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 652Mvar。
组成元件： 固定的串补电容C、并联一个由晶闸管控制的电抗器L、 金属氧化物压敏电阻(M0V)、晶闸管阀及旁路开关等元 件组成。

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。 此时，VT1、VT2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，VT1、VT2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，VT1、VT2的导通角较大，整 个TCSC的阻抗呈现感性电抗特性。


触发角α调节TCSC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。

串补度s
取串补度s=XC/XL 则推导可得，传输功率是串补度的函数，即：
TCSC的功角特性如下图所示。

串补度s
可以看出，在0°～90° 之间，随着s的增加，传 输功率也不断增加，但随 着δ值的减小，传输功率 的提高是逐渐减小的。 另外，TCSC的补偿是容 性补偿，只能增加线路的 传输功率。


TCSC的电抗与有功功率的关系
传输功率可表示为
等效电路图

TCSC的电抗与有功功率的关系
P是母线l流向母线2的有功功率； V1，V2分别是 母线l和母线2的电压幅值； XL是线路感抗； XTCSC是 包括固定串联容抗在内的TCSC电抗；δ1, δ2是母线1 和母线2的电压相角。 从上式可以明显地看出，通过改变TCSC的电抗 值可以实现有功功率的调节，即：当TCSC呈容性补 偿时，有功功率随着线路有效电抗的减小而增加；感 性补偿时，则有功功率随着线路有效电抗的增加而减 小。
Fra Baidu bibliotek
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具有以下优点： 快速连续地调节输电线路串联补偿度； 动态控制输电线路潮流，优化电网潮流分布和减少网损； 通过控制线路潮流，阻尼功率振荡； 能提高线路串联补偿度并抑制SSR； 提高电力系统的静态和暂态稳定性； 有助于调节母线电压，缓解电压不稳定问题； 可以转人可控感性模式，降低线路短路电流。 当线路输送的功率相同时，即使串联电容器每千乏（kVar） 的成本由于其较高的运行电压是并联电容器的两倍，串联电 容器补偿的总体成本要比并联补偿要低一些。

触发角α调节TCSC的阻抗
晶闸管控制串联电容器的单相电路结构如 图1所示，由电容器与晶闸管控制的电抗 器并联构成，实际应用中需要将多个 TCSC单元串联起来组成一个特定容量的 装置。

触发角α调节TCSC的阻抗
TCSC的稳态基波阻抗

触发角α调节TCSC的阻抗


触发角α调节TCSC的阻抗

综合来看可控串联补偿的出现是电力工业发展的必然趋 势。TCSC在现代电网中的应用正在逐渐推广，目前全 世界有多个TCSC工程在投入运行。
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。

为了解决电力系统存在的以上问题，提出了可控 串联补偿电容器TCSC (Thyristor Controlled Series Compensation)，可控串联补偿电容器是 柔性交流输电系统(FACTS)的重要组成部分,在 交流输电系统中利用串联电容器的容性阻抗补偿 输电线的部分感性阻抗，可以缩短输电线路的等 效电气距离，减小功率输送引起的电压降和功角 差，从而提高线路输送能力和系统稳定性，同时 增加线路输送容量，提升电网输电能力。在不改 变原有输电网络结构的前提下，利用TCSC装置 提高系统输电能力无疑是一种经济、有效的方法。