TCSC的结构及原理分析

1、可控硅控串联电容补偿器（可控硅控串联电容补偿器（tcsc）结构、原理及应用研究报告结构、原理及应用研究报告1.1应用背景应用背景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。1.2应用背景应用背景为了解

2、决电力系统存在的以上问题，提出了可控串联补偿电容器TCSC (Thyristor Controlled Series Compensation)，可控串联补偿电容器是柔性交流输电系统(FACTS)的重要组成部分,在交流输电系统中利用串联电容器的容性阻抗补偿输电线的部分感性阻抗，可以缩短输电线路的等效电气距离，减小功率输送引起的电压降和功角差，从而提高线路输送能力和系统稳定性，同时增加线路输送容量，提升电网输电能力。在不改变原有输电网络结构的前提下，利用TCSC装置提高系统输电能力无疑是一种经济、有效的方法。2.1基本结构基本结构组成元件：组成元件：固定的串补电容固定的串补电容C C、并联一个由

3、晶闸管控制的电抗器、并联一个由晶闸管控制的电抗器L L、金属氧化物压敏电阻金属氧化物压敏电阻(M0V)(M0V)、晶闸管阀及旁路开关等元、晶闸管阀及旁路开关等元件组成。件组成。2.2基本结构基本结构TCSCTCSC通过对触通过对触发脉冲的控制改发脉冲的控制改变晶闸管的触发变晶闸管的触发角，继而改变由角，继而改变由其控制的电感支其控制的电感支路中电流的大小，路中电流的大小，连续改变总的等连续改变总的等效电抗。效电抗。3.1工作原理工作原理TCSCTCSC有四种工作模式：有四种工作模式：晶闸管截止。晶闸管截止。此时，此时，TCSCTCSC等同于固等同于固 定串联补偿。定串联补偿。 晶闸管旁路。晶闸

4、管旁路。此时，此时，VTVT1 1、VTVT2 2全导通，全导通，线路电流大部分通过线路电流大部分通过L L，整个，整个TCSCTCSC呈现小电抗特性。呈现小电抗特性。 容性微调模式。此时，容性微调模式。此时，VTVT1 1、VTVT2 2的导通角较小，整的导通角较小，整个个TCSCTCSC的阻抗呈现大于的阻抗呈现大于C C本身容抗的容性电抗特性。本身容抗的容性电抗特性。TCSCTCSC通常都是运行在容性微调模式通常都是运行在容性微调模式 感性微调模式。此时，感性微调模式。此时，VTVT1 1、VTVT2 2的导通角较大，整的导通角较大，整个个TCSCTCSC的阻抗呈现感性电抗特性。的阻抗呈现

5、感性电抗特性。3.2工作原理工作原理TCSCTCSC的电抗与有功功率的关系的电抗与有功功率的关系等效电路图等效电路图传输功率可表示为传输功率可表示为3.2工作原理工作原理TCSCTCSC的电抗与有功功率的关系的电抗与有功功率的关系P P是母线是母线l l流向母线流向母线2 2的有功功率；的有功功率； V1V1，V2V2分别是母线分别是母线l l和母线和母线2 2的电压幅值；的电压幅值； X XL L是线路感抗；是线路感抗； X XTCSCTCSC是包括是包括固定串联容抗在内的固定串联容抗在内的TCSCTCSC电抗；电抗；1, 21, 2是母线是母线1 1和母和母线线2 2的电压相角。的电压相角

6、。从上式可以明显地看出，通过改变从上式可以明显地看出，通过改变TCSCTCSC的电抗值可的电抗值可以实现有功功率的调节，即：当以实现有功功率的调节，即：当TCSCTCSC呈容性补偿时，呈容性补偿时，有功功率随着线路有效电抗的减小而增加；感性补偿有功功率随着线路有效电抗的减小而增加；感性补偿时，则有功功率随着线路有效电抗的增加而减小。时，则有功功率随着线路有效电抗的增加而减小。3.3工作原理工作原理触发角触发角 调节调节TCSCTCSC的阻抗的阻抗晶闸管控制串联电容器的单相电路结构如图晶闸管控制串联电容器的单相电路结构如图1 1所所示，由电容器与晶闸管控制的电抗器并联构成，示，由电容器与晶闸管控

7、制的电抗器并联构成，实际应用中需要将多个实际应用中需要将多个TCSCTCSC单元串联起来组单元串联起来组成一个特定容量的装置。成一个特定容量的装置。3.3工作原理工作原理触发角触发角 调节调节TCSCTCSC的阻抗的阻抗TCSCTCSC的稳态基波阻抗的稳态基波阻抗3.3工作原理工作原理触发角触发角 调节调节TCSCTCSC的阻抗的阻抗3.3工作原理工作原理触发角触发角 调节调节TCSCTCSC的阻抗的阻抗3.3工作原理工作原理为防止TCSC产生谐振，在容性控制区要求不得小于某一值 。X（）随着触发延迟角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

8、效阻抗。触发角触发角 调节调节TCSCTCSC的阻抗的阻抗3.3工作原理工作原理触发角触发角 调节调节TCSCTCSC的阻抗的阻抗触发角在触发角在9090处为旁路状处为旁路状态；态；180180处为闭锁状态；处为闭锁状态；在在143143附近为谐振区，运附近为谐振区，运行时应避开，以免产生谐振，行时应避开，以免产生谐振，危及设备。危及设备。由于存在谐振区，从感性由于存在谐振区，从感性区到容性区的平滑过渡是不区到容性区的平滑过渡是不可能的。不管在容性区域还可能的。不管在容性区域还是在感性区域，运行点通常是在感性区域，运行点通常都被限制在最小电抗极限和都被限制在最小电抗极限和最大电抗极限之间。最大

9、电抗极限之间。3.4工作原理工作原理串补度S取串补度取串补度S S=X=XC/C/X XL L则推导可得，传输功率是串补度的函数，即：则推导可得，传输功率是串补度的函数，即：TCSCTCSC的功角特性如下图所示的功角特性如下图所示3.4工作原理工作原理串补度S可以看出，在可以看出，在090之间，随着之间，随着s s的增加，传的增加，传输功率也不断增加，但随输功率也不断增加，但随着着值的减小，传输功率值的减小，传输功率的提高是逐渐减小的。的提高是逐渐减小的。另外，另外，TCSCTCSC的补偿是容的补偿是容性补偿，只能增加线路的性补偿，只能增加线路的传输功率。传输功率。4.1工程应用工程应用国际研

10、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4.2工程应用工程应用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652Mvar。5.1发展前景发展前景具有以下优点：快速连续地调节输电线路串联补偿度；动态控制输电线路潮流，优化电网潮流分布和减少网损；通过控制线路潮流，阻尼功率振荡；能提高线路串联补偿度并抑制SSR；提高电力系统的静态和暂态稳定性；有助于调节母线电压，缓解电压不稳定问题；可以转人可控感性模式，降低线路短路电流。当线路输送的功率相同时，即使串联电容器每千乏（kVar）的成本由于其较高