计及TCSC的电压稳定性灵敏度指标计算

鉴于电力系统中日益出现的动态无功不足而导致的电压稳定性问题,基于潮流计算法,将可控串联补偿装置(thyristor controlled series compensator,TCSC)的稳态模型加入到潮流方程中,推导出带有TCSC的雅可比矩阵,并将其用于计算电压稳定性灵敏度。在此基础上,用灵敏度指标对比计算和分析了TCSC安装前后整个系统和TCSC安装节点的电压稳定性,结果表明,安装TCSC后的电压稳定性灵敏度指标有较大改善。运用电力系统分析工具PSAT1.3.4对WSCC-3机9节点系统进行仿真,结果再次验证了文中方法的正确性、有效性和可行性。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

用于TCSC阻抗控制的免疫反馈PID控制方法

分析了常规PID控制应用于可控串补(TCSC)的阻抗控制时在TCSC的命令阻抗从不同阻抗阶跃到同一阻抗的情况下其鲁棒性差的原因,借鉴生物免疫系统的免疫响应调节机理,提出了一种用于TCSC阻抗控制的免疫反馈PID控制方法,该方法不改变传统PID控制器的结构,其中的免疫反馈响应速度可通过调整控制系统自身的参数进行调节,因而具有较强的实用性。免疫反馈PID控制与常规PID控制的仿真比较结果证明,文中提出的控制方法在响应各种阻抗阶跃命令时具有较小的超调量和较快的响应速度,并能快速消除偏差,具有良好的动态和静态性能,能满足实际工程的要求。

TCSC自适应Terminal滑模稳定控制器设计

该文设计了一种TCSC自适应Terminal滑模稳定控制器,以提高互联电力系统的稳定性。文中建立了含TCSC的两机电力系统的数学模型;控制器设计应用了Terminal滑模控制理论,使误差能够快速收敛,从而取得良好的控制效果;设计中考虑了阻尼参数的不确定以及外扰动的影响;利用MATLAB进行了两机系统的仿真。仿真结果表明,所设计的TCSC自适应Terminal稳定控制器能够快速阻尼功率振荡,提高互联电力系统的稳定性,且效果优于基于逆推法设计的TCSC稳定控制器。

TCSC阻抗双解现象的机理研究

TCDC是靠调整触发角来获得需要的命令阻抗,因此命令阻抗与触发角的关系尤为重要,以往对TCSC阻抗双解研究局限于讨论电抗器品质因数的影响,该文讨论了考虑晶闸管导通特性和电抗器支路品质因数影响时TCSC的阻抗特性,文中通过相量图分析发现,即使在品质因数不变的情况下,随着晶闸管导通电流的增大,电容电压过零点与线路电流过零点之间的相位差也会逐渐减小,引起晶闸管实际导通幅度和宽度的减小;指出了造成TCSC双解现象的根本原因是晶闸管的导通受阻,其受阻程度由电抗器支路的电流和等效品质因数2个因素决定:线路电流同步方式下晶闸管导通电流的幅度和宽度均受阻;而电容电压同步下,晶闸管导通电流只有幅度受阻,因此阻抗双解现象在线路电流同步方式下更容易出现。数字仿真和动模实验结果分别验证了阻抗双解现象的存在。

基于能量函数及PID算法的TCSC控制策略

可控串联补偿TCSC可以连续调节输电线路的阻抗、阻尼系统的振荡,提高系统暂态稳定性。首先,采用暂态能量函数TEF值对系统稳定性进行量化,推导出仅含支路信息的TEF对时间的导数表达式,以导数值最小为目标,制定系统中支路的TCSC装置控制策略。在此基础上,加入PID连续控制方式,提高TCSC的控制精度,精准调节TCSC对线路电抗的补偿值达到控制策略所得阻抗值。最后,在单机无穷大系统上进行仿真验证。结果表明:提高TCSC控制精度能够有效避免系统在大扰动后发电机首摆失稳,并能提高振荡收敛速度。推广至多机系统,仿真结果表明:该控制策略同样具有优越性。

用于TCSC阻抗控制的积分投切式PID控制方法

可控串补(TCSC)的阻抗控制是整个串补装置成功与否的关键。文中分析了常规比例积分微分(PID)控制在命令阻抗从不同阻抗阶跃到同一阻抗时鲁棒性不好的原因,得出了常规PID控制的效果主要与接到阻抗阶跃命令后命令阻抗和测量阻抗所包围的第一块面积有关的结论,并据此提出了一种实用的积分投切式 PID阻抗控制方法。该方法在接到阻抗阶跃命令后切除积分环节,而在测量阻抗第一次超越命令阻抗时才投入积分环节。与常规PID控制的仿真结果比较表明,该方法在响应各种阻抗阶跃命令时具有较强的鲁棒性、良好的动态和静态性能,能满足工程要求。

考虑电抗器支路电阻影响时的TCSC稳定运行区域内的双解现象

基波阻抗和触发角的关系是可控串补(TCSC)底层触发控制的关键所在。该文建立了恒流源下的考虑晶闸管导通压降和电抗器上所带电阻影响的TCSC的数学模型,进行了严密的数学推导,得出以线路电流同步时的触发角和导通角的隐式关系式,并应用数值方法求解该表达式,最终得出基波阻抗和触发角的关系曲线;发现了在TCSC的大部分稳定运行区域内,对应于同一触发角存在2个理论上的稳态解。当晶闸管导通压降和电抗器上所带电阻较大时,这2个稳态解 都可以出现在工程中,尤其是出现在开发阶段的小容量模拟实验和动模实验中,从而为实际工程的开发和底层控制策略的设计提供了有力的理论依据。最后运用仿真手段和动模实测数据验证了文中提出的理论。

基于零动态原理的TCSC非线性控制器

基于微分几何控制理论,利用零动态响应方法设计TCSC(thyristorcontrolledseriescompensation)控制器,用于抑制线路的功率振荡.设计的控制器只需要依赖于TCSC自身的动态方程,包括装置的固定和可调电抗参数,装置的动态时间常数,并只须反馈本地的测量信息,实现简单,鲁棒性强,能够适应系统的运行方式的变化.仿真结果表明,该非线性控制器具有较好的抑制线路功率振荡的作用,能够提高系统运行的稳定性.

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。

可控串补(TCSC)技术的应用进展

随着系统负荷的快速增长和电力市场开放的发展,增加既有输电线路的传输容量和提高电力系统稳定性越来越受到电力部门的重视。晶闸管控制的串联电容补偿器(ThyristorControlledSeriesCompensator,TCSC,简称可控串补)在改善电力系统性能方面具有很多优点,逐渐被应用于电力系统中。在美国已有3处TCSC项目投入商业运行,继美国以后,其它一些国家(如巴西、瑞典等)电力系统也开始引入TCSC。由于对于美国的项目在国内已进行了许多报道,文章主要介绍其他国家的TCSC项目。

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。

TCSC非线性自适应鲁棒控制器设计

研究了含有参数不确定及外部扰动的带有TCSC(thyristor controlled series compensation)的单机无穷大母线系统的鲁棒控制问题.针对描述单机无穷大母线系统的非线性三阶模型,将自适应理论和L2增益干扰理论相结合,并用逆推法构造出系统的存储函数,设计出了系统的非线性自适应鲁棒控制器.所设计的控制器不仅能够保证系统状态有界,而且能够有效地抑制外部干扰对系统输出的影响.仿真结果表明,所设计的控制器能够在很短的时间内使系统恢复稳定的状态,说明其控制是有效的.