柔性交流输电系统 第六章 静止式串联型补偿器

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第六章 静止串联补偿器：GCSC、TSSC、TCSC 和 SSSC6.1 串联补偿的目的 6.2 可变阻抗型串联补偿器 6.3 开关变流型串联补偿器 6.4 串联无功补偿器的外环控制系统 6.5 SSSC的性能和特征归纳 首页

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第六章 静止串联补偿器：GCSC、TSSC、TCSC 和 SSSC

6.1 串联补偿的目的6.1.1串联电容补偿的概念串联电容补偿器的主要目的是降低输电线路从送端到受端间总的等效串联阻抗。Xc/2 X/2 X/2 Xc/2 jX c / 2 I

UX jX c / 2 I

Us

Ur

Us

Um

Ur

I

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第六章 静止串联补偿器：GCSC、TSSC、TCSC 和 SSSC

假设传输线路的等效阻抗为X,则串联电容补偿电路 的等效传输阻抗Xeff可表示为：X eff X X C

移项后得：

X eff (1 k ) X

K:串联补偿的补偿度，定义为：

k Xc / X

0 k 1

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第六章 静止串联补偿器：GCSC、TSSC、TCSC 和 SSSC

假设图中Us=Ur=U, 则补偿线路上的电流

UX jX c / 2 I

jX c / 2 I

和传输的功率可为：2U I sin (1 k ) X 2

Us

Ur

I

U2 P U mid I sin (1 k ) X

串联电容输出的无功功率为：2U 2 k 2 Qc I X c (1 cos ) 2 X (1 k )返 回 上 页 下 页

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第六章 静止串联补偿器：GCSC、TSSC、TCSC 和 SSSC

传输功率随着补偿度k的增加而快速增加，串联 电容提供的无功功率与线

P,Q

Q=

(1-cos ) X(1-K)2

2U2K

K=

Xc Xsin

K=0.4Ps=

路无功潮流也随着补偿度k和功角δ的变化而快速 增加。0 p/2 Pmax

U2 X(1-K)

K=0.2 K=0 p

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6.1.2 电压稳定性串联电容补偿器不仅减小线路上的串联电抗、使受端电压的波动达到最小，还可防止电压崩溃、 提高系统运行的稳定性。Xc X1.0

Ur(p.u)Xc=0.75X

Us

Ur

0.5

Xc=0 X =0.5X c P(p.u)

0

1.0

2.0

3.0

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辐射系统中并联无功补偿器电压与有功功率的关系XUr(p.u) 1.0

Us

Ur

Z

0.5

0.9超前 0.97超前 单位功率因素 0.95滞后 0.8滞后 0 0.5 1.0 1.5 (p.u)

XUr(p.u)

±Q Us Ur

1.0

无功 补偿

Z0.5

0.9超前 0.97超前 单位功率因素 0.95滞后 0.8滞后 0 0.5 1.0 1.5 (p.u)

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6.1.3 暂态稳定性的改善 并联补偿系统对暂态稳定性的改善是当扰动电机在加速摆动过程中，通过控制或维持传输线路中点电 压来改善暂态稳定性。

串联线路补偿对控制传输功率的强大作用可以有效提高暂态稳定极限，并能有效阻尼功率振荡。

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jx / 2 I sm

jx / 2 I sr

2Pmax

P,Q

并联补 偿时两机传 输系统模型

U sm U m

U mr

Us

Ur

2U 2 Pp sin / 2 XQp 2U 2 (1 cos / 2) X

I sm

I mr

及补偿原理X/2 i sm

/2

/2

Us Ur Um U

Pmax

imr X/2U2 P sin X

U s 理想补偿 器(有功 功率p=0)

Um

Ur

0

p

p

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第六章 静止串联补偿器：GCSC、TSSC、TCSC 和 SSSC无串联补偿P Pmax2 P= U sin X

有串联补偿1.5Pmax Pmax As2 k=1/3 Pm As1 0 s1 s2 s3 scrit P U2 P= sin X(1-k) Amang

A2Pm A1 0 1 2

Amang

3 crit p

串联电容补偿通过抵消一部分传输线路阻抗确 实际发生故障时，故障前和故障后的系统不同， 故障后的系统稳定性设计需认真考虑。 实使系统的暂态稳定裕量有了很大的提高。返 回 上 页 下 页

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6.1.4 功率振荡的阻尼 当dδ/dt>0时，k取最大值，此时传输线路的等效阻抗 达到可控范围的最 小值，线路上所传 输的功率达到它 0 0 P P0 0 K 0 无阻尼 有阻尼 无阻尼 t

有阻尼t t

的最大值，从而阻止传输角的进一步增加。

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当dδ/dt<0时，k值为0,等效的线

0

无阻尼 有阻尼 无阻尼 有阻尼 t t t

性阻抗为最大值，或线路有效阻抗上 的电压降达到了它 的最小值，因而线 角的进一步减小。

0 PP0

0 K 0

路传输的功率也达到了最小值，这样就能阻止传输

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第六章 静止串联补偿器：GCSC、TSSC、TCSC 和 SSSC

6.1.5 次同步振荡的阻尼 正反馈

串联电容补偿线路所引发的次同步自然谐振会与汽 轮发电机组的机械旋转系统之间产生相互作用，导

致负阻尼谐振使电气谐振与机械振荡之间相互作用逐渐加强。

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次同步谐振现象由于串联补偿度k在25%~75%之间变化，所以电磁谐振频率fs一般都低于 系统工作频率f1。这两个频率之间没有整数倍的关系，但fs小于f1。如果 由于线路的扰动使电气线路产生了谐振，则线路电流的次谐波分量就会 在发电机旋转磁场中产生相应的次谐波磁场，由于fs<f1,所以这个旋转 的谐波磁场滞后于电机主磁场的旋转速度，因而会在电机转子上产生频 率为f1–fs的交变转矩。如果这个频率差与汽轮发电机组的许多谐振转矩中

的一个相符，就会引发机械转矩振荡，反过来，这个机械振荡又会进一步加剧电路的谐振。经过几次反复增强后，最终会导致系统崩溃。凡是 满足这种条件的振荡就定义为次同步振荡。 这一现象最

早是1937年出现

的，但直到上世纪70年代才了解实质。

f s 1 (2p LC ) f x f1 X c X返 回 上 页 下 页

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6.1.6 串联补偿的功能及要求 串联补偿器解决功率潮流的控制，与传输网络的线路长度或者结构有关。

固定或可控串联电容补偿可最大限度的减小辐射线路受端电压的波动，并防止电压崩溃。 串联补偿可通过适当的控制或抑制主要机械振 荡，对故障后系统的暂态稳定性起到改善作用， 在阻尼功率振荡方面也具有很好的效果。

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第六章 静止串联补偿器：GCSC、TSSC、TCSC 和 SSSC

对串联补偿进行适当控制，并配臵适当的结构可在避免次同步谐振危险的同时，充分发挥传输 线路的利用率。

串联补偿器按预先设定的路径维持相应的潮流，在紧急故障条件下建立功率潮流的变更路径，保

证负载的正常运行，优化传输线路的运行参数等。

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