可控硅控串联电容补偿器(TCSC)的结构、原理及应用研究报告

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TCSC及其控制策略

TCSC及其控制策略

TCSC的控制策略张帆HVDC&FACTS GROUP12/21/2003主要内容TCSC的基本概念和原理 TCSC的控制我的工作Part ⅠTCSC的基本概念及原理 基本结构:固定的串补电容C上并联一个由晶闸管控制的电抗器L右图是稳态分析用的TCSC模型,TCSC通过控制晶闸管触发角α,改变流过电抗器的电流值,从而改变TCSC的单元结构图TCSC的阻抗值,其稳态基波阻抗与晶闸管触发角α的关系如式所示:Part Ⅰ其中,为导通角,πβββπββ)tan tan ()1(cos )(42sin 2)(2222---++--=k k k X X X X X X X X L C CL C CC TCSCLC r X X k ==ωωLCr 1=ωβαπβ-=Part Ⅰ与触发角的关系曲线如下:阻抗XTCSC理论上,TCSC的容性电抗调节范围可以从串补电容C本身的容抗直到无穷大,感性电抗调节范围大致为可控硅控制电抗器L本身的电抗到无穷大。

但实际上,由于受晶闸管、C和L上所能承受的电流和电压的限制以及TCSC控制器性能及电力系统对TCSC电抗变化灵敏程度的限制,使得TCSC阻抗调节范围大大的缩小了。

Part ⅠTCSC 的基本工作模式晶闸管截止。

此时,TCSC 等同于固定串联补偿。

晶闸管旁路。

此时,VT 1、VT 2全导通,线路电流大部分通过L ,整个TCSC 呈现小电抗特性。

容性微调模式。

此时,VT 1、VT 2的导通角较小,整个TCSC 的阻抗呈现大于C 本身容抗的容性电抗特性。

TCSC 通常都是运行在容性微调模式 感性微调模式。

此时,VT 1、VT 2的导通角较大,整个TCSC 的阻抗呈现感性电抗特性Part ⅡTCSC的控制由于TCSC可以快速改变其本身的阻抗值,TCSC 可以主要用来进行潮流控制、阻尼功率振荡以及消除次同步谐振等等。

对应TCSC的不同控制功能,在控制装置的设计中可采用分层控制。

可控硅控串联电容补偿器(TCSC)的结构、原理及应用研究报告

可控硅控串联电容补偿器(TCSC)的结构、原理及应用研究报告

可控硅控串联电容补偿器(TCSC)的结构、原理及应⽤研究报告可控硅控串联电容补偿器(TCSC)的结构、原理及应⽤研究报告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装置是⼀种结构简单、控制灵活以及容易实现的器件。

正因为TCSC具有这些特点,因此在⼯业中较早投⼊应⽤。

本⽂将通过简单介绍TCSC装置的结构及其⼯作原理,详细讨论TCSC装置的阻抗调节特性,以及考虑装置额定运⾏参数约束时TCSC装置的⼯作特性,从⽽归纳出TCSC装置的控制模式。

其中,TCSC 作为⼀项⾼可靠性和经济性的电⼒系统调节技术,在现代电⽹中的应⽤正在逐渐推⼴,⼝前全世界有多个TCSC⼯程在投⼈运⾏。

本⽂还将针对TCSC装置在现代电⽹中的⼯程应⽤做出简要介绍,为从事TCSC的⼯程⼈员提供参考。

关键字:可控串联电容补偿器;结构原理;⼯作特性;控制模式;⼯程应⽤1 绪论可控串联补偿技术是在常规固定串联补偿技术的基础上为适应电⼒系统运⾏控制的需要⽽发展起来的。

早期的可控串联补偿器采⽤机械开关投切串联电容器(Mechanically Switched Series Capacitor,简称MSSC)来实现,它采⽤分段投切⽅式改变对线路阻抗的补偿程度。

由于机械开关动作速度较慢,因此,这种补偿装置只主要⽤于电⽹潮流控制。

随着⼤功率电⼒电⼦器件技术的成熟和发展,出现了利⽤晶闸管控制的串联补偿技术,包括晶闸管控制串联电容补偿器(Thyristor Controlled Series Capacitor,简称TCSC)和晶闸管投切串联电容补偿器(Thyristor Switched Series Capacitor,简称TSSC)。

FACTS_串联补偿

FACTS_串联补偿

一、概述
串联补偿的作用: P302 1. 改变系统的阻抗特性; 2. 进行潮流控制,优化潮流分布,减少网损; 3. 提高系统静态稳定性; 4. 改善系统动态特性提高输送能力,增加联络线振荡阻尼); 5. 提高系统传输能力; 6. 控制节点电压,改善无功平衡条件; 7. 阻尼系统震荡,抑制次同步振荡; 8. 快速可控串补提高系统暂态稳定性提高电磁功率外送; 9. 短路瞬间减小短路电流。
一、可控串补概述
4.串联补偿器分类 P307 a.固定串补:断路器投切的电容器 或电抗器; b.静止串补:晶闸管投切或控制的 电容器或电抗器。 c.有源串补:基于DC/AC 换流技术 的补偿器。 b、c皆为FACTS控制器。
二、可控串补控制器



FACTS串联补偿器以晶闸管投切串联电容器 (TSSC: Thyristor swithed series capacitor)和晶闸管控制串联电容器 (TCSC: Thyristor controlled series capacitor)应用最广。 有学者基于TCR的原理,提出可关断晶闸管 控制串联电容器方案(GCSC: GTO controlled series capacitor)。 TCSC最有代表性,常简称可控串补。 P316
2.5 可控串补的两种工作方案
1、晶闸管开关或关或闭,电抗器或并入或切除,实现 两点控制,比较简单,不会发生电容和电感并联工频 谐振,即分阶控制方式。 2、连续调节晶闸管的导通角,可连续改变串联电容电 抗组的电抗。这种可控串补也称先进串补(ASC), 目前世界各国研究的重点是这种TCSC串补。 在接线形式上两种串补并无差别,因此可以选择两 种形式中的一种作为运行方式。 研究( ASC)型可控串补,应用的是静止补偿器 ( SVC)中的固定电容器( FC)和晶闸管控电抗器 (TCR)的熟悉技术特性。 TCSC与SVC的主要差别在电源类型方面, SVC是 电压源型, TCSC是电流源型。 3、特性分析见P322~P325。

可控串补(TCSC)的特性分析与应用建模仿真

可控串补(TCSC)的特性分析与应用建模仿真
可控串补(TCSC)的特性分析与应用建模仿真
电气3班刘丽娜
指导老师:刘莫尘
论文研究背景及意义
背景: 现代电网互联,稳定性问
题突出,柔性输电技术 (FACTS)广泛应用,远 距离输电对电网输电能力的 要求提高。
意义: 分析TCSC的特性,并进行
应用仿真,有利于下一步考 察应用TCSC装置对现有继 电保护系统的影响。
alpha I rm s
控制系统
I abc
TC R _Puls es
Alpha
I rm s
CB
触发单元
A
B
N
C
V2
Pt c s c zt c s c alpha Scopes
功率
仿真电路接线方案 阻 抗 ztcsc [Ohms] α角 [deg]
主变量mai n vari abl es
TCSC的应用模型搭建图
1、绪论 2、TCSC的运行原理与工作模式
3、TCSC的特性分析 4、TCSC的应用建模仿真
5、小结与展望





特 性
补 (
TCSC


与)
应的



仿

TCSC装置
晶闸管截止模式 晶闸管旁路模式 容性微调模式 感性微调模式
TCSC的特性分析
TCSC的阻抗特性与α的关系图
Uc I
IL
Ic
容性微调模式下各分量稳态图
触发角α越大,TCSC置暂态过 程越短;
触发角α越小,TCSC装置暂态 过程越长。
谐波电压的幅值随着w增加 而减小,高次谐波所占的 比例很少
TCSC应用建模仿真
A

TCSC无功补偿装置在我国电力系统中的应用

TCSC无功补偿装置在我国电力系统中的应用

TCSC无功补偿装置在我国电力系统中的应用【摘要】TCSC技术在电力系统中的应用越来越广泛,可控串补由于它的效果良好,有着广泛的发展前途。

技术上比较成熟,可以在大电力系统中担任重要输电任务,对于抑制低频振荡增加暂态稳定有着明显的作用。

【关键词】TCSC;无功补偿;电力系统甘肃碧成可控串补工程是由我国自主设计、制造、安装和调试的第一套国产化可控串补工程。

该工程的主要技术参数如下:系统额定电压(线间)252kV;固定电容器组电容值146.6μF;容抗21.7Ω(1.0pu);电容器组基本容量95.4Mvar(三相);电容器容抗21.7Ω(1.0pu);长期运行容抗23.9Ω(1.1pu);最大补偿容抗54.3Ω(2.5pu);额定电流1.1kA;TCSC额定无功功率86.6Mvar(三相);TCSC额定电压26.3kV(1.0pu);阀控电抗器工频电抗值 3.45Ω(10.98mH);保护方式M;MOV容量10MJ/相;保护水平2.3pu(峰值37.2kV)。

甘肃碧成TCSC工程具有以下技术特点:(1)根据业主对可靠性的要求,该工程将带有保护间隙的整套固定串补装置布置于大平台,晶闸管阀组布置于小平台,2个平台之间用隔离开关连接,每个平台用围栏围起来,相控电抗器放置2个平台之间。

可采用一次电气或控制系统切换实现按可控串补(TCSC)模式与串补(FSC)模式之间的转换,提高了整套装置的可靠性,便于运行维护,降低了造价。

一旦晶闸管阀或辅助系统故障,可以通过隔离开关将其退出维修,控制系统将可控串补模式切换为固定串补模式,保证线路正常运行。

碧成TCSC工程的基本补偿度为50%,最大容抗提升系数为2.5。

碧成TCSC工程装置的布局图见图。

碧成TCSC工程的装置布局图(2)通过一套控制系统装置可分别运行在FSC模式、TCSC模式和晶闸管保护电容器(TPSC)模式。

控制、保护、调节和测量系统采用独立双系统设计,便于在线相互校验、可靠切换,提高了保护控制系统的可靠性。

可控硅控串联电容补偿器(tcsc)的结构、原理及应用研究报告

可控硅控串联电容补偿器(tcsc)的结构、原理及应用研究报告



国际研究与应用状况 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 ……



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 652MTCSC的阻抗
为防止TCSC产生谐振, 在容性控制区要求α不得 小于某一值 。X(α)随 着触发延迟角α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效阻 抗。

触发角α调节TCSC的阻抗
触发角在90°处为旁路状态; 180°处为闭锁状态; 在143°附近为谐振区,运 行时应避开,以免产生谐振, 危及设备。 由于存在谐振区,从感性区 到容性区的平滑过渡是不可 能的。不管在容性区域还是 在感性区域,运行点通常都 被限制在最小电抗极限和最 大电抗极限之间。
小组成员: 谢毓毓 杨荟琳 张宇航 张志 庄勤俊


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。

串联静止补偿器:GCSC、TSSC、TCSC和SSSC(1)

串联静止补偿器:GCSC、TSSC、TCSC和SSSC(1)

1 串联补偿目的:阻尼功率振荡
补偿措施反作用于受扰发电机 的加速、减速摆动就可阻尼功 率振荡。即当dδ/dt>0时,增 加输电功率以补偿额外的机械 输入功率;反之,当dδ/dt<0 时,减小输电功率以平衡不足 的机械输入功率;
额定功角δ0,额定功率P0,串补系数k。当dδ/dt>0时,k最大;当 dδ/dt<0时,k为0;Bang-Bang控制方式,适合于阻尼剧烈振荡; 当阻尼轻微功率振荡时,可连续调节k,效果更好。
18
2 变阻抗型串联补偿器:TSSC(直流偏置)
TSSC电流过0时自然关断,电容电压半周波内从0开始上升至最大,又 经半周波下降到0,存在直流偏置分量,为减小浪涌电流,必须在电容 电压过0时才可旁路电容器,开通延时为1个周波; TSSC通过插入、旁路电容能控制串联补偿程度,但不能改变串联电容 补偿的自然特性,有导致SSR的危险,在需要补偿程度较高、有SSR危 险的场合,纯TSSC不能用,但可用于要求响应速度适中的潮流控制和 19 功率振荡阻尼场合。
2 变阻抗型串联补偿器:TCSC(基本思想)
1986年Vithayathil提出TCSC 电网阻抗快速调节方法; 串联补偿电容与TCR并联; 实际常用多个TCSC串联; 感抗远小于容抗时,TCSC可运 行于TSSC投切模式;
X C X L X TCSC X C X L
i t I cos t
1 t I vC t i t dt sin t sin C C
2 变阻抗型串联补偿器:GCSC(基波电压)
GCSC与TCR 有诸多对偶 关系; 电容、电 抗,串联、 并联,电压、 电流,关断、 开通,导纳、 阻抗,…;

可控串补(TCSC)的分析与研究

可控串补(TCSC)的分析与研究
输电能力。 图 I T C 结 构 图 CS
为 了 解 决 电力 系 统 存 在 的 以上 问题 , 出 了可 控 串 联 提 补 偿 ( h r tr o told S re C mp n ain, T y i o C n rl eis o e s t s e o 即 TC C)电 容 器 ,可 控 串 联 补 偿 电 容 器 是 灵 活 交 流 输 电 系 S
制 ,可 使 TC C 置 快 速 而 平 滑 地 调 节 串 接 在 输 电 线 路 中 S 装 的 有 效 容 抗 值 ,从 而 达 到提 高 系 统 传 输 能 力 ,灵 活 控 制 系 统 潮 流 ,改 善 系统 暂 态 稳 定 性 等 目的 。基 于 TC C的 多 种 S
控 制 功 能 及 良 好 的 工 业 效 益 , 它 成 为最 早 实 现 工 业 应 用 使
可控 串 ( CS )的分析 与研究 用背景

二 、可控 串 ̄. C C 的结构 ( S) T
( 可控 串补 ( C C 的结 构特 点 一) T S )

般 来说 ,电力系统 的安 全稳 定运 行 受到 多种 因素
的 影 响 , 要 包 括 静 态 稳 定 、动 态 稳 定 、暂 态 稳 定 、电 压 主 稳 定 和 热 稳 定 极 限 的 限 制 , 上 述 影 响 因 素 中 前 四 种 因 素 在 是 限 制 电 网输 送 能 力 的 主 要 因素 。因此 在 实 际 的 电 网运 行 中 , 过 采 取 一 系 列 措 施 在 增 大 电 网输 送 能 力 的 同时 还 必 通 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 、 联 电 容 、并 联 电抗 以 及 同 步 调 相 机 等 设 并 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 , 本 上 只 能 在 静 态 情 况 下 控 制 系 1 基

可控串联电容补偿在电力系统中_1

可控串联电容补偿在电力系统中_1

可控串联电容补偿在电力系统中的应用T h y r i s t o r c o n t r o l l e d s e r i e s capacitor(TCSC) in power system Abstract: With the rapid growth of the power system load and the development of the opening electricity market, electricity relevant departments are paying more and more attention to increasing the capacity of existing transmission lines and improving the stability of the power system, the controlled series capacitor compensation can improve the performance of power system in many ways, so it has more evident applications potential in the power system. This compensation has analyzed and introduced the superiority to the grid of the controlled series capacitor compensation, which are applied in the power system, and elaborated practical application problems that may arise, and proposed related control measures at the same time.Keywords: TCSC, power system摘要:随着电力系统负荷的快速增长和电力市场开放的发展,增加既有输电线路的容量和提高电力系统的稳定性越来越受到电力相关部门的重视,可控串联电容补偿(TCSC)由于其连续控制性可以在很多方面改善电力系统的性能,因此在电力系统中的应用潜力越显突出。

亚洲首个500kV 可控串补(TCSC)工程天广交流输变电平果变电站可控串补

亚洲首个500kV 可控串补(TCSC)工程天广交流输变电平果变电站可控串补

• MOV 过电流:MOV 强电流保护被用来瞬时发 出触发放电间隙的信号,使间隙导通(≤ 1ms),以减少在严重内部故障时 MOV 的能 量吸收。是否触发火花间隙和合上旁路断路器 仅根据流经 MOV 电流的大小作判断。
(A) 固定串补线路电流保护功能(LCU)
• 间隙延长导通:如果一段时间后,间隙电流超 过预设值,视为间隙延长导通。
1
TCSC 段和 FSC 段都可以通过一个单独的旁
可以在各种负荷情况下都能正常工作。
路断路器分别投入和退出。通过人机操作系统 HMI 测量原理见图 2:
可进行单相或三相自动投入和退出操作。 隔离开关(DS1/DS2)和接地开关(ES1 和
图 2:光电测量原理
ES2)以及主旁路开关(MBS)都可以就地操作或
电容器组由使用瓷外套金属氧化物避雷器 MOV 保护,避免承受过电压。每相 MOV 的容量 为 37MJ。
此外,还用到双室火花间隙保护方案,在出现 线路区内故障时,这个火花间隙会在 1ms 之内被 保护系统触发,它可以承受高达 40kA 的短路电 流,持续时间为 1 秒。在外部的线路保护发出触发 指令时,间隙也可以按要求在一毫秒内完成选相触 发,并发出临时旁路串补的操作指令。
入),平台故障保护,阀监视 • MOV:MOV 过负荷保护,MOV 过电流保
护 • CAP:电容器不平衡,电容器过负荷保
护,断路器失灵监控
(A) TCSC 线路电流保护功能(LCU)
• 阀过流:出现故障时如果由于旁路断路器 出现内部故障无法合上,则故障电流将持 续通过阀。为了保护阀不至于过热,保护 系统将发出线路跳闸命令。
(C)固定串补电容器的保护功能(CAP):
3
• CAP 不平衡报警:如果不平衡电流超过低定 值,2 秒后(默认值)会有报警。

TCSC晶闸管控制串联电容器补偿技术

TCSC晶闸管控制串联电容器补偿技术

可控串补与固定ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ补的比较
优点: 在网型电网中,可控串补可用于控制线路潮流。 优化系统运行方式、降低网损。 利用短时过载能力,提高系统稳定性和传输能力。 阻尼系统低频振荡。
缺点: 技术复杂程度增加; 造价高; 可靠性稍低。
退出运行6次,发出警告20次
TCSC对继电保护的影响
• 对距离保护的影响 • 对零序/负序保护的影响 • 对纵联保护的影响
输电线路
e 等值系统
输送功率
E∠0
U∠δ
e
EU
未补偿输送功率 =
Sin XL
补偿后输送功率 =
EU XL - XC
Sin
降低系统阻抗 ===> 提高输送功率
线路压降
提高功率输送能力
改善系统的稳定性
控制环网中的潮流分布 降低网损 避免建设新的输电线路
P
HA UA A PGA
PLA
PGA=PLA+P
TCSC的结构
解决 方法
器件 模型
优点
解决问题 的器件
↓↓
解决 方法
器件 模型
优点
解决 方法
器件 模型
优点
控制输电线的串 联补偿度
提高输电线的 输电容量
潮流控制
低频功率振荡
抑制次同步振 荡
降低直流偏移 电压
电压支持
降低短路电流
提高了串联电容 器的保护水平
TCSC的工作原理
TCSC通过对触发脉冲的控制改变晶闸管的触发角, 继而改变由其控制的电感支路中电流的大小,连续 改变总的等效电抗。
TCSC有四种工作模式: ◎晶闸管截止。
此时,TCSC等同于固定串联补偿。
◎晶闸管旁路。

可控硅控串联电容补偿器的结构原理及应用研究报告

可控硅控串联电容补偿器的结构原理及应用研究报告

可控硅控串联电容补偿器的结构原理及应用研究报告可控硅控串联电容补偿器(Thyristor-Controlled Series Capacitor,TCSC)是一种用于电力系统中的无功补偿装置。

它由可控硅、串联电容、保护电路等组成,可通过改变串联电容的电压来控制电力系统中的无功功率流。

以下是对TCSC的结构、原理及应用的研究报告。

一、结构TCSC由可控硅、串联电容、保护电路等组成。

可控硅用于控制串联电容的电压,它可以通过调节触发角来改变电容电压。

串联电容则用于电力系统的无功补偿。

保护电路则用于监测TCSC的工作状态,一旦发生故障,及时切断TCSC以保护电力系统的安全。

二、原理TCSC的原理是通过改变串联电容的电压来控制无功功率流。

当电力系统中需要补偿无功功率时,可控硅触发角控制电容电压的大小,以达到所需的功率补偿效果。

当电力系统中需要减少无功功率时,可控硅触发角控制电容电压的大小,以达到无功功率的吸收效果。

三、应用1.潮流控制:TCSC能够根据电力系统的需求来调整电流的流向,从而在电力系统中实现潮流控制。

2.无功补偿:TCSC能够根据电力系统的需求来调整无功功率的大小,从而实现无功功率的补偿。

3.电压稳定:TCSC可以通过调节电压大小来稳定电力系统的电压,减少电力系统中的电压波动。

4.功率调节:TCSC可以根据电力系统的需求来调整功率大小,实现电力系统的功率调节。

四、总结可控硅控串联电容补偿器(TCSC)是一种用于电力系统的无功补偿装置,通过改变串联电容的电压来控制无功功率流。

它具有潮流控制、无功补偿、电压稳定和功率调节等应用。

TCSC在电力系统中具有重要的作用,能够提高电力系统的稳定性和可靠性。

第五章晶闸管可控串联补偿器TCSC

第五章晶闸管可控串联补偿器TCSC

基本原理
� � � � � 或者写作 定义 TCSC 支路的自然角频率 则 TCSC 自然角频率与电网工频之比为 易知 ,从而 考虑到
� 借用关于TCR的分析结论来简单介绍 TCSC 通过控制触发延迟角α 来达到调节串联补 偿阻抗的基本原理。
基本原理
TCR 支路的阻抗值由触发延迟角α 决定,即 控制α的改变, TCSC 的阻抗 值发生变化,从而调节 ;
基本原理
TCSC 的单相电路结构
基本原理
� 由前面分析可知, TCR 的基波电抗值是触发延迟角α 的连续函数,因此 TCSC 的稳态基波阻抗可看作是由 一个不变的容性阻抗 和一个可变的感性阻抗 并联 组成的,即 TCSC 的基波阻抗为(感性为正) :
� 其中 为TCSC承受电压的基波分量有效值,I 为 线路电流(假设为纯正弦波)的有效值, 分电容和电感的阻抗值,一般
TCSC的电路分析
� (5) ,晶闸管关断,TCR 支路退出,只有串联电容支路 “串入”传输 线,其电压按照下式变化 � 其中 � 而 TCR 支路电流为
TCSC的电路分析
� 上述对于一个工频周期 TCSC 的5 个工作 阶段的分析,对于 TCSC 的稳态和暂态过 程都适用。
稳态基波阻抗模型
� 当处于稳态工作时,TCSC 在正负半波采用对 称控制,电容电压和 TCR 支路电流为工频周 期信号,即 � 且 � 进而,通过一定的计算,可以解得:
TCSC的电路分析
TCSC的电路分析
� 同理,TCR 支路电流是两个频率分别为电 源频率(工频)ω和自然频率ω0 =kω的 正(余)弦波之和, �在 , 与电容电压 符号相反,在 时刻, 下降或上升为 0,导通的晶闸管自然关断, TCR 支路退出, 称为晶闸管的后半波导通 角,它由以下方程组决定:

2可变阻抗型串联补偿器TCSC(V-I特性)

2可变阻抗型串联补偿器TCSC(V-I特性)

7
2 可变阻抗型串联补偿器:TSSC、GCSC与SSR
TCSC对于SSR中立,不会加重SSR,条件是电容电压必须在每半周 波等间隔内反向,当TCR开通延迟角和导通角改变时,不同导通角的 中心位置应保持固定不变,即关于电容电压过0点对称,当开通延迟角 减小时较难满足,此时TCR导通角增加,电容电压过0点的位置主要受 线路电流的影响;
自然响应,干扰SSR的建立过程。
5
2 可变阻抗型串联补偿器:NGH-SSR阻尼器特性
上图中,is为24Hz的次同步线路电流,vSC0为无阻尼器时的电容电压, vSCNGH为阻尼器电容电压, vSCNGH,F为其基波分量,系统频率为60Hz, 阻尼器工作频率为120Hz;
观察可知,NGH阻尼器使电容电压基波分量几乎与相应的次同步线路 电流同相,对于24Hz次同步频率,NGH阻尼器呈现阻性而非容性阻抗, 理论推导、计算机仿真和现场测试结果证明了这一点;
TCSC主要实现可变串联电容,但电路结构与NGH阻尼器类似,也可
运用NGH原理抑制SSR。
6
2 可变阻抗型串联补偿器:TCSC与SSR
TCSC中的TCR通过每半周波结束时电容电压反向来增加等效容抗, 这种电容电压的同步充放电过程与NGH方案中的同步放电过程类似, 也会干扰对次同步电流激励的自然响应,阻碍乃至预防SSR的建立;
TCR产生奇次谐 波,是开通延迟 角的函数;
TCSC电压谐波 与感抗、容抗比 有关;
XL/XC=0.133, 容性工作区,电 压补偿模式,7 次以上谐波可以 忽略,见左图;
4
2 可变阻抗型串联补偿器:NGH-SSR阻尼器原理
串联容性线路补偿可能导致SSR,fe=f-fm,fe为SSR频率,f为系统 频率,fm为汽轮发电机组某个扭振频率;

TCSC的原理与应用实例

TCSC的原理与应用实例

TCSC 的原理与应用实例一、TCSC 的基本原理晶闸管控制串联电容器(Thyristor Controlled Series Capacitor, TCSC )应用了电力电子技术,利用对晶闸管阀的触发控制,来实现对串联补偿电抗的平滑调节和动态响应的控制,使整个输电线的参数成为动态可调的,实现了对线路补偿度的灵活调节,使得系统的静态、暂态和动态性能得改善。

下图为TCSC 的单相电路结构图。

TCSC 的单相电路结构上图中,基本TCSC 的单相结构由电容器与晶闸管控制电抗器(TCR )并联组成,其中晶闸管用SW 表示。

TCR 支路的阻抗值由触发延迟角α决定,控制α的改变,晶闸管控制感抗X L 的值发生变化,从而调节TCSC 的阻抗X TCSC 。

当α=0时,TCR 的阻抗取得最小值X L ,由于X L <X C ,TCSC 的阻抗程感性, 且感性阻抗为C L TCSC C LX X X 0=X X -() 当α从0 逐渐增大,在达到并联谐振点之前,X L 逐渐增大,从而使得TCSC 的感性阻抗逐渐增大。

并联谐振点对应于方程X C −X L =0在α∈[0,1800]区间的解,设为αr , 对应于TCSC 的阻抗为无穷大;为防止TCSC 产生并联谐振,在感性控制区要求α不得超过某一数值αLlim , 即α≤αLlim <αr ,或者说感性控制区的触发延迟角α∈[0, αLlim ]。

当α=1800时,TCR 的阻抗取得最大值无穷大,相当于TCR 支路断开,TCSC 的阻抗仅为串联容性产生的阻抗,为−X C (容性)。

当α从1800逐渐减小,在达到并联谐振点之前,X L 逐渐减小,从而使得TCSC容性阻抗逐渐增大。

为防止TCSC产生谐振,在容性控制区要求α不得小于某一数值αClim,即αr<αClim<α,或者说容性控制区的触发延迟角α [αClim,1800]。

TCSC通过适当控制TCR支路的触发延迟角,可以获得可变的串联阻抗,且感性阻抗的可控范围为[X TCSC(0), X TCSC(αLlim)],容性阻抗的可控范围为[−X TCSC(αClim), −X C]。

TSC无功补偿控制装置研究

TSC无功补偿控制装置研究

TSC 无功补偿控制装置研究一、绪论随着工业化、城市化以及电力自动化技术的发展,电力质量问题越来越引起人们的重视。

其中,无功功率问题成为了影响电力网稳定性和供电质量的主要因素之一。

针对这个问题,TSC(Thyristor Switched Capacitor,可控硅开关电容器)无功补偿控制装置应运而生。

本文将对TSC 无功补偿控制装置进行研究,探究其作用和优势,并结合实际应用案例进行说明。

二、TSC 无功补偿控制装置的作用TSC 无功补偿控制装置是一种电力自动化设备,它主要用于实现电力网的无功补偿和电压调节功能。

无论是在工业电网还是城市配电网中,都可以使用TSC 无功补偿控制装置来控制变压器侧的电容器组的投入和退出,或者更改电容器的容量,从而改变感性负载的功率因数,并调节电压。

TSC 无功补偿控制装置主要由电容器组、可控硅元件和控制器三部分组成。

在控制器的指令下,通过可控硅元件对电容器组进行控制,实现在不同的功率因数下,电容器组相应的投入和退出,或者调整电容器的容量。

其中,电容器组是实现无功补偿的核心部件,电容器组的容量和数量的选择需要根据实际负载情况、供电电压等因素进行合理的匹配。

可控硅元件则是控制电容器组的开关,它可根据控制器的指令改变电容器的投入和退出。

控制器是TSC 无功补偿控制装置的“大脑”,它能够实现对电容器组的精确控制,以达到稳定的电力质量和供电。

三、TSC 无功补偿控制装置的优势1.提高电力质量在电力网运行中,不同负载在不同的负载率下,需要不同的电容器投入来实现无功补偿,以达到提高电网稳定性和电力质量的目的。

TSC无功补偿控制装置可以实现准确的电容器投入和退出,从而满足不同负载下的无功补偿要求,提高电力质量。

2.节约能源功率因数是衡量电力系统电能利用率的标志之一。

功率因数越低,表示单位电能所付出的成本越高,同时也会降低供电能力。

通过使用TSC 无功补偿控制装置实现无功补偿,可以提高功率因数,降低电力系统的能耗和成本,节约能源。

可控串联补偿(TCSC)对输电线路继电保护影响的研究

可控串联补偿(TCSC)对输电线路继电保护影响的研究

摘要 (3)Abstract (3)引言 (4)1 国内外研究现状 (4)1.1 FACTS技术及其国内外研究现状 (4)1.2 TCSC及其国内外研究现状 (4)1.3 TCSC对继电保护的影响及研究现状 (5)1.4 本论文所做的工作 (5)2 TCSC的结构特点及性质分析 (6)2.1 TCSC的结构特点 (6)2.2 TCSC的工作原理 (6)2.3 TCSC的运行模式 (7)2.4 TCSC的基本特性解析式 (8)2.5 TCSC的特性 (9)2.5.1 TCSC的谐波特性 (9)2.5.2 TCSC的阻抗特性 (10)3 TCSC的仿真 (10)3.1 未加入TCSC的简单单相电力系统模型 (10)3.2 单相TCSC模型的建立 (13)3.3 包含单相TCSC电力系统的模型 (14)3.4 单相电力系统的仿真比较 (14)4 TCSC对输电线路继电保护的影响 (17)4.1 TCSC对距离保护的影响 (17)4.1.1 TCSC动态基频阻抗对输电线路距离保护的影响 (17)4.1.2 TCSC的谐波特性对距离保护的影响 (18)4.1.3 TCSC对故障分量距离保护的影响 (19)4.2 TCSC对电流差动保护的影响 (23)4.3 TCSC对纵联保护的影响 (24)4.4 TCSC对阻抗方向保护的影响 (25)4.5 TCSC输电线路对继电保护的配置要求分析 (26)5 结论 (26)参考文献 (27)致谢 (28)ContentsAbstract (3)Abstract (3)Introduction (4)1 Domestic and foreign research status (4)1.1 FACTS technology and its domestic and foreign research status (4)1.2 TCSC and its domestic and foreign research status (4)1.3 The influence of TCSC on relay protection and its research status (5)1.4 The work done in this paper (5)2 The structural features and properties of TCSC (6)2.1 TCSC structure features (6)2.2 Working principle of TCSC (6)2.3 TCSC running mode (7)2.4 TCSC basic characteristic analysis formula (8)2.5 TCSC characteristics (9)2.5.1 TCSC harmonic characteristics (9)2.5.2 TCSC impedance characteristic (10)3 TCSC simulation (10)3.1 Simple single-phase power system model without TCSC (10)3.2The establishment of single phase TCSC model (13)3.3 Model of the single-phase TCSC power system (14)3.4 Simulation comparison of single phase power system (14)4 The influence of TCSC on relay protection of transmission line (17)4.1 The effect of TCSC on distance protection (17)4.1.1The influence of TCSC dynamic impedance on distance protection of transmission line (17)4.1.2 The influence of the harmonic characteristics of TCSC on the distance protection . 184.1.3 The effect of TCSC on the distance protection of fault components (19)4.2 The influence of TCSC on current differential protection (23)4.3 The impact of TCSC on the longitudinal protection (24)4.4 The influence of TCSC on the protection of impedance direction (25)4.5 Analysis of the configuration of relay protection for TCSC transmission line (26)5 Conclusion (26)References (27)Acknowledgement (28)可控串联补偿(TCSC)对输电线路继电保护影响的研究摘要:可控串联补偿电容器可以解决系统中的某些稳定性问题,可控串联补偿电容器是实现交流系统灵活输电的重要组成部分。

TCSC技术

TCSC技术

关键技术之一。

输电线路中采用串补技术,可以利用串联电容器的容性阻抗补偿部分输电线的感性阻抗,实现优化电网潮流分配、改善无功平衡、降低系统网损、增加输送能力、提高电力系统安全稳定水平的目的;采用串补技术还可以减少线路架设和输电走廊的占用,节省一次投资,提高电网建设经济性,保护环境,有利于电网的可持续发展。

可控串补通过控制晶闸管阀的触发角实现对串补等效阻抗的动态控制,从而可以进一步提高电力系统稳定性,抑制电力系统低频振荡和次同步谐振。

可控串补的采用,为电玩潮流控制提供了新的技术手段,增强了电力系统的可控性,也为电力市场化改革提供了一定的技术支持。

与常规串补相比,可控串补具有以下优点和系统应用领域:(1)稳态潮流控制。

可根据系统运行条件(线路开断、发电出力分布调整等)调整可控串补补偿度,改善潮流分配和输电回路上的电压分布,从而达到降低网损、消除潮流迂回、防止过负荷、提高输送能力的目的。

(2)系统稳定控制。

通过控制晶闸管阀的触发角,利用电容器的短时过负荷能力,一般可控串补等效阻抗可在其基本容抗值的1~3倍之间动态调整,时间常数约为30~100ms。

与常规串补相比,可进一步提高电力系统的稳定性和系统输电能力。

利用可控串补还可以阻尼系统功率振荡,增强系统动态稳定性;常用于抑制互联电网或地区电网的低频振荡(0.2~2.0Hz)。

(3)抑制次同步谐振,提高补偿度。

次同步谐振是电网和汽轮发电机轴系之间相互作用产生的一种物理现象,它的发生将严重损坏汽轮发电机的轴系,其主要起因是线路串联电容和线路电感之间的电气振荡与轴系机械振荡的相互作用并为开关操作、短路故障等所引起。

可控串补可以通过一定的触发控制策略一直系统中的次同步分量,从而可以在一定程度上提高串补度而无发生SSR的风险。

(4)在故障期间,通过晶闸管阀旁路可降低通过串补装置的短路电流和过电压保护MOV 的能量定值。

随着我国750kV和1000kV电网的发展,串补和可控串补技术将向更大容量、更高电压发展。

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可控硅控串联电容补偿器(TCSC)的结构、原理及应用研究报告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装置是一种结构简单、控制灵活以及容易实现的器件。

正因为TCSC具有这些特点,因此在工业中较早投入应用。

本文将通过简单介绍TCSC装置的结构及其工作原理,详细讨论TCSC装置的阻抗调节特性,以及考虑装置额定运行参数约束时TCSC装置的工作特性,从而归纳出TCSC装置的控制模式。

其中,TCSC 作为一项高可靠性和经济性的电力系统调节技术,在现代电网中的应用正在逐渐推广,口前全世界有多个TCSC工程在投人运行。

本文还将针对TCSC装置在现代电网中的工程应用做出简要介绍,为从事TCSC的工程人员提供参考。

关键字:可控串联电容补偿器;结构原理;工作特性;控制模式;工程应用1 绪论可控串联补偿技术是在常规固定串联补偿技术的基础上为适应电力系统运行控制的需要而发展起来的。

早期的可控串联补偿器采用机械开关投切串联电容器(Mechanically Switched Series Capacitor,简称MSSC)来实现,它采用分段投切方式改变对线路阻抗的补偿程度。

由于机械开关动作速度较慢,因此,这种补偿装置只主要用于电网潮流控制。

随着大功率电力电子器件技术的成熟和发展,出现了利用晶闸管控制的串联补偿技术,包括晶闸管控制串联电容补偿器(Thyristor Controlled Series Capacitor,简称TCSC)和晶闸管投切串联电容补偿器(Thyristor Switched Series Capacitor,简称TSSC)。

与机械开关控制的补偿装置相比,晶闸管控制补偿装置可以实现串联补偿度的快速调节,其性能可以满足电力系统稳定控制和快速潮流控制的需要。

与MSSC和TSSC相比,TCSC具有阻抗连续可调节的优秀性能,因此,该项技术一经提出,就受到了电力工业界和电力系统研究人员的广泛关注。

2 TCSC装置的结构原理及其工作特性本章将介绍TCSC装置的基本结构及其工作原理,对TCSC电路的阻抗调节特性、装置工作特性进行了深入分析。

2.1TCSC装置的基本结构TCSC具有结构简单、控制灵活和容易实现的特点,因此是较早投入工业应用的一种FACTS装置。

图2.1是一种典型的工程实际应用TCSC的结构,它由一组固定容量的串联电容器和一个TCSC组成。

工程上常常采用这样的组合实现输电线路阻抗的可控串联补偿,有的TCSC是通过将现有固定串联电容补偿装置中的一部分改造为TCSC来完成的。

由图可以看出,整个TCSC装置的一次设备由主电路模块、操作控制模块和测量模块等三部分组成。

图中,断路器CB3及隔离开关DS1、DS2和DS3构成了装置的控制模块,它通过一定的开关顺序控制操作,实现整个装置安全可靠地投入和退出运行,CB1还可以兼作紧急状态下装置的二级保护。

主电路模块包括固定串联电容器和TCSC。

固定串联电容器用于瞬态电容器过电压保护的MOV和间隙保护元件,以及用于投切固定串联电容器的旁路断路器CB2。

旁路断路器CB2支路上设置有用于限制电容器放电电流的阻尼电抗器。

和固定串联补偿电路结构相比,TCSC主电路子模块增加了一个由双向晶闸管控制的电抗器支路(Thyristor Controlled Reactor,简称TCR )。

电抗器用于控制TCSC的阻抗,其参数对于TCSC 装置的阻抗调节特性具有重要的影响,同时也兼作TCSC旁路断路器支路的阻尼元件。

该TCSC电路省去了在固定串联电容补偿中采用的间隙保护元件,这是因为在TCSC晶闸管控制方式下,可以快速实现电容器的保护。

在实际工程应用中,可以有多个固定串联补偿子模块和TCSC子模块串联组成整个串联补偿装置。

测量系统的任务是为装置工作状态的监测控制和保护提供实时有效的信息,因此,所有与装置工作特性以及保护功能相关的变量都需要由该模块进行测量。

用于装置控制功能的输电线路电流,母线电压,以及用于装置保护功能的电容器两端的电压和支路中的电流、电容器组间的不平衡电流、MOV支路电流和晶闸管支路电流等都是需要测量的电气量。

注意到电容器的接线采用四组相同的电容器组按照桥型方式连接,其电容参数等效于一组电容器的参数。

这样连接的目的是为了方便地实现电容器组的故障监测。

通过检测中间桥路上流过的不平衡电流就可以监测是否出现了电容器组的内部故障。

测量系统是连接装置中电气主回路和用于控制保护的二次系统的中间环节,出于绝缘和电气隔离的考虑,工程实际TCSC装置中的测量元件通常采用光电转换器件。

由于整个TCSC装置将串联接入高压输电系统运行,因此,必须监视主回路安装平台对大地的绝缘状态,这是通过测量泄漏电流来实现的。

2.2 TCSC基本运行模式和阻抗调节特性1、TCSC基本运行模式由于TCSC是一种串联运行的FACTS元件,因此,在分析TCSC的运行模式和阻抗调节特性时,将线路电流作为外部激励电源考虑。

根据由简单到复杂的原则,先考虑单相TCSC电路,如图2.2所示。

图中,线路电流i LINE是TCSC的外部激励输入电流,电容器电压u C和晶闸管支路电流i TH是TCSC装置的状态量,电容器电流i C等于线路电流i LINE和晶闸管支路电流i TH的差。

电路中各个电气量的参考方向如图中箭头所示。

晶闸管触发控制信号是TCSC的控制输入。

由图可以看出,在线路电流不变的情况下,通过周期性地触发导通晶闸管,将在TCSC电路中产生环路电流i TH。

正是这个环路电流影响了电容器的充电电流i C,从而可以改变电容器两端的电压u C。

最终改变了接入输电线路的阻抗的大小。

根据晶闸管导通状况的不同,TCSC电路有三种基本运行模式,即:晶闸管全关断模式(电抗器退出运行)、晶闸管旁路模式(电抗器全值接入)和微调运行模式(电抗器可调接入)。

TCSC的微调运行模式又可分为容性微调运行和感性微调运行两种运行方式。

图2.3和图2.4是TCSC装置与上述几种基本运行模式对应的电路稳态运行波形图。

图中横坐标为时间轴,用电角度表示;纵坐标为各有关电气量,均用标么值表示,其中电流量的基准值为线路电流的峰值,电压量的基准值为基准线路电流单独流过串联电容器时产生的电容电压峰值。

图中,α和β是按照两种不同方式定义的晶闸管控制角。

α称为触发延迟角,表示电容电压过零点(晶闸管开始承受正向电压)到晶闸管开始导通时刻之间的电角度差:β是触发越前角,定义为晶闸管导通时刻相对于随后的电压过零点的超前时间(用电角度表示)。

两者之间满足关系式β=π-α。

σ表示晶闸管导通区间的电气角度,即晶闸管导通角。

在稳态运行情况下,σ=2β。

图2.3(a)的运行方式对应为晶闸管触发延迟角为α=180。

的情况,相应的触发越前角β=0o。

在这种运行方式下,晶闸管处于全关断状态,TCR支路电流i TH=0,电容器电流就等于线路电流。

这时的TCSC相当于一个固定串联电容器补偿装置,其等效电抗就是电容器的标称容抗Xc。

这种运行模式称作晶闸管全关断(以下简称BLOCK)运行模式。

当触发延迟角从180o开始减小,即增大触发越前角时,晶闸管开始部分导通,TCSC模块中出现了如图2.3(b)所示的脉冲状环路电流。

图中,α=150o,σ=60o;由于环路电流i TH的基波分量与线路电流反相,两者共同作用的结果,使得电容器电流基波分量与线路电流同相,幅值大于线路电流。

由于电容器电压基波分量滞后于线路电流90o,幅值大于线路电流单独通过电容器时产生电压的基波分量幅值,因此,这时的TCSC等效为一个容性电抗,其数值大于电容器的标称容抗Xc。

在不考虑暂态变化过程的情况下,的导通角变化范围内,如逐渐增大触发越前角,晶闸管的导通角将逐渐增大,在一定TCSC装置的等效阻抗表现为逐渐增大的容抗特性。

TCSC的这种运行方式称为容性微调运行方式。

随着触发延迟角的进一步减小,晶闸管导通角将继续增大。

当导通角大于某一特定值之后,TCSC电路将呈现与图2.3完全不同的运行特性,其运行波形如图2.4所示。

在图2.4(a)中,触发延迟角α=138o,晶闸管导通角达到一个较大的数值,σ=840o这时,TCSC模块中的环路电流i。

仍然为间断的脉冲电流,但是其基波分量的幅值将大于线路电流的幅值,其相位与线路电流相同,两者的共同作用会使电容器电流的基波分量与线路电流反相。

这时,电容器电压基波分量超前线路电流90o,TCSC等效阻抗为感抗。

在一定的区间内,连续改变导通角,TCSC 的等效感抗也发生连续变化。

TCSC的这种运行方式称为感性微调运行方式。

图2.4(b)是触发延迟角α=90o时的情况,在理想情况下,两只反并联的晶闸管导通角各为180o,使TCR支路连续导通,这时TCSC装置等效于电容器和电抗器的并联运行。

环路电流i。

基本上是连续的正弦变化量,与线路电流同相,数值上略大于线路电流,结果使电容器电流在数值上远小于线路电流,产生的电容器两端的电压在相位上超前线路电流,幅值很小,TCSC模块呈现小值等效感抗。

TCSC的这种运行模式称为晶闸管旁路(以下简称BYPASS)运行模式。

图2.5和图2.6分别给出了上述TCSC的三种基本运行模式下的各支路基波电流分布示意图,图中,箭头方向相同表示相位相同,相反则表示相位相差180o;箭头粗细形象地代表基波电流幅值的大小。

在TCSC装置的实际应用中,还需要区分如下的两种不同旁路运行模式,即:“断路器旁路运行模式”和“晶闸管旁路运行模式”。

除了上述的晶闸管旁路运行模式外,实际TCSC装置中往往包含用断路器旁路TCR的电路,断路器的闭合可以构成TCSC的断路器旁路运行模式。

晶闸管旁路运行模式的作用是向TCSC装置提供快速的控制和保护手段,而断路器旁路模式是用来退出TCSC或者因为TCSC内部故障而采取的保护措施。

和TSSC和MSSC相比,TCSC的特点是它可以工作在微调运行模式下。

在微调运行模式下,TCSC晶闸管支路在半个周波内部分导通,由此产生周期性的环路电流作用于电容器充电过程,从而改变了TCSC电路的等效电抗。

由于TCR支路的控制触发角可以连续调节,因而其等效阻抗也可以在一定范围内连续发生变化。

而对于TSSC和MSSC来说,电容器的并联支路是通过晶闸管或者机械开关来控制的,该支路要么全导通,要么完全关断,分别只能对应于TCSC的晶闸管旁路运行模式和全关断运行模式。

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