻抗的改变就是通过改变晶闸管的触发角实现的，本文将TCSC的电容两端电压CU作为触发同步信号。模型仿真的是三相电力系统，每相均串联接入一个TCSC模块，每个TCSC模块均接有一对反并联晶闸管，系统中有6个晶闸管，需要六个脉冲触发器。Matlab/Simulink中的附加模块库（ExtraLibrary）中有6脉冲同步发生器（Synchronized6-PulseGenerator），可以作为三相TCSC的触发器，其输入端AB、BC、CA的输入量为三相线电压，alpha-deg的输入量为触发角（单位为度），Block的输入端为阻断接口，其值为0时为触发，非0时为阻断；输出端共包含6个脉冲，每个脉冲相差60。脉冲发生器的输出脉冲分别用来控制6个晶闸管导通，TCSC晶闸管的导通顺序如图2-4所示。图2-4TCSC晶闸管的导通顺序触发器模型如图2-5所示，输出端接上一个信号分解装置Demux，把包含6个触发脉冲的信号分解为6个信号，并按顺序接到各晶闸管的门极上，TCSC与脉冲触发器连接电路如图2-6所示。图2-5晶闸管脉冲发生器模型2-6三相TCSC和触发电路模型3三相电力系统模型的建立实际的电力系统都是三相电路，各种元件都是三相元件，Matlab/Simulink中提供了典型电力系统必须的三相元件。利用单相元件和基本三相元件模型可以组合成三相电力系统的模型。1）三相电源模型在该三相电力系统中三相电源模型由三个相位差120的单相电压源组成，电源内阻为001.0R,mHL05.0;电压源电动势为10.5kV，频率为50Hz，A相相位为0。其模型如图3-1所示：图3-1三相电源模型2）三相变压器模型该电力系统有两个变压器，升压变压器变比为10.5/121，降压变压器变比为121/6.3。为了限制变压器产生的三次谐波，变压器采用Yn，d11型接法。升压变压器的低压侧为一次测，采用三角形连结，高压侧采用星形接地连结；降压变压器的高压侧为一次测，采用星形接地连结，低压侧采用三角形连结。其它参数设置如下图所示：图3-2升压变参数图3-3降压变参数3）三相输电线路模型本电力系统中，线路采用三相分布式导线模型，设置频率为50Hz，相数为三相，参数设置如图3-4所示。4）三相额定负载模型三相负载采用RLC串联负载模型，负载的功率因数为0.85，根据降压变容量设置负载有功功率为P=15*0.85=12.75MW,无功功率Q=15*0.53=7.95Mvar,参数设置如图3-5所示。图3-4三相输电线路参数设置图3-5三相额定负载参数设置5）电力系统故障模型Matlab/Simulink中为三相电力系统提供了短路模型，可仿真各种故障，并能设置故障发生和切除的时间。在系统中加入故障，并设置故障时间为0.2s-0.24s，其它参数设置为默认值。把三相电源封装成子系统，将各元件依次连接起来便组成了三相电力系统，组成的模型如图3-6所示。图3-6不含TCSC的三相电力系统模型设置Alpha模块的值为158.6，Block模块的值为0，则加入TCSC的三相电力系统如图3-7所示。图3-7含TCSC的三相电力系统模型4三相电力系统的暂态仿真1）三相接地故障设置故障类型为三相接地故障，系统仿真时间为1s，仿真算法为ode15s，其它参数使用默认参数。图4-1不加TCSC的负载电压波形图4-2加入TCSC的负载电压波形图4-3不加TCSC的负载功率波形图4-4加入TCSC的负载功率波形2）两相接地故障图4-5不加TCSC的负载电压波形图4-5加入TCSC的负载电压波形图4-7不加TCSC的负载功率波形图4-8加入TCSC的负载功率波形3）两相相间故障图4-9不加TCSC的负载电压波形图4-10加入TCSC的负载电压波形图4-11不加TCSC的负载功率波形图4-12加入TCSC的负载功率波形4）单相接地故障图4-13不加TCSC的负载电压波形图4-14加入TCSC的负载电压波形图4-15不加TCSC的负载功率波形图4-16加入TCSC的负载功率波形通过对各种故障类型的仿真，从负载电压和功率波形可以看出，没有安装TCSC时，故障切除后，系统的功率发生较大振动，负载电压也包含很大的谐波分量，系统发生了功率振荡，不能符合电力系统的运行要求。若在系统中安装了TCSC，仿真开始时，由于晶闸管的触发过程和TCSC电容的突然接入引起一个暂态过程，从仿真波形中可以看出负载功率在一小段时间内逐渐递减，并达到稳定状态。故障切除后，负载电压和功率很快就恢复到原来的稳定状态，大大增强了系统的稳定性。参考文献[1]曹路,李海峰,陈珩,等.可控串联补偿装置器件及数字仿真研究[J].电网技术,2000,24(5):6-9.[2]李国湘.TCSC和UPFC在电力系统应用中的仿真研究[D].天津大学,2005.[3]董燕,朱永胜.基于Matlab的TCSC建模与仿真研究[J].中原工学院学报,2006,17(5):16-19.[4]李宏伟,梁军,贠志浩,等.基于MATLAB的多机电力系统建模与稳定性分析.继电器,2004,32(15):79-84