暂态稳定计算中可控串补装置的动态特性仿真

本文应用电路理论的分析方法，建立了可控串补装置动态仿真模型，并利用《电力系统分析综合程序》的用户程序接口（ＰＳＡＳＰ／ＵＰＩ）功能，通过编写可控串补的用户程序与ＰＳＡＳＰ的暂态稳定计算结合在一起。由此可比较准确地分析电力系统暂态过程中可控串补的动态特性及其对电力系统暂态稳定性的影响，也为可控串补控制系统的分析设计提供了方便。     

应用可控串补交直流系统暂态稳定性研究

建立了东北电网220 kV及以上电压等级系统的详细机电暂态仿真模型,采用PSASP程序对2010年伊冯串补输电系统的暂态稳定进行仿真计算。研究伊冯串补线路各点故障对伊敏地区交直流输电系统暂态稳定性的影响,确定制约伊冯输电系统送出能力的最严重故障点,分析了可控串补对伊冯系统暂态稳定性的影响,提出了解决伊冯串补线路暂态稳定问题的控制措施。仿真结果表明:呼辽直流工程投运后,制约伊敏电厂外送能力的伊冯线路故障问题,可通过快速切除机组和解列交直流系统的措施得到解决,应用可控串补装置有利于提高系统的暂态稳定水平。     

文摘

应用可控串补交直流系统暂态稳定性研究[中]／孙峰,张洪存,吴军／／东北电力技术．2010（1）．-14～17 建立了东北电网220kV及以上电压等级系统的详细机电暂态仿真模型,采用PSASP程序对2010年伊冯串补输电系统的暂态稳定进行仿真计算。研究伊冯串补线路各点故障对伊敏地区交直流输电系统暂态稳定性的影响,确定制约伊冯输电系统送出能力的最严重故障点,分析了可控串补对伊冯系统暂态稳定性的影响,提出了解决伊冯串补线路暂态稳定问题的控制措施。仿真结果表明：     

同步信号及电路参数对可控串补(TCSC)动态特性的影响

通过计算机数值仿真和动模实验研究,提出了不同同步信号及电路参数对可控串补（TCSC）的动态工作特性及控制精度的主要影响。从等效的概念上分析了TCSC的动态阻尼特性。得到了采用闭环控制方式可缩短阻抗调节时响应时间的结论。研究表明,合理选取同步信号和采取特殊的硬件Block和Bypass控制模式,可有效减小各种干扰,实现TCSC三相运行时工作区域的快速过渡跳变和稳定运行,缩短了动态调节的响应时间,有效地消除了系统故障后的直流分量,提高了暂态稳定控制特性。     

变耦电抗式可控串补基本特性研究

为搞清楚变耦电抗式可控串补的应用价值,必须对其技术经济性能进行研究。通过理论分析,得出了变耦电抗装置的特性、机理及选用方法,提出变耦电抗式可控串补装置的具体结线并指出其功率调节特性,提出晶闸管开关装置最佳换级控制方法;通过试验证明理论分析的正确性;经功率调节计算,变耦电抗式可控串补较之于TCSC所需主设备容量大幅度减少。初步研究结果表明,变耦电抗式可控串补具有良好的功率调节特性和换级暂态特性,若只用于功率调节,要比TCSC显著降低工程造价。     

采用串补技术提高华东-福建联络线输送能力的研究

华东-福建联网后出现的暂态稳定问题使华东福建联络线输送能力受到很大限制,现对联络线采用串补技术来提高输送能力作可行性研究.利用西门子公司开发研制的电力系统仿真软件NETOMAC,在分析2007年和2010年华东-福建联网暂态稳定问题的基础上,分别对华东-福建联络线采用固定串补方案和可控串补方案进行了仿真计算,对各种串补度及各种组合进行了比较研究.仿真结论表明串补技术可显著提高福建电网的暂态稳定水平,大大提高了华东-福建联络线输送能力.相对于传统的固定串补,采用可控串补具有更好的性能,可以较好地抑制大干扰后联络线上的低频振荡.     

用可控串补提高暂态稳定性的仿真研究

针对阳城—淮阴远距离输电工程中暂态稳定性问题突出的实际情况,考虑到可将现有的固定串补改为可控串补(TCSC),然后利用能量函数控制策略对TCSC实施控制以提高系统暂态稳定性。介绍了通过NETOMAC仿真软件对控制策略进行的仿真研究,给出了2005年实际简化系统的仿真结果并与动模实验进行了对比。仿真表明,当固定串补改造为可控串补后,TCSC可明显减少切机的概率,大大地提高了系统暂态稳定性,具有重大的工程实用价值。     

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。     

基于电容电压同步方式的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。     

变耦电抗式可控串补的操作特性分析和试验

为了解变耦电抗式可控串补的各种操作特性,对串补装置典型操作时的电流、电压进行了试验和分析.提出用于串补装置暂态分析的通用等值电路,利用特性参数建立电路方程解的通用结构.利用特性参数法分析线路开关投入装置时的过流、过压,以及装置在逐级和大跨级调节换级过程中的电流、电压特性.采用电磁仿真软件EMTDC对旁路开关投、退串补装置的操作过程进行了仿真;还进行了动态模拟试验以及装置在典型换级过程中的电流、电压的特性测试.结果表明和理论分析是一致的.     

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3种控制方法抑制 系统低频振荡的有效性。     

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，大大减小了TCSC装 置到达稳定运行所需的时间。     

可控串补自适应模糊阻尼控制策略的设计与仿真

通过对含可控串补（TCSC）系统阻尼特性的分析,依据运行点位置和偏差大小对清晰化过程和控制策略进行自动应调整,提出了TCSC自适应模糊阻尼控制策略的设计方法。通过对系统在不同负荷水平及不同干扰下的时域仿真,表明了所提出的自适应模糊阻尼控制策略具有良好的鲁棒性。     

TCSC自适应逆推控制器设计

针对可控串联补偿器TCSC(Thyristor Controlled Series Compensator)的动态过程和发电机阻尼系数不能精确测量的情况，将含有TCSC的单机无穷大系统用一个三阶微分方程表示，用自适应逆推方法设计了TCSC稳定控制器。在系统模型中考虑了TCSC的动态过程．同时保留了系统的非线性特性，运用自适应增益控制律进行参数的实时估计。仿真结果表明设计的TCSC稳定控制器能快速抑制振荡，保证单机无穷大系统的暂态稳定。     

TCSC采样-数据模型在次同步振荡分析中的适用性研究

由于电力系统次同步振荡(SSO)问题要分析的是既非工频又非低频的成分,故不能采用工频准稳态模型或认为工频电量上有低频调制来进行分析,使用的TCSC动态数学模型必须在整个次同步振荡范围内都有效,因此TCSC动态模型适用性验证的工作非常重要。提出通过对比含TCSC系统在整个次同步频域内的阻尼特性来验证TCSC动态模型的适用性。一方面,TCSC采用采样-数据模型,运用小扰动分析法建立系统的状态空间矩阵,并通过矩阵变换直接求取系统的电气阻尼特性;另一方面,在PSCAD中搭建系统时域仿真模型,TCSC模型精确到器件级,然后采用测试信号法获取系统的电气阻尼特性;最后,将两种方法获得的电气阻尼进行对比。结果表明：基于TCSC采样-数据模型较为精确,适用于次同步振荡问题的分析。     

SVC和TCSC提高电压稳定性作用的动态分析

利用小扰动分析法和非线性动态方法中的分岔等概念对SVC和TCSC提高电压稳定性的作用进行了全面的分析。研究了由SVC和动态负荷相互作用引起的Hopf分岔现象,并对SVC和TCSC时间常数的选择进行了讨论。分析表明,在简单系统中,TCSC比SVC更能有效地提高系统的电压稳定性;TCSC时间常数的变化比SVC时间常数的变化对电压稳定功率极限影响小;装设SVC和TCSC后可以显示地增大系统的电压稳定功率极限。在考虑SVC或TCSC动态的情况下PV曲线鼻尖点并不一定是系统失稳点。     

相控电容器式可控串补特性分析

揭示了相控电抗器式可控串补与相控电容器式可控串补的对偶特征。用对偶原理阐述了相控电容器式可控串补的性能及相控特点。分析说明了串补电容器、GTO网的电流电压峰值与串补线路电流峰值、串补电容器的工频容抗值之间的关系，这对于理论上确认相控电容器式可控串补的优越性非常重要。阐述了相控电容器式可控串补具有阻尼次同步谐振和抑制低频功率振荡的能力；相控电抗器式可控串补装置的动态性能是一个其时间常数不大于工频0．25周期的一阶惯性环节。     

计及电抗器支路电阻的TCSC动态相量法模型

为研究含TCSC的电力系统的稳定性和动态特性及设计TCSC的实用化控制策略,提出了计及电抗器支路电阻影响并结合动态相量法的TCSC建模方法。动态相量模型是随时间缓慢变化的非线性、大信号模型,适合暂态过程快速而又精确地仿真,但传统动态相量法存在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。故在分析模型的状态变量特性,忽略快速变量的动态变化过程后,由动态相量与傅立叶系数间的关系建立了计及电抗器支路电阻影响的TCSC动态相量法模型。仿真算例验证了所提出模型的精确性和有效性。     

结合谐波特征的可控串补动态相量法建模与特性分析

该文引入动态相量法建立可控串补TCSC的系统化的大信号模型,TCSC的动态相量模型是以时变傅里叶级数中的主导项为状态变量建立的状态空间模型,可以考虑晶闸管开关的非线性动态和谐波特性。通过对时域模型和不同精细程度的动态相量模型的仿真,揭示了TCSC在容性工作区时电容电压的谐波分量主要是三次谐波和五次谐波的特征,同时表明考虑开关的动态特性、根据需要的精度建立的动态相量模型适于电力系统的快速动态分析和与频谱相关的机理研究。     

采用本地信号的可控串联电容补偿神经网络逆系统控制方法

选取可控串联电容补偿(TCSC)上传输的有功功率作为被控量，本文提出了采用本地信号的TCSC神经网络逆系统控制方法。该方法基于较完整的TCSC非线性动态模型，实现了TCSC系统的精确线性化，同时所设计的控制策略适用于任意的电力系统结构。控制器的设计使用神经网络逆系统方法，使得所设计的控制策略不依赖于系统的精确模型和参数。针对两区域四机电力系统的仿真结果表明所设计的控制策略能达到直接控制TCSC传输功率，间接控制远端发电机功角的目的。