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.     

Calculation of damping torque of power systems compensated with TCSC

The thyristor‐controlled series capacitor (TCSC) is being developed to improve the transmission capability of power systems. The TCSC is thought to compensate transmission line reactance without causing subsynchronous resonance (SSR). However, in order to evaluate its effect quantitatively, we must calculate the frequency response of the generator damping torque. Simulations need a long computing time, and it is hard to choose the frequency freely. In this paper, we propose a method of analytically calculating the damping torque. First, when a generator rotor oscillates at some frequency, two voltage components appear. We analytically calculate the damping torque from small current variations due to the voltage components. The damping characteristic changes depending on the method of firing thyristors. The best characteristic is obtained when triggering with reference to the fundamental wave of TCSC voltage or current is used. By choosing an appropriate firing angle, we can drastically reduce negative damping by the TCSC. The damping characteristic is closely related to the system impedance. The fact that the TCSC has large resistance in the 0 to 60 Hz range helps significantly in improving the characteristic. Lastly, numerical simulations of SSR are used to examine the validity of our investigation. © 2003 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 143(1): 39–49, 2003; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.10068     

TCSC次同步谐振阻尼控制器设计

输电线路采用串联电容补偿存在引起电力系统次同步谐振的危险,TCSC常用来解决这一问题。基于提升系统电气阻尼的思想,设计了TCSC附加阻尼控制器,该控制器针对分模态控制方法存在的不足进行了改进。基于IEEE SSR第一标准测试模型的分析表明改进后的控制器能将系统在几乎整个次同步频段内的电气阻尼提高为正,从而消除了该频段内的SSR危险。     

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。     

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。     

TCSC在次同步谐振中的借阻尼现象

采用了基于时域仿真的复转矩系数法研究电力系统的电气阻尼特性。在IEEE次同步谐振第一标准模型的基础上,分别将其25%,50%,100%容量的固定串补替换为TCSC后进行仿真分析。分析结果表明,在串补度相同的情况下,系统总阻尼近似守恒,TCSC基本不提供正阻尼,但TCSC由于其高度非线性,使系统不同频率间发生了能量交互,从而增加了某些频率的阻尼,同时也降低了另外一些频率处的阻尼,出现了借阻尼现象。讨论了借阻尼现象对SSR的正反两方面影响,并利用仿真实验验证了TCSC抑制和引起SSR的可能性。该现象的发现对T     

可控串联补偿抑制次同步谐振的研究

以IEEE第一标准模型为研究对象,采用时域仿真的方法分别比较了固定串补电容、可控串联补偿（TCSC）以及电容和电感相并联的TCSC阻抗等效模型对该系统发生次同步谐振的影响．结果表明TCSC能够抑制该系统发生次同步谐振。采用基于时域仿真的复转矩系数法^[2]分析了3种情况下发电机侧的等效电气阻尼特性,发现TCSC引起了电气阻尼的巨大变化,并对TCSC抑制次同步谐振的机理作了初步分析。     

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。     

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。     

可控串联电容次同步谐振现象的动态模拟研究

以东北电网拟建的５００ｋＶ伊敏－冯屯交流电系统所需可控串联电容装置（ＴＣＳＣ）为研究目标,建立了相应的动态模拟装置,并利用负序电流激振法测量动模发电机组的自然谐振频率,在此基础上激发现罕见的次同步谐振（ＳＳＲ）现象,文章对ＳＳＲ现象发生的机理作了详细讨论,提出了ＴＣＳＣ“激振频带”概念。最后对ＴＣＳＣ系统中次同步谐振发散后ＭＯＶ行为进行了讨论。     

可控串补晶闸管阀触发控制的电容电压增量控制算法

根据TCSC的数学模型,研究了电容电压增量的特点和性质,提出了电容电压计量控制的触发算法。该算法中控制量计算所用参数均取自TCSC装置本身固定参数和运行参数的实测值,与TCSC安装位置和电力系统的运行方式无关。采用该算法的TCSC在实现阻抗控制的同时,可以对次同步分量快速调制,实现抑制SSR作用。     

晶闸管控制的串联电容补偿模型的综合研究

采用拉氏变换精确推导出适用于瞬时过渡阶段和稳态阶段的TCSC回路 中电容器、电抗器和晶闸管元件的电压和电 流数学表达式,再采用傅里叶分析进一步导出了TCSC基波阻抗和晶闸管触发角之间精确的数 学关系。利用电磁暂态程序(EMTP)验证了TCSC回路数学分析的正确性。此外,建立了带有微 机控制的完整的TCSC动模试验装置,并通过动模试验进一步同TCSC回路的数学分析和仿真结 果作比较。动模试验的结果与理论分析和仿真的结论较好地吻合,且证实了数学分析和数字 仿真中采用线路电流保持正弦假设的合理性。     

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...     

TCSC抑制次同步谐振的机理分析

基于对TCSC次同步频率等效阻抗特性的研究，分析了TCSC次同步频率等效电阻和等效电抗对抑制次同步谐振（SSR）的不同作用。发现系统中SSR的抑制主要取决于TCSC的次同步频率等效电抗特性，而TCSC的次同步频率等效电阻对SSR的抑制本质上是一个能量转换过程，它只能在一定程度上削弱SSR，不可能彻底消除SSR。     

TCSC暂态过程中晶闸管导通角特性的研究

当晶闸管触发角发生阶跃时,由于TCSC电路固有的电磁暂态特性,使得电容电压过零点发生偏移,因此导通角不会立刻达到预定目标值。章首先给出并证明了触发角阶跃变化与初始导通角之间的定性关系;然后通过分析晶闸管导通期间电容电压的解耦特性,推导出导通角的估算公式,定量地描述了暂态过程中导通角的变化规律。数字仿真验证了上述分析结论并进一步发现：导通角变化趋势与TCSC基频阻抗特性是完全一致的,从而揭示了选择不同同步信号时TCSC会表现出不同暂态响应特性的内在原因。     

TCSC的动态基频阻抗特性分析

TCSC的动态基频阻抗特性分析对研究含TCSC线路上的线路保护的特性具有重要意义。采用数值仿真分析的方法,详细研究了TCSC动态基频阻抗与滤波器、触发角、故障条件下TCSC是否旁路、短路时刻及短路地点等多种因素的关系,认为在选定滤波器的条件下,TCSC对故障的应对方式是影响动态基频阻抗变化规律的最重要因素。     

大规模双馈风电场次同步谐振的分析与抑制

已有的运行经验表明,风电场接入含有固定串补的系统时,存在诱发次同步谐振(SSR)的风险.因此,有必要对风电场发生SSR现象的机理做深入分析,以便提出相应的抑制措施.文中首先根据国内某地区风电场的实际参数建立了应用于SSR分析的等值模型,通过仿真呈现了该模型发生SSR的情形;然后,利用特征值法分析了风速、并网风力发电机台数以及双馈感应发电机(DFIG)控制参数等对系统SSR频率和阻尼特性的影响;并进一步推导了等值模型用于SSR分析的等效电路,详细分析了风速、发电机台数和DFIG控制参数等影响SSR特性的机理;综合所有的分析指出,风电场的SSR现象与轴系扭振无关,是一种特殊的电气谐振.最后,提出了抑制风电场SSR的方案,并通过仿真和特征值分析进行了验证.     

A tracking estimator for the firing angle of the Thyristor Controlled Series Capacitors (TCSC)

The firing angle and the fundamental frequency equivalent impedance are the two defining parameters of a Thyristor Controlled Series Capacitor (TCSC). They can be used as the feedback signals in effective control of the TCSC. This paper presents a discrete-time tracking estimator, which is used for dynamically tracking the firing angle. The fundamental frequency equivalent impedance of the TCSC is then determined using the previously established model of the TCSC. The parameters of the TCSC are initialized using an extended state estimation approach, which incorporates the TCSC power flows as part of the state vector. Illustrative simulation examples are shown to demonstrate the effectiveness of the proposed estimator in tracking the parameters.     

A study of thyristor controlled series capacitor models for power system stability analysis

The thyristor‐controlled series capacitor (TCSC) is promising as a powerful device to increase power transfer capability and transient stability. The basic configuration of the TCSC consists of a series of capacitors connected antiparallel with thyristor‐controlled reactors, so that firing angle control of the thyristors makes the TCSC capable of achieving impedance control in a wide range with quick response. It is important to clarify the relationship between the fundamental reactance of the TCSC and the firing angle of the thyristors, thus leading to practical applications of the TCSC for enhancement of power transfer capability and transient stability in transmission lines. Two relationship equations for the TCSC's fundamental reactance have already been proposed. One is the relationship equation derived from a TCSC circuit whose source is a voltage. The other is the relationship equation derived from a TCSC circuit whose source is a current. For TCSC installed in a transmission line, it is clear which equation is more adequate for analyzing power system stability. In this paper, the authors determine whether either of the equations is valid for analyzing a power system stability.

• 1. In the steady state, the TCSC fundamental reactance is analyzed and compared with the two equations and EMTP. It is clear that the TCSC reactance based on current source is adequate.
• 2. The swing angle of a generator when the firing angle is stepped up is analyzed with EMTP and an analytical model using the TCSC model based on current source. It is shown that the proposed model is effective for power system stability analysis. © 1999 Scripta Technica, Electr Eng Jpn, 129(1): 20–28, 1999

     

含串补的交直流输电系统次同步谐振抑制

以含串补的交直流混合输电系统为研究对象,通过在交流系统中采取有效措施削弱次同步谐振。首先用可控串联电容补偿器(thyristor-controlled series capacitor,TCSC)代替部分固定串补;然后进行TCSC主电路参数选择和基于相位补偿法的TCSC附加次同步阻尼控制器设计;最后用PSCAD/EMTDC软件进行仿真验证。结果表明,该策略可以提高系统阻尼,有效抑制系统的次同步谐振,改善系统的稳定性。