晶闸管控制串联电容器应用于弹性交流输电系统的稳定度分析

作者：任磊李媛媛时间：2015-12-28 来源：电子产品世界收藏

编者按：弹性交流输电系统设备，如晶闸管控制串联电容器(TCSC)、制动电阻、并联电容电抗与静态移相器被用来动态调整网络配置，以提高系统的静态特性和暂态稳定度。现代电力系统庞大而复杂，扰动常改变电网结构并导致非线性响应。本文采用晶闸管控制串联电容器提高电力系统动态稳定度，晶闸管控制串联电容器的阻抗由辅助进相-迟相控制器根据发电机速度偏差进行调整，辅助控制器参数由基于模态控制理论的极点指定法来确定。针对指定的操作点设计控制器，探讨系统在不同加载条件下，不同功率因数，端电压下的闭环特征值灵敏度。并对具有辅助进相-迟相控

　　针对特定操作点设计的控制器，讨论控制器的适应性和适用范围，针对系统在不同发电机输出功率、端电压、功率因数的低频振荡模式与发电机特征值分别列于表2-表4。由表2可以看出，低频振荡模式因发电机负载增加而造成阻尼降低。另外由表3可以看出端电压越高时，系统的阻尼越好。由表4可以看出未加入TCSC前，发电机低频振荡模式随功率因数的增加而阻尼变差;加入TCSC后，发电机特征值特性未变，低频振荡模式则随功率因数的增加阻尼变得更好。

本文引用地址：//m.amcfsurvey.com/article/284994.htm

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4 时域模拟分析

　　特征值分析是在指定的操作点，对非线性系统作线性化后，分析其特征值稳定度，适合于小信号稳定度分析。由于电力系统有很多限制器和饱和现象，如励磁机、TCSC等，所以需利用非线性微分方程作时域计算机模拟，以验证TCSC与系统动态特性是否与特征值分析结果一致。

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　　首先，机组在0.2 s时，突然有0.1 pu的机械转矩加入，持续100ms后恢复，未加TCSC前的动态响应如图6所示，系统状态不稳定;加入TCSC与设计的进相-迟相控制器后，系统的动态响应如图7所示，并于未加TCSC的动态响应进行对比，可以看出TCSC能够抑制机电模式低频振荡的效果。相反图8、图9为机组在0.2s时，突然降低0.1pu的机械转矩，持续100 ms后恢复，未加TCSC与加入TCSC与控制器后的系统动态响应图。可知不论机组在加速或减速扰动下，TCSC结合控制器均能有效抑制系统的低频振荡，提高系统的稳定度。

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　　另一种状态下，输电线路2发生断线扰动，输电线路2在0.2 s时并联的双线中的一条线跳脱，持续100 ms后恢复，未加TCSC前的动态响应如图10所示，系统状态不稳定;加入TCSC与设计的进相-迟相控制器后，系统的动态响应如图11所示，可认为TCSC抑制了机电模式的低频振荡效果。

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　　特征值分析与动态模拟结果表明：TCSC在稳态下，可降低传输线阻抗，提高传输线的功率输送量。加入适当的控制器和适当的控制法则后，TCSC不仅能提高电能输送量，还能提高系统的稳定度。从动态模拟中可看出，虽然TCSC的阻抗变动在动态下存在上下限值，但仍可有效抑制低频振荡。

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5 结论

　　本文研究TCSC对电力系统中低频振荡的抑制及对电力系统稳定度的提高。TCSC结构选择适当的模型，并将其加入电力系统模型中，由特征值分析与非线性动态模拟可知：TCSC不仅可以降低输电线路阻抗，提高输电线容量，加入适当的控制器可有效抑制电力系统低频振荡，提高系统稳定度。

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　　根据本研究获得的初步结论，后续的研究应对多机电力系统中，TCSC装设的位置与效果，以及容量和位置等关系进行研究。除此之外，研究多机电力系统中，TCSC的控制法则，包括选择反馈信号与控制器形态，将TCSC研究成果应用于电力系统，为TCSC用于弹性交流输电系统奠定理论基础。

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　　附录：系统参数

　　(1) 发电机和输电线路

　　M_G=6.44 D_G=1.5 R_A=0.0

　　X_d=1.93 X_q=1.74 X’_d=0.47

　　X’_q=0.47 T’_d0=6.66 T’_q0=0.44

　　R_e=0.0 X_L1=0.8 X_L2=0.8

　　励磁机和调压器

　　K_A=400 T_A=0.02 K_EX=1.0

　　T_EX=1.0 K_F=0.06 T_F=1.0

　　A_EX=0.098 B_EX=0.553

　　V_Rmax=7.3pu V_Rmin=-7.3pu

　　(2)晶闸管控制串联电容器

　　X_r=-0.1pu T_T=0.015s

　　X_Tmax=0.0pu X_Tmin=-0.2pu

　　(3) 初始操作状态

　　P_G=0.9pu P_F=0.9 X_f=-0.1

参考文献：

　　[1]N.H. Hingorani. High Power Electronics and Flexible AC Transmission Systems [J]. IEEE Power Eng. Rev., 1998: 3-4

　　[2]N.H. Hingorani. High Power Electronics and Flexible AC Transmission Systems [C]. Presented at international symposium on Electric Energy Conversion in Power Systems, Capri, 1989

　　[3]S.L. Nilsson. Security Aspects of Flexible AC Transmission System Controller Applications [J]. Electric Power Energy System, 1995, 17(3):173-179

　　[4]M.R. Mohan, R.K. Varma. 基于晶闸管的柔性交流输电控制装置 [M]. 徐政, 译. 北京: 机械工业出版社, 2005

　　[5]栗时平, 刘桂英. 静止无功功率补偿技术 [M]. 北京: 中国电力出版社, 2006

　　[6]何大愚. 柔性交流输电技术和用户电力技术的新发展 [J]. 电力系统自动化, 1999

　　[7]程汉湘. 柔性交流输电系统 [M]. 北京: 机械工业出版社, 2009, 229-230

本文来源于中国科技期刊《电子产品世界》2016年第1期第54页，欢迎您写论文时引用，并注明出处。