毕业论文-可控串联补偿（TCSC）对输电线路继电保护影响的研究.doc

. . 山东农业大学毕 业 论 文可控串联补偿（TCSC）对输 电线路继电保护影响的研究 院 部 机械与电子工程学院 专业班级 电气工程及其自动化5班 届 次 2011届 学生姓名 学 号 指导教师 二一五年六月一日装订线. . . 目 录摘要3Abstract3引言41 国内外研究现状4 1.1 FACTS技术及其国内外研究现状4 1.2 TCSC及其国内外研究现状4 1.3 TCSC对继电保护的影响及研究现状5 1.4 本论文所做的工作52 TCSC的结构特点及性质分析6 2.1 TCSC的结构特点6 2.2 TCSC的工作原理6 2.3 TCSC的运行模式7 2.4 TCSC的基本特性解析式8 2.5 TCSC的特性9 2.5.1 TCSC的谐波特性9 2.5.2 TCSC的阻抗特性103 TCSC的仿真10 3.1 未加入TCSC的简单单相电力系统模型10 3.2 单相TCSC模型的建立13 3.3 包含单相TCSC电力系统的模型14 3.4 单相电力系统的仿真比较144 TCSC对输电线路继电保护的影响17 4.1 TCSC对距离保护的影响17 4.1.1 TCSC动态基频阻抗对输电线路距离保护的影响17 4.1.2 TCSC的谐波特性对距离保护的影响18 4.1.3 TCSC对故障分量距离保护的影响19 4.2 TCSC对电流差动保护的影响23 4.3 TCSC对纵联保护的影响24 4.4 TCSC对阻抗方向保护的影响25 4.5 TCSC输电线路对继电保护的配置要求分析265 结论26参考文献27致 谢2828 ContentsAbstract3Abstract3Introduction41 Domestic and foreign research status4 1.1 FACTS technology and its domestic and foreign research status4 1.2 TCSC and its domestic and foreign research status4 1.3 The influence of TCSC on relay protection and its research status5 1.4 The work done in this paper52 The structural features and properties of TCSC6 2.1 TCSC structure features6 2.2 Working principle of TCSC6 2.3 TCSC running mode7 2.4 TCSC basic characteristic analysis formula8 2.5 TCSC characteristics9 2.5.1 TCSC harmonic characteristics9 2.5.2 TCSC impedance characteristic103 TCSC simulation10 3.1 Simple single-phase power system model without TCSC10 3.2The establishment of single phase TCSC model13 3.3 Model of the single-phase TCSC power system14 3.4 Simulation comparison of single phase power system144 The influence of TCSC on relay protection of transmission line17 4.1 The effect of TCSC on distance protection17 4.1.1The influence of TCSC dynamic impedance on distance protection of transmission line17 4.1.2 The influence of the harmonic characteristics of TCSC on the distance protection18 4.1.3 The effect of TCSC on the distance protection of fault components19 4.2 The influence of TCSC on current differential protection23 4.3 The impact of TCSC on the longitudinal protection24 4.4 The influence of TCSC on the protection of impedance direction25 4.5 Analysis of the configuration of relay protection for TCSC transmission line265 Conclusion26References27Acknowledgement28可控串联补偿（TCSC）对输电线路继电保护影响的研究陈建林（山东农业大学 机械与电子工程学院 泰安 271018）摘要：可控串联补偿电容器可以解决系统中的某些稳定性问题，可控串联补偿电容器是实现交流系统灵活输电的重要组成部分。TCSC装置的作用是利用可控硅控制触发角口的改变对电容器进行旁路、投入或部分的调节,可令TCSC装置快捷平滑地调节串接于输电线路中的有效容抗值,以致达到提高系统传输能力,灵活控制系统中的潮流,改善系统的暂态稳定性等目的。本论文通过分析大电网系统中有的一系列问题,说明了在电网中采用TCSC的必要性,同时也在综合考虑了TCSC的结构特点、谐波特性及动态基频阻抗特性的基础上,分析了含串补电容补偿线路的工作特性,同时着重分析了TCSC对输电线路继电保护的影响,其中主要包括TCSC对距离保护的影响。关键词：可控串补,继电保护,距离保护,低频电流分量 Research on Impaction of TCSC on the Protection of Transmission LinesJianlin Chen(Mechanical & Electrical Engineering College of Shandong Agricultural University, Taian, Shandong 271018)Abstract：As an important part of AC system to transmit flexibly, thyristor controlled series capacitor can solve some stability problems in the system. With the function of regulating the bypass, input or part of the capacitor by taking advantage of SCR to control the change of the trigger, TCSC can accommodate the effective capacitance value fast and smoothly, so as to accomplish the purpose that increase the capacity of the system to transmit, control the trend of the system flexibly and improve the transient stability of the system.By analyzing a series of problems in bulk power system, this paper indicates the necessity of the application of TCSC in the system. At the same time, based on the overall consideration of the structure, harmonic and dynamic power fundamental frequency impedance of TCSC, it also shows the operating characteristic of compensating circuit which includes compensation capacitor, in which pays much more attention to the effect of TCSC on the relay protection for transmission and on the distance protection.Keywords:thyristor controlled series compensation(TCSC), relay protection, distance protection,low-frequency current component 引言1 国内外研究现状1.1 FACTS技术及其国内外研究现状 如今电力电子元件容量向着大功率和高电压方向发展，涌现了一类为契合电力系统向远距离、大容量输送电，需要一种对其本身参数快速控制的设备一一柔性交流传输设备(Flexible AC Transmission Systems,简称为FACTS)，技术以电力电子技术与现代控制理论为基本，具备对交流输电系统参数和网络结构的轻便快捷控制的功能。此技术的出现很好地完善了输电网运行与发展中种种困难的全面要求，在控制电网潮流、提高系统稳定性以及传输容量方面带来了可行性的解决开端，因此受到业界广泛认可。FACTS是80年代末,这个概念由美国电力研究所(EPRI)的N.G.Hingorani博士总结得出。他第一个关于FACTS的定义就是：柔性交流输电系统，也就是FACTS是在晶闸管的控制器的集合，其中有移相器、静止无功补偿器、动态制动器、可控串联电容调节器及带载调压器与故障电流限制器等。领域内学者也加入研究，不断丰富FACTS概念。更甚，在FACTS概念的指导下，新的FACTS设备，如TCSC、以可关断器件为基础的的STATCOM和UPFC等也相继问世，进而反育这一概念本身1。 FACTS的概念一经提出就受到了业界的广泛关注，并被业界具备权威性的相关技术研究者和工作组认定为“现代电力系统中具有翻天覆地意义的前沿性课题之一”，其为解决现代电力系统问题提供了一种极为有效的解决方法。 国外研制并应用FACTS装置的速度较快，从1960年以后即开始使用SVC，而应用在输电电压控制中则自1970年末期开始，并应用在对输电线路电压控制及提高系统的稳定性上。例如，在1980年，日本三菱公司研制出第一台以晶闸管为基础的静止同步补偿器（STATCOM）容量为20Mvar；1991年日本在Inuyama换流站增设了一台480Mvar的静止无功发生器；1992年，德国的西门子公司研发并在美国西部电力局（WAPA）投运首台由晶闸管控制的串联电容器（TCSC）装置；1995年，美国的福纳西约翰城的Sullivan变电站(500kV/16lkv)安装了一台100Mvar的静止无功发生器；德国西门子公司研发的4500/3000A门极可关断晶闸管8Mvar静_止无功发生器也在1997年4月在丹麦运行；2001年，美国纽约电力局投运可转换静止补偿器的第一阶段,即4-200Mvar的STATCOM2。 我国在FACTS的研发开始的比较晚，但是政府对FACTS相关方面的研制给予帮助，各方面研究已步入正轨，并且已经取得了一定的成绩。1.2 TCSC及其国内外研究现状 可控串联电容补偿器（TCSC）作为一个关键FACTS元件,与别的串联型FACTS器件相比,可控串补（TCSC）较为简便，并且能有效地解决一些常规固定串补中存在的技术问题，如系统功率振荡、次同步谐振(SSR)及动态潮流控制等。而因此,可控串补得到广泛的应用。我国关于TCSC的研究也是起步较晚，随着我国750kv与1000kV电网的发展，可控串补技术正向着更大容量、更高电压方向发展。在国网公司“十一五”科技规划中,把750kv和1000kV串补与可控串补技术发展加入其中，与此同时，在国网公司“十一五”新技术纲要中,将750kV串补作为新技术应用重点项目加入其中。2003年6月，南方电网在500kV天生桥-平果双回线平果变电站投运了由西门子公司制造的基于TCSC的串补装置，这是我国投入运行的第一个TCSC工程项目，天广线TCSC工程的投产提高了线路输送电能力，为“西电东送”工程增加大约300MW的输电容量,极大改善了系统的暂态稳定及阻尼功率振荡3。2005年,由我国科学家大力研发的首套具有我国自主产权的TCSC装置在甘肃壁口-成县220kV线路投运,其额定容量为75.2MVar,基本容抗是21.7Q，以上代表着我国成为世界上第四个可以自助研发可控串补装置的国家。在2007年，全世界可控补偿容量最大、运行环境最复杂的具有中国特色的超高压可控串补装置-伊冯500千伏可控串补装置成功运行；2008年,中国电科院主力承担的三堡东三I、线500干伏进口串补装置控制保护系统创新改造成功4。1.3 TCSC对继电保护的影响及研究现状 在传统的电力系统中作为被保护对象的参数，比如输电线路的阻抗、发电机常数及变压器的额定参数等，通常这些是已知的。串补电容的加入使输电线路阻抗参数发生变化，一度给线路保护带来某些问题，但已经得到良好的解决，这些内容将在后文详尽地说明。在含有FACTS元件的系统中，因FACTS元件的串联阻抗或者并联阻抗都随着系统的运行方式不同而不同，故障会产生谐波和暂态分量，则其幅值和频率也会因为不同的元件和故障位置而变化，这些因素不仅给传统保护的整定带来难题，甚至也向传统的保护理论整体提出了挑战，继而难免对继电保护性能带来影响。 为了解决因FACTS元件引起的电力系统继电保护问题，美国EPRI在90年代初提出了想法，开始对FACTS元件和FACTS电力系统继电保护和相关策略的研究。第一步工作即是分析现有保护系统在FACTS系统中的应变能力并提出相应的整改方法，如果现有的保护系统不能适应FACTS系统要求，提出专门应对FACTS系统的继电保护的客观要求。第二步则是研发适合FACTS系统的特殊保护。在现有保护系统的改进和新型保护的研发中，数字化技术及现代通信技术等将起到重要的作用。可控串联电容补偿器（TCSC）具有巨大的潜在经济性和性能效益，从系统保护的立场来看，它又可能是十分艰巨的，在各国的FACTS实践中均将此首选作为实用化装置。迄今为止，由西门子、GE、ABB公司与相关电力系统合作，已成功研发了多套TCSC装置并在美国投入运行，例如WAPA电力系统Kayenta变电站的ASC工程（1992）和BPA电力系统Slatt变电站TCSC工程（1993）等。 1.4 本论文所做的工作 本论文通过分析和研究大电网系统中一直存在的难题，基于综合考虑TCSC的结构特点与谐波特性和动态基频阻抗特性，分析了TCSC对输电线路继电保护的影响，其中着重说明了TCSC对距离保护的影响及其对电流差动保护的影响，再进一步说明了TCSC对负序、零序功率方向元件的影响及TCSC对纵联保护的影响等。最后本论文还对TCSC在系统中的影响进行仿真验证。本文主要工作和研究内容包括如下几个方面: （1）、分析和研究了可控串补(TCSC)的结构特点、谐波特性及动态基频阻抗特性。 （1）、分析了TCSC对线路继电保护的影响,主要包括了TCSC对距离保护的影响、对电流差动保护的影响及纵联保护的影响。并分析了TCSC输电线路对继电保护的配置要求分析。2 TCSC的结构特点及性质分析2.1 TCSC的结构特点 一般地说，TCSC模块由电容和与其并联的电感即双向可控硅对构成，见图2-1所示。TCSC中过电压保护可分为两部分，一为无间隙MOV放电器的保护，一为利用TCSC的可控硅控制的电抗器提供的过负荷保护5。利用可控硅控制电抗器可以大为减少并联电容器设备中对MOV放电器的依赖，并且可以提高系统的整体性能及其适应性。在系统未发生故障时，通过TCSC电感的电流波形在每一个周期之间关于电容电压过零点对称。TCSC可以控制触发脉冲来使晶闸管触发角发生变化，进而使其控制的电感支路电流大小发生变化，实现其可以使总等效电抗变化。当触发角在145到180之间时，等效电抗表现出容性；在90到140之间时，等效电抗表现出感性。此种特性让它具有在系统故障时减小短路电流的功能。每一个TCSC模块都可分成三种运行模式,也就是可控硅阻断(未导通)、可控硅旁路(完全导通）,微调控制模式。图2-1 TCSC结构图2.2 TCSC的工作原理 TCSC装置中晶闸管阀的关断与导通两个状态随两个拓扑结构间互相转换。定义为触发延迟角,它表示电容电压过零点到晶闸管开始导通时刻之间的电角度差；是触发超前角,它表示晶闸管导通时间相比之电压过零点的超前时间,+=180。定义是晶闸管导通区间的电气角度,在系统无故障时,=26。 当可以控制的串联补偿处于微调的控制时,电容器组电压U、双向晶闸管TCR的触发角、导通角及电感电流i的理想波形如图2一2中所示。图2-2 微调时理想波形图定义0是TCSC的自然角频率，0=1/；0与电网基波频率的比值为K，K=/0，K2=XC/XL；XC与XL分别是固定串补电容C与晶闸管控制电抗器L的基波容抗与基波感抗。2.3 TCSC的运行模式 现实运行情况中，TCSC的工作模式一般分为以下四种： （1）当晶闸管处于闭锁时，这个时候晶闸管触发角是180，TCSC与普通串补没有差别。 （2）在容抗调节模式下，这种模式时，cn180,TCSC的容抗值在它的最小值和最大值之间可以调节。此时TCSC处于正常运行模式，暂态时我们能通过增大容抗值来提高补偿度，进而改善系统的暂态稳定性；动态时我们可以控制它的阻抗来降低系统的振荡；在稳态中，我们可以调节容抗值大小让系统潮流分布更合理,进而减少损耗。 （3）在感抗调节的情况下，90crt ，此时TCSC作为一个感性可以调节的电抗。在这个状态下，线路谐波比较大，给系统的安全和及运行的经济性带来影响。这种模式一般不用。 （4）在旁路模式下，晶闸管触发角是90，TCSC因旁路电感和串联电容是并联关系，而感抗很小，可以用晶闸管旁路方式来降低TCSC过电压、减小短路电流，并且减轻MOV的负荷，降低MOV能耗。用串补电容电压假设为理想正弦，得到TCSC仿真接线图如下。图2-3 TCSC接线仿真图2.4 TCSC的基本特性解析式把TCSC加入计算，依据其不同的运行模式列出微分方程如下：(1)晶闸管关断状态 （2-1）其中,Im为线路电流峰值,VC 电容上电压，支路电流初始相位角(2) 晶闸管导通状态 （2-2） （2-3）以上，iL为TCR支路电流，L是TCR支路总电感，运用拉式变换，可计算得以下： （2-4） （2-5） （2-6）以上，Vc0就是晶闸管关断时刻电容上电压,Vc0是晶闸管导通时刻电容上电压， 将上式拉式反变换可得： （2-7） （2-8） （2-9） 并联电容支路电流为： （2-10） 到现在,我们将描述TCSC基本特性的解析表达式计算出来了。如果借此延伸，我们可以进而导出稳态、暂态下TCSC装置的基波阻抗和各次谐波阻抗公式。TCSC可以在快速改变它的基频等效阻抗的大小及性质来完成在系统中的上述控制作用。这里出现的基频等效阻抗其实是由电容器以及可控电抗器也就是TCR构成的TCSC电路在系统中工作时,频率为50Hz时的基频时的等效阻抗，TCSC的基频等效阻抗如下： （2-11） 以上：2.5 TCSC的特性 稳态运行状况下，理论上讲，TCSC会产生主要在由串联电容和电感支路所组成的LC回路中产生环流的谐波电流，但此谐波电流对系统波形有很小的畸变影响，尽管在电容上的电压畸变率很大,但在常见电力系统稳态运行状况下,测量电压中所占比重很小，所导致的各节点电压畸变率比较小，所以，以上产生的谐波不会影响继电保护装置。2.5.1 TCSC的谐波特性 试验得出，TCSC除了在关闭TCSC本身，工况变化中线路电流谐波会一定程度的增大，但是波形畸变率不影响系统正常运行，而且也不会特别影响线路继电保护。在短路时，谐波特性即与有无串补有紧密关系，还与TCSC触发角、故障点和故障时刻等因素有关。串联补偿线路劣势也较为突出，普通线路与之相比，串补线路电压、电流畸变率较小,而电压畸变率差别更明显，普通线路各次谐波单调衰减,而串补线路的各次谐波都振荡下降。TCSC的各次谐波受故障点、故障时刻和触发角等各种因素的影响，但是这些因素所引发的谐波变化比较于基波来说是很小的。而故障以后TCSC对故障的与普通线路不同的反应会引起线路电流变化和TCSC上电压谐波成分的改变。2.5.2 TCSC的阻抗特性（1）TCSC的稳态基频阻抗特性在正常运行时，TCSC处在微调控制运行模式下，此时TCSC为容性阻抗。若电流没有大到可以使MOV触发，TCSC的基频阻抗只和触发角相关。当TCSC线路处于短路故障时，TCSC在一段复杂的扰动后，又会恢复到稳定状态。在TCSC电容没有被旁路时，若短路时电流足够大，从而使MOV触发，那么TCSC的阻抗与触发角和短路电流的大小都有关。（2）TCSC的动态基频阻抗特性如今业界已对TCSC的各种特性进行了深入的研究，在其动态基频阻抗特性方面，目前研究工作的重点是TCSC稳态基频阻抗。TCSC的动态基频阻抗在分析TCSC在线路继电保护中有何影响意义重大。TCSC的动态基频阻抗，等同于TCSC在暂态运行过程中其本身的等效基频阻抗。稳态条件下，TCS的电压和通过其的电流都按正(余)弦规律，而当在系统出现故障之后的暂态时，以上所述两个电气量除了包含基频分量，还有衰减的直流分量和谐波分量。如果系统中加入了TCSC，那么在其线路上发生故障，MOV能对串联电容器起到过负荷保护的作用，在故障电流高到一定的程度，MOV过负荷保护进一步触发晶闸管，使其在输电线路增加一个电感元件，让TCSC处于旁路模式，让故障电流尽量较小。若故障后TCSC未能旁路，它的动态基频阻抗幅值按时间先下降后上升，在升到顶点时又会下降并最终达到稳定值，整体为一个超调过程。而如果TCSC能在故障正确出现旁路，短路后一个周波，TCSC的动态基频阻抗按时间衰减再次下降到一个稳定值。正常运行时，TCSC处在微调控制模式，TCSC的动态基频阻抗为容性,阻抗角为负90，它的基频阻抗只和触发角有关。正常情况下，在容性变化范围内，基频阻抗的减小会引起MOV饱和程度加重，TCSC基频阻抗中的阻抗改变程度要大过其电抗，因此虽然阻抗角变小了，而阻抗值却变大了。当TCSC处于未旁路，如果这时短路电流比较大，令MOV触发，使MOV变为对动态基频阻抗产生影响的一个关键原因。如果MOV的初始电压比较低，则故障发生之后MOV越容易被触发，MOV的饱和程度越深，MOV对动态基频阻抗产生影响的程度越大。相反，如果TCSC未旁路，则在同一短路类型下，短路点离TCSC越近，TCSC的动态基频阻抗幅值越小。3 TCSC的仿真论文使用MATLABPSB建立典型的简单电力系统的模型，然后开始仿真,因为MATLAB PSB里没有TCSC模型，所以之后构造搭建了FACTS装置中的TCSC模型,在简单电力系统的基础上加入TCSC，研究TCSC对系统运行性能的影响，最终利用SIMULINK进行稳暂态仿真，输出负载电压、有功无功功率的波形的对比图，从而分析TCSC对电力系统的影响。3.1 未加入TCSC的简单单相电力系统模型简单的电力系统由电源、变压器、输电线路、负载构成。可简化成下图： 图3-1 简单电力系统简化图 在MATLAB中的PSB模块，画出简单电力系统模型如下：图3-2 简单单相电力系统模型 系统参数设置为：(1)电源是单相电压源，峰值是10.5kv，频率是50Hz。电压源内阻等效为R=0.001欧，L=0.05mH。 升压变压器的参数：系统中的升压变压器及降压变压器变比分别是10.5/121和110/6.3。详细参数见下图。 图3-3 升压变压器参数设置 降压变压器参数如下： 图3-4 降压变压器参数设置 线路的参数如下： 图3-5 线路参数设置 负载用的是串联RLC模型，功率因数是0.85。3.2 单相TCSC模型的建立 MATLAB PSB库里没有FACTS中的TCSC模型，我们可以参照论文给出的TCSC结构图，来构造TCSC模型。如下图： 图3-6 TCSC模型 参数如下：C=119.2F，L=14.0mH。晶闸管电阻Rt=0.09欧，Vt=0.8V。上图里g1、g2是两个晶闸管的门极触发信号，将其控制可以控制晶闸管触发角。 晶闸管的参数设置：晶闸管的触发同步信号是从TCSC的电容器的正极端引出的一个输出端提供。 Pulse Generator作为TCSC的触发器。上图中升压变压器电压作为触发器的输入。输出接到晶闸管的触发门极上，alpha模块设置为158.6，用来控制触发角，Block模块设置为0，表示触发。在触发器的触发下，晶闸管导通。3.3 包含单相TCSC电力系统的模型 我们将TCSC模型加到简单单相电力系统模型中，如此建立一个加入TCSC的电力系统模型就建成了。如下图：图3-7 加入TCSC的电力系统模型3.4 单相电力系统的仿真比较 由上一小节知道负载和方波发生器的参数设置随仿真情况不同做出相应变化。本文设置为额定负载，具体参数如下： 图3-8 额定负载参数 方波发生器参数： 图3-9 方波发生器参数 仿真算法为ode15s，仿真时间为0.5s。在额定负载的情况下，分别对简单电力系统模型和加入TCSC的简单电力系统模型进行仿真，得到波形图如下：图3-10 不含TCSC时仿真波形图 图3-11 含TCSC的仿真波形 从结果中我们可以看出，两者波形与峰值均在很小范围内变化，满足电力系统运行需求。 由仿真可以直观的看出，TCSC可以一定程度提高线路的运输容量，在传输电能方面有增加效果。而且只要将TCSC的参数调试好，输电线路就可以在稳定运行范围内。4 TCSC对输电线路继电保护的影响 距离保护在高压和超高压输电中上应用最为广泛。距离保护最主要的测量元件是距离保护元件。在一般线路中，如果处于保护中的线路出现直接短路，继电器之测量阻抗和母线与短路点之间的距离成正比。而在串补线路中，上述关系被破坏，则距离继电器的动作特性开始被影响。4.1 TCSC对距离保护的影响 在固定串补线路中，固定串补在距离保护中产生的影响已经差不多可以消除，在可控串补线路中，因为在出现短路故障之后，TCSC动态基频阻抗浮动程度与FSC的浮动程度类似，也就是无故障状态的容性电抗和旁路运行状态时的感性阻抗之间上下变化，所以，电压反向和电流互感器所在位置也会是改变线路继保特性的重要因素。上述原因对输电线路继保护的改变，TCSC和FSC基本一样。但是因为TCSC的基频阻抗和FSC基频阻抗有某些方面的区别，让其在输电线路的距离保护中产生影响存在差异。4.1.1 TCSC动态基频阻抗对输电线路距离保护的影响 (l)电压反向 对TCSC来说，电压反向能否发生和工况及故障后的TCSC是否旁路有关。如果发生故障后TCSC的电容被旁路时，电压反向现象则不会发生。当TCSC的电容不被旁路，那么电压反向就会出现。TCSC的反向不会总是出现，即使出现也可以加入带记忆的极化电压，应加以合适的闭锁装置。TCSC的阻抗在出现故障后TCSC的阻抗是负的，但不会很影响保护性能。 (2)负值电阻对动态特性的影响 动态特性的产生是因为带有一个记忆的极化电压。这个电压本身的浮动变化，引发了整个动作特性的浮动。与FSC不同之处是，故障后的一段时间内TCSC的阻抗负值，但是不会特别影响保护性能。 (3)TCSC动态基频阻抗对保护范围及保护动作速度的影响 在比较FSC和TCSC的阻抗变化曲线之后，我们可以了解到，如果在系统中同一时间与同一个地方出现短路，FSC阻抗曲线改变趋势要比TCSC线路的更加迅速，FSC阻抗曲线达到稳态的速度也要比TCSC快，并且FSC的稳态阻抗与相同情况下的TCSC的稳态容抗多得多。上述特征在距离保护中会有下面这些影响： 如果以母线侧电压： (l)在保护整定范围相同时，加入TCSC的距离保护在其范围末端出现拒动的可能性变大。换句话说，当补偿度相同时，TCSC线路距离之整定保护范围可在一定范围内增加。 (2)在保护整定范围相同时，当靠近保护范围末端的时候，TCSC线路保护动作比FSC线路要慢一些。如果取用线路侧电，,对于正方向短路来说，TCSC和FSC线路上的距离保护性能基本相同。对于反向短路来说，TCSC线路上的距离保护可以更能克服电压反向的影响。4.1.2 TCSC的谐波特性对距离保护的影响 (1)TCSC的谐波特性对距离保护的影响 保护安装处的电压的影响因素有电源阻抗、线路阻抗和短路点等，当在含有TCSC的线路中时，还与故障后TCSC旁路与否有相当大的联系。当继电保护和短路位置之间没有TCSC的时候，TCSC电压谐波基本不会影响保护安装处的电压，但如果保护和短路位置之间有TCSC的时候，TCSC上电压谐波对保护安装处的电压有何影响与断路位置有关。而当TCSC外较近点发生短路的时候，TCSC的电抗在测量阻抗中所占比例很大，TCSC上电压谐波的作用也更加明显，而当TCSC外较远点发生短路时，TCSC上电压谐波的作用则比较小。 (2)TCSC的谐波对故障线路测量阻抗的影响 保护安装处线路到短路点之间的基频测量阻抗对于继保时间与动作特性来说影响极大。其计算可以运用频域或时域的方法。频域方法之基本算法就是傅里叶变换法，它无法避免直流分量、高次谐波和低次谐波对它的影响，因此一般采用低通滤波来进行滤波。带通滤波器在直流分量、低频分量和高次谐波方面的滤波效果十分明显，然而低通滤波器在除了高次谐波之外的分量却带有相当的增大效果。而差分滤波器可以使直流分量产生的扰乱作用减小甚至去除，且对低频率的分量同样有很好地限制效果，然而其在大多高次谐波中却有放大的作用。对TCSC线路来说，因为电压中各种谐波比较复杂，其中TCSC的L-C回路出现的谐波最为突出，并且此谐波分量与3次谐波十分接近，因此差分滤波器对此谐波分量异常敏感，这一点将放大它本身在阻抗计算中的误差。在考虑阻抗的计算时所产生的误差来说，于TCSC线路中加入带通滤波器会比较合理。 微分方程算法在时域内计算故障线路阻抗中微分方程算法是一个非常关键的方法。业界认为，对于小于300KM的输电线路来说，当采用对于频率为150Hz之上的分量有显著衰耗作用的低通滤波器时，就可确定微分方程算法的结果令人满意8。对于短线路来说，其低通滤波器的截止频率还能再高。然而，微分方程的算法基于R-L电路理想模型的基础上进行求解，因此当计算目标模型中有电容时，到现在还未出现对R-L-C模型比较完善的计算体系。由此，当目标线路含有固定电容或TCSC的时候就不能涉及微分方程算法的计算。 在含有TCSC系统测量阻抗的计算中TCSC的谐波会产生影响。已经验证，对较近故障点来说，谐波影响比较大，测量阻抗受到的影响也比较大。但是对近距离故障来说，其一故障点离整定的保护范围比较远，距离元件动作裕度比较大，其二，带有一个记忆的极化电压也使动作特性圆的覆盖范围变大，由此能消除谐波带来的测量阻抗不精确的影响。对远距离故障来说，距离保护一般和纵联措施结合，进行超范围整定，而谐波对于测量阻抗而产生的影响也比较小，所以，也能不被谐波而影响。由此，可以理解成，加以合适的滤波措施，TCSC的谐波对距离元件的影响比较小。 (3)TCSC的谐波对电抗元件和方向元件的影响 对距离保护来说，电抗元件一般代表动作信号和极化信号比相，方向元件则代表极化信号相互比相。方向元件的比相一般只与记忆电压、电流或其序分量的相位相关，方向元件本身几乎不受影响。对电抗元件来说，当发生相间故障时，不一样的距离保护，其结构也有区别。不管是相间故障和接地故障，它的动作信号相位可以以均衡速度变化，和极化信号比相时，暂态比相结果和稳态比相结果的误差范围极小，都可以正确地明确电抗元件是否动作9。4.1.3 TCSC对故障分量距离保护的影响 (l)故障分量距离继电器构成原理 故障分量距离继电器动作方程是： （4-1）于相间距离来说： （4-2）于接地距离来说： （4-3）以上是整定末端电压，是整定门坎电压，是整定阻抗。此处用接地距离继电器作例子研究故障分量距离保护构成原理：图4-1 不含串补的线路K点故障图 图4-1中保护正方向上K点发生了A相接地，在Rg=0的前提下流过保护的测量电流的工频变化量是： （4-4）以上是M母线至故障点K的线路阻抗。由上图可得出保护安装处A相电压的工频变化量： （4-5）综合上式为 （4-6） 由此可知，若正向区外A相接地，ZKZzd，这时保护拒绝动作；若保护区末端A相接地时，ZK=Zzd，这时保护在动作边缘；若正向区内A相接地时，ZKZzd,这时保护正确动作10。 (2)TCSC对故障分量距离保护的影响若输电线路的M侧用TCSC补偿，且依然依照尺度Zzd(0.8一0.9)倍ZLMN)来进行整定，基于保护装置1，若故障后TCSC未旁路，当区外短路稳态后会引起误动作，进而出现保护超越，因此按照尺度Zzd来整定TCSC线路的保护范围是不合理的。在研究TCSC动态基频阻抗特性后可得出，如果TCSC的电容没有被旁路，属于TCSC的电抗部分的暂态至稳态时在容性与感性之间切换，保护整定变得不容易，若依照尺度来进行整定，那么在暂态时电抗部分表现出的小容性电抗或电感特性的优点就无法体现出来，也许还会使保护范围变小。以下是依照尺度（)来整定时的故障分量保护于故障后的动作过程的分析：在有TCSC的系统中，若线路的最大补偿度是XC，而且，假设无TCSC线路的整定阻抗是Zzd，若果防止保护的误动作，则保护的整定阻抗是： （4-7）结合公式（4-3）与（4-4）得： （4-8） （4-9）以下，我们用接地阻抗继电器做例子来研究TCSC对故障分量距离继电器的影响。（1） 当正向接地时 在图4-2增加TCSC后，我们继续用在K点出现A相接地为例来研究： 图4-2 含TCSC的线路正向故障图以上，ZK与Zzd和不含有TCSC的上图中所代表的一样，可以假设短路时TCSC的等效阻抗ZTCSC，那么： （4-10） 保护安装处A相电压工频分量是： （4-11）考虑公式（4-10）、（4-11），带有TCSC装置的继电器工作电压变化量是： （4-12）加入TCSC后，若,此时， ，保护动作。研究可知，以上的XC为TCSC正常运行时的等效阻抗，TCSC的阻抗变化不会影响其容抗值小于故障前TCSC容抗模值，感性阻抗始终比稳定旁路运行时的感抗要小。可以得到，于任一阻抗Z来说： （4-13）如果比较加入TCSC前后的保护动作过程：在未加入TCSC的图中，若ZK=Zzd，此时保护在动作边缘，而在加入了TCSC的图中，若ZK=Zzd，因此，由保护不动作可知，动作范围变小；若ZKZzd，仍能满足上式，因此于未加入TCSC线路中的区外故障，重新整定后的故障分量保护更不会动作11。但是如果TCSC旁路，因为ZTCSC表现的是一个小感抗，可以将之忽略，此时保护范围更小，可能比线路的50%更少。以此得出：加入了TCSC之后，我们按照(ZzdjXC)来进行整定时，如果故障发生之后TCSC未旁路，那么保护范围将有所减小；如果故障发生之后TCSC旁路，保护范围会更小，可能低于线路的50%。（2） 当反向接地时 图4-3 含TCSC的线路反向故障图 如果图4-3中反方向K点出现A相接地，流过保护的电流从被保护线路至母线在这个流向下，M母线上的A相电压的工频变化量是： （4-14） 以上为M母线的等效阻抗，ZK表示K点至M母线的线路阻抗。在这里，因为实际电流的电流方向与中相反12。因此在考虑公式（4-15）、（4-16）的继电器工作电压分量是： （4-15） 在这里我们可以看出，尽管反向出口单相接地，但是,也就是。因此保护不会动作。 若TCSC处于暂态过程，也许会存在容性至小感性的转变，然后以上的分析中没有ZTCSC的设定，因此依然成立，也就是在反方向故障并且TCSC旁路时，保护可靠不动作。4.2 TCSC对电流差动保护的影响 在各类保护中，串补电容对以基尔霍夫定律为基础的电流差动保护影响最小。其一，它的保护判据只有电流量，与电压反向无关；其二，分相电流差动，其有自然的选相功能，不用计及串补电容的引入对选相元件产生的影响，所以电流差动保护就成了现在串补线路的最佳选择。 串补电容的引入对电流差动保护影响最大的因素应该是灵敏度方面。电流差动保护在其根本上可以看成计及两侧电流幅值之比相式继电器，如果输电线路出现区内金属性故障，它的两侧故障电流相位关系取决于输电线路阻抗和两侧系统等值阻抗(不计负荷电流的影响)。见图4-4： 图4-4 线路区内故障两端电流相位分析图可以看到，当输电线路出现区内故障时，如果不计负荷电流的影响，其两端的故障电流的相位差基本取决于和的阻抗角差。于一般输电线路来说，上述差别小到可以忽略，因此若区内金属性故障，相位相同。于有可控串补的超远距离输电线路中，因为线路的分布电容和TCSC所导致的谐波的两方面影响，有一定几率让被保护线路两端的电流相位差出现差别，进一步影响差动保护灵敏度。不管输电线上存在不存在串补，是可控串补或者常规串补，如果同一处发生短路，线路两侧的相位差的差异很小。以上差异都没大到可以引起电流差动保护在内部短路时出现拒动。如果线路出现区外短路，串补电容或可控串