静止同步串联补偿器(SSSC)研究

目录中文摘要..............................................................................................................................英文摘要..............................................................................................................................第章绪1.1柔性交流输电系统〔FACTS〕简介.......................................................................SSSC的综合能比照..............................................................................51.3国外研现状..............................................................................................本文主要内............................................................................................................第章作原理与工作特性2.1SSSC述..................................................................................................................SSSC的工作原理......................................................................................................8的工特性....................................................................................................10第章维持系统压稳定性的用................................................................系统电压稳..........................................................................................................14SSSC对系统电压定性的影响分析....................................................................第章继电保的影响204.14.2

对电流动保护影20对零序/负序保护的影对距保护影谐波影低频分量的影24第章统建模与仿真25SSSC的学模....................................................................................................25系仿真结果............................................................................................第章336.1工作总336.2工作展33致谢....................................................................................................................................参考文献35静止同步串联补偿器〔SSSC〕研究

着我经济电力求量加迅、力系统规模不断扩大、人们电能也这电网的要求。系统异常及控制施近来受到高度重视。FACTS技术的出现，可压起到压，简单介绍了产生及其家族的一些器件简单比拟TCSCSSSC。引出〔SSSC介内及SSSC的工作原理和根本结以及它的输出特性，紧接着析电力系统稳定和SSSC对维持系统电压稳定的作用，然后解说对系统继电护的各种影响。为了对理论进行验证仿真本文对含有的系统进简过用示SSSC对改善电系增强电力网能力等面：柔性交电系压电保1ResearchStaticSeriesCompensator

：Astheofeconomyournation,electricpowerdemand,scaleofandthedependencedemandofpeopleelectricpowerhigherSotheofelectricreliabilityishigher.InyearsattentiontotheanomalousstemcontrolappearanceofFACTSdevicecontroltechniquesandcancontrolsyvoltageandcompensatethensystemstable.Thismeaningandlimitationofkeepingitintroducetheappearanceofandsomedeviceofthefamily,itandsimply.ItleadSeries(SSSC),itrecommendtheinsufficiencyofhomeandabroad,studyofarticleisbrieflythisarticleexandconstructionofitsteadyofonkeepingthevoltage,thisinfluencesofSSSCrelayprotection.ThismathandsimulationdesignofsystemwhichincludeSSSC,theprocedurethesimulationsimplyandtheresultsimulation,thisshowthefunctionofSSSCinimprovingsystemrunningcondition,enhancingsystemstability,increasingelectricnetworktransmissionabilityKey:FACTSSteady；RelayProtection2第章

论开展；人口增加，煤、石油不可再生资源的益减少，人们对环保护的越发重视促成了新能源使用和新的发电方式的产生；再者由于能源分布和经开的不平衡电系成了可或缺的一局部电力系统网互联运行时有很的效益，所以互的大电、跨的联网电的势将不开展。东欧、国、瑞、地中海、我国、泰国、俄罗斯等国各地都在努力实现货已经实现非同期输电、直流输电、地区联网甚至跨家联网输电。凡有弊有益，大电网跨过电网输电在来巨大效益优势的同时也来一系列的新题：弱阻尼甚负阻尼的频率功率振荡,这些振荡使量的电能损耗输电能严情况下甚至会造成电力系统的灾变使整的运调影(压失稳或电压崩溃)似大量户电,成巨的经损失人们生的混为了足越来高电压品要求科研以各相关士一直提高力系稳定、电压品质、态调节容、速度等，由静态稳[2]，动态稳定、暂态稳定、电压稳定和热稳定限制电力系输电能力，且前四种因素是限制电网输电能力的主要因，以着力电子，计算机等开展出现了F1]术设，望依靠电力半导体开关电路现经济、方便、速、有效的电力变、电力补偿及电控制可以为传统电力系统的发输电配电用电等方面提供领先的术：经、方便、速、效的实施控电力统中压、电流阻抗、率。些措施在在实现交系统的活、便、经、有的实时制；提高交流电功率限；确保系统运行的稳定性优化输电电网潮；减少功率损耗，能能源，提高输线路变器电设利率等面挥着神奇的作用。STATCOM、SSSC、是FACTS族中较有代表的其根本原理都是效为串联并联的电容电感，调节系统阻抗、注入或收功率以维持系各项参数稳定等根本改变对交流输电系统的传统的慢的、不连续的不精确的、机械设的控制；提供了速的、连续的、精确的、智能的控制和潮流化，强了统稳[4]，在系发生事故时，及时出调整止事故大。早现是并联型的补偿调节，是新型串联型的偿调节，集合了串并联型补偿的优势。3柔性交流输电系统〕简家美科研在产生和开展，是综合电电子器件、微处和微电子技术、通技术、自动控制术而形成的用于控制交输电的新技术“柔性〞很显然是对与刚〞言的。常规“刚是依赖型设有、、的、低调“要依电子型设，连、速、控、调节大调“柔比刚性〞的控作用更精确更有效、鲁棒性更好。FACTS的主要作高输网络潮流方向的控能输线路输送能力：较大范围的控制流、保证输电线输送容量接近热稳极限、在控制区内可以传输更多的功率减少发电机的热用、依靠限制短路流和设备故障的响以防止线路串级跳闸阻尼电力系统震，提高系统稳定性。家族很大，按原理、性能、与系统结合方式可分为多种类型国外学者按各种控制器的主要能和作用分为控功率、改良暂态稳、改良电压稳定个类；我者按动态潮流控制的物特性以及接入系统方式考虑分为并联补偿串联补偿、网络耦合、电注、功率转移等；日本学者按FACTS控制功能分为减线路阻、电控制、率控、功率电压控制、相控制、速回路断开六；其他有发型、输型、电型、联型、串联型串并联合型。FACTS出，的SVC〔StaticVarCompensator〕ThyristorSyCompensator)。串联型出较晚，表性的ControlledCapacitor)、SSSC(StaticSynchronousCompensator)、Damper串并联型FACTS元件由个串联并联制器组而成通过协调控制器各元、挥各元件优势。有效调控单条或多条电力线上的功潮流，实现最大的功率输送。代表性的有：统一潮流控制器IPFC(InterlinePowerFlow、线潮流制器Flow、可静态补偿器CSC(Convertible于优点能强等因素混合型F4完善。SSSC综性比串联元件是变阻抗〔容、抗、于电力电变技的控源〕，它过向系统串入个电压以实现需的控制功能即使串联接入力传输线的是可阻抗〔电容、抗等〕，通过其流过的电流乘也是一种串等效电压，如果串接的电压矢量和线路电流矢量直那串联FACTS控制器只从电网中收或注入无功率假设联接入的电压量线路电流矢不直那么串联控制器和电间存有功交换。同时为串联制器在此简单比拟TSSSC：晶闸控联容器[5]〔ristorControlledSeries〕联电容器联电抗器，本块联而以到所需的压等和作性TCSC本思想是通过控制并联支路的晶闸管的触发延迟电抗器局串联电以串联补容值连调以制为的/抗从而通过调节输线的阻抗来调节线路的功率潮流传输。然而CSC存一缺点：一由于TCSC的等效通过控制其晶闸管导通时来调节，所以其晶闸管是局部通的这电压；，的阻抗调节是连续的，在其容性阻抗和最小阻抗间在一不可控区，假设CminL是由根本单元串联而成，那么它的阻抗不可控区将很大，使CSC无法全对系态稳的控。一传输中分多个TCSC元件，协调控有效减小整个统抗不可控区；第三TCSC只阻的，而不改变线路感性性质，所以CSC只可调潮与输线路电抗会在同步频率f[=f网机转谐频）]生同步谐振，所以实际应用要防与系统发生同步谐振。静止同步串联补偿SSSCStaticSys是不含外部电源的静同步无功补偿备，串联在输线路产生与线电流正交、幅可控的电压，可以改变线路压等级和自身投、退出状态，从而电网结构和拓扑态进行调整，般不改变路电压等级和本拓扑结[6]，只等效的整线路抗5ss和电压。增加或减少路上的无功电压以控制传输功率，含暂态储能或耗装置，短时间内增加或减少线路的有功压降，从而改善系统动态性能[7]。入压远小于系统压对地绝缘要高，所以变压一、二侧应设够的绝缘，绕承受整个线路电假短时适当的旁保护那承受很大故障电流SSSC假设直流侧引蓄池超导磁体等储设备可使出相角流向量关系成非，实“四象它要两个点本些入电压源；直接改变线等效阻抗或注入压源改变输电线路电压的自然分布从而调节电流分布对压和潮控制力强针特定户实潮流与电压的调节；承受全部线路电流，出电压可控。为了更形象的比拟S两的区别，下面给出别包两者的双系统及等效电路图以及输功：U1

TCSCi

XLXL

2

U1

SSSCi

XLXL

2U1

X

P

U2

U1

Us

P

U2图含TCSC的双机统效图

图1.2含SSSC的系等电路图

UU2X-XLTCSC

2

XXLL

式〔1-1〕P是母线流母线2有功，U分别是线1，2的电压12幅；X是线路感；XL

TCSC

是包括的TCSC电抗值是母线，12的电压相角。调TCSC显容性补偿，有功效抗小而增加，反之性补偿时，有功效电抗加而减小。式〔〕P是母线1流向母线2有功分别母线1，2的电12幅于系统，X是线路感；U是SSSC的注入幅是Ls2母线1，2相调U与抗相即补功功率随着SUs幅值增加而增加，反之调节s与线路电抗压降相位相同，即为感性补偿，有功注入压幅值减小而减小。6内外研究现状目前内外研究还于理论析和研制阶段，其数模型、控策略、拓扑结构的研究不够熟透彻。、SSSC、UPFC都同源的制器目前已应用的串联补偿备主有串联电晶闸管串联调压电容(TSC)、可控电容串联补偿(可控电感联补偿(等，而PFC是STATCOM和SSSC的结合。在技方面：学模型[3]：态模型〔器出、模〔系动行。方：法立路，列出状态方程〕、输出建模〔等效为一个电压源外接阻抗，考虑约束条件得联立方程。制略基系统部构控方、控制、合智能控制方法。主路结构：有耦合变压器、无耦合变压。在工程用方面：目前世上还没单独的SSSC装置，但实际已投两个工〔1995年美国电力、和弗局部地电压、热稳的研究和1998年国力公Inez变电站投的一个C工〔2002年Marcy投运的可变静态补器〕、韩国电力科学研究院在1系完成UPFC示范工程为关技术、SSTS的研和应也来广。本文主要内本文理论究是根底理解所以文主要围绕S相关理论和应用等进行介绍，要内容有：〔统介绍出现开展简拟具有代表性TCSC和引出本文主—SSSC。〔2〕具的分的根本原理、工作和输出特、数学建模[8][9]。〔3〕介绍S在力系统维持系统压稳定继电保的作用并设计电路，仿真[10]。7第章工作原理与工作特性2.1SSSC概是基于同步电压的原理线路注一个与路电流相差可控压，再利容器电抗生或无功现无功补偿，而通过产一个具有可控幅和相角、同步、近正弦的电压差来系统交换无功。且它可与线路交换有功路输功率能力，提高可控性。它般由电压型变换、耦合变压器、直环节以及控制系组成，变压器串联接入力系统，直流环可以是电容器、直电容、储能器等。具有以下一些特点：不需要使用任何交流电容器或抗器就可以在线路中产生或吸收无功在同一容性或感性区域内，可不依靠线路电流产生可控的补偿电压；3〕自身对次同步谐振或其它振荡现象具有抗干扰能力；接入储能元件后可对线路增大或减少功率甚至使其反向流进行有功率和无功可以通过接入直流电源的方式偿线路电阻或电抗并与路补度关高X/R比；〕非迅地应制指；〕适单重合等全运行工作原理是基于可关断晶闸管构成的静止补偿器是一个带直储能电容的电压逆变器〔VSI〕，图给了SSSC原理线图。它主要是逆变器、直流节〔储能电容或直流电源〕控制器、耦合压器组成U1是系统压U2是负荷电压Us是的注入补偿电压I是线电流SSSC由变流器产生一幅值和相角可控的三正位0360之间可调〕。注入电大小不受线路电或系统阻抗影响，与线路电抗压降位81211212相反〔性节或〔感性调节，可以到类似串联电容或联电感作用。流90偿时，入电压前线路流减小线路输送率，图2.2是含力。U1IUsU2器控器

器电源图SSSC根结构UXLSSSCABI图2.2含SSSC的简单力系统图图2.2是一简单电力系统实际系统是联网结构某一输电系统端都是电AB，即，U，X是线路阻抗，线路中传输的有功12L功功率可表示为：

U1sin=sinXXLLUU211-cosXXLL

（2-1）式中，是系统压幅值相角；是受电压幅值和相角简化起1见，设1

，U-。12式〔2-1中P式知只改线路抗即可影响系统潮流等效为一步交9UUUUUUUUUU1流电源输出电压为Us〔容性补偿〕或相同〔感补偿〕，可起到似串联电容或电感作用。即当容性偿时有功压Us幅值的增加而增加性补时那么功压Us幅值加而小。图给出的是无偿、容性偿、性补的向图。

jIX1

1

1jIX

L

jIX

L

s

jIX

L2

2

2(a)无补偿2.3的作特性调节线路电流

（容补偿感性补偿图2.3SSSC补量图UXLSSSCABI图含SSC的简统对于图力，SSSC安装在输电线路上。安装S后线路电流为：I

U-UUs=jX

cosUUs-j1sXX

）

UsinUcosUsin1UU12ss12-j212XX

Usin

cosX

s2〔2-2〕10212XX212XX12其中X为线路阻抗及耦合变压器漏抗之和。线路电流的幅值为：I

22UU2（1X

UsU22UUcos2

）UUUXX

s

（-

I

UX

s

所以补偿后的线路电流为来线路电流与注入电压比上总阻抗之和为容性补偿时那么随着注入电的增加线路电流也增加，增加值取决于及总阻抗；当为感性补时，那么线路电随注入电压的增加减少，当减小到定程度时，线路电流变零，继续减小时么变为电流反向，率倒送。调节线路的输送功率如上一小节的电流公得出的传输有功率和无功功率分别：

UUsinUUsinUP=1sXXU2+UU-UU-UUcosU112s+UU

-4）当线路对称时，U=U=U，那么上两式可写为：12

=

U2UUscosXXU2UUsXX

（-所以可以看出系统容量提升作用明显通过改注入电压改变注无功功率，从而改变线路电流和电压从而使得未补偿线路增加分量〔U/X〕Lcos〕〔容性补偿，提高有功功率的主作用是过改变入s电压的值来改功角特，增加系统输送容量提高系统态稳定性的注入电压对线路有功功率及无功率有明显的控制作用，使功角特性曲线提高，有功功率最大值发生偏移在同角情下高线功率或在较小功角差的情况下保持相的线路送功。以1作参考值，Us=0时，当s=，P=1.5。当时大传输功率得以高在时传输功依保稳提升。伏〔V-I特曲如图2.5中所SSSC的出电压不受路电流的影响，在线路电流大或最小时仍可以保持额定容性或感性的出电压，且可沉着性模式到性模式进行平滑过渡，控制范围大。VindIsmin

ILmax

ILVVcar图.5SSSC伏特曲线阻的等值阻抗为注入电压与线路电的比值：U=IUX=jU2+U-2UU11s

）即等抗与电压函数，如示。SSSC在容性补偿时无取何偿线路的等值抗始为感不存等值容抗与线路阻抗相等情况，在常运行的容性区域，不生次同步谐振现象。SSSC的运行范围更大、稳定性更高这对系统紧急情处理更有效，为系运行提供更大的活性。12ssSSSCssSSSCs

0.1-0.2-0.3

容性补偿感性补偿0.200.20.6图SSSC等阻抗

Us出的注入功率为：sin=UI*（+jcosss

12X

（1

sU2cos12

=j

X

-2UUcos）12s

7）可以看出SSSC注入有功SSSC与系统不直接交换有功功与前面推导SSSC注入无功一致路是对时，即=U=U，那么上式可写为：122UUjX2X

）

-、IGCT等电力电件的快速关断和导通能力，因其响应速度可以达几毫秒，而且连续可控，在阻尼系统振荡等控制速度要求，可快速或瞬间响应控制指令。13第章C对维持系统电压稳定性的作用系统电压稳定电力统稳性是电力统这的一能力对于给定初始运状态经历物理动后，统能够重新获得运行平衡点的状态，同绝大数系统变量有界，因此整系统仍持其完整性IEEE将电系统稳定性问题分类为功角稳定电压稳、频率稳定三大类。电压稳定是电力系统给定运行状态下承受某一给定扰动如果能在负荷附近电压区域再获得故后的平衡值，那系统是电压稳定的电压不稳定起源动态负荷企图恢复其所耗的功率，这种率恢复超出传输和发电系统所能提供电能的能力。其表现形是系统母线电压生大幅度的，不可的持续性下降，至可能出现荡形式的电压稳定。电压崩是系统发生电不稳定后，一母线电压大幅度、持续性降，系统保护动作闸，系统完整性遭破坏，导致系统规模停电或解列，功率能正常输送到用，这种灾难性的后就是电压崩溃。电压稳定性问题的分类方法1、静态分析方法基于数程断统压稳的态析：本论是流解可解域理。压定静分析要容：析前行系是是压定，离不稳定有多远；分系统电压不稳定因；分析系统在哪节点或区域和哪时候发生电压不稳定。前静态分析法主有：潮流多解法、大功率法、灵敏方法、奇异值分解法〔征结构分析法〕连续潮流法、非线规划法。2、动态分析方法电压定质动的发电、电的磁统负荷调变器影响系统的稳定性，动分析法主要有小动分析法、大扰动析法〔暂态电压定分析中期电压稳定分析小扰动是在平衡点线化系统的程，然后用分解特征矩阵定该处电压稳定。大干扰是在稳定临点时，描述其动态14行为的方程需要保存其非线性特征目前大扰动分析法主要有能量函数法和时域仿真法。3、非线性力学方法这一法前者未习，参资，一充大读知范，于电力系统电压稳定研的非线性动力学法主要是分岔理论分岔理论起源于学失稳，是线性科学的一重要分支。分理论的内容可为两方面：静分岔理论和动态岔理论分岔有鞍节分SNB分岔分岔为霍普夫Hof分岔〕、限值诱导分岔LIB分岔、分岔子系方法〔簇技术〕。电压稳定性指标电压定指是指相对制灵度密系一起因敏为变系统控制参数、提高统稳定性等方面供丰富的指导信息下面介绍几个重的电压稳定性指标。1、负荷功率裕指标运行点与SNB分岔点间负荷功率裕度为电崩溃的指，具有线度好、物理意义明确优点负荷率裕度需算SNB点，SNB点计算主有直接和连续法种。接法通过最优问题得到NB，但不能反映系统不同设备到极限时对电压的影响；连续法虑不同设备到达限时对电压的影响，且还能得到负荷缓慢变化过程中系统母电压的变化曲线。2、能量函数指标能量数标为前行点电崩临点的安测，潮高压解和低电压解之间的量差，低电压解成了势能阱壁，整势能阱壁将稳定平衡点包围来，随系统被压或受到扰动系统轨迹逸出能阱壁时，系就发生了电压失。3最小特征值/最小异值指标系统态压定极点被为潮雅比阵奇异，雅比阵有一零征或异以潮雅比阵最特征/最奇值标静态电稳研中用十分泛。4、L指和良的L指标L指标是基于网络节点方提出的，将统节点划分为组：包括全部电机15II在内的节；全的负荷节点。为L标有未考虑负荷模的影，只适恒PQ负荷模型L指标需假V节点电发电机其的假；所的L指标，计及不同负荷成的影响，并能计及发电机励磁顶值极限的影响。SSSC对统电压稳定性的响分析U1UsU2合变器PT逆变

控P电

K图3.1SSSC系统理线图如是有SSSC系统简单原图，从数学角度解说含有S的潮流计：假设线路-m，SSSC的等值电为图.2图等值路16n*n*r+jxjmP+jQI*

U

*

-P+jQI*设U相位是+得：s

U

*P=UUcosncsQ=UU+bcosncs=UUnmnm=-UUmsnmnm

式中g=、2+x

-x2

、

=-m

。发出的功率：P+jQ=UI*=U

+U-U

*P=gU+gUssnnmbUsinsinnm=-bU2+gUsin-UssnbUcosnnm从点n流到节点m的功率：+UPI*=UsnnmnnP=gU+gUcoscos+UsinnmmnmQ=-bU+gUsin-Ucoscosnsnmnmnmnm当计及时功：

--）=P+UUcos+Bsjnjnjnjnj=Q+UUUnsnjjnjnjnjnjUcos+Bmmsnmmjmjmjmj=Q+UU-Bcosmmsmnmnmjmjmjjm〔3-5〕的约束方程：P2+gUsinssnmnmnm17

-6）LHN从n节点流向m节点的有功作控制标那：c=gU2+gUcos=0nmnmnnm

7）那么想而系统流的雅可比矩阵新增两行两列U和迭初值〔3-7〕算。把自身约束方程在修正程考虑进去，得系统潮流线性化方程：

=

N

（）系统参加后，PV节加，无功有变系统多了一控制变设系统共有l个节点，r个V节点加上SSC后：=0H，，L

=

LLLLL01,l-r-2LLLLL21222mLLLLLLnm,l-r-2n,ssscLLLLLL2mmm,sssc

=

LLLLLl-r-2NN11121n1m1,l-r-2NN21nNNnnmnm2m,l-r-2m,sssc0l-r-2l-r-2JJ11121n1,l-1JJJ21222n

JJJnnmn,l-1J2m,l-1JJJJl-r-2,2l-r-2,l-11,l-121222n2n2,l-1

Hnn,l-1m2mnmmm,l-1l-r-2,2l-r-2,nl-r-2,l-1

J=

JJ21222n2n2,l-1JJJnnmn,l-1JJJJJm12m,l-1JJJJJl-r-2,1l-r-2,2l-r-2,l-1HH1,l-1HH21222n2n

H=

Hnnmn,l-1m1m2m,l-1Hl-r-2,1l-r-2,2l-r-2,nl-r-2,ml-r-2,l-1

〔3-9〕用静分析法分析负荷功率度指标能量函数指标最小特征值最小奇异值指标、L指标和改良的L指标等指标可以看S对电力统的稳定性的影响，有很的实用价值。在力系统薄弱节点线上和负荷增长敏的节点线路上串联后可以在不同程上节负荷均匀增加还是在负荷增对提高。19第章对继保的影SSSC((对电流差动保护影用光纤通道相式差简单振荡、互感、全相、单侧源流差器一般要用相流器根本作程：

I+I>KI-IMNMI+I>MN=C

N

（1）I

QD

差启外流过越两侧流位相反差器时SSSC改何一侧质虽少使流畸并缺乏使流位质此器但远端口再部如图所K先K部2流现象M流N侧方向反此时比例差M

NK1

K220K2K1K2K1图4.1SSSC对流保的响对零序/负序保护的影响超高电发单接机率大零保有泛用。序负原相近，在此仅讨论零序向继电器。它利短路时零序电压与序电流的相角：般电压滞与电I大90，此断正方向短路还是向路。SSSCMN图SSSC零负序响如图4所示S安与M，保护采用线路侧TV〔在出口处〕，设在1点发正方不对称接地短路对于传统的固串补FSC那么其容抗

FSC

Z

〔M侧系统零序阻抗时，将误判反故而动。而SSSC在容性补偿时显示为一个可变容Z

SSSC

，假设SSSC

Z，由于MOV的速动作性〔〕得SSCs处于旁路运行模式，其等值容抗大为小，因此发生拒动可能性非常微小最坏MOV动作前流，这SSSC的抗的特，即动态基频抗幅值时间化先减小上升，到达大值后〔小于稳定值〕，开始衰并趋于一个稳定。因此这将使得保发生拒动的时机传统的固定串布〔〕线路大为减小。对距离保护的影响距离护反故点安装点间距〔阻〕，根距的近而确定动作时间的一种装置距离护通常为输线路的后备保。参加后可响其因SSC的等值抗入其等效路如图4.3所。U1

e

j

-

Zsssc

U2212SSSCj2SSSCj图4.3SSSC等效电路图根据SSSC等效电路图可得SSSC的性等值抗为：UZIUXsU22U+U2s

42）X是线路抗合变压漏抗之和。因此SSSC的路，SSSC的本体保护影响继电器能否正常动作与否的关键，MOV作时相当于路了SSSC的逆器组，特性为短时呈现很小容性阻抗几乎起作用那对保护的影可以忽略不计，但配置时都按坏的情况考虑的距离保护中用的继器包括基于基频的欧姆继电器和基于突量的工频变化量继电器。对于基于工频量的欧继电器如图示的简单系保欧继器且分装两，欧姆继电器一般以正电压为极化电压，在不对称短路和对称短但极化电压的记忆作用存在时能正确作，反向故障时不动作。Es

Zs1

A

1

L1

nZl1

2

B

L2

ZpZs0

Zsssc

nZl0

K图4.4单系统路故障示意图对于相距离继电器其工作电压、极化电压分别为：-I=-Up1继电器作方程为：U=U（I）Zop0set=-U其中--保护安装处相间正序电压，=AB、、CA；角，可0、中设定。对于地离护电其工电、化压：22

4-）jj

U-IZsete

90

4-继电器动作方程为：-90

U-（+K1I）-U

46）式中U是正序电压，A、、C。对于保护而言1、区K点单相〔A时序电不反向，继电可；K点两相短路时极亦，继电器可靠动作；区K，当电源正序阻抗较小时可能反动；区内K点三相短路时可当正常方式整定由SSSC是容实

SSSC

所当去Z

SSSC

的阻进整时会生超越，但会缩短护围区反故障，不包含与故障回路中不会误动。对于保护2而，区故障，保可靠作，且线有对于于变的离电器反的继器偿压相突或值变的电压电器系统发生路故障，可解为正常行网络故障分量络。工频变化离继器，比幅动作方：

U

4-工作电压，U为整定门，取为故作电压的记对：

=U-I

48）其中、。对于接距离器：

=U-（I+K3I）0set

49）其中A、B、。对于保护而，区，无都可以无误的动作；正向区外故障时类似与工频量欧姆继电器能故障时可可靠的不动作。对于保护2而言正向故时不包含在故，所23靠动作，区外故障时类似于保护1能发生超越；反向故障时可靠不动作。谐波响供注是一个谐波源。谐波的产生主要来自两个方：1、它是以电压源逆变〔〕根底的，半导体器件的开通和断使正弦畸变而产生谐波2、导通也将明的3次谐波。研究及试验说MOV生的波主在串设备内存在对流大，而VIS使流畸严对电边方向性一定应通过滤波器或谐抑。低分的响串联容投改了电线阻沿分的匀，并在障态障中与线路感抗构成振回路，引入了低分量，从而可能会工频变化量距离电器引起暂态超越并产一些其他影响在故障时SSSC也产生一的低频分低频暂态分量由于幅值大、衰减较慢、率靠近工频，难以过滤波器的方法行滤除，对继电器的动边界有一定影响对于工频变化量继器，由于提取的化量中也含有低频分量因此也有较大的响。低频分量对零、负序方向继电的动作也有影响，低频量最大时零序、序方向继电器测量相角波动也大，能会影响方向继电器的确动作。24第章系统建模与真的数学模型静止同步串联补的工作流相位流相电压，改大小线路阻抗，从而控制系统潮流。但际中电压与电流并非严格垂直，有很小的偏差以弥补损。当注入电压超前电流时相于在线路中串入电，线路电流和传之流，相当于在线路中串入电，线路电流和传输功率都增加含SSSC输电线路如图5.1所。

L

R

Us

U2A

B耦合压器控制器SSSC

滤波器逆变器

C图含的输电线图中、B代表母线，L、是电线路电和阻。出近正的可压，此先建SSC的电压源模只分忽影等电5.2所示。其中U1代系统电压U2代表负代表入电压，L代表线和耦的漏，R线路的损耗，R代逆变器的dc开关损耗，i线路电的瞬时值，标、b代表ABC三相，i和i分别为容电流和电阻流的瞬值。25-00L1a2asai=0--00L1a2asai=0-0i+U-U+ULL0-L

1a

LL

ii

L

i

c

sc

〔〕

i

dc

i

i

i

i

U

-

C

dc

R

dc〔b〕图5.2SSSC等值路〔交流测〔b〕流侧交测电路程如〔a所的路看出的交流侧是RL串电路根据路理的KVL和KCL原列状态方：ddt

-U+UR1-U+URc2c

（51A电流（电压=U（U=U，at1as=U（他电压电流三相对称。2a将bc三静止坐系转换d-q两相同步旋坐标的变换矩阵改写：26））223123））223123iaiiTiiittt-0L1dsddtLLiiU-U+U00-L2T=）表坐标d轴与坐系轴的夹，这里。变换阵对间t的数为：sin-332-coscost30根据d-q变得：

）（53）coscoscos22i=-sin-sin-sin3111对〔5-4〕号两端对时间t求导，得：d

cc

-）（55）把式〔〕、〔5-2〕、〔〕代5-5〕：-U+UdR1i=-i+U1qsqs0

（56）考三称可得i=U=U=U那010s0么〔5-6〕可简化为：27ii-ddsdiq-dcdcRdqdqdiii-ddsdiq-dcdcRdqdqdiqqdsqdqdt

L-U+URiLU-U+UqsqL

（57）其中为同，i代表d分量，、U代表系电dq1d1q压的-q分量，代表SSSC输的分量，代表荷电2q分5-7〕是虑SSSC注入电压作用后的交流侧电路方程，其中计及耦压侧如图5.2b〕所示的电路图看的直流侧是电流源、电容器、电阻组成，直流侧和交流侧瞬时率可表示为：=iU+i2R=CdcdcR3+Ui=dq2

UdcU+t

R

dc

（5-8）（59）由实际得=P，那acU3U3UU=ii-t2UC2UCC5.1.3数学模型由5.1.1节中的〔5-7〕和节中的式〔5-10〕化简整得：

（510）

diR1di++U+dtLLL11iU-UdtLLLdU3UU=sdii-dt2U2URdcdcdcdc

）以电压逆变器出电压是的制根据变换，路电流可变为：28dabtttdabtttactt-sincost+33ti=ti+t-it+i32I3

cos+t--32cost+cost++3

-12）=Icos

ti-sini-sini-sini32=I3

2-sincos-sint+-322

（513）=Isin

t其中I代电流的幅值，代表电流相位。t假设SSSC作于容性补偿状态，即其输出电压相角滞后电流相位90，所以角角是为了补：c-90t为i2+i，SSSC输出电压的d-q分为：

）

U=sdU=sq

MUi2dqMUi2dq

+iq-isind

（5）输电路的有效阻为：UX=I

-U1d2qi2q

-16）X代表线路有阻U代戴维南路两端压差的值I代表线路电的幅值把是〔〕、〕代入〔5-11〕化得：29iMUsinRMUMUcosMUcosRiMUsinRMUMUcosMUcosR

-++tLi+iLLi

-ULitUdtX=

--+Li+iLi+iL3MiU=-2CCR-Ui+i

-UL

（）式〔5-17〕表示的源变S的控制变量，它决定于调制系M和容直流电压，dc路系统仿真及结果为操作的简便且以说明问题和明原理理论，采用单机模型即一端是把无大系统等实“无大系也有统阻所电源戴维南理效一恒压压和个统内抗联入SSC的耦合压器，合压SSC的出电输传系；负用源等阻抗示为了设计的需要，在统内阻与耦合变器之间串联一个极微小对系统几乎无影响的电感用于采集比照参考的号：H。先采集系统电压U1和负荷电压U2，采运：U=U2-U1，得另一参考信号U，接着把从L1采集的电压信号=I*L1，因为定，与I成正比，只虑大小时可以等效为电流信号I，经L1L1一定比例的放大等U乘即为的输出的补功率当系统压低于负荷压时U正，输补偿功为正即容性；高于负时U正，输出补偿功率为负即感性补偿经补偿功率的补偿负荷电压不断提升，最终稳定至与系统电压大小相等，效果非明显，下面对仿真具体内容进行介绍。的工作模式与系统和负荷均有关系系统阻和负荷阻均有多种运行模式电阻式阻抗式阻容本章限幅限值能把各情一一，在此假设负荷端参数变，系统内阻在阻式、阻抗式、阻式三种模式下，统参加和不参加〔给0号〕SSSC时系统各局电压的关。30统U1=10KV合变压器容量为100MVA；负荷选取最多运行模式阻抗式，等电阻为50Ω等效电抗为100mH。〔1〕当系统内阻为电阻〔系统电感和系统电容作用相互抵消〕时.系统不接入接SSSC时系