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可控串联补偿装置(TCSC)运行特性分析及实验装置研制

孙海顺  
【摘要】:可控串联电容器(TCSC)补偿装置是在常规串联补偿技术上发展而来的一种新 型电力装置。由于采用晶闸管快速控制,其基频等值阻抗可以在较大范围内连续调节, 既可以呈现容性电抗,也可以呈现感性电抗。TCSC 的出现为电网运行控制提供了新 的手段。除了具有常规串联补偿技术的优点之外,TCSC 可以用于电力系统暂态稳定 控制、阻尼功率振荡控制、SSR 抑制以及动态潮流控制等。 TCSC 实验装置可以在一定程度上真实地反映实际装置的物理特性,同时又不像 现场试验那样受到系统运行条件的约束。而且,其控制器可以和实际装置的控制器完 全一样,利用各种控制理论设计的 TCSC 控制装置可以在实验室首先进行试验,因此, 利用实验装置研究 TCSC 的基本运行特性及其控制策略具有重要的理论和实际意义。 本文以 TCSC 实验装置研制为主要目标,在装置基本运行特性分析、装置系统设 计以及试验等三个主要方面开展研究工作。 装置运行特性分析是设计 TCSC 装置的基础。从装置设计的角度来说,必须首先 明确 TCSC 的外部系统运行条件与装置工作能力之间的协调关系。本文首先分析了考 虑装置额定参数约束的 TCSC 装置工作特性,系统运行电抗与装置元件工作电压电流 之间的关系,以及元件参数对于装置运行特性的影响。 TCSC 的电抗器元件工频品质因数只能是有限值,这就使 TCSC 的稳态基频等值 阻抗特性有可能出现双解现象。本文的研究指出 TCSC 的稳态基频等值阻抗双解现象 是线路电流同步方式下特有的现象,论文通过与电容电压同步方式下 TCSC 稳态基频 等值阻抗特性对比,找到了产生稳态基频等值阻抗双解的原因,同时通过数字仿真对 这种现象进行了验证。 稳态基频等值阻抗控制是 TCSC 装置的基本控制对象目的。其响应特性直接关系 到 TCSC 的系统有效应用。本文研究了同步方式对 TCSC 开环阻抗控制的影响。并基 于暂态过程的分析,提出了一种基于触发角校正的闭环控制策略,通过数字仿真验证 了所提出控制方法的效果。 进行 TCSC 实验装置的设计首先必须确定装置的典型试验系统和 TCSC 的运行方 I WP=4 式,以便确定 TCSC 装置的外部系统技术条件。本文根据实验室条件讨论了不同的典 型试验系统的构成,并基于所建立的模型进行了装置主电路设计、元件选型计算和装 置的实现工作。实验装置充分考虑了试验系统经常性故障操作的要求。 TCSC 装置的监控系统应与实际运行的 TCSC 装置具有类似的功能。此外,对于 实验 TCSC 装置而言,还要求监控平台具有良好的开放性。本文详细介绍了开放式监 控平台的功能、硬件构成和相关程序设计。 利用数字仿真结果可以很好地指导 TCSC 实验装置的调试工作。本文建立了完整 的 TCSC 试验系统的数字仿真模型。对所研制的 TCSC 实验装置,本文进行了初步试 验,包括基本运行模式的实现、模式转换的暂态过程以及阻抗响应特性等,并将试验 结果与数字仿真结果进行了比较,验证了装置设计的合理性和有效性。


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