串联静止补偿器：GCSC、TSSC、TCSC和SSSC(2)

V2 V sin Pq Vq cos 2 XL XL
3 变换器型串联补偿器：变阻抗型功角特性
典型双机系 统，变阻抗型 串联补偿器； 输电功率的改 变不仅与串联 补偿系数成比 例，还与实际 功角有关，无 法实现潮流反 向。
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V2 sin Pk X L 1 k
3 变换器型串联补偿器：有功补偿能力
左图中，当线路X/R比 低时，最大传输有功 减小，无功增加； SSSC注入串联补偿电 压中，不仅有无功分 量，还可含有功分量 抵消线路电阻压降的 影响； SSSC同时补偿线路阻 抗的电阻、电抗分 量，得到理想感性线 路，使输电功率最大。
V2 X sin R1 cos P 2 2 X R
2 变阻抗型串联补偿器：TCSC（V-I特性）
电压补偿模式（a1）：维持串联补偿电压不变。容性工作区，线路电 流Imin时，最小触发延迟角αClim限制了额定最大容性补偿电压VCmax；感 性工作区，最大触发延迟角αLlim限制了额定最大感性补偿电压VLmax。 阻抗补偿模式（b1）：维持串联补偿阻抗不变。容性工作区，α＝ αClim时，串补容抗最大XCmax，α＝π/2时，串补容抗最小XCmin；感性 工作区，α＝αLlim时，串补感抗最大XLmax，α＝0时，串补感抗最小 1 XLmin。
2 变阻抗型串联补偿器：TCSC（两种模式）
电压补偿 模式所对 应的阻抗 变化图； 补偿电压 恒定时， 补偿阻抗 会随线路 电流产生 变化； 反之，补偿阻抗恒定时，补偿电压也会随线路 电流发生变化。
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2 变阻抗型串联补偿器：TCSC（主导谐波）
TCSC电压谐波由 TCR电流谐波产 生； TCR产生奇次谐 波电流，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 4 略，见左图；
2 变阻抗型串联补偿器：内部控制（GCSC）
GCSC与TCR内部 （运行）控制策 略完全类似； 同步定时：PLL完 成与线路电流的 同步； 把电压或阻抗指 令变换成关断延 迟角； 电容电压过0时， 决定管阀开通时 刻，维持最小导 电时间； 产生合适的关断 10 和开通信号。
2 变阻抗型串联补偿器：内部控制1（TCSC）
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3 变换器型串联补偿器：FC＋SSSC损耗曲线
FC＋SSSC最大损耗一般低于0.5%； 电压补偿模式（a2）：串联补偿电压越大，损耗越高， 零电压补偿时损耗最低； 阻抗补偿模式（b2）：串联补偿阻抗越大，损耗越高， 零阻抗补偿时损耗最低。
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3 变换器型串联补偿器：线路电阻影响
当SSSC直流侧有电源 或储能元件时，可与 系统交换有功； 为使线路X/R比高， 有必要同时补偿线路 阻抗的电抗、电阻分 量； 当输电电压115、230、 340kV时，X/R=3～ 10，串联容性补偿后 更低，与理想感性线 路相比，无功电流增 24 加，有功电流减小。
TCSC低次电压谐波产生的系统电流谐波小于电力 系统电流背景噪声。
2 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； 1981年，N.G. Hingorani提出串联电容器的晶闸管控制电阻阻尼控制 方案，也可扩展应用于TCSC； NGH阻尼原理：如果电容电压超过了基波电压分量值，每半周波结束时 强迫电容电压至0； NGH-SSR阻尼器：本质上是晶闸管控制放电电阻，串联有di/dt限制电 抗，在每次电容电压半周波结束时与系统同步运行，对次同步线路电 5 流无自然响应，干扰SSR的建立过程。
3 变换器型串联补偿器：SSSC概念
jX I V C C jkXI Vq
1989年，Gyugyi提出统一采用变换器技术进行并联、串联补偿和输电 角控制，SSSC的工作原理可类比于常规的串联容性补偿原理； 在线路电流一定的情况下，串联电容电压与线路压降极性相反，强迫 线路压降上升，输电电流和功率增加； 串联容性补偿既可认为减小了线路阻抗，也可认为增大了线路压降， 14 完全可用Vq代替VC。
在只需要容性串联补偿，或者已有或计划串联电容器的应用 场合，可以考虑采用FC＋SSSC混合补偿方案，性能好、损耗 小、耐量低、造价省，特别有竞争力； FC＋SSSC可类比于FC＋STATCOM。
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3 变换器型串联补偿器：FC＋SSSC补偿特性
电压补偿模式（a1）：容性补偿范围比感性补偿范围宽， 一定程度上，串联补偿电压是线路电流的函数； 阻抗补偿模式（b1）：容性补偿范围比感性补偿范围宽， 一定程度上，串联补偿阻抗是线路电流的函数。
2 变阻抗型串联补偿器：内部控制（概述）
内部（运行）控制：根据外部（系统）控制给出的电压或阻抗指令， 形成合适的管阀门极驱动信号，产生所需的补偿电压或阻抗，得到自 给式可变阻抗，可视为阻抗放大器的黑箱； 外部（系统）控制：根据线路阻抗、电流、功率、相角等系统测量信 号，为实现特定的输电线路补偿目标，形成内部（运行）控制所需的 电压或阻抗指令； 同步功能是内部（运行）控制的基石，同步开通和关断线路电流不仅 决定了系统频率处的等效阻抗，而且决定了次同步频段的阻抗特性； 内部（运行）控制还包括把输入指令变换成合适的开关信号，以及限 流、初始旁路等保护措施； GCSC、TSSC和TCSC的内部（运行）控制结构基本相似，主要完成三种 功能：线路电流的同步、开通或关断延迟角的计算、门极触发信号的 9 产生。
3 变换器型串联补偿器：同步电压源SVS
SVS：生成幅值和 相角可控的三相交 流同步正弦电压， 产生或吸收可控的 无功，如直流侧有 电源或储能元件， 还可与电力系统交 换独立可控的有 功；
串联电容的作用是注入与线路电流正交的合适电压以提高输电压降， 进而增加输电电流和功率，其阻抗特性对输电线路补偿不起作用，SSR 13 时还需采取特殊的控制技术予以改变，故SVS完全可以用于串联补偿。
3 变换器型串联补偿器：SSSC原理
I jV V q q I SSSC注入的补偿电压与线路电流正交，当线路电流变化时，能维持补 偿电压恒定； 当补偿电压滞后线路电流90°时；容性补偿，当补偿电压超前线路电 流90°时，感性补偿； SSSC定义（IEEE、CIGRE）：一种采用开关变换器作为同步电压源产生 15 与线路电流正交可控电压的串联补偿方案。
3 变换器型串联补偿器：潮流反向
典型双机系统，SSSC硬件模型，δ＝10°，潮流反向的TNA仿真结果， 从上至下依次为受电端电压电流、线路有功无功、注入电压电流、注 18 入无功波形。
3 变换器型串联补偿器：SSSC的V-I特性
电压补偿模式（a1）：只要线路电流在工作范围之内，SSSC 都能维持额定容性或感性补偿电压； 阻抗补偿模式（b1）：只要线路电流在工作范围之内，SSSC 都能维持额定容抗或感抗； SSSC可通过控制进行模式之间的互相切换。
2 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开通延迟角和导电角改变时，不同导电角的中心位 置应保持固定不变，即关于电容电压过零点对称，当开通延迟角减小 时较难满足，此时TCR导电角增加，电容电压过零点的位置主要受线路 电流的影响； TSSC为限制电流上升率，必须有串联电抗，可以使TCR导电角最小，使 TSSC不受SSR的影响，实际上，大容量串联容性补偿器可能由TCSC模块 串联而成，大多数TCSC中的TCR处于全通或全断状态，以TSSC模式运 行，使谐波和损耗最小； GCSC也不受SSR的影响，正常运行时，在电容电压过零处，GTO导通， 强迫电容电压为零，除非为提供最大容性补偿，管阀全断，这可通过 设置最小关断延迟角γmin来解决，既对补偿电压无明显损失，又可保 证电容电压对系统频率的同步，使之对SSR不敏感。 8
2 变阻抗型串联补偿器：TCSC（损耗曲线）
TCSC损耗几乎全部由TCR产生，包括SCR的通态损耗、开关损耗，以及 电抗的I2R损耗。 电压补偿模式（a2）：损耗曲线与补偿特性相关，当0<α<αLlim时 （感性工作区），TCR导电角增大，损耗随电流增加；当αClim <α<π/2时（容性工作区），TCR导电角减小，损耗随电流减小。 阻抗补偿模式（b2）：α＝αClim时，串补容抗最大XCmax，损耗最高； α＝π/2时，串补容抗最小XCmin，损耗最低；α＝αLlim时，串补感抗 最大XLmax，损耗最高；α＝0时，串补感抗最小XLmin，损耗最低。 2 电压、阻抗补偿模式可以通过控制互相切换。
方法1：锁相线路电流的基波分量，滤除超同步和次同步分量，进行相 角校正，保持合适的同步关系； TCR触发控制：把TCR电流指令变换成相应的开通延迟角； 11 调节器：指令和反馈信号比较形成误差进行闭环调节。
2 变阻抗型串联补偿器：内部控制2（TCSC）
方法2：相角校正电路根据当前电容电压和线路电流估计电容电压的实 际过零点，由期望的开通延迟角与校正的相角决定实际的开通延迟 角，确保TCR导电角关于电容电压过零点对称； 12 调节器相对较慢，相角校正电路非常快，理论上比方法1响应更快。
2 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； 与NGH阻尼器不同，如果忽略电路损耗，TCSC无能量的消耗，只有能量 在LC谐振电路中的转移，不能通过实际的阻尼来减轻SSR； 上图中，TCSC运行于容性工作区， 电容电压基波分量超前于相应的次 同步线路电流90°，对于24Hz次同步频率，TCSC呈现感性而非容性阻 7 抗，TCSC补偿线路不会导致或参与SSR。
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V2 R sin X 1 cos 25 Q 2 2 X R
3 变换器型串联补偿器：有功补偿仿真
典型双机系统，SSSC硬件模型，有直流侧电源，δ＝20°，X/R＝6， 有功补偿的TNA仿真结果，从上至下依次为受电端电压电流、线路有功 无功、注入电压电流、注入有功无功波形； 26 也可用于阻尼功率振荡，提高系统动态稳定性。
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3 变换器型串联补偿器：SSSC的损耗曲线
SSSC的容量是最大线路电流和最大串联补偿电压的乘积； 电压补偿模式（a2）：串联补偿电压越大，损耗越高，通常 不到1％，零电压补偿时损耗最低； 阻抗补偿模式（b2）：串联补偿阻抗越大，损耗越高，通常 不到1％，零阻抗补偿时损耗最低。
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3 变换器型串联补偿器：FC＋SSSC混合补偿
3 变换器型串联补偿器：SSSC功角特性
典型双机系统； 补偿电压为正，容 性补偿； 补偿电压为负，感 性补偿； 无论实际功角如 何，SSSC都能改变 输电功率； SSSC能控制静态或 动态潮流，只需改 变注入电压极性即 可，甚至可使潮流 反向！ 输电压降与线路阻 抗和电流无关。 16 VX IX Vq 2V sin 2
2 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 6 NGH原理抑制SSR。