2可变阻抗型串联补偿器TCSC(V-I特性)
TCSC-STATCOM控制对风电并网系统电压稳定性的改善

TCSC-STATCOM控制对风电并网系统电压稳定性的改善郑丽平;匡洪海;张曙云;李圣清;丁晓薇【摘要】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.%In view of the voltage stability of the wind power integrated system, it is proposed to use TCSC-STATCOM control in the power system to ensure the system have enough reactive power to maintain its normal work. A double closed loop based control strategy for TCSC and SVC in the power system is adopted. The corresponding simulation model of the wind power integrated system is built in Matlab/Simulink. The study shows that the TCSC-STATCOM cooperative control can effectively and quickly recover the voltage of wind power integation after fault, and improve the voltage stability of wind power integrated system and the low voltage ride-through capability by analyzing the waveform in the different situations. And the effect of the TCSC-STATCOM cooperative control that may not be achievable if only a single technique is used.【期刊名称】《电力系统保护与控制》【年(卷),期】2017(045)022【总页数】6页(P90-95)【关键词】风电并网系统;电压稳定;可控串联补偿装置(TCSC);静止同步补偿器(STATCOM);联合控制【作者】郑丽平;匡洪海;张曙云;李圣清;丁晓薇【作者单位】湖南工业大学电气与信息工程学院,湖南株洲 412007;湖南工业大学电气与信息工程学院,湖南株洲 412007;湖南工业大学电气与信息工程学院,湖南株洲 412007;湖南工业大学电气与信息工程学院,湖南株洲 412007;湖南工业大学电气与信息工程学院,湖南株洲 412007【正文语种】中文常规能源的日渐枯竭,新能源的发展越来越受到人们的广泛关注。
多相(四相)交流输电

多相(四相)交流输电输变电新技术复习题一、问答题1、紧凑型输电的原理和特征。
答:原理:紧凑型线路是采用增加分裂导线根数,缩小相间距离,合理排列相导线等措施,以降低线路波阻抗,从而提高输送能力的输电线路。
特征:(1)采用多根分裂导线并优化导线排列;(2)应用合成棒式绝级子和相间间隔棒,相间间隔棒使导线在档柜中间仍能保持固定距离以控制风偏,避免闪路;(3)把操作过电压限制到1.8倍最大工作电压以内。
缺点:充电功率大、无功补偿容量增加、相间电容大而潜供电流不易熄灭、带电作业比较困难等问题。
2、多相输电原理和特点。
答:原理:多相输电能够明显地降低导线表面的电位梯度。
常规输电线路的相间距离主要取决于空气的耐电强度。
由于多相输电系统的相间电压减小,对相间绝缘的要求降低,从而使得相间距离减小,线路变得紧凑。
所以,多相输电也是提高线路输送功率密度的重要方法。
特征:具有较低的相间电压,轻巧的杆塔结构,较窄的架线走廊,大的输送能力,易于与三相现有系统协调、兼容运行,对高压断路器触头断流容量的要求较低。
多相输电线路运行的可闻噪声、无线电噪声、地面电磁场等环境指标均优于三相线路。
3、用一台三相3绕组变压器构成三相变6相系统,作接线原理图。
答:结成dYnYn型,下图:4、交流输电最小相数分析。
答:相对于单相输电而言,三相输电可以称之为多相输电。
实际上,采用单相系统输电,输送的功率是一个脉振的瞬时功率,如果系统没有大的储能元件(如电容器)接入,系统中的发电机与电动机则不能平稳运行。
如果采用两相输电系统,也存在难以克服的问题:若两相系统的相位差为180°,所产生的功率又等效于单相功率;若两相系统的相位差为90°,该系统则不能满足对称的条件,即流过系统中性点的电流不为零,而是每相电流的倍。
所以,为了生产一个恒定的瞬时功率,同时又能构成一个对称系统,电力系统最小可能的相数为3。
5、4相输电线路水平排列换位相间几何均距计算,并把结果和相同相对地电压的3相水平排列线路比较其传输密度。
2可变阻抗型串联补偿器TCSC(V-I特性)

补偿时损耗最低; 阻抗补偿模式:串联补偿阻抗越大,损耗越高,通常不到1%,0阻抗
补偿时损耗最低。
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3 开关变换器型串联补偿器:FC+SSSC混合补偿
在只需要容性串联补偿,或者已有或计划串联电容器的应用场合,可 以考虑采用FC+SSSC混合补偿方案,性能好、损耗小、耐量低、造 价省,特别有竞争力;
方法1:锁相线路电流的基波分量,滤除超同步和次同步分量,进行相 角校正,保持合适的同步关系;
TCR触发控制:把TCR电流指令变换成相应的开通延迟角; 11
调节器:指令和反馈信号比较形成误差进行闭环调节。
2 可变阻抗型串联补偿器:内部控制2(TCSC)
方法2:相角校正电路根据当前电容电压和线路电流估计电容电压的实 际过0点,由期望的开通延迟角与校正的相角决定实际的开通延迟角, 确保TCR导通角关于电容电压过0点对称;
调节器相对较慢,相角校正电路非常快,理论上比方法1响应更快1。2
3 开关变换器型串联补偿器:同步电压源SVS
SVS:生成幅值和 相角可控的三相交 流同步正弦电压, 产生或吸收可控的 无功,如直流侧有 电源或储能元件, 还可与电力系统交 换独立可控的有功;
串联电容的作用是注入与线路电流正交的合适电压以提高输电压降,
3 开关变换器型串联补偿器:SSSC的V-I特性
电压补偿模式:只要线路电流在工作范围之内,SSSC都维持额定容性 或感性补偿电压;
阻抗补偿模式:只要线路电流在工作范围之内, SSSC都维持额定容 抗或感抗;
SSSC可通过控制进行模式之间的互相切换。
可控硅控串联电容补偿器(TCSC)的结构、原理及应用研究报告

可控硅控串联电容补偿器(TCSC)的结构、原理及应用研究报告摘要可控串联电容器(TCSC)补偿装置是在常规串联补偿技术上发展而来的一种新型电力装置。
由于采用晶闸管快速控制,其基频等值阻抗可以在较大范围内连续调节,既可以呈现容性电抗,也可以呈现感性电抗。
TCSC的出现为电网运行控制提供了新的手段。
除了具有常规串联补偿技术的优点之外,TCSC可以用于电力系统暂态稳定控制、阻尼功率振荡控制、SSR抑制以及动态潮流控制等。
TCSC装置是一种结构简单、控制灵活以及容易实现的器件。
正因为TCSC具有这些特点,因此在工业中较早投入应用。
本文将通过简单介绍TCSC装置的结构及其工作原理,详细讨论TCSC装置的阻抗调节特性,以及考虑装置额定运行参数约束时TCSC装置的工作特性,从而归纳出TCSC装置的控制模式。
其中,TCSC 作为一项高可靠性和经济性的电力系统调节技术,在现代电网中的应用正在逐渐推广,口前全世界有多个TCSC工程在投人运行。
本文还将针对TCSC装置在现代电网中的工程应用做出简要介绍,为从事TCSC的工程人员提供参考。
关键字:可控串联电容补偿器;结构原理;工作特性;控制模式;工程应用1 绪论可控串联补偿技术是在常规固定串联补偿技术的基础上为适应电力系统运行控制的需要而发展起来的。
早期的可控串联补偿器采用机械开关投切串联电容器(Mechanically Switched Series Capacitor,简称MSSC)来实现,它采用分段投切方式改变对线路阻抗的补偿程度。
由于机械开关动作速度较慢,因此,这种补偿装置只主要用于电网潮流控制。
随着大功率电力电子器件技术的成熟和发展,出现了利用晶闸管控制的串联补偿技术,包括晶闸管控制串联电容补偿器(Thyristor Controlled Series Capacitor,简称TCSC)和晶闸管投切串联电容补偿器(Thyristor Switched Series Capacitor,简称TSSC)。
TCSC与SVC在SSR中应用及经济性比较

TCSC与SVC在电力系统SSR中应用及经济性比较XXX(XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX)摘要:针对电力系统远距离、大容量输电中的串联补偿技术容易引起系统次同步谐振(SSR)问题;基于IEEE 次同步谐振第一标准测试系统,在PSCAD/EMTDC中搭建晶闸管控制串联电容器(TCSC)和静止无功补偿器(SVC)模型,利用测试信号法从电气阻尼和经济性两方面讨论TCSC与SVC抑制SSR效果。
研究发现:在实测容量下,SVC较TCSC投资偏多,但在整个次频段内(尤其是在主导模式下)SVC提升电气阻尼较TCSC更多;时域仿真表明加入SVC较TCSC而言,扭矩收敛速度更快,抑制效果更好。
关键词:次同步谐振;可控串补;静止无功补偿器;测试信号法;经济性中图分类号:TM76 文献标识码:A 文章编号:The application in SSR and economic comparison between TCSC and SVCWU Xiao-gang,YUAN Yi-tao,KANG Ji-tao(School of Electrical Engineering,Southwest Jiaotong University,Chengdu 610031,China) Abstract: Aim at the problem of sub-synchronous resonance(SSR) caused by the series compensation technology used in the long-range and high-capacity transmission power system, the models of thyristor controlled series capacitor(TCSC) and static var compensator(SVC) are built in PSCAD/EMTDC based on the first standard IEEE sub-synchronous resonance test system. The suppression effect is discussed from the two aspects of electrical damping and economic with the test signal method. The study shows: the investment of SVC is much bigger than TCSC at the measured capacity; However, the electrical damping enhanced by the SVC is more than TCSC in the all sub-frequency; time domain simulation show that comparied with TCSC, the torque converges is faster and suppression effect is better when adding SVC.Keywords:sub-synchronous resonance; TCSC;SVC; test signal method; economy0引言我国能源分布不均以及随着用电负荷的日益增大,电力系统大容量、远距离输电势在必行;采用串联电容补偿是提高交流输电线路输送能力、控制并行线路之间的功率分配和增强电力系统暂态稳定性的一种十分经济有效的方法[1]。
FACTS_串联补偿

一、概述
串联补偿的作用: P302 1. 改变系统的阻抗特性; 2. 进行潮流控制,优化潮流分布,减少网损; 3. 提高系统静态稳定性; 4. 改善系统动态特性提高输送能力,增加联络线振荡阻尼); 5. 提高系统传输能力; 6. 控制节点电压,改善无功平衡条件; 7. 阻尼系统震荡,抑制次同步振荡; 8. 快速可控串补提高系统暂态稳定性提高电磁功率外送; 9. 短路瞬间减小短路电流。
一、可控串补概述
4.串联补偿器分类 P307 a.固定串补:断路器投切的电容器 或电抗器; b.静止串补:晶闸管投切或控制的 电容器或电抗器。 c.有源串补:基于DC/AC 换流技术 的补偿器。 b、c皆为FACTS控制器。
二、可控串补控制器
FACTS串联补偿器以晶闸管投切串联电容器 (TSSC: Thyristor swithed series capacitor)和晶闸管控制串联电容器 (TCSC: Thyristor controlled series capacitor)应用最广。 有学者基于TCR的原理,提出可关断晶闸管 控制串联电容器方案(GCSC: GTO controlled series capacitor)。 TCSC最有代表性,常简称可控串补。 P316
2.5 可控串补的两种工作方案
1、晶闸管开关或关或闭,电抗器或并入或切除,实现 两点控制,比较简单,不会发生电容和电感并联工频 谐振,即分阶控制方式。 2、连续调节晶闸管的导通角,可连续改变串联电容电 抗组的电抗。这种可控串补也称先进串补(ASC), 目前世界各国研究的重点是这种TCSC串补。 在接线形式上两种串补并无差别,因此可以选择两 种形式中的一种作为运行方式。 研究( ASC)型可控串补,应用的是静止补偿器 ( SVC)中的固定电容器( FC)和晶闸管控电抗器 (TCR)的熟悉技术特性。 TCSC与SVC的主要差别在电源类型方面, SVC是 电压源型, TCSC是电流源型。 3、特性分析见P322~P325。
TCSC无功补偿装置在我国电力系统中的应用

TCSC无功补偿装置在我国电力系统中的应用【摘要】TCSC技术在电力系统中的应用越来越广泛,可控串补由于它的效果良好,有着广泛的发展前途。
技术上比较成熟,可以在大电力系统中担任重要输电任务,对于抑制低频振荡增加暂态稳定有着明显的作用。
【关键词】TCSC;无功补偿;电力系统甘肃碧成可控串补工程是由我国自主设计、制造、安装和调试的第一套国产化可控串补工程。
该工程的主要技术参数如下:系统额定电压(线间)252kV;固定电容器组电容值146.6μF;容抗21.7Ω(1.0pu);电容器组基本容量95.4Mvar(三相);电容器容抗21.7Ω(1.0pu);长期运行容抗23.9Ω(1.1pu);最大补偿容抗54.3Ω(2.5pu);额定电流1.1kA;TCSC额定无功功率86.6Mvar(三相);TCSC额定电压26.3kV(1.0pu);阀控电抗器工频电抗值 3.45Ω(10.98mH);保护方式M;MOV容量10MJ/相;保护水平2.3pu(峰值37.2kV)。
甘肃碧成TCSC工程具有以下技术特点:(1)根据业主对可靠性的要求,该工程将带有保护间隙的整套固定串补装置布置于大平台,晶闸管阀组布置于小平台,2个平台之间用隔离开关连接,每个平台用围栏围起来,相控电抗器放置2个平台之间。
可采用一次电气或控制系统切换实现按可控串补(TCSC)模式与串补(FSC)模式之间的转换,提高了整套装置的可靠性,便于运行维护,降低了造价。
一旦晶闸管阀或辅助系统故障,可以通过隔离开关将其退出维修,控制系统将可控串补模式切换为固定串补模式,保证线路正常运行。
碧成TCSC工程的基本补偿度为50%,最大容抗提升系数为2.5。
碧成TCSC工程装置的布局图见图。
碧成TCSC工程的装置布局图(2)通过一套控制系统装置可分别运行在FSC模式、TCSC模式和晶闸管保护电容器(TPSC)模式。
控制、保护、调节和测量系统采用独立双系统设计,便于在线相互校验、可靠切换,提高了保护控制系统的可靠性。
可控硅控串联电容补偿器(tcsc)的结构、原理及应用研究报告

国际研究与应用状况 345kV 1991年美国345kV Kanawha river输电工 程(1991年) 美国500kVSlatt输电工程(1993年) 2002年西门子公司得到了中国南方电网公司的天 生桥-广东500kV交流输变电天广平果站可控串 补(TCSC)工程 ……
国内研究与应用状况 2003年7月,国内第一套500kV可控串补在天广 线平果站投入运行,完全由Siemens公司供货, 承受电压等级为500kV,可控部分补偿度为5%。 2004年,由中国电力科学研究院自主研制的TCSC 装置在西北电网220kV某变电站建成投入运行, 可控部分补偿度50%,是目前世界上可控部分补 偿度最大的工程。 2007年,由国内自主开发的TCSC装置在东北电 网500kV某变电站投入运行,补偿容量为 652MTCSC的阻抗
为防止TCSC产生谐振, 在容性控制区要求α不得 小于某一值 。X(α)随 着触发延迟角α的变化过 程如下图所示,表明 TCSC通过适当控制TCR 支路的触发延迟角可以获 得一个连续可变的等效阻 抗。
触发角α调节TCSC的阻抗
触发角在90°处为旁路状态; 180°处为闭锁状态; 在143°附近为谐振区,运 行时应避开,以免产生谐振, 危及设备。 由于存在谐振区,从感性区 到容性区的平滑过渡是不可 能的。不管在容性区域还是 在感性区域,运行点通常都 被限制在最小电抗极限和最 大电抗极限之间。
小组成员: 谢毓毓 杨荟琳 张宇航 张志 庄勤俊
在实际的电网运行中,应尽可能增大电网输送能 力的同时还必须保持系统的安全稳定运行。 目前常用的一些措施主要包括串联电容、并联电 容、并联电抗以及同步调相机等设备,这些设备 在改善系统运行条件、提高电力系统的稳定性、 增强电网输电能力等方面起到了一定的作用。但 这些设备都是采用机械式控制方式,在实际应用 中有很大的局限性:控制速度慢、不能在短时间 内频繁操作、装置老化快,寿命短等问题都制约 了潮流控制的灵活性和系统稳定性的提高,难以 充分利用电力设备的输电能力。
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2 可变阻抗型串联补偿器:TSSC、GCSC与SSR
TCSC对于SSR中立,不会加重SSR,条件是电容电压必须在每半周 波等间隔内反向,当TCR开通延迟角和导通角改变时,不同导通角的 中心位置应保持固定不变,即关于电容电压过0点对称,当开通延迟角 减小时较难满足,此时TCR导通角增加,电容电压过0点的位置主要受 线路电流的影响;
自然响应,干扰SSR的建立过程。
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2 可变阻抗型串联补偿器:NGH-SSR阻尼器特性
上图中,is为24Hz的次同步线路电流,vSC0为无阻尼器时的电容电压, vSCNGH为阻尼器电容电压, vSCNGH,F为其基波分量,系统频率为60Hz, 阻尼器工作频率为120Hz;
观察可知,NGH阻尼器使电容电压基波分量几乎与相应的次同步线路 电流同相,对于24Hz次同步频率,NGH阻尼器呈现阻性而非容性阻抗, 理论推导、计算机仿真和现场测试结果证明了这一点;
TCSC主要实现可变串联电容,但电路结构与NGH阻尼器类似,也可
运用NGH原理抑制SSR。
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2 可变阻抗型串联补偿器:TCSC与SSR
TCSC中的TCR通过每半周波结束时电容电压反向来增加等效容抗, 这种电容电压的同步充放电过程与NGH方案中的同步放电过程类似, 也会干扰对次同步电流激励的自然响应,阻碍乃至预防SSR的建立;
TCR产生奇次谐 波,是开通延迟 角的函数;
TCSC电压谐波 与感抗、容抗比 有关;
XL/XC=0.133, 容性工作区,电 压补偿模式,7 次以上谐波可以 忽略,见左图;
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2 可变阻抗型串联补偿器:NGH-SSR阻尼器原理
串联容性线路补偿可能导致SSR,fe=f-fm,fe为SSR频率,f为系统 频率,fm为汽轮发电机组某个扭振频率;
2 可变阻抗型串联补偿器:TCSC(V-I特性)
电压补偿模式:维持串联补偿电压不变。容性工作区,线路电流Imin时, 最小触发延迟角αClim限制了额定最大容性补偿电压VCmax;感性工作区, 最大触发延迟角αLlim限制了额定最大感性补偿电压VLmax。
阻抗补偿模式:维持串联补偿阻抗不变。容性工作区,α=αClim时,串 补容抗最大XCmax,α=π/2时,串补容抗最小XCmin;感性工作区,α= αLlim时,串补感抗最大XLmax,α=0时,串补感抗最小XLmin。
1981年,N.G. Hingorani提出串联电容器的晶闸管控制阻尼方案,也 可扩展应用于TCSC;
NGH阻尼原理:如果电容电压超过了基波电压分量值,每半周波结束时 强迫电容电压至0;
NGH-SSR阻尼器:本质上是晶闸管控制放电电阻,串联有di/dt限制电抗,
在每次电容电压半周波结束时与系统同步运行,对次同步线路电流无
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2 可变阻抗型串联补偿器:TCSC(损耗曲线)
TCSC损耗几乎全部由TCR产生,包括SCR的通态损耗、开关损耗, 以及电抗的I2R损耗。
电压补偿模式:损耗曲线与补偿特性相关,当0<α<αLlim时(感性工作 区),TCR导通角增大,损耗随电流增加;当αClim <α<π/2时(容性工 作区),TCR导通角减小,损耗随电流减小。
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2 可变阻抗型串联补偿器:内部控制(概述)
内部(运行)控制:根据外部(系统)控制给出的电压或阻抗指令, 形成合适的管阀门极驱动信号,产生所需的补偿电压或阻抗,得到自 给式可变阻抗,可视为阻抗放大器的黑箱;
外部(系统)控制:根据线路阻抗、电流、功率、相角等系统测量信 号,为实现特定的输电线路补偿目标,形成内部(运行)控制所需的 电压或阻抗指令;
同步功能是内部(运行)控制的基石,同步开通和关断线路电流不仅 决定了系统频率处的等效阻抗,而且决定了次同步频段的阻抗特性;
内部(运行)控制还包括把输入指令变换成合适的开关信号,以及限 流、初始旁路等保护措施;
GCSC、TSSC和TCSC的内部(运行)控制结构基本相似,主要完成 3种功能:线路电流的同步、开通或关断延迟角的计算、门极触发信号 的产生。
TSSC为限制电流上升率,必须有串联电抗,可以使TCR导通角最小, 使TSSC不受SSR的影响,实际上,大容量串联容性补偿器可能由 TCSC模块串联而成,大多数TCSC中的TCR处于全通或全断状态,使 谐波和损耗最小;
GCSC也不受SSR的影响,正常运行时,在电容电压过0处,GTO导通, 强迫电容电压为0,除非为提供最大容性补偿,管阀全断,这可通过设 置最小关断延迟角γmin来解决,既对补偿电压无明显损失,又可保证电 容电压对系统频率的同步,使之对SSR不敏感。
阻抗补偿模式:α=αClim时,串补容抗最大XCmax,损耗最高;α=π/2 时,串补容抗最小XCmin,损耗最低;α=αLlim时,串补感抗最大XLmax, 损耗最高;α=0时,串补感抗最小XLmin,损耗最低。
电压、阻抗补偿模式可以通过控制互相切换。
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2 可变阻抗型串联补偿器:TCSC(两种模式)
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2 可变阻抗型串联补偿器:内部控制(GCSC)
GCSC与TCR内 部(运行)控制 策略完全类似;
同步定时:PLL完 成与线路电流的 同步;
把电压或阻抗指 令变换成关断延 迟角;
电容电压过0时, 决定管阀开通时 刻,维持最小导 通时间;
左图为电压 补偿模式所 对应的阻抗 变化图;
当补偿电压 恒定时,补 偿阻抗会产 生变化;
反之,当补 偿阻抗恒定 时,补偿电 压也会产生 变化。
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2 可变阻抗型串联补偿器:TCSC(主导谐波)
TCSC低次电压谐波产生的系统电流谐波小于电 力系统电流背景噪声。
TCSC电压谐波 由TCR电流谐波 产生;
与NGH阻尼器不同,如果忽略电路损耗,TCSC无能量的消耗,只有 能量在LC谐振电路中的转移,不能通过实际的物理阻尼来减轻SSR;
上图中,TCSC运行于容性工作区, 电容电压基波分量超前于相应的
次同步线路电流90°,对于24Hz次同步频率,TCSC呈现感性而非容
性阻抗,Байду номын сангаасCSC补偿线路不会导致或参与SSR。