可控串补控制

下表所示为对测量系统时间常数矫正前后，可控 串补运行阻抗的对比。
伊冯可控串补装置控制调节策略研究
目标阻抗 （p.u.） 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.5 矫正前的运行阻抗 （p.u.） 1.17 1.36 1.54 1.74 1.96 2.14 2.28 2.33 矫正后的运行阻抗 （p.u.） 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00 2.19 2.38 2.48
RTDS简介及仿真实验系统的搭建
电力系统实时数字仿真器RTDS (Real Time Digital Simulator) 是一种实时全数字电力系统电磁暂态模 拟装置，采用多DSP 并行处理的方法，进行系统研 究时计算速度要快得多，更能突出实时性。RTDS 仿真系统的频率特性范围较宽，为直流到4kHz。 RTDS用的伊冯线路等值系统
可控串补底层控制策略研究
RTDS录波图 录波图
伊冯线可控串补的控制调节部分主要是由阻抗控制环节 ﹑阻尼控制环节﹑暂态稳定控制环节以及可控串补的保 护环节、延时环节组成。
伊冯可控串补装置控制调节策略研究
阻抗控制 包括阻抗开环控制、阻抗闭环控制两种模式， 包括阻抗开环控制、阻抗闭环控制两种模式，它 的控制目标是使可控串补的实际运行阻抗与调节 的目标阻抗一致。 的目标阻抗一致。 阻尼控制 其主要作用是针对系统低频振荡提供附加控制， 其主要作用是针对系统低频振荡提供附加控制， 增加系统阻尼，提高系统稳定性。 增加系统阻尼，提高系统稳定性。
1）晶闸管闭锁模式。在这种模式下，晶闸管的触发脉冲被关闭， 1 可控串补等同于一固定串补，其容抗 X TCSC = X C = − j ωC ，该容抗值称 为可控串补的基本容抗值。 2）晶闸管旁路模式。在这种模式下，晶闸管呈现为全导通，导通 角为180º。可控串补等效为一个电容器与电抗器并联的电路，但 由于所选择的电抗器电纳比电容器电纳要大，整个可控串补模块 的净电流是感性的。 3）容性微调模式。在这种模式下，可控串补呈现为连续可调的容 性电抗，其容抗值可以在最小值（基本容抗值）和最大值（通常 是基本容抗值的3.0倍）之间连续变化。可控串补在大部分情况 下都运行于该模式。 4）感性微调模式。在这种模式下，可控串补呈现为连续可调的感 性电抗。但此时可控串补会加大线路谐波含量，对晶闸管要求也 较高。
伊冯可控串补控制调节策略的 RTDS实验研究
概述
可控串补简介
可控串联补偿器（ 可控串联补偿器（Thyristor Controlled Series Compensation，简称 ，简称TCSC）是指利用对可控串补阻抗的 ） 平滑控制来提高电力系统的输送能力和稳定性。 平滑控制来提高电力系统的输送能力和稳定性。可控串补 分为以下四类： 分为以下四类： TSSC：晶闸管投切串联电容器 ： TCSC：晶闸管控制串联电容器或可控串联电容器 ： TSSR：晶闸管投切串联电抗器 ： TCSR：晶闸管控制串联电抗器或可控串联电抗器 ： 伊冯可控串补指的是第二类，即可控串联电容器。 伊冯可控串补指的是第二类，即可控串联电容器。
伊冯可控串补装置控制调节策略研究
测量系统的时间常数对阻抗控制的影响：
测量系统将可控串联补偿装置所需电气量，如线路电流、 线路电压、电容器电流、电容器电压、MOV电流等， 经过互感器、模数转换器、数字信号处理器等环节后送 给控制系统，其相位难免会发生变化。因此，直接采用 测量系统产生的触发同步信号用于阻抗调节，则会造成 可控串补的运行阻抗不够精确，与目标阻抗偏差较大等 问题。通过控制系统对测量系统的时间常数进行矫正， 可以使该问题得到改善。
伊冯可控串补装置控制调节策略研 究
暂态稳定控制环节： 暂态稳定控制环节：它是可控串补提高系统暂态稳定性的主要 控制环节，为一开环强补环节。其工作原理为：在故障清除后， X TCSC−进行强补， 立即将可控串补等值电抗调到某一给定值 Forced T Forced 并持续一段时间 ，以缩短送受端电气距离，提高系统暂 TForced 态稳定性；经过 后取消强补，由阻尼控制环节主导控制。 保护限幅： 保护限幅：可控串补的容抗只能在一定范围内调节，其调节范 围是由电容器组的工作能力以及MOV的过电压保护水平综合决 定的，并且与流经可控串补的电流大小密切相关。其主要作用 是对暂态稳定控制和阻尼控制得到的命令电抗进行适当的限制， 以保护可控串补装置。
采用强制电流同步法实现由容性调节到 旁路模式的切换
由于可控串补的晶闸管支路的电抗值要远小于串 联电容器的容抗值，因此在旁路模式时， 联电容器的容抗值，因此在旁路模式时，整个可 控串补近似为纯感性， 控串补近似为纯感性，晶闸管支路也近似为纯感 此时晶闸管支路电流与线路电流近似同相位。 性，此时晶闸管支路电流与线路电流近似同相位。 强制电流同步法即是根据这一前提， 强制电流同步法即是根据这一前提，当线路电流 正向时，只触发正向晶闸管； 正向时，只触发正向晶闸管；而当线路电流反向 只触发反向晶闸管。 时，只触发反向晶闸管。
伊冯可控串补装置控制调节策略研究
下图所示为闭环控制下的阻抗阶跃录波图：
容性调节：闭环1.2p.u.～ 容性调节：闭环1.2p.u.～1.8p.u. 1.2p.u.
容性调节：闭环1 容性调节：闭环1.8p.u.～1.2p.u.
伊冯可控串补装置控制调节策略研究
伊冯可控串补阻尼低频振荡的控制策略 低频振荡的机理: 电力系统低频振荡是指在小扰动的作用下，发电机转子电 角度之间会发生相对摇摆，同时输电线路上的功率也会发 生相应的振荡，且该振荡的频率在0.2～2.5Hz之间。低频 振荡产生的机理：由于发电机励磁系统存在惯性，随着励 磁调节器放大倍数的增加，与转子机械振荡相对应的特征 根的实部数值将由负值逐渐上升，当放大倍数变大到一定 程度，特征值实部将由负变正，从而产生增幅振荡。因此 低频振荡的原因是由于励磁系统放大倍数的增加，产生了 负阻尼作用，抵消了系统固有的正阻尼，使得系统的总阻 尼很小或为负。这样一旦出现扰动，就会引起转子增幅振 荡，或振荡不收敛。
伊冯可控串补装置控制调节策略研究
伊冯可控串补阻尼控制环节的设计
伊冯可控串补装置控制调节策略研究
测量放大环节： 测量放大环节：测量放大环节是一个一阶惯性环节，其时 间常数补偿实际测量装置的特性。 死区：死区的作用是避免可控串补在较小的随机扰动下经 死区： 常动作。 隔直复位环节： 隔直复位环节：该环节为一高通滤波器，它的作用是避免 大故障后可控串补控制输入信号中可能产生的较大直流分 量对可控串补控制的影响。 移相环节： 移相环节：移相环节是阻尼控制中的主要环节，其作用是 使可控串补的容抗随着控制输入信号的变化而产生一个与 控制输入信号之间有一定相位差的变化，如果这一相位差 选取得合适，可控串补的容抗变化将在振荡发电机群中产 生一与转速偏差相位相近方向相反的附加转矩，从而有效 阻尼系统低频振荡。
α= f (x)ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
α
伊冯可控串补装置控制调节策略研究
下图所示为开环控制下的阻抗阶跃录波图
容性调节：开环1 容性调节：开环1.2p.u.～1.8p.u.
容性调节：开环1 容性调节：开环1.8p.u.～1.2p.u.
伊冯可控串补装置控制调节策略研究
伊冯可控串补装置的阻抗闭环控制
阻抗闭环控制能够加快可控串补响应的动态过程，并提 高控制的精度，从而达到快速平稳的进行调节的要求。 闭环控制除了有开环控制的查表功能外，还能由命令阻 抗与测量阻抗的差值构成的反馈量修正触发角。其原理 框图如下所示：
RTDS简介及仿真实验系统的搭建
伊冯可控串补控制器的功能模块
伊冯可控串补仿真系统的搭建
RTDS简介及仿真实验系统的搭建
测量系统的实现
RTDS简介及仿真实验系统的搭建
控制系统的实现
伊冯可控串补装置控制调节策略研究
伊冯可控串补的整体控制策略 伊冯可控串补的整体控制策略：
伊冯可控串补控制策略结构简图
伊冯可控串补装置控制调节策略研究
阻尼系统低频振荡(POD)的实验结果
可控串补底层控制策略研究
基波阻抗与触发角之间的关系：
X TCSC (α ) =
1 ωC 2 A − πω C {2(π − α ) + sin[2(π − α )]} +
4 A cos (π − α ) [ k tan( k π − kα ) − tan(π − α )] 2 πω C ( k − 1)
模式转换策略实验结果
容性－阀闭锁
阀闭锁 －容性
模式转换策略实验结果
容性－旁路模式
串联电容电压的幅度频率特性图
由上面的仿真结果可见， 由上面的仿真结果可见，可控串补由容性调节 到旁路模式的过渡时间较长，大于1 到旁路模式的过渡时间较长，大于1秒，并且在 可控串补进入旁路模式后， 可控串补进入旁路模式后，电容器电压和晶闸管 电流发生了频率高于50Hz的振荡现象。 50Hz的振荡现象 电流发生了频率高于50Hz的振荡现象。为此从 0.3秒到0.4秒这段时间内 秒到0.4秒这段时间内， 0.3秒到0.4秒这段时间内，对串联电容电压的进 行快速傅立叶变换（FFT）分析。 FFT的结果来 行快速傅立叶变换（FFT）分析。从FFT的结果来 120Hz分量占主导地位 另一方面， 分量占主导地位。 看，120Hz分量占主导地位。另一方面，伊冯可 控串补中的串联电容C 190.5uF,并联电感 并联电感L 控串补中的串联电容C为190.5uF,并联电感L为 9.1mH，则该LC回路的谐振频率为120.9Hz LC回路的谐振频率为120.9Hz， 9.1mH，则该LC回路的谐振频率为120.9Hz，这和 仿真结果的120Hz基本上是相符合的。所以， 120Hz基本上是相符合的 仿真结果的120Hz基本上是相符合的。所以，从 容性微调转换到旁路模式之后的振荡主要是因可 控串补中的串联电容和并联电感引起的。 控串补中的串联电容和并联电感引起的。
A = 2 ω 0 k =
ω ω
=
2 0
2 0
− ω
2
式中：
ω 0 ω
1 LC
实际工程中采用查表的方式：即事先通过求解上式， 实际工程中采用查表的方式：即事先通过求解上式，建立一个间隔足够小的命 令阻抗与触发角的对照表， 令阻抗与触发角的对照表，底层控制时只需根据命令阻抗查表得出相应的触发 角即可。上式的触发角是以电容电压同步来计算的。 角即可。上式的触发角是以电容电压同步来计算的。
伊冯可控串补装置控制调节策略研究
伊冯可控串补装置的阻抗开环控制
根据当地工作站下传的命令阻抗得到相应的晶闸 管触发角，然后根据触发角产生相应的触发脉冲 进行控制。由于没有反馈量进行修正，开环控制 的调节时间较长，超调量较大，并且对于不同的 命令阻抗，其调节时间和超调量也有所不同。其 原理框图如下所示：
概述
可控串补的结构及原理 可控串补的结构及原理
TCSC的基本原理是通过改变晶闸管的触发角， 从而改变流过阀控电抗器支路的电流，进而改变 整个TCSC的等效阻抗值。 可控串补的工作原理：根据控制目的，得出要求串补输出的阻抗值，
计算出对应的触发角，触发晶闸管。
概述
可控串补控制系统简介
概述
可控串补的运行模式 可控串补的运行模式