可控串联补偿_TCSC_的动态模拟与控制策略研究（博士论文）

hongbo_whx

可控串联补偿(ThyristorControlledSeriesCompensation，简称TCSC)是指在一个
+ O) K5 d! _- d7 V交流输电系统中应用阻抗补偿，并能通过晶闸管快速控制来实现对串联阻抗的大范围连
续调节，是目前世界上应用最广泛、最成功的串联型灵活交流输电(FlxeblieAC
TrnamsssioinSystem，简称AFcTS)技术。利用TcSC可以用于提高输电走廊的输送能
力、抑制次同步谐振、阻尼功率振荡、提高系统暂态稳定性以及动态潮流控制等，为远
距离交流输电提供了很好的技术手段。
在研究TCSC的动态行为及其对电力系统的影响方面，时域数字仿真发挥了巨大的
作用，但是数字仿真结果的正确性和准确性与数学模型的建立和仿真方法的选取有密切
1 y0 N4 `- D3 ^' u( i5 L2 {关系。目前，对TCSC进行全时域数字仿真研究还存在不少困难，如时域模型的准确建
# z' j: V6 \! Y: P立、有效的仿真方法等都有待深入研究。
# x. q$ T1 d3 k动态模拟是电力系统研究的基本手段之一，它区别于数值计算和数字仿真的特点就
% I- O* I, V' g5 z3 W在于能够反映系统真实的物理特性。TCSC动模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，可用于研究数学模型很难甚至无法描述的特殊现象，如氧化锌避
6 o) S9 x7 Q7 t/ G# `雷器(MOV)的击穿等，而且不像现场试验那样受到系统运行条件的约束。控制系统
; K/ b& B" m+ L9 b( X! R/ J是TCSC装置的关键，其性能的优劣直接关系到整个系统的运行效果，实验装置的控制
9 j+ ^0 ?7 z  O5 n' R4 S器可以和实际工程的控制器完全一样，利用各种控制理论设计的TCSC控制装置可以在
  T0 N1 I* N* u! p- c+ z. v( l实验室首先进行试验。因此，研制实验装置并以此作为平台对TCSC的基本运行特性及
其控制策略等方面的研究具有重要的理论和实际意义。为此，本文将田绕TCSC动模实
验装置的设计实现与TCSC控制器分层控制策略的研究两个方面来开展研究工作。
本文首先介绍了一套可控串联补偿(TCSC)动态模拟实验装置及其控制保护系统的
/ `5 W& Z5 b( H研制开发过程。在该装置中，TCSC的各组件实现了模块化，可灵活组合并根据模拟系统
- j$ f3 X" P) x, t* o不同线路长度和补偿度调整TCSC的结构参数;TCSC的控制器采用分层结构，各层控制
系统完成不同的控制目标，具有通用程序员接口，可以满足对TCSC各种控制策略及其
& L( d0 p4 N/ r相关问题进行研究的需要。动模实验结果表明作为一个实验研究平台，该实验装置可以
真实地模拟TCSC的运行特性，实现TCSC各种阻抗模式的启动、运行、停止以及各模
式之间的相互转换，装置动作迅速正确、运行可靠，为各种控制策略的实验研究打下了
坚实墓础。
9 J3 ?7 J/ E5 {7 Z% e1℃SC的各项功能都是以能够稳定的运行在命令阻抗下，并能够快速响应阻抗阶跃
命令为前提的。而TCSC是靠调整触发角来获得需要的命令阻抗，因此命令阻抗与触发
角的关系就显得尤为重要。本文研究了同时考虑晶闸管导通特性和电抗器支路等效电阻
! Q) z( X3 h- P# P; O影响时TCSC的稳态阻抗特性，数字仿真和动模实验分别验证了阻抗双解现象的存在。
: J/ R9 r) U6 N3 X/ |$ w首次采用相量图深入地分析了双解现象产生的机理，指出造成双解现象的根本原因是品
闸管的导通受阻，其受阻程度由电抗器支路的电流和等效品质因数两个因素决定。
0 e2 L9 `( ~7 Q# I& XrCSC的模式切换因为要实现不同性质阻抗的跃变，暂态过程强烈，所以对切换速
度以及动态过程的平稳性要求严格。本文分析了TCSC底层控制中传统模式切换方法存
在的不足，提出了容许区间触发的方法。仿真与实验结果表明，所提出的切换策略简单、
可靠，能使切换过程平稳、迅速。该方法中要求在线路电流过零瞬间发出触发脉冲，由
% K; r! W2 _; y5 d* B+ Y& r于通常判断过零的方法存在时间延迟无法满足要求，为此本文提出了一种预测电流过零
7 B, X6 s( z5 E8 _$ F的新方法，可及时地向底层触发控制提供同步信号。
5 v% d, }, Q0 x2 l' i: l阻抗控制是TCSC分层控制中承上启下的环节，是整个TCSC装置成功与否的关键。
% S! j) {- d& ^& Y$ a: z6 i本文借鉴生物免疫系统的免疫响应调节机理，提出了一种TCSC免疫反馈PJD阻抗控制
  s1 \/ ^: V0 q# T: E5 O& Z5 V3 w方法，该方法不改变传统PID控制器结构，在原PID控制环节中加入免疫反馈环节即可，
其中的免疫反馈响应可通过自身参数进行调整，因而具有较好的实用性。仿真结果证明
+ }9 w% h3 z+ ^+ e3 \$ X! U4 A$ N了本方法在响应各种阻抗阶跃命令时，具有较小的超调和较快的响应速度，并能快速消
除儡{差，具有良好的动态和静态性能。
总之，由于所有的机械和电气量都可以实测，TCSC实验装置可方便地用于TCSC
$ ~& A; g, f, J+ A$ b1 [# M$ b. P的运行、保护和控制策略的研究。随着AFCTS元件在电力系统中的逐步应用，TCSC
模拟装置将在电力系统中扮演重要的角色。本文在TCSC实验装置的研制开发过程中发
6 z/ z, }. U$ Y+ F/ s' w现问题、分析问题、解决问题，运用数字仿真和实验结果进行比较验证，得出的许多结
/ m" W" v* O' C! n/ }0 v% e, o% q论和方法具有较强的实用性，动模实验研究结果可直接为工程建设服务。-%-82648-%--%-82530-%--%-82613-%-

bpxiang

电力高科技，支持！

20080116

不错，不错，支持楼主！

liuqingrui

好题目！对超高压电网非常重要。如果在实际运行中能得到应用会产生巨大的效益。

p0o9i8u7

动模试验很重要啊