（电机与电器专业论文）svc与tcsc联合补偿在电力系统中的应用研究.pdf

a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h eg r o w i n gd e m a n df o re l e c t r i cp o w e r , t h es e c u r i t ya n dr e l i a b i l i t y r e q u i r e m e n t s a r e g e t t i n gh i g h e ra n dh i g h e r t h ee m e r g e n c e o ff l e x i b l ea c t r a n s m i s s i o ns y s t e m st e c h n o l o g i e s ，b e c o m ean e wm e t h o do fi m p r o v i n gt h e c o n t r o l l a b i l i t ya n dr e l i a b i l i t yo fp o w e rs y s t e m ，w h i c hi so n eo ft h ef r o n t a ls u b j e c t so f p o w e rs y s t e mi nr e c e n ty e a r s s t a t i cv a rc o m p e n s a t o r ( s v c ) a n dt h y r i s t o r c o n t r o l l e ds e r i e sc o m p e n s a t o r ( t c s c ) a r et h ei m p o r t a n te l e m e n t so f f a c t sa n d u s e f u lt o o l st oi m p r o v et h ep o w e r s y s t e ms t a b i l i t y t h e r e f o r e ，t h er e s e a r c ho nu s i n g s v ca n dt c s ct ot h ep o w e rs y s t e mh a ss i g n i f i c a n tt h e o r e t i c a lm e a n i n ga n d p r a c t i c a l v a l u e t h i sp a p e rw i t ht h ea p p l i c a t i o no fm a t l a bs o f t w a r e ，s e tu ps v ca n dt c s c m o d e l s ，a n ds t u d yt h er o l eo fc o m p e n s a t i o na n dt h e i rh a r m o n i co ft h et w ok i n d so f c o m p e n s a t i o nd e v i c ei n as i m p l et h r e e - p h a s ep o w e rs y s t e m s v ca sap a r a l l e l c o m p e n s a t i o n ，埘t l lar a p i dr e s p o n s es p e e da n ds t r o n g e ra d j u s t i n ga b i l i t ya n dc a n i s s u eo ra b s o r br e a c t i v ep o w e ra c c o r d i n gt ot h ec h a n g eo fr e a c t i v ep o w e ri nt h e s y s t e mo p e r a t i o n , w h i c hi m p r o v e st h ev o l t a g es t a b i l i t ya n dc o n t r o l l i n gt h e a n t i - j a m m i n go ft h es y s t e m t c s ca st h es e r i e sc o m p e n s a t i o n ，c a l ls u c c e s s i v e l y c h a n g e st h ee q u i v a l e n ti m p e d a n c e ，t h e nc h a n g et h el e v e lo ft h es e r i e sc o m p e n s a t i o n ， w h i c hc a l le f f e c t i v e l yc o n t r o lt h ed a m p i n go s c i l l a t i o na n di m p r o v et h et r a n s i e n t s t a b i l i t yo ft h es y s t e m b e t w e e nt h ef a c t sd e v i c e sw i l lh a v em u l t i p l ei n t e r a c t i o n s ，m a y b es e v e r e l y u n d e r m i n et h es t a b i l i t yo fp o w e rs y s t e m t h ej o 硫c o m p e n s a t i o no fs v ca n dt c s c w i l la l s op r o d u c eac e r t a i ni n t e r a c t i o n ，i nt h i sp a p e r ，s i n g u l a rv a l u ed e c o m p o s i t i o n ( s v d ) h a sb e e nu s e dt oq u a n t i t a t i v e l ya n a l y s i st h ei n t e r a c t i o no ft h e s et w od e v i c e s ， a n dp r o v e db ys i m u l a t i o n t h ee l e c t r i cd i s t a n c eb e t w e e nt h et w od e v i c e sa n dt h es i z e o ft h el o a dh a v eac e r t a i ni m p a c to nt h ei n t e r a c t i o n s t h es h o r t e ro ft h ee l e c t r i c d i s t a n c eb e t w e e nd e v i c e s ，t h a ti s ，t h em o r ei n t e n s eo fe l e c t r i c a lc o u p l i n g ，a n dt h e m o r es e r i o u si n t e r a c t i o nb e t w e e nt h et w od e v i c e s ；i n c r e a s i n gt h el o a da l s ow i l ll e a dt o t h es a m es e r i o u si n t e r a c t i o n , w i t ht h em o r el o a d ，t h em o r es t r o n gi n t e r a c t i o nb e t w e e n l i a b s t r a c t t h et w ok i n d so fc o m p e n s a t i o nd e v i c e b a s e do nt h el a c ko ft h ed y n a m i cr e a c t i v ep o w e rs u p p o r ti nj i a n g x i ，w h i c hs t u d y t h ea p p l i c a t i o no fs v cc a l le f f e c t i v e l yi n c r e a s et h el o a dc a p a c i t ya n di m p r o v et h e v o l t a g es t a b i l i t y t h e ns v ch a sb e e ni n s t a l l e d ，s t u d yh o wt h ec h o i c eo ft c s c s i n s t a l l e dl o c a t i o ne f f e c tt h et w oj o i n tc o m p e n s a t i o na n di t si n t e r a c t i o n a n dp r o v et h e e f f e c t i v e n e s sa n df e a s i b i l i t yo ft h es y s t e m ss t a b i l i t yc o n t r o l l i n ga g a i nw i t ht h ej o i n t c o m p e n s a t i o no fs v ca n d t c s c k e yw o r d s ：f l e x i b l ea ct r a n s m i s s i o ns y s t e m s ；s t a t i cv a rc o m p e n s a t o r ；t h y r i s t o r c o n t r o l l e ds e r i e sc o m p e n s a t o r ；i n t e r a c t i o n i i i 学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取褥的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得直昌太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与 我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确 的说明并表示谢意。 学位论文作者签名( 手写) ：主j 山l a签字日期：矽f 口年j 月乡日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解直昌太堂有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权直昌太堂可以将学位论文的全 部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究 所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向 社会公众提供信息服务。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 、t 学位论文作者签名：参j 山协 导师签名：笛葡礼 签字e t 期：矽年1 月乡e t签字日期：7 o l o 年1 月乡e t 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 引言 现代大型、特大型电网互联的f 1 益发展与新建发电厂的逐渐并网发电，我 国的电力系统总装机容量迈上了一个更高更新的台阶，但是，整个电力系统内 部也随之出现了诸多问题，例如，输电网络的建设跟不上甚至远远落后于发电 厂的建设【l 】。送端发电厂的窝电现象也日益严重，并且许多远距离输电线路上输 送的功率在很大程度上受到其稳定极限的限制，部分发电厂的容量较难得到充 分而有效的利用。 因此，如何改善此种情况，使之能够与其热稳定极限互相对应成为了一项 目前极具价值与意义的工作。虽然大型电网互联必然将使电网的结构变得更复 杂，但是它也是全球电力系统未来的发展方向。为了能够有效的解决电网出现 的各种难题，于是出现了灵活交流输电系统，英文简称f a c t s ( f l e x i b l ea c t r a n s m i s s i o ns y s t e m ) 。 1 2 柔性交流输电系统( f a c t s ) 概述 1 1 1f a c t s 技术简介 所谓柔性交流输电技术，指的是将一些高新技术，例如：电力电子技术、 控制技术以及微机处理技术等等运用到电力系统当中的一项新型综合性的技 术，此外，该技术在节能上还有非常突出的表现，因此，全球的电力行业都高 度强调该项可称之为革命性的新型技术。 f a c t s 技术之所以能够非常有效的控制电网的相关参数，在于它不仅可以 连续控制系统的功率潮流，同时还能够使系统中产生的振荡得到十分有效的抑 制，控制输电线路能够运行在其热稳定允许的正常水平之内。f a c t s 技术可以 得到不断发展，其中最主要的因素是电力电子技术的广泛应用和发展卜7 j 。 迄今为止，许多大容量、大功率的电力电子元件已经逐步走向市场，例如， g t o 晶闸管能够在十几“s 的短时间内导通或者切断6 k v 电压和6 k a 电流的大 功率，但是它却只有1 2 蚝左右的重量【8 1 。由于与电力电子元件相对应的串并联、 第1 章绪论 驱动、保护以及冷却等相关技术的不断改进更新，所以使用电力电子各种控制 器的组合才有机会逐渐变为现实。 目前，已经广泛应用于现实工程当中的f a c t s 装置有以下几种：静止同步 并联补偿器- ( s t a t c o m ) 、静止无功补偿装置( s v c ) 、可控串联补偿装置( t c s c ) 、 统一潮流控制器( u p f c ) 、静止同步串联补偿器( s s s c ) 、可控移项器( t c p r ) 等多 种装置。同时，高效的微处理器与以上装置的相互配合，为电力系统带来了高 效高可靠性的控制，使得电力能源都可以得到充分应用。 如今在现代电力系统中，f a c t s 技术已经被称之为“三项变革性的前沿课 题之一 【2 j ，尤其是最近十几年来，许多结构和性能各不相同的f a c t s 装置都 被应用到欧洲以及日本的一些实际的电力系统工程当中。同样在我国，亦有数 台s v c 应用到5 0 0 k v 电压等级的变电站中，此外t c s c 和s t a t c o m 这两种补 偿装置也己经在试验的运行当中或着正在建设当中【2 6 1 ，由此可见，f a c t s 装置 将来在电力系统中势必将拥有非常广阔的前景。 f a c t s 装置有多种分类方法，通常可以按其与系统的连接形式来分为以下 三种：串联型、并联型以及综合型f a c t s 装置【1 1 ，具体如表1 1 所示： 表1 1f a c t s 装置的分类 串联型并联型 综合型 可控串联补偿器( t c s c l静止无功补偿器( s v c ) 统一潮流控制器( u p f c ) 相间功率控制器( i p c ) 可控快速制动电阻器( t c b r l 可控移相器( t c p s t ) 固态串联补偿器( s s s c l静止同步补偿器( s t a t c o m ) 1 1 2f a c t s 技术研究现状 f a c t s 技术问世之后，世界各地的电力行业都将目光投向了该项技术的研 究，有的自己独自研发，有的一起合作研发，正因为如此，f a c t s 技术才能成 为现代电力系统行业依靠的先进技术之一。 如今，该领域有非常多在国际上很有名的学术组织，例如i e e e 、c i g r e 等 等，都对f a c t s 技术进行深入系统的研究1 1 8 埘】，产生了相当数量的学术论文， 甚至为此开展了一系列的国际专题会议。 2 第1 章绪论 g e 公司生产了全球第一个s v c 装置，且在1 9 7 7 年的时候应用到t r i s t a t e g t 系统当中，至今全球有1 8 0 多台s v c 装置安装至电力系统。美国和日本相 继应用了l o o m v a r ( 1 9 9 5 年) 以及8 0 m v a r ( 1 9 9 1 年) 的s t a t c o m 补偿装置。如 今已有3 台t c s c 在美国应用，各被试用于3 4 5 k v 、2 3 0 k v 以及5 0 0 k v 的线路 中【4 捌。 在h i n g o r a n i 博士提出了t c p a r 原理接线图几年以后，各组织也通过合作 开发有了自己的相关项目。二十世纪末，美国电力公司将两个1 6 0 m v a 电压源 逆变器构成了一个统一潮流控制器并且正式投入在了美国i n e z 地区的1 3 8 k v 线路中。所有f a c t s 元件中，u p f c 装置可以说是功能相对最强大的元件，它 的成功运行在f a c t s 技术发展中起到了很大的促进作用，被视为f a c t s 技术 发展过程中的重要标志。 我国在f a c t s 技术上同样给予了极大的重视，在多方面的努力下也已经开 展了一些相关的工作，不过整体上仍然要比发达国家落后。在7 0 年代末，我国 就已经对s v c 开始了相关研究，现今也积累了不少的s v c 无功补偿经验，在制 造技术方面也取得了一定的进展。中国首台基于晶闸管控制的a s v g 的试验机 于1 9 8 5 年在华北电力学院诞生了。 至今，我国已经在郑州小刘、武汉凤凰山、东北沙窝以及湖南云田等各地 5 0 0 k v 变电站中安装了数台s v c 补偿装置。为了缓解伊敏电厂中5 0 0 m w 与 6 0 0 m w 发电机途经双回输电线路，往东北电网输送电能时经常会产生一定程度 的振荡，在伊敏至冯屯的输电线路的冯屯侧投入了国内第一台t c s c 补偿装置。 为了有效利用现有的输电线路，最大可能的传送更大功率到广东地区，在西电 东送的天生桥至平果的双回输电线路上投入了1 0 可控串补以及4 0 固定串补 的t c s c 补偿装置。并且于0 4 年1 2 月，非常成功的将首台完全由中国自主研 发的可控串补装置安装于甘肃省碧口至成县的输电线路上【1 1 7 1 。 目前，电力系统中大量引进f a c t s 装置，研究f a c t s 装置在电力系统中 的应用情况以及f a c t s 装置之间的交互影响也具有非常重要的现实意义。s v c 与t c s c 是应用最广的f a c t s 装置，因此，研究s v c 和t c s c 联合补偿在电力 系统中的应用具有重要的意义。 总而言之，与传统的电力控制装置相比较，f a c t s 元件在响应速度以及工 作特性等方面做了非常大的改进，因此深入全面研究f a c t s 技术，是我们所必 须面对的新挑战。 3 第1 章绪论 1 3s v c 、t c s c 的应用概况 当前电力系统中应用最广泛的f a c t s 装置是s v c 与t c s c 。全球已经有上 千台s v c 被应用到电力系统无功补偿当中，总装机容量将超过9 3 0 0 0 m v a r 。 自七十年代以来，我国的电网中也相继投运了数十台s v c 补偿装置，第一 台s v c 装置安装在平顶山至武昌5 0 0 k v 的输电工程中，我国在0 3 年6 月份又 安装了第一台t c s c 串补装置于天生桥至平果的5 0 0 k v 输电工程中，运行经验 的不断积累使得我国如今已成为全球比较少能够运用串补装置掌握此项技术的 国家之一。 国内外相关工程已经证明：s v c 补偿装置能够十分有效的控制电压稳定性 问题。当前我国应用s v c 技术也较为成熟，在江西金堂等地均有s v c 装置投运， 非常有效的提高的系统的电压稳定性和增加了电网的负载能力，与传统的使用 并联固定容量的电抗器相比，s v c 更安全可靠。t c s c 串联补偿也是一个提高电 压暂态稳定非常有力的工具。 在现实工程的应用当中，一般情况下会同时采用串联与并联补偿装置来进 行整个系统的无功补偿。串联补偿装置一般采用t c s c ，大量的工程应用表明： 选择t c s c 装置的安装地点和系统中的电源以及负荷的分布有很大的关系，当 输电线路的末端负荷较为集中的时候，进行无功补偿时可以选择在该输电线路 的末端安装该装置；如果系统当中的负荷分布比较均匀，在这种情况下，t c s c 装置的安装地点可以选择在该系统电压损耗接近一半之处。进行并联补偿时一 般选用s v c 补偿装置，s v c 装置主要是用来进行无功补偿的同时实现负荷的平 衡，一般情况下s v c 补偿装置的安装地点会选择在负荷的附近。 s v c 、t c s c 采用联合补偿，即能够随时、动态且连续的改变相对应的等效 阻抗值，又能够平衡整个系统中的部分负荷，使得三相正序电压能够保持在一 个正常水平范围内的平衡，最终使得整个系统中的电压值稳定在一个理想的范 围内。 总而言之，我国的电力系统同趋复杂化，电力建设急需先进的f a c t s 技术 来支撑，世界各地所发生的几次重大电力事故警钟长鸣，因此，s v c 、t c s c 作 为f a c t s 装置中应用最广泛的两种补偿装置，必须深入研究两者的补偿技术。 4 第1 章绪论 1 4 本文研究的主要内容 本课题的研究主要是以提高电力系统稳定性为目的，通过m a t l a b 软件分 别对s v c 与t c s c 两种f a c t s 装置建立模型，研究各自在电力系统应用中的作 用，以及这两种两种补偿装置之间的交互影响，最终实现对电力系统的联合补 靡磐 l 百。 本课题的主要研究内容如下： 1 ) 研究s v c 和t c s c 的工作原理及其特性等； 2 ) 应用m a t l a b 软件中建立s v c 和t c s c 的仿真模型以及三相电力系统 仿真模型； 3 ) 仿真分析并研究s v c 、t c s c 在电力系统中的作用及其运行中的谐波分 析； 4 1 实现s v c 与t c s c 的联合补偿，利用奇异值分解方法( s v d ) 对s v c 与t c s c 的交互影响进行定量分析，并仿真验证； 5 ) 利用m a t l a b 建立江西电网部分地区仿真模型，对己安装s v c 的应用 进行研究； 6 1 江西电网t c s c 应用研究，研究t c s c 与s v c 联合补偿对江西电网的影 响。 5 第2 章s v c 与t c s c 工作原理简介 第2 章s v c 与t c s c 工作原理简介 2 1 静止无功补偿装置( s v c ) 2 1 1s v c 的分类 静止无功补偿器s v c 作为目前应用最广泛的一种f a c t s 装置，发展至今， 涌现了大批性能各异的s v c ，在实际的工程应用当中，可以根据需要选择适当 的s v c 装置。 不同类型s v c 的特点如表2 1 所示【4 3 1 。 表2 1 不同s v c 的比较 可控硅控制 型式自饱和电抗器可控硅控制电抗器可控硅投切电容器 商漏抗变压器 英文缩写s rt c r t s c t c t 无功输出连续、感性容性连续、感性容性分级、容性连续、感性容性 动态响应时间约1 0 m s 约1 0 m s 约l 咐0 m s约1 0 m s 分相调节不能依靠设计能能 限制过电压能力很好有无依靠设计 自身谐波量小有无有 吸收谐波能力好好无好 噪音大 较小 很小稍大 损耗率约0 7 1 约0 5 - 0 7 约0 3 加5 约0 7 1 控制灵活性差 好 好 好 运行维护 简单 较复杂 较复杂 较复杂 根据本文的需要，结合表2 1 中各种s v c 的性能比较，在本课题的研究中， 选用了各方面性能较好的t c r 型s v c 。 6 第2 章s v c 与t c s c 工作原理简介 2 1 2s v c 的基本工作原理 s v c 是一种并联在系统中的补偿装置，不同种类的s v c 有着不一样的特点， 但是它们的基本组成元件都是t c r 与t s c ，s v c 的基本工作原理如图2 1 所示， 该图中，所加装的滤波器是为了吸收该补偿装置运行时可能引入主系统的一些 谐波【3 2 1 。 滤 波 器 图2 1s v c 的基本原理不意图 s v c 中t c r 支路是由一个反并联晶闸管对和一个电抗器串联组成，其t s c 支路则是由一个反并联晶闸管对和一个电容器串联组成，两者都是通过晶闸管 来控制支路上的等效阻抗的。不同的是，两条支路上的阻抗，t c r 上是连续的、 另外t s c 只有两个运行状态即投入或者退出系统【3 3 】。因此，假设t s c 支路上的 电容为c ，s v c 总的等效电抗可以用下式表示： k = 万磊万r c c o l ；丽 ( 2 1 ) 此外，s v c 装置比较常用的基本控制示意图如图2 2 ，该图中u 。为参考电 压与标准值相比较的差值；a y 为实际系统中应用的的额外辅助控制信号；薪为 变压器在低压侧的等效阻抗。 7 第2 章s v c 与t c s c 工作原理简介 图2 2s v c 基本控制示意图 该示意图中，由u 。经过电压调节器得到触发角口作为一个比较重要的环 节，它主要是通过将测量所得的数据和标准值相比对，再把误差值经过控制环 节能够产生玩，值，由以及其与触发角的关系，可以计算出相对应的口值控 制脉冲触发，进而改变s v c 在整个电力系统中的等效电抗值，也就能相应对系 统产生有效的影响。 2 1 3t c r 型s v c 的工作特性 由于本文中采用的是t c r 型s v c 补偿装置，所以下面重点介绍一下t c r 的工作特性，t c r 工作时该支路上的电压与电流波形如图2 3 所示【3 l 】： ， 、 瓜吒八 。l ：， 1口7 1 秒弋l 图2 3s v c 中t c r 支路电压电流波形图 上图中，“为电容支路上两端的电压值，u ( t ) = s i n c o t ；f 。为电感支路上 电流的值；口与臼分别是为触发角和导通角；两者之间的关系为：0 = 2 ( 7 - - t z ) 。 8 第2 章s v c 与t c s c _ - 1 - 作原理简介 假定该系统处于稳定的状态，此时阀如果导通，n - - i 由相关定理得到f 式： 甜= 三睾 ( 2 2 ) 出 、7 口的有效移相范围是【三，万】，当口= 至2 的时侯，0 = n - , 此时电感为全导通的 状态；当口= 万的时侯，0 = 0 ，此时电感为全关断的状态。 由式2 2 可以得出，在阀处于导通状态的情况下有： 屯= 导 e o s ( a + k x ) - c o s c o t ( 2 3 ) t o _ , 对上式中f 工进行傅里叶分析可以得到： t l ：! ( 口一s i n e ) u o( 2 4 ) 7 1 x l 式2 4 中，t 。为系统中电感支路上电流的基波的幅值；“为系统中电容支 路上的电压幅值；吒为电感的电抗的值。 综上所述可以得到t c r 型s v c 的电纳值置可表示为： 耳：0 - s i n o ：2 r t - 2 a + s i n 2 0 r( 2 5 ) 冗x la x l 根据式2 6 ，假定吃= 1 4 e 一，可以得到e ( 吃= 1 4 e - 3 ) 值随触发角口改变而变 化的曲线图，如图2 4 。 j 。 川) 图2 4 t c r 的耳( 口) 变化曲线 9 第2 章s v c 与t c s c 工作原理简介 2 2 可控串联补偿装置( t c s c ) 2 2 1t c s c 的基本工作原理 t c s c 也有很多不同的组成形式，但是t c s c 的最典型的组成方式如图2 5 所示，t c s c 主要由以下几个部分构成：旁路断路器、氧化锌避雷器( m o v ) 、 电容c 、旁路电感l 、一个反并联晶闸管对s c r 。t c s c 工作的原理与并联l c 电路较为相似。t c s c 主要是通过改变晶闸管的触发角，从而改变其中电感支路 上电流的大小，所以t c s c 可以连续地对其等效电抗进行改变，从而改变该线 路上的无功补偿程度。 t c s c 的工作范围一般情况下会受到晶闸管的触发角、电容的电流以及氧化 锌避雷器保护条件的一些限制，在整个运行的过程当中，上述这些限制的条件 有可能会影响到整个系统控制方式的选择和确定 3 5 - 3 9 】。 b r e a k 1h y r i s t o r 、 图2 5t c s c 的结构简图 图2 5 表示的是t c s c 的一个结构简图，从该结构简图中易知t c s c 之所以 可以实现对线路上的功率进行连续的控制，主要是因为其可以通过改变晶闸管 的触发角，从而改变其中电感支路上电流的大小，进而改变该线路上的无功补 偿程度。总而言之，只要能够对晶闸管的导通角进行比较准确的控制，便有可 能实现对t c s c 的等效电抗进行连续、平滑与快速地调节，进一步为系统提供 了可控可靠的串联无功补偿。 t c s c 主要是通过改变晶闸管的触发角从而连续地控制其等效电抗，一般而 言，t c s c 主要有以下四种工作模式f 4 3 】：旁路工作模式；晶闸管闭锁工作模式； 感性微调工作模式；容性微调工作模式。 1 0 第2 章s v c 与t c s c 工作原理简介 此外，t c s c 装置的阻抗控制方式主要有开环和闭环两种方式，如图2 6 与 图2 7 【4 5 】所示。 臣苎卜固! 望嘴 图2 6 t c s c 开环控制 图2 7 t c s c 闭环控制 2 2 2t c s c 的阻抗特性 t c s c 中的电感支路为可变感抗，该支路由晶闸管控制，它的等效的感抗值 将随着晶闸管的触发角口的变化而改变。设t c s c 的等效阻抗为墨，其与晶闸 管的触发角口存在如下的关系【4 7 】： & = 面1 一去叫“n 2 ( 万一口_ ) 】) + 去- 兰 c o s 2 ( 万- a ) k t a n k ( x 一口) 卜t a n ( 万一口) 该式中相关变量表达式为：彳2 岛，k = 罢，= 了b 。 a l纸。， 根据式2 6 ，可以利用m a t l a b 软件编程得到坼与口角之间的关系曲线， 假定t c s c 的参数设置为l = 1 4 m h ，c = 11 9 2 t f ，系统频率设置为f = 5 0 h z ， 耳一口如图2 8 所示曲线： 第2 章s v c 与t c s c 工作原理简介 。2 、 。 i 吖( 图2 8 t c s c 的丘一口关系曲线 2 3 本章小结 本章简单介绍了s v c 和t c s c 的基本工作原理及特性。s v c 装置是通过控 制晶闸管的触发角口，进而来改变t c r 支路的等效电抗。实际应用中，f c + t c r 型s v c 使用相对比较广泛，s v c 可以比较有效地增强系统电压的稳定性水平。 t c s c 的工作模式分为以下四种：1 ) 旁路模式；2 ) 闭锁模式；3 ) 感性调节模 式；4 ) 容性调节模式。t c s c 装置同样是通过控制晶闸管的脉冲触发角口来实 现对t c s c 的等值电抗进行连续、平滑与快速地调节，进一步为系统提供了可 靠的串联补偿。 1 2 第3 章s v c 、t c s c 在电力系统应用中的仿真研究 第3 章s v c 、t c s c 在电力系统应用中的仿真研究 3 1 仿真软件m a t l a b 简介 m a t l a b 软件是一个以矩阵为单位，能够进行多种线性代数运算，并且具 有非常强大又完善的绘图的功能。同时m a t l a b 软件还具有功能十分强大的数 学处理能力，使用起来非常的直观方便，并且用户完全可以根据自己的想法很 方便有效地编写出期望的图形界面，总而言之，m a t l a b 拥有许多功能强大、 内容丰富多样的应用工具箱，是一个非常实用的工具软件【4 9 5 3 1 。 打开m a t l a b 仿真模块库中的浏览器的下拉菜单，可以很方便快速的找到 电力系统的模块库，里面包含了几乎所有电力系统的各种组成元件。同时，用 户还可以根据需要在仿真建模的m o d e l 中做出符合个人要求的子模块。另外， m a t l a b 的模块库中还拥有非常直观、非常方便的图形用户界面，即 ( p o w e r g u i ) ，并且m a t l a b 中的函数也能够把电路模型的仿真结果分析转变为 数量表示的结果，这样可以进一步分析和计算仿真出来的结果1 4 9 】。 3 2 仿真系统模型 3 2 1 不合补偿装置的三相电力系统仿真模型 三相电力系统的主要组成部分有电源、线路、变压器、和负荷，本章利用 m a t l a b 进行一些适当的组合，建立起了一个比较简单的三相电力系统仿真模 型，如图3 1 所示。在下一节内容中，将针对该仿真模型进行s v c 、t c s c 的应 用研究。 1 3 第3 章s v c 、t c s c 在电力系统应用中的仿真研究 图3 1 不含补偿装置的简单三相电力系统仿真模型 本文所采用的模型中的一些基本参数设置如下所述： 三相电源电动势的值设置为1 0 5 k v ，频率设置为5 0 h z ，电源的内阻分两个 部分：其中r = 0 0 0 l q ，l = 0 0 5 m h 。 三相变压器t 1 与t 2 分别是升压变压器和降压变压器，两个变压器变比等 参数的设置均参照我国制定的三相交流3 k v 及以上设备与系统的额定电压标准 【6 3 1 。同时为了减小变压器运行时所产生的三次谐波，本文所用的变压器均采用 了y n ，d 1 1 形式的接法。 变压器t 1 的高压侧与低压侧分别采用星形接地连接、三角形连接，变压器 t 2 高低压侧的连接形式则与t 1 整好相反。两个变压器的其它相关参数设置如下 图： y o m i n t lp o v e r 雠a 矗e n 呵【r 0 c a ) f n0 f z ) 】 l 【3 1 5 6 ，5 0 】 | i n d i n 1 呲) c 蛐c t i o n ：两蕊而1 w i n d i n cp o t t e r e r s 【nf h - i h ( i r r _ s ) ，r 1 白u ) ，1 1 】 l 【1 0 5 e 3 ，0 啦，0 】 v i n d i n 2c e b c ) c o n n e c t i o n ：匠薯 t i n d i n p 吖_ t ”tf v 2f h - l hc v n s ) ，r 2 如u ) ，1 2 如曲】 | 【1 2 1 l 3 ，0 0 0 2 ，0 0 8 】 rs e t u r j d d l c o r i i g n e t i z t t i o nr e s i s t c n c eh t s o o i i 蝎n e t i ：t t i o ar c t n c i j 白曲 1 5 j t e u t - e n t s 际习 hl ，r m e t e r s 。 _ _ 。“1 。_ _ _ _ - _ _ 。 ” _ 1 _ _ _ _ _ 。_ - - 1 1 “。_ 。1 。” i l o a i n t lp o t e rn df r e q u e n c y p n ( v a ) f no z ) 】 l 即嚣习矿一 i i z z l i n g1 ( 虻) c 删c t i 鸭：f 习； w i n 4 i n p u _ t t 盯s 【v ip h - r h ( v r m s ) ，r 1 白，l i 如q ) 】 ；盯磁丽旷面衍一l l i n d i n 2 ( 础i 札：面善而广习； l i n 4 i n gp e t h s 【1 2l h - l h r - s ) ，砭白) 位白u ) 】 i t5 3 8 3 ，0 咙，0 0 8 1 rs 恤d l tc o r u t g n e t i z t t i o nr e s i s t t m c e 酗0 u ) p r _ _ _ - _ o _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ o o _ _ _ _ _ _ _ o _ _ _ o _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ o _ _ o _ _ _ o _ - _ _ i i t t 薄e t i t t t i o nr e t c t z n c el b u ) ，“- _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - 一i 1 5 0 0 | i e t s r m t a t s 际1 图3 2 三相变压器t l 、t 2 的参数设置 1 4 第3 章s v c 、t c s c 在电力系统应用中的仿真研究 该模型中的三相输电线路则采用了理想的分布式导线的模型，相关参数如 图3 3 所示设置。 墨期b ”o fp h a s e si 一妇簟e t 盯。 y r e q e e n c yu s e df o r 置lcs p e c i f i c a t i o no k ) i o i n a lp h s r p h a s ev o t a ec s ) ： 一陌一 r e s i s t a n c e ，p e r m i tl 啦t h 叮h - s 肺) 噼哥m a t r i x o r l f o o i n df r e 蝉呱c ya t z ) ： i t o 1 7o 3 e 6 4 蔚一 i 塑篓! 竺! ：! ：竺! ! ! ：苎婴! ! ! 竺! ：竺! ：! ：! 竺n 口。r p h 虹。t i ，。p 坩盯pc i ) ： l 【l 2 8 4 1 2 6 们3 藏谳矿一 c s ”c it t n c ep e ru n it1 啦g t h 口，h ) 取im z t r i x 盯 c l 雨f 磊宅写晤矗鬲r 一! 竺：! 坚：竺! ! ：竺竺：! ：竺! ：! l i n e1 旺t ho a ) 1 1 5 e 6 幻5 3 陌一u h r e e - p h t s e c t p t e i t i v er e a c t i v ep o w e r 口c 妇) ：。 _ e 蛄_ 旺t s 猫= 习p 图3 3 三相线路参数设置图3 4 三相负荷参数设置 在本文中，假定三相负荷的功率因素均理想化为。o 8 5 ，其他相关参数如图 3 4 所示设置。 此外，本文中应用的三相电力系统故障模型直接采用了电力系统模块库中 所提供的短路故障模型，它可以对各种故障进行仿真模拟，假定故障时间设置 为0 3 s 0 3 4 s ，其他相关参数保持为系统默认值设置。 3 2 2 含s v c 的三相电力系统仿真模型 本文中选用的静止无功补偿装置为在第二章所介绍的t c r 配合上固定容量 的电容器一起称之为f c + t c r 型s v c ，也可以简称为t c r 。独立的t c r 只能 够单纯地吸收感性无功功率，而在并联上如上所述的固定电容器后，便有可能 使得补偿装置也能够吸收容性的无功功率。除此以外，在电容器的并联支路上 再串联上一个用来滤波的容量比较小的调谐电抗器，这样可以使该支路上的谐 波电流明显减少。同时，本文中所使用的三相t c r 型s v c 采用了目前应用较为 广泛的三角形接线形式，如图3 5 所示，这种接线形式能够使线电流中的谐波含 量得到显著且有效的减小【4 9 j 。 1 5 第3 章s v c 、t c s c 在电力系统应用中的仿真研究 图3 5 三相s v c 的三角形接线形式 s v c 补偿装置采用三角形接线形式，正常情况下一般能够有效地控制支路 上3 倍次的谐波渗入主电路，但是在供电电压不稳定、不平衡的情况下，有可 能会造成谐波扩散进入输电线路，严重时甚至会引起直流分量，导致谐波分量 大面积扩散。 在前面章节的介绍中，已经得知s v c 装置中的t c r 支路的等效电纳值大小 的变化就是通过改变晶闸管的触发角口来实现的，本文将线电压作为触发同步信 号。图3 6 表示由测量得到的电纳值控制s v c 的t c r 支路上晶闸管的触发角。 图3 7 为s v c 的触发脉冲发生器，输出的脉冲用来分别控制六个晶闸管的导通。 图3 8 为s v c 的仿真模型图。 1 6 第3 章s v c 、t c s c 在电力系统应用中的仿真研究 图3 6t c r 支路晶闸管触发角控制模型 图3 7 触发脉冲发生器 图3 8s v c 仿真模型 1 7 倍号绽耋嚣 第3 章s v c 、t c s c 在电力系统应用中的仿真研究 s v c 为并联补偿装置，本文中采用就地补偿的原则，将该装置安装在负荷 附近，就地进行无功补偿，如图3 9 所示 图3 9 含s v c 的三相电力系统仿真模型 3 2 3 含t c s c 的三相电力系统仿真模型 本文中所采用的三相t c s c 仿真模型是由三组单相t c s c 并列而成