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。
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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，…；
P Vm I
V sin 1 k X
2
2 2 V k 2 3 1 cos QC I X C 2 X 1 k
1 串联补偿目的：串联容性补偿（物理解释）
串联容性补偿程度越高（k越大），输电功率上升得越快， 串联电容器提供的无功也越大； 物理解释1（阻抗观点）：串联补偿容抗抵消了一部分线路 感抗，使等效线路阻抗减小，好像部分线路被短路（或输电 线路长度减小）了一样； 物理解释2（电压观点）：在给定线路阻抗情况下，为使输 电电流和功率增加，必须增加线路压降，这可通过串联电路 元件（如电容）产生一个与原来线路压降极性相反的电压实 现，而与具体的串联电路元件无关，因此也可直接注入可控 交流电压源产生所需的补偿电压。
71 串联补偿目的：阻尼次 Nhomakorabea步振荡 SSR现象：串联容性补偿可能会导致次同步振荡，早在1937年就观察到 了SSR现象，但直至20世纪70年代才引起足够重视，南内华达，Mojave 电厂，2台汽轮机转轴故障，输电线路串联补偿电容以自然谐振频率振 荡，汽轮机组机械扭矩振荡，两者之间的相互作用使机械和电气振荡 加剧导致严重故障； SSR原因：串联补偿电容与输电线路电感组成串联谐振电路，扰动引起 输电电流产生次生同步谐波分量，在发电机中建立反向旋转的次生同 步谐波磁场，导致转子转矩脉动（f－fe），如果与发电机组扭矩谐振 频率相同，就会产生机械扭矩振荡，机械振荡和电气谐振产生共振， 反之亦然； 多级大型水轮机有多个扭矩共振模态，容易与串联电容补偿的输电线 路产生SSR； 对串联补偿器的最低要求是不参与SSR，如能有效抑制SSR则更好。
2 变阻抗型串联补偿器：GCSC（谐波电压）
与TCR开通延迟角控制 类似，GCSC关断延迟 角控制也会产生奇次 谐波； GCSC通常直接串联注 入线路，无插入变压 器，3倍频和其它次电 压谐波很难消除，但 对系统影响不大，因 为系统谐波阻抗相当 大，谐波电流小；
I 4 sin cosn n cos sin n VCn 2 C n n 1
f e 1 2 LC f
XC X f k f
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1 串联补偿目的：功能要求小结
串联补偿器主要用于解决潮流问题，潮流与输电线路长度和 网络结构有关，用固定串补满足不同线路长度的输电功率要 求，用可控串补解决潮流不平衡、环路潮流、潮流规划等输 电网络问题； 固定和可控串补都能减小端口电压波动，防止电压崩溃； 控制串联补偿器反作用于发电机功角摆动，能显著提高暂态 稳定性，有效的阻尼功率振荡； 可控串联补偿能抑制SSR，充分利用输电线路； FACTS中的可控串补能进行潮流规划、线路负荷管理，确保 输电网络的最优使用。
1 串联补偿目的：提高暂态稳定性
受扰发电机加速时，并补是通过维持输电电压以增加输电功率提高暂 态稳定性和阻尼功率振荡，而串补是直接控制输电功率来实现，串补 更有效； 左、右图为无、有串补时的暂态稳定裕度，与串补系数成正比，理论 上k可为1，但考虑到并联回路的负荷平衡、故障电流的大小以及潮流 6 控制的难度，k<0.75，再考虑到SSR问题，k<0.3。
1 串联补偿目的：串联容性补偿（基本原理）
串联容性补 偿的基本想 法是减小等 效的输电阻 抗； 串联容性补 偿的结果是 增加线路等 效压降和输 电电流。 X eff X X C
2V I sin 1 k X 2
k X C X ,0 k 1
X eff 1 k X
I 2 1 VCF 1 sin 2 C
电容电压基 波分量图。
X C 1 2 1 1 sin 2 C
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2 变阻抗型串联补偿器：GCSC（V-I特性）
电压补偿模式（上左图）：在给定的线路电流变化范围之内，通过关 断延迟角控制，保持额定补偿电压恒定；在线路电流较小时 （I<Imin），补偿电压低于额定值，与线路电流成正比；在线路电流很 大时（I>Imax），补偿电压为0。 阻抗补偿模式（上右图）：在给定的线路电流变化范围之内，通过关 断延迟角控制，保证额定补偿容抗恒定，容抗变化范围在0和XC之间。 电压、阻抗补偿模式在容量范围之内可以通过控制互相切换。
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1 串联补偿目的：提高电压稳定性
串联容性补偿减小了等效线路感抗，使受电端电压波动和电压崩溃的 可能性降低； 上左图为射线状电力系统，上右图为对应的端电压－功率曲线，鼻尖 点表示对应的电压临界不稳定性； 串联、并联容性补偿都能增加电压稳定极限，并补是通过提供容性无 功调节端口电压，串补是通过抵消部分线路感抗使电压源特性更硬； 5 相同容量下，串补比并补更能有效的提高输电电压稳定性。
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2 变阻抗型串联补偿器：GCSC（损耗特性）
电压补偿模式（上左图）：当γ＝π/2时，ζ＝0，串联电容被GTO旁 路，注入电压为0，损耗最大；当γ＝0时，ζ＝π，串联注入最大补 偿电压，损耗最小。 阻抗补偿模式（上右图）：补偿阻抗最小时，串联电容被GTO旁路，损 耗最高；补偿阻抗最大时，GTO开路，串联电容完全注入，损耗最低。 在线路故障、扰动大时，故障电流过大，串联补偿都需采取MOV过电压 15 吸收器、机械旁路短路器等过压保护措施。
串联静止补偿器：GCSC、TSSC、TCSC和SSSC
1、串联补偿目的 2、变阻抗型串联补偿器 3、变换器型串联补偿器 4、串联补偿器的外部（系统）控制 5、特性和功能小结
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1 串联补偿目的：概述
并联补偿能维持输电电压，支撑端口电压，理论上有可能使 输电功率达到输电线路的热极限，但不能有效地直接控制输 电功率；给定输电电压情况下，输电功率最终由线路阻抗和 端口电压相角差决定； 输电功率主要受线路感性阻抗的限制，引入串联容性补偿能 抵消线路部分感性阻抗，提高输电功率，控制线路潮流，提 高稳定性； 线路可控串联补偿是FACTS技术的基石，可以控制线路潮流、 防止环流、使系统扰动的影响最小、减小常规的稳定裕度要 求等，充分利用输电线路等； 对线路阻抗这个电力系统基本参数的串联补偿，可以实现最 大输电功率、提高稳态输电极限、暂态稳定性、电压稳定性 2 和功率振荡阻尼程度等目的。
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1 串联补偿目的：可控串联补偿方法
两类串联补偿器：变阻抗型（用电力半导体开关器件投切电 容、控制电抗，得到可变阻抗），变换器型（用开关变换器 实现可控的同步电压源），与并联补偿器完全类似； 对偶性：并联补偿器功能上可视为可控无功电流源，与输电 线并联连接，控制输电电压；串联补偿器功能上可视为可控 电压源，与输电线串联连接，控制输电电流。
2 变阻抗型串联补偿器：TCSC（阻抗观点）
一般，感抗XL小于 容抗XC； 当α＝0时，TCR感 抗为XL，TCSC阻抗 呈感性； 当α＝π/2时， TCR感抗为无穷 大，TCSC阻抗呈容 性； 当α＝αr时，TCR 感抗等于容抗XC， LC并联谐振，TCSC 阻抗无穷大。23 3个区域：容性工作区、并联谐振区和感性工作区。
电压补偿模式（上左）：电容全部旁路，注入补偿电压为0，损耗最 大；电容分级部分旁路，注入额定补偿电压，损耗最小。 阻抗补偿模式（上右）：补偿阻抗为0时，电容全部被SCR旁路，损耗 最大；补偿阻抗最大时，SCR全部关断，电容全部插入，损耗最小。 TSSC必须外加过流、过压保护措施。 TSSC中，为避免SCR误触发导通，常用限流电抗与SCR串联，TSSC就变 成了TCSC，但TCSC的控制原理大不相同。 21


也可采用顺序控制方 法减小谐波的影响。
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2 变阻抗型串联补偿器：GCSC（顺序控制）
TCR顺序控制： m个并联，1 个开通延迟 角控制，m－ 1个投切控 制； GCSC顺序控 制：m个串 联，1个关断 延迟角控 制，m－1个 投切控制； 谐波分量减 小为1/m； TCR并联支路不超过2路，GCSC串联数目可为多个； GCSC损耗反比于无功输出I2XC，最大约为0.7%。
2 变阻抗型串联补偿器：TSSC（V-I特性）
电压补偿模式（上左图）：在定义的线路电流变化范围内， 投切适当的电容器组产生额定补偿电压，分级（有差）调节 方式； 阻抗补偿模式（上右图）：无论线路电流如何，投切适当的 电容器组维持额定补偿容抗，分级（有差）调节方式。
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2 变阻抗型串联补偿器：TSSC（损耗曲线）
2 变阻抗型串联补偿器：TCSC（开通过程）
假定SW开始处于断态，TCR触发延迟角为α（以线路电流过0点为基 准），TCR下管开通后，电容正向充电，电容电压快速由负变正，产生 正的直流偏置电压，经半周波后，如TCR触发延迟角仍然为α，则TCR 上管开通后，电容反向放电，电容电压快速由正变负，产生负的直流 偏置电压。 24
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2 变阻抗型串联补偿器：种类
变阻抗型串联补偿器：GTO控制串联电容器GCSC、晶闸管投 切串联电容器TSSC、晶闸管控制串联电容器TCSC、NGH型SSR 阻尼器等。
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2 变阻抗型串联补偿器：GCSC（工作原理）
1992年， Karady提 出； GTO关断延 迟角控制电 容电压； 电容电压过 0时，控制 GTO开通， 关断延迟角 γ和阻断角 ζ＝π2γ； 与TCR控制 类似；12
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2 变阻抗型串联补偿器：TSSC（基本电路）
TSSC电路结构与GCSC相似，但采用SCR而非GTO，其工作原理 也不同； TSSC原理：通过增加、减少注入电容器的数量来控制串联补 偿程度，关断SCR时插入电容器，开通SCR时旁路电容器； SCR为半控器件，自然换流，开通时必须电容电压过0，不能 进行开通延迟角控制，关断时线路电流过0。
X L X L
2 sin 2
TCSC的基本思想：为使串补电 容可变，用TCR的可控感抗抵 消部分固定容抗，TCR采用触 发延迟角控制； TCSC本质上是LC并联调谐电 路，线路电流可视为交流恒流 源，谐振时XL(α)=XC。
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X L X L