TCSC的基频阻抗特性分析与仿真

TCSC的基频阻抗特性分析与仿真0.引言串联补偿在电力系统中的应用历史非常悠久,最早可以追溯到1928年前后,纽约电网33kv系统曾采用串联电容补偿来实现潮流均衡;1950年,在瑞典的一个23OkV电网中首次应用串联补偿装置来提高输电系统的传输能力。此后,串联电容补偿成为远距离输电中增大传输容量和提高稳定性的重要手段而得到大力的发展和广泛的应用。采用串联补偿可以改变传输线的等效阻抗或在线路中串入补偿电压,方便地调节系统的有功无功潮流,从而有效地控制电力系统的电压水平和功率平衡。因此,在线路上采用串联补偿能更好地实现潮流控制,提高系统的电压稳定性、暂态稳定性和振荡稳定性,抑制次同步谐振。在考虑远距离、大容量输电经济性的时候,采取串联电容补偿策略往往是必然选择。而TCSC常被用于抑制由串补电容引起的系统次同步振荡,它所产生的无功功率,随着线路负荷增加而增加且可以在负荷变化的全范围内进行调节;线路传输相同的功率,串联补偿较并联补偿而言,所需的无功功率增量要小;就抑制次同步振荡而言,TCSC具有较大优势。输电线路接入串联电容补偿可以抵消部分线路电感,等效缩短线路电气距离,相当于为负载提供一个电压特性“很硬”的电压源。1.TCSC的结构晶闸管控制串联电容器基本的、概念性的TCSC模块由一个容抗固定的电容器与一个晶闸管控制的电抗器并联而成。。TCSC补偿方案的基本思路是通过改变晶闸管的触发角来调节并联支路的等效电感,进而达到控制TCSC等效阻抗的目的。图1TCSC主要由四个元器件组成:电力电容器C,旁路电感L,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,旁路断路器等金属氧化物可变电阻器(MOV),本质上为一个非线性电阻器,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。跨接在电容器上的还有一个断路器CB,用以控制电容器是否接入线路。2.TCSC的运行原理TCSC通过对触发脉冲的控制,改变晶闸管的触发角a,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。对TCSC功能的理解可以通过分析一个由固定电容器(C)和可变电抗器(L)相并联的电路的行为来获得,如图所示图2该LC并联电路的等效阻抗Ze。可以表达为:1()||()1ZeqjwCjwLjwCwL如果wc一(l/wL)o,则表示固定电容器FC的电抗值比与之并联的可变电抗器(L)的电抗值小,整个并联电路呈现为可变的容性电抗。并且这个电抗器的作用使得整个LC并联电路的等效容性电抗比FC本身的容性电抗值大。如果wC一(l/wL)=o,会产生谐振,导致一个无穷大的容性阻抗。如果wC一(l/wL)0,则表示LC并联电路的等效电感值大于固定电抗器本身的值,这种情况对应于TCSC运行方式中的感性微调模式。当TCSC处于可变电容模式下时,随着可变电抗器感性电抗的增加,等效的容电抗逐渐减小。等效容性电抗的最小值在感性电抗取无穷大时达到,也就是当可变电抗器开路时达到,即等于FC本身的电抗值。3.稳态基频阻抗特性的仿真3.1TCSC的基频等效阻抗公式TCSC在电力系统中能起到上述控制作用,主要是通过迅速改变其基频等效阻抗的大小和性质来实现的。图3.1可控串补等值阻的分析电路由于TCSC是串联在线路中，应以电流源作为激励当激励为电流源时:222221(2sin2)4cos[tan()tan]csc(1)kkkkXtwCdxwCk式中：0wkw01wLC按照以电流源作为激励得到的基频稳态等效阻抗公式,在MATLAB中仿真,得到TCSC电抗随触发角α的变化特性曲线如图所示。由图可见,在电路参数(L、C等)确定后,TCSC的稳态基波阻抗仅取决于TCR支路的触发角α,通过动态改变触发角,即可达到调节串联补偿阻抗的目的。在谐振点处,TCSC呈现为一个非常大的阻抗,并导致很大的电压降落,通过在触发角上设置制值以避开谐振区域。图3.1K=2.35时电抗随触发角的变化情况k值是TCSC装置的结构参数,通过选择合适的k值,在90a180的范围内,可以使谐振点仅出现一次。否则产生两个谐振点,会使工作区域变小。当k值选择不恰当时产生了两个稳定状态谐振点。k的取值范围为2.5一3.0之间。一般当k3后,就会出现多于一个的谐振点。图3.2k=4.10时TCSC电抗随触发角的变化特性4.小结（1）确定TCSC的主电路特征参数K值一般遵循以下四个原则:使①的值在2.2~2.7)范围内较合适;②在触发角90°~180°范围内只能出现一个谐振点，不能出现多个谐振点;③谐振点对应的触发角在90°~180°稍偏右的位置，即在135°~180范围内;④在触发角90°~180°范围内只能出现一个容性区和感性区，以便于调节和控制。（2）通过改变触发角即改变微调模式发现:TCSC之所以大部分时间工作在容性区域,是因为在该工作区域内工作相比在感性工作区域内更加稳定,可靠;电感电容比对于TCSC的运行有非常重大的影响。若比值过低,如电感值较低时,TCR电路电流和TCSC电压可能发生巨变,影响工作的稳定性。（3）通过各种触发角下的电气量变化情况的对比发现:电感电容比影响TCSC的工作模式比值越高,容性工作区域越大,同时TCR电路的导通时间相应延长。这个结论也是之后TCSC抑制SSO策略提供了重要的思路之一。参考文献[1]谢小荣,姜齐荣等.柔性交流输电系统的原理与应用.北京:清华大学出版社,2006.9[2]黄振华,陈建业.可控串补(TCSC)技术的应用进展.国际电力,2005,9(3):57一62.[3]郭剑波,陈晓伦.可控串补技术及国产化示范工程.国际电力,2005,9(2):54一57.[4]赵学强,陈陈.晶闸管控制地串联电容补偿回路分析[J].上海交通大学学报,1998,32(1):91-96.[5]韩彦华,李唬,施围.可控串补等值阻抗的计算方法研究.电工技术学报,2003,18(1):96一99.[6]徐政.可控串联补偿装置的稳态特性分析.电力电子技术,1998,(2):32一35[7]余江,段献忠,王为国,尹项根,何仰赞.TCSC的动态基频阻抗特性分析,电力系统自动化,1999,23(14):21一23[8]A11re2aD,GoleAM.FrequeneyresponseofthethyristoreontrolledserieseaPaeitor.IEEETrans.onPD,2001,16(1):53一58