TCSC抑制次同步谐振的机理研究及其参数设计

正确地分析TCSC频率阻抗特性是评价TCSC抑制SSR能力的基础。该文给出了考虑导通角变化的三维频率阻抗图,该图清晰地表明:当目标导通角小于临界导通角时,TCSC低频阻抗特性存在一个容性曲面,只有越过临界导通角后低频视在阻抗才表现为感性。基于IEEE第一基准模型的数字仿真分析验证了频率阻抗计算方法和结果的正确性,深入阐明了TCSC抑制SSR的物理机理以及要实现完全抑制SSR需满足的工作条件。在此基础上还讨论了TCSC主电路的参数设计原则,使得TCSC不仅能满足工频基波阻抗调节特性的要求,而且能最大限度地提高对SSR的抑制能力。

TCSC及其主动阻尼控制对次同步谐振的抑制

可控串联电容补偿(thyristor controlled series capacitor,TCSC)能够控制串联电容器与汽轮发电机轴系之间的能量交换,抑制系统中的次同步分量,从而避免发生次同步谐振的风险。对TCSC抑制次同步谐振(sub-synchronous resonance,SSR)的2种不同方法,即自然抑制和主动抑制,进行了分析和对比,设计了次同步阻尼控制器,研究了TCSC在不同触发角下及附加了阻尼控制器的主动抑制下对次同步谐振抑制的效果,通过PSCAD/EMTDC对这些方法进行时域仿真发现,2种方法均能有效抑制SSR,而主动抑制的效果更好一些。

计及广域测量系统时滞影响的TCSC控制器设计

在广域电力系统的环境下,基于相量测量单元技术的广域测量系统将引入不可忽略的时滞,这将对基于广域测量系统测量信号的广域控制器带来影响,从而对电力系统的动态特性产生重大的影响。分析了广域测量系统的通信延迟时间对可控串联电容补偿器(TCSC)非线性控制器稳定特性的影响,基于线性矩阵不等式理论设计了TCSC控制器以提高电力系统对时滞的不敏感性,线性和非线性时域仿真结果验证了所设计的TCSC控制器的有效性。

TCSC-STATCOM控制对风电并网系统电压稳定性的改善

针对风电并网系统中存在电压稳定性问题,提出一种可控串联补偿装置和静止同步补偿器联合控制的方法。该方法应用于风电并网系统中,采用静止同步补偿器双闭环反馈控制和可控串联补偿装置相结合的方法来保证系统在运行过程中有足够的无功功率来维持其正常工作。同时在Matlab/Simulink仿真软件中建立相应的仿真模型。通过对在不同工况下运行的算例波形进行研究分析,结果表明TCSC和STATCOM联合控制能有效快速恢复故障后风电并网处电压,提高电压的稳定性及风电场的故障穿越能力。且比TCSC或STATCOM单独控制所取得的效果更好。

基于电容电压同步下TCSC暂态特性的数学描述

当选择电容电压作为同步信号时 ,可控串被 (TCSC)的暂态过程会出现明显的超调和振荡 ,对于这一现象 ,前人还从未给出相应的机理解释。该文以晶闸管导通角为建模对象 ,采用拓扑建模法建立了能描述电容电压同步下TCSC暂态特性变化规律的二阶差分数学模型。借助该模型可分析影响暂态过程的相关因素 ,进而从本质上揭示了电容电压同步下TCSC的暂态机理。数字仿真结果验证了所建模型的正确性。

TCSC次同步谐振附加阻尼控制器

针对晶闸管控制的串联补偿电容器(TCSC)无法彻底消除系统次同步谐振(SSR)的问题,基于相位补偿原理设计了TCSC的附加阻尼控制器。通过对发电机转速差信号进行适当的放大和移相,产生附加控制信号来调节TCSC的触发角,使TCSC能够在整个次同步频段提供正的电气阻尼来抑制次同步谐振。基于IEEE SSR第一标准测试系统的频域和时域仿真表明,所设计的TCSC附加控制器能够有效抑制SSR。

TCSC对抑制次同步谐振的机理分析

对具有可控串联电容补偿的电力系统，提出了一种直接计算可控串补对次同步频率分量所反映出的等值阻抗的算法。基于该计算原理，对可控串补具有正等值电阻这一特性给出了详细的机理解释。

基于本地测量信号的TCSC抑制次同步振荡附加控制

越来越多的柔性交流输电系统(FACTS)装置应用于电网,成为可能的次同步振荡激发源,严重的次同步振荡将直接导致大型汽轮发电机组转子轴系的严重破坏,危及电力系统的安全运行。为了有效抑制次同步振荡,文中设计了基于测量阻抗提升系数(本地测量信号)的可控串联补偿(TCSC)控制次同步振荡方法,并通过建立包含火电机组的TCSC系统仿真模型,对该方法的有效性进行了验证。由仿真结果可知,与采用转速偏差信号的附加控制方式相比,所提出的控制方法具有同样的抑制效果,并且简单、容易实现,更有利于电网应用。

用于提高输电能力的TCSC选址和定容方案

支路传输功率、节点电压等的越限是制约系统输电能力提高的重要因素,为此文章采用连续潮流模型,在临界运行点推导了输电能力对支路电抗灵敏度的数学表达式,提出根据此灵敏度排序结果确定可控串联补偿器(thyristor controlled series capacitor,TCSC)安装地点的新方法。该方法中,TCSC安装位置确定以后,将安装TCSC之前发生越界的不等式约束在其边界值处用等式形式表示出来,并设定为已知条件,将TCSC对其所要安装支路的补偿度设定为一个新的未知量,扩展常规潮流方程,以求取扩展潮流不匹配函数的最小值为目标,计算支路的最优补偿度。对IEEE30节点和IEEE118节点系统的仿真计算结果表明该文所提出的选址和定容方法是有效的。

TCSC阻尼系统低频振荡的控制策略分析

在建立含可控硅串联补偿装置（TCSC）的电力系统线性化数学模型的基础上，提出了TCSC在系统中最佳位置的选择方法，并对可控串补控制系统分别采用全状态反馈控制、线性二次型最优控制和输出反馈最优控制时阻尼系统低频振荡的作用进行了分析，证明了TCSC采用线性控制方法可以提高系统的稳定性。最后以三机系统为例，利用频域仿真计算验证了所讨论的三种控制方法抑制系统低频振荡的有效性。

基于最优变目标策略的TCSC与励磁系统协调控制

发电机励磁系统以及可控串联电容补偿器(thyristor-controlled series capacitor,TCSC)对远距离输电系统的稳定性影响很大。基于最优变目标控制(optimal variable aim control,OVAC)理论,提出了TCSC与励磁系统协调控制的方法。首先针对含有TCSC的单机无穷大系统的非线性模型,建立了状态空间方程;然后利用最优变目标控制理论推导出了TCSC与励磁系统的协调控制规律;最后利用算例进行了仿真验证。仿真结果表明,该策略提高了系统阻尼,有效地抑制了系统的功率振荡,改善了系统的稳定性。

TCSC功率振荡阻尼控制器的设计

提出了一种基于测试信号法的TCSC功率振荡阻尼(POD)控制器的设计方法,避免了计算量庞大的状态矩阵特征值计算。该方法由3步组成:第1步,利用测试信号法辨识出电力系统的区域间振荡模式和设计POD控制器所需要的信息;第2步,比较不同输入信号的留数比来选择POD控制器的各个备选输入信号;第3步,用补偿留数相位的方法对POD控制器参数进行整定。通过比较POD控制器安装前后低频振荡阻尼比的变化和时域仿真说明了该设计方法的有效性,且适用于大规模电力系统。

电抗器品质因数对TCSC特性的影响及阻抗特性的双解现象

可控串联电容器(TCSC)装置的晶闸管控制支路电抗器(TCR)品质因数只能是有限值,该文通过时域数字仿真分析了这一参数对TCSC稳态阻抗特性的影响。仿真分析结果表明在电抗器品质因数有限的情况下,TCSC等效阻抗特性的谐振点相对理想情况会出现偏移;同时,在容性运行区间,对于同样的触发角指令,Q值越小,TCSC的等效基频电抗也越小,而在感性运行区间,情况则刚好相反。这种影响在感性和容性运行区间还因TCSC同步触发控制方式不同而存在较大的差异。当以电容电压过零点为同步触发参考时标时,触发角指令与等效阻抗之间是单值对应关系,而以线路电流为同步触发参考时标时,触发角指令与等效阻抗之间是双值对应关系,即所谓的双解阻抗特性。文章进一步研究了线电流同步方式下TCSC等效基频阻抗呈现双解的现象,指出产生该现象的根本原因是采用了不同的触发参考时标。TCSC等效基频阻抗特性的双解现象实际上是在以线路电流过零点为触发参考时标时TCSC表现出的一种特殊运行特性。它与以电容电压同步触发参考时标的阻抗特性之间具有确定的对应关系。在两种不同的触发时标下,通过详细时域仿真验证了上述结论。

可控串补(TCSC)模式切换控制策略的动模实验研究

基于模块化动模实验平台,提出了一套可控串联补偿(TCSC)模式切换控制策略。动模实验证实了通过简单改变触发角TCSC的模式切换无法实现;分析了电抗器支路不同品质因数对硬件旁路切换的影响,通过串加小电阻的方法改进TCSC主回路接线以有利于模式切换的实现。采用线路电流与晶闸管支路电流同向触发的方法实现由容性运行模式到Bypass的切换。动模实验结果表明,提出的模式切换策略能使切换过程平稳迅速,且动态特性良好。

TCSC优化配置提高可用输电能力的研究

针对如何确定可控串联电容器(Thyristor Controlled Series Capacitor,TCSC)的安装位置和容量,以最大限度地提高系统可用输电能力(Available transfer capability,ATC),建立了用于提高输电能力的TCSC优化配置数学模型,对免疫算法中抗体按亲和度的排序法进行了改进,使抗体种群向补偿量减小的方向进化,可以节省补偿容量。利用改进后的免疫算法对模型进行求解,该方法能够同时确定TCSC的最佳安装地点和最优补偿度,且对加装多个TCSC时的情况也同样适用。最后对IEEE30节点系统进行计算,并应用逐条支路安装测试的方法对结果加以验证,表明所提方法是合理且有效的。

含TCSC的电力系统次同步谐振的复转矩系数分析法

经推理证明，对于采用固定串联电容补偿的电力系统，如果对发电机转子角度施加一微小正弦扰动，则按系统线性化方程求得的电磁转矩稳态增量的正弦和余弦分量的幅值分别与电气弹性系数和电气阻尼系数成正比，从而提出了一种计算复转矩系数的微小扰动稳态响应算法。然后将这种算法推广到采用晶闸管控制的串联电容补偿电力系统的次同步谐振分析中，给出了具体的计算公式和步骤。采用ＩＥＥＥ典型系统进行计算，所得结果与采用ＥＭＴＰ时域仿真的结果相吻合。

LR攻击和TCSC接入对电力系统可靠性的影响分析

作为一种特殊的网络攻击形式,负荷重分配LR(load redistribution)攻击受到了越来越多的关注,同时可控串联补偿器TCSC(thyristor controlled series compensation)在实际电网中得到了广泛的应用。为此,研究了LR攻击和TCSC接入对电力系统运行可靠性的影响。分析了LR攻击的作用原理,建立了考虑LR攻击和TCSC接入的系统负荷削减双层优化模型;提出了基于非序贯蒙特卡洛模拟的考虑LR攻击和TCSC接入的可靠性评估算法,并定义了反映LR攻击严重程度的评价指标。以IEEE RTS79修改系统为例进行了算例分析,算例结果验证了提出的负荷削减模型和可靠性评估算法的正确性。

多机系统中可控串补(TCSC)抑制功率振荡的研究

以实际多机系统为对象,深入研究了可控串补抑制功率振荡的规律。在互联系统中,可控串补应该按照区间主振荡模式控制,当等效惯性中心间转速差为正时容抗值为最大值,转速差为负时容抗值为最小值,这样可以在最小时间内阻尼功率振荡。在长距离输电系统中,抑制功率振荡应该按照主振荡模式控制。

TCSC对发电机组次同步谐振阻尼特性影响研究

采用基于时域仿真实现的复转矩系数法—测试信号法研究了含有可控串补(TCSC)的电力系统中的次同步谐振(SSR)阻尼特性。采用 IEEE SSR第一标准测试系统模型,将其中部分固定串补电容改造为 TCSC。TCSC采用3种闭环控制方式如恒电流、恒功率及阻尼功率振荡控制。通过频率扫描计算出发电机组在次同步频率范围内的电气阻尼特性曲线,分别研究了开环控制和3 种不同闭环控制方式下 TCSC导通角对电气阻尼特性的影响。结果表明,不论在何种控制方式下,相对于固定电容串补,TCSC都能大大减小谐振点附近的电气负阻尼;TCSC的导通角对阻尼特性有很大影响,TCSC运行在较大导通角时可有效减小谐振点附近的电气负阻尼。

SEDC与TCSC联合抑制次同步振荡的研究

可控串联补偿(TCSC)工作在调节模式时,可以连续调节线路串补度,从而改变次同步振荡的条件;此外,TCSC所产生的谐波频带非常宽,足以使次同步频率的信号通过,在某些情况下可能激发次同步振荡。因此,当系统中包含TCSC时,次同步振荡问题的研究尤为复杂。本文提出使用附加励磁阻尼控制器(SEDC)与TCSC联合运行抑制次同步振荡,分析了TCSC不同运行状态对次同步振荡产生的影响,针对TCSC的运行特性,分段设计了两组SEDC参数,并模拟实现了SEDC参数间的切换。结果表明:通过切换控制参数,SEDC获得了更好的鲁棒性,TCSC的安全运行范围大大增加。