柔性交流输电系统第七章-相角控制器

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第七章 静止电压、相角调节器：TCVR和TCPAR 静止电压、相角调节器：TCVR和
电压调节器与相角调节器在多条传输线路或网孔系 统中的应用优点： 统中的应用优点： 充分利用传输设施 环流而使系统总体损耗降低。 环流而使系统总体损耗降低。
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Us-Ur U2d Ucq Ur Us U2q Ur
正交电压分量存在 幅值差U 幅值差 1q -U2q
Us-Ur U1d Us U1q Ucq
同相电压分量存在 电压差U 电压差 1d -U2d
U1d Ucd Us
Us-Ur U1q Ur U2d Us
Us-Ur U2q Ucd Ur
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Uσ I X
假设无补偿系统和相 角调节器在相同时间 内出现相同的故障。 内出现相同的故障。
U2 δ P = — sinδ X A2 Pm A1 0 δ1 δ2 δ3 δcrit π δ 余量 Pm Aa1 0 δ1 δ2 δ3 δcrit π+σ δ σmax Us 相角 调节器 Useff Ur
P Pmax
正交调压器的矢量图和传输特性 电压型相位调节器总容量SPAR表示为： 表示为： 电压型相位调节器总容量 表示为
SPAR = Useff − Us ⋅ I = Uσ ⋅ I =Uσ I
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7.1.3 有功和无功环路潮流的控制
-Uσ +Uσ Useff(+σ) σ Us Useff(-σ) σ δ +σ −σ 0 π/2 π/ π δ Ux(+σ) σ Uσ=1.0 Uσ=0.66 Uσ=0.33 Ux(σ=0) Ux(-σ) σ σ P U U2 (sinδ+ —σcosδ) Pa= δ δ X U Uσ=0 Uσ=-1.0 Uσ=-0.66 Uσ=-0.33
在π/2<δ<π/2+σ范围内任意 δ 范围内任意 变化， 变化，并保持最大的输出 功率。 功率。
−σ 0
σ π/2
π π+σ
δ
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2 U seff = U seff = U s2 + Uσ
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如果U 之间的夹角固定为± ° 如果 σ与Us之间的夹角固定为±90°，它们之间的 关系为： 关系为：
jx 系统 “s” Us I P R Ur Us 系统 “r” Ud I jxI Us-Ur Uq IR
U1分解成与送端电压矢量 s同 分解成与送端电压矢量U 相和与它正交的两个分量， 相和与它正交的两个分量，这两 个电压分量决定了送端系统所提 供的无功功率和有功功率。 供的无功功率和有功功率。
Id
Useff = Us + Uσ
+σ
−σ
δ−σ
U 对应的相位关系为： 对应的相位关系为： seff = Us =Useff =Us =U
在预先确定的运行范围内, 在预先确定的运行范围内,独立相角调节器使传输 功率保持在所需水平， 的影响。 功率保持在所需水平，不受到主传输角δ的影响。
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t
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7.1.6 相角调节器的功能要求
相角调节器主要用于潮流管理。 相角调节器主要用于潮流管理。 环流电压调节器则用于无功潮流和端电压的控制。 环流电压调节器则用于无功潮流和端电压的控制。 当由于机械操作而引发振荡时， 当由于机械操作而引发振荡时，相角调节器可进行 适当的阻尼控制、改善瞬态稳定性、阻尼功率振荡。 适当的阻尼控制、改善瞬态稳定性、阻尼功率振荡。
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电压表达式可以表示成线路电阻、 电压表达式可以表示成线路电阻、 线路电抗、 线路电抗、线路电流和环流的线性 组合关系， 组合关系，
Us Ud
jxI Us-Ur Uq I Id Iq IR
U1d = (I1d + Icd )R1 + j(I1q + Icq ) X1
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7.1.1 电压和相角调节
电压和相角调节 在母线端电压上加上适当的 同相或正交电压分量， 同相或正交电压分量，使母 线电压的幅值产生±DU的变 线电压的幅值产生± 的变 或使相角发生相应变化， 化，或使相角发生相应变化， 使之达到某一特定值或为所 期望的数值。 期望的数值。
2
Aa2
相角调节器能够显著增加系统的瞬态稳定裕量。 相角调节器能够显著增加系统的瞬态稳定裕量。 并联和串联补偿器对瞬态稳定性的改善是通过自 身能力来增加未补偿线路的稳态传输极限。 身能力来增加未补偿线路的稳态传输极限。 相角调节器所增加的瞬态稳定裕量与角度的变化 范围成正比。 范围成正比。
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7.1静止电压、相角调节器的作用 7.1静止电压 静止电压、
公式
2U2 δ Q = UI sin = (1− cos ) 4 X 2
δ
1 Um iL (t) = ∫u(t)dt = (sin ωt − sin α) ωL Lα
ωt
为分析线路传输的有功功率P和线性无功功率Q 为分析线路传输的有功功率P和线性无功功率 提供了基本的计算方法。 提供了基本的计算方法。 当中压输电系统或配网负荷出现波动时， 当中压输电系统或配网负荷出现波动时，对大电 网采用可控并联无功补偿来维持电压稳定。 网采用可控并联无功补偿来维持电压稳定。
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总结
传输线路的阻抗表现为感性电抗时： 传输线路的阻抗表现为感性电抗时： 用相角调节器来控制环路的有功功 用电压调节器控制无功功率潮流 串联方式接入的电压调节器： 串联方式接入的电压调节器： 独立 嵌入相角调节器中 消除同相电压分量的电压差 控制无功潮流的平衡
7.1.4 利用相角调节器改善暂态稳定性
Useff = Us + Uσ
Useff = Us =Useff =Us =U
建立在式
U2 P= sin( δ −σ ) X2 U [1−cos(δ −σ)] Q= X
相角调节器的理想特性
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第七章 静止电压、相角调节器： 静止电压、相角调节器：
TCVR和 TCVR和TCPAR
7.1 静止电压、相角调节器的作用 静止电压、 7.2 晶闸管控制电压和相角调节器 7.3 开关型电压和相角调节器 7.4 混合型相角调节器
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第七章 静止电压、相角调节器：TCVR和TCPAR 静止电压、相角调节器：TCVR和
理想的相角调节器Uσ 理想的相角调节器 相对于U 相对于 s的变化是相 的变化， 位σ的变化，对应的 的变化 幅值为： 幅值为：
+Uσ Useff(+σ) σ
Ux(σ=0) σ -Uσ
Ux(-σ) σ Ux(+σ) σ δ+σ
Iq
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I1 系统 “s” Us jx1 R1 Ic 系统 “r” Ur Ud jxI Us-Ur Us Uq I Id Iq IR
I2
jx2
R2
两个电流分别分解成与送端电压矢量U 将I1和I2两个电流分别分解成与送端电压矢量 s 同相和正交的两个电流分量， 同相和正交的两个电流分量，由此可得到这两个电 流分量在线路阻抗上对应的同相和正交电压降U 流分量在线路阻抗上对应的同相和正交电压降 1d， U1q以及U2d和U2q。 以及
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7.1.5 相角调节器对功率振荡的阻尼
当出现大的扰动时， 当出现大的扰动时， 对σ角实施在最小与 最大值之间变化的 “乓乓”控制对阻尼 乓乓” 功率振荡最为有效。 功率振荡最为有效。
σ 0 t t δ δ0 P P0 无阻尼 无阻尼
U1q = (I1q + Icq )R1 + j(I1d + Icd ) X1
U2d = (I2d − Icd )R2 + j(I2q − Icq ) X2
U2q = (I2q − Icq )R2 + j(I2d − Icd ) X2
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Pmax
P
Aa2
P=U sin(δ−σ) — δ X 余量
2
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P Pmax A2 Pm A1 0 δ1 δ2 δ3 δcrit π δ U2 δ P = — sinδ X 余量 Pm Aa1 0 δ1 δ2 δ3 δcrit π+σ δ Pmax P σmax P=U sin(δ−σ) — δ X 余量
Ua Reg Ub Reg Uc Reg
注入电压±∆Ua、±∆Ub 注入电压±
与相电压u 和±∆Uc与相电压 a、ub和 uc同相。 同相。
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Uc △Uc
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±△U∠90° ∠ ° Ua Ua±△ a ±△U
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7.2 晶闸管控制的电压和相角调节器 （TCVR和TCPAR） 和 ）
实现无功补偿的途径 利用传统晶闸管来控制电抗器中的电流，它在 利用传统晶闸管来控制电抗器中的电流， 电流过零处“自然地”实现换流。 电流过零处“自然地”实现换流。 利用GTO或其它可关断器件来实现可控的同步 或其它可关断器件来实现可控的同步 利用 电压源。 电压源。 这两种不同的方法可用于电压和相角调节器。 这两种不同的方法可用于电压和相角调节器。
Useff = Us + Uσ
Useff =Useff = U +Uσ
2 s 2
正交型相角调节器的调压传输中有功功率P为 正交型相角调节器的调压传输中有功功率 为：
Uσ U2 P= cosδ sin δ + X U
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7.1.2 相角调节器对潮流控制的基本概念
Uσ I X
相角调节器的 两机系统。 两机系统。
Ux(σ=0) σ -Uσ +Uσ Useff(+σ) σ +σ Ux(+σ) σ δ+σ −σ δ−σ Us
相角 调节器
Useff
Ur
Ux(-σ) σ
发电机输出母线上输出的
实际总电压u 实际总电压 seff是母线输出 的端电压U 的端电压 s和相角调节器输 出电压U 的矢量和。 出电压 σ的矢量和。
Ub±△ b ±△U U △Ua σ Ua±△ a Ua ±△U U±△ ∠90° ±△U∠ ° ±△ Uc Uc±△ c ±△U
Ub
△Uc
Uc σ
Uc±△ c ±△U
Ub±△ b ±△U σ Ub △Ub
相角调节器的基 本概念和实现方法
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u±△u∠0° ∠ ° ±△u∠0° ∠ °
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通过串联到线路中 三相调节或励磁变压 器原边的抽头变化实 现电压的调节。 现电压的调节。
△Ub Ub Ua △U a
Ua Ub Uc
△Ua △Ub △Uc
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受端的传输功率为： 受端的传输功率为： 受端的无功功率Q为 受端的无功功率 为：
P Pmax
2 Pa= U sin(δ−σ) δ X
U2 P= sin( δ −σ ) X
U2 [1−cos(δ −σ)] Q= X
相角调节器使传输角 相角调节器使传输角δ