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动态基频阻抗对距离保护的影响

可控串联电容补偿（TCSC）动态基频阻抗特性对距离保护的影响与固定串联电容补偿（FSC）对距离保护的影响在主要方面是相似的，电压反向及电压互感器、电流互感器位置的选择同样是影响保护性能的关键因素，但电压反向、动态特性的变化、保护范围及动作速度等方面也存在差别。在FSC线路上能运行的距离保护在TCSC线路上仍然能很好地运行。

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。

考虑谐波特性的简化TCSC动态相量法模型

对TCSC进行精确、快速仿真和有效控制,使用基于时变傅里叶级数的动态相量法进行建模。为提高模型精度在推导过程中考虑了电容电压的谐波特性,同时有效解决了动态相量法本身固有的状态空间方程阶数随着计及频率成分增加而迅速增长的问题,使得TCSC的动态特性最终由一个两阶的状态空间方程描述。仿真结果表明,该模型在整个容性工作区域都有较高的精度,即使在接近谐振点的区域,误差也低于1%。通过与时域模型的比较,验证了所提出模型的精确性、有效性和快速性。

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。

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。

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。

含控制器在内电力系统元件的完整结构化模型及其简化(Ⅱ):SVC、TCSC与HVDC建模应用

现代电力系统中的各元件,如发电机与高压直流输电(high voltage direct current,HVDC)、柔性交流输电等电力电子装置,均安装有控制器,当进行区域控制(或进行区域级仿真或分析)时,迫切需要含各元件控制器的完整区域模型。该文系统给出规范化建立静止无功补偿器(static var compensator,SVC)、可控串联电容补偿器(thyristor controlled series capacitor,TCSC)与HVDC元件本身模型、含元件控制器在内的元件完整模型的方法,并给出在保证微分–代数性质、保留隐动态的前提下,降低微分方程阶数与复杂性的元件简化模型,从而得到相对比较简洁的包含SVC、TCSC与HVDC等电力电子装置本身及其控制器在内的区域模型。为实时控制提供合适的区域级模型,采用的控制器(原理上)能基本覆盖当前所应用的传统的线性控制器、复杂的(可解析表达的)非线性控制器,以及神经网络逆控制那样的非解析控制器。最后还对建立的简化模型与完整模型进行仿真试验对比,验证了简化方法的有效性。

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。

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。

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。

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。

TCSC装置的动态特性及其控制策略研究

建立了ＴＣＳＣ单元的动态仿真程序，其中包括调节控制系统的环节，通过仿真计算可以得到其稳态和动态基本特性。分析表明ＴＣＳＣ在分相控制方式及等间隔触发方式下具有不同的动态性能，并提出了新的等间隔触发控制策略，仿真表明其改善了动态性能。

TCSC次同步频率阻抗特性及其抑制SSR的参数设计

正确分析TCSC次同步频率阻抗特性是研究TCSC抑制次同步谐振(SSR)能力以及进行TCSC参数设计的重要基础。基于对TCSC次同步频率阻抗模型的研究,绘制了三维频率阻抗图,分析了TCSC次同步频率阻抗特性,特别提出了次同步谐振导通角的概念。基于内蒙古上都电厂串补输电线路模型,在满足工频基波阻抗调节特性的前提下,根据次同步频率阻抗特性研究了考虑TCSC自然抑制SSR时其主电路参数的设计原则。通过对上述系统各模态频率阻抗特性的综合分析,讨论了TCSC控制参数的选择方法。仿真结果证实了次同步频率阻抗特性分析结果的正确性。

特高压输电线路用新型TCSC方案及其控制策略研究

为了在1 000 kV特高压输电线路或有较大额定电流的750 kV输电线路上加装可控串补(thyristor controlledseries compensation,TCSC),解决目前TCSC中所需晶闸管阀通流能力不足的问题,提出了一种基于双阀控电抗器(thyristor controlled reactance,TCR)支路并联的TCSC实现方案,并对其控制策略进行了研究。通过对幅值相等控制策略下双TCR支路TCSC进行数学建模,设计了相应的阻抗控制环节和幅值相等控制环节,实现了相应的控制目标。仿真结果表明,提出的TCSC实现方案及其控制策略可行,适用于工程应用。

TCSC对电力系统次同步谐振的影响

以IEEE次同步谐振第1标准模型为研究对象,采用扫频和时域仿真相结合的复转矩系数法,从系统阻尼特性的角度分析了系统发生SSR的危险性,并用时域仿真法验证了该方法的正确性。在系统中加入TCSC,通过对电气阻尼特性的深入研究,发现在一定的条件下,TCSC使系统的电气谐振点发生了偏移,从而破坏系统发生SSR的条件;但是TCSC运行在较小导通角时,可能引起系统负阻尼频带加宽的现象,从而引起系统的次同步振荡,并通过时域仿真验证了该现象的危险性。讨论了TCSC的参数设计原则,使TCSC能够最大限度地提高对SSR的抑制能力。

TCSC与FSC抑制次同步谐振容量配比选择

基于IEEE次同步谐振第1标准测试系统,利用时域仿真实现的复转矩系数法——测试信号法,测试所研究系统的电气阻尼。在PSCAD/EMTDC中搭建晶闸管控制串联电容器TCSC(thyristor controlled series capacitor)模型,从系统电气阻尼特性角度来分析系统发生次同步谐振SSR(sub-synchronous resonance)的可能性。探讨固定串补单位容量成本函数,根据成本费用公式研究可控串补与固定串补容量的最优配比,仿真结果表明:在可控串补与固定串补FSC(fixed series capacitor)容量比为1∶10的情况下,系统在大扰动下仍然能够保持稳定,只是恢复到稳态时间相对变长,但却节省更多投资,更加经济。

基于新型仿真工具的TCSC建模及仿真研究

本文基于一种新型电力系统仿真工具箱(PSAT),对电力系统中可控串联补偿电容器进行了动态建模,设计了多变量PID控制器来完成TCSC的多目标控制。结合IEEE14节点测试系统实例进行时域仿真,结果表明TCSC能有效提高系统的暂态稳定性,且该仿真方法应用MATLAB开发环境下的PSAT新型仿真工具箱来完成,具有设计简洁、高效的特点。

计及风电不确定性和TCSC功率调节作用的最优潮流研究

风电并网不仅改变网络中功率的分布,而且风电的不确定性增加了调度的难度,晶闸管控制串联电容器(TCSC)可以改变线路等值参数,从而控制潮流的分布,改善风电并网对网络功率分布的影响。因此有必要建立计及风电不确定性和TCSC调节作用的最优潮流(OPF)模型。模型分为预优化和实时优化两个阶段,预优化阶段通过风速预测、风速-风功率转换,得到以1 h为周期的24 h风电场出力计划。实时优化阶段采用场景描述风电不确定性,在各个场景下通过调节TCSC参数来控制网络中功率的分布,以实现网损最小为目标。利用IEEE30节点系统进行算例分析,结果表明,模型可以改善风电不确定性对电网运行的影响,并且提高系统的经济性。