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。

每层控制具有不同的输入量、响应时间、完成不同的控制目的。

Part ⅡTCSC 的分层控制系统操作命令上层控制主要用于电力系统控制，根据系统要系统状态命令求提供系统控制命令，如潮流控制，暂态稳定控制、增加功率摇摆阻尼等当地电路量中层控制即阻抗控制，根据系统控制的要求及自身状态给出阻抗控制命令；I a,b,c 底层控制主要任务是实现晶闸管的触发控制V TCSC上层控制（电力系统控制）中层控制（阻抗控制）底层控制（晶闸管触发控制）TCSC 模块开环控制开环控制，即恒阻抗控制，是TCSC控制中最基本的类型，主要用来潮流控制。

控制器的结构如图示XmaxX refXdesXTCSCXmin∑TCSCsT11闭环控制潮流控制器CC（Constant Current）控制器CP（Constant Power）控制器改进的功率控制器Power Oscillation Damping（POD）控制器潮流控制器闭环的潮流控制器就是一个PI 控制器，结构如图所示。

P refX ref P lin ＋X lin＋＋X max X minm sT +11s sK K P I +Part ⅡConstant－Current（CC）Control典型的CC控制器模型如图示Part ⅡPart Ⅱ 运行方式选择器：保护TCSC。

在短路期间，当金属氧化物避雷器（MOV）中的电流超过它的极限时，TCSC切换到bypass－thyristor方式或thyristor－swiched reactor（TSR)方式下。

这种模式下，晶闸管全导通，以减少TCSC的电压和电流，从而减少MOV的电压。

故障清除期间，执行”等待模式”；当将电容重新切入回路时，产生的一个直流电压偏移在这个等待模式下放电。

为了提高一定振荡模式的阻尼，比如次同步振荡，引入一个线电流的微分反馈环节，如图示。

有关文献已经证明了，这个优化了的电流控制器能够成功的阻尼线路串联补偿所有等级的次同步振荡。

Constant－Power（CP）Control典型的恒功率控制器如图示。

Part Ⅱ如果作为慢控制器来阻尼功率振荡或次同步振荡，功率控制器通常是有效的。

要增加控制器的速度，就要减小功率控制器的时间常数Tp ，但这会牺牲对振荡的响应。

通常，Tp 取100ms。

但是，保持TCSC功率控制器的慢速控制对电力系统来说是有害的，因为它延长了系统故障后的恢复时间。

因此提出了一种改进的功率控制器Part ⅡPart Ⅱ 改进的功率控制它结合了CC控制器和CP控制器的优点，由两个控制回路组成——一个快速的内部的电流回路和一个慢速的外部的功率控制回路。

功率控制器为电流控制器提供电流参考信号。

这样一个结构的控制器既能对系统故障产生快速的响应，又能提供机电振荡所需的慢速响应。

Power-Oscillation Damping(POD) Control K g ∑X mzxX minm sT +11w w sT sT +12111sT sT ++4311sT sT ++X 0X orderPOD 控制器的结构图如图所示输入控制器的组成：时间常数为T m的测量环节时间常数为T w的washout stage(冲失环节)它消除线路有功功率的平均分量；抽取输入信号的振荡分量。

可变的增益K g由TCSC引起的线路有功变化量是TCSC电抗变化和线路电流（或负荷）的函数。

因此，若TCSC以恒增益运行，TCSC在重负荷下能有效的阻尼功率振荡，而在低负荷下有效性降低。

为了在大范围的线路负荷下保持同样的阻尼效果，增益采取以下方案K GLK GK GFI NL IN I NF 211av sT I(P ）IN KG图中，I （P ）是POD 控制器的输入信号，将其通过一个低通滤波器（时间常数为T av2，其要足够大，以免与功率振荡的频率相互作用），得到输入IN ；对应线路潮流的较低值I NL ，则取得一个较高的增益K GL ；而对应一个较高的线路负荷I NF ，就提供一个较低的增益K GF 。

其他中间的潮流IN 按照插入法取得增益KG 。

Part ⅡPart Ⅱ 时间常数为T1－T4的两个超前滞后环节：这两个环节是使输出信号与输入之间产生一个期望的相移，这里我们期望的相移是－90度。

注意：TCSC的主回路是有限制的，因此POD的动态控制动作必须保持在TCSC的可控范围内，以确保在功率振荡期间电抗的动态影响有效。

为了POD的动态控制动作不会超过TCSC的可控范围，超前滞后环节配有non-windup limiter。

这些限制能够确保超前－滞后滤波器的输出在系统暂态期间不会产生直流偏移，且不会引起TCSC电抗在主回路可控范围一侧饱和。

但这就产生一个比较大的矛盾：在大功率振荡和POD增益较高时，这个限制就抑制了几乎每个周期的POD的输出信号，从而导致超前－滞后产生的相移的损耗，使TCSC阻尼功率振荡的有效性就大大降低了。

限幅环节在输出电抗前加了一个限幅环节。

X min 对应于固定电容的容抗值，而X max (t)由下式决定：当当其中，V max 是TCSC 的最大连续电压；X l 是在限制环节前TCSC 容抗的输出量。

minmax 3)(X t X =max 2)(V t I X line l ≤)(2)(max max t I V t X line=max 2)(V t I X line l >Part ⅡPart Ⅲ我的工作以IEEE SSO 第一标准测试系统为算例对象，将原系统中的固定串补电容以TCSC 代之，设TCSC 的主电路特征参数，利用PSCAD/EMTD 程序，首先建立TCSC 单元结构模型，再以CC 、C P 以及POD 控制器为例，建立这三种控制器的模型，选择适当的控制参数，根据复转矩系数法进行时域仿真，比较不同控制器对SSR 的作用效果。

2==LC X X k分析方法及步骤根据复转矩系数法，对确定的运行工作点，系统进入稳态运行后，在发电机的转子上施加一串频率成整数倍的小值脉动转矩 施加脉动转矩后，直到系统再次进入稳态，截取脉动转矩1个公共周期上的发电机电磁转矩T e 和发电机角频率w 。

将这两个量进行Fourier 分解，可得到不同频率下的最后求出阻尼转矩系数)cos(0λλλϕλω+=∆∑t T T m e T ∙∆)/Re()(∙∙∆∆=ωλe D T K ∙∆ω底层控制的设计也就是设计晶闸管的触发控制。

以线电流为同步信号，利用PLL锁相回路产生一个与线电流同步的信号，输送到脉冲发生器里，产生所需的脉冲。

同步参考信号的产生如右图所示相应的波形Part Ⅲ相应的波形Part Ⅲ脉冲信号的产生Part Ⅲ现在遇到的问题：系统加上TCSC后，发电机输出的有功功率和电磁转矩不是稳定的，而是有不可忽略的纹波！。