毕业设计（论文）-可控串联补偿器动态仿真.doc

南京理工大学紫金学院毕业设计说明书(论文)作 者: 学 号：系：电子工程与光电技术系专 业: 电气工程及其自动化题 目:可控串联补偿器动态仿真 副教授 指导者： (姓 名) (专业技术职务)评阅者： (姓 名) (专业技术职务)2016 年 5 月南 京 理 工 大 学 紫 金 学 院毕业设计（论文）评语学生姓名： 班级、学号： 题 目： 可控串联补偿器动态仿真 综合成绩： 指导者评语：论文以可控串补为研究对象，讨论了TCSC的结构、工作原理和控制方式。通过建模和仿真，分析了TCSC的静态和动态特性，详细讨论了电压和阻抗设定值变化对功率输送的影响。论文格式规范，概念正确，达到了任务书要求。同意参加答辩，并建议成绩评定为：良好 指导者(签字)： 年 月 日毕业设计（论文）评语评阅者评语： 评阅者(签字)： 年 月 日答辩委员会（小组）评语： 答辩委员会（小组）负责人(签字)： 年 月 日毕业设计说明书（论文）中文摘要随着电力电子技术的快速发展，柔性交流输电技术的应用越来越广泛。可控串联电容补偿通过线路参数补偿来提高功率输送能力，是一种重要的FACTS设备，由于其较好的补偿性能，在国内外已取得了不少应用。本文讨论了TCSC的静态及其动态性能，研究了TCSC对电力系统输电能力的影响，以及电压波动或阻抗给定值变化时系统的动态过程。以一个500kV长距离输电网络为例，通过建模和仿真计算，观察传输功率、阻抗测量值和给定值、晶闸管触发角的变化波形，验证了理论分析的正确性。关键词 TCSC 传输能力 动态稳定毕业设计说明书（论文）外文摘要Title Dynamic Simulation of TCSC AbstractWith the rapid development of Power Electronic Technology, FACTS (Flexible AC Transmission System) has been widely used in power system. As a critical member of FACTS family, TCSC (Thyristor controlled series compensation) has also been used in some power project since 1990s because of its excellent performance.In this dissertation, the static characteristics and dynamics of TCSC is discussed, focusing on the transmission capacity and dynamic process after the voltage fluctuates and the changes of given impedance value. Meanwhile, a power system model with TCSC is set up in MATLAB environment. In this model, a long-distance and 500-kV transmission network connects two infinite sources. The changes of capacity of power system, as well as impedance value and the trigger angle, are displayed on the scope. The obtained waves validate the theoretical analysis.Keywords TCSC; transmission capacity; dynamic stability本科毕业设计说明书（论文） 第页 共页目 次1 绪论11.1 本课题研究的背景和意义11.2 柔性交流输电技术11.3 串联补偿技术的发展21.4 本论文章节设置及说明52 TCSC原理与特性62.1 TCSC结构62.2 TCSC基本工作原理62.3 TCSC的工作模式82.4 TCSC控制策略92.5 TCSC工作特性102.6 本章小结123 TCSC建模与仿真分析143.1 TCSC模型143.2 TCSC控制模块163.3 电力系统仿真模型163.4 对输电能力影响仿真183.5 动态稳定仿真分析203.6 本章小结23结 论25致 谢26参 考 文 献27本科毕业设计说明书（论文） 第29页 共28页1 绪论1.1 本课题研究的背景和意义我国的能源供需矛盾十分突出，通常西部地区的能源会有大量剩余，而东部地区能源短缺，但需求量大。为了充分的利用各类能源，我国电力系统需要将电能进行长距离、大容量的传输。传输过程中电网的安全和稳定运行常常遇到困难，一个直接的解决办法就是铺设更高等级的输电线路。但是，这样经济性和环保性较差。因此，目前摆在我们面前的一个问题就是如何充分挖掘现有电网的潜力，提高大容量、远距离输电的输送能力和稳定性。为了提高电力系统的输电能力和稳定性，必须采用先进的控制调节手段。随着电力电子技术的日趋成熟，柔性交流输电技术（FACTS）已经在我国的电力系统中得到了应用，面临的一些问题也得以解决，使我国的电网成为一个实时可控的柔性电力系统。因此，研究柔性交流输电技术，对我国电网的建设和稳定运行意义重大。1.2 柔性交流输电技术FACTS技术的概念是1986年美国电力系统专家N.G. Hingorani博士提出的，他将FACTS定义为建立在电力电子或其他静止型控制器基础之上的、能提高可控性和增大电力传输能力的交流输电系统。由于FACTS重大的技术作用，此概念一经提出就备受电力界重视。FACTS是电力系统一项较新的技术，发展速度十分迅速，包含的设备种类也越来越多，主要包括：静止无功补偿器（SVC）、静止无功发生器（SVG）、静止同步串联补偿器（SSSC）、晶闸管控制串联补偿器（TCSC）等等。FACTS革新了交流输电技术，对电网和线路的运行有良好的作用。从目前的工程应用实际来看，FACTS有较快的响应速度，且没有机械运行部件，可以实现如下功能：（1）控制潮流。串联型、混合型FACTS装置可以较好的控制线路的潮流。对FACTS装置进行合理的配置，能够优化控制电网的运行，并且满足经济性的要求。（2）增加电网安全稳定性。FACTS装置具有快速调控的能力，能够提高系统的电压稳定性和功角稳定性，阻尼振荡，限制短路电流，防止发生连锁事故以及大范围的停电事故。（3）提高电网输送容量。制约输电能力的首要因素是稳定性，FACTS装置通过提高静态稳定极限将电力系统的输送容量大大增加。1.3 串联补偿技术的发展串联补偿技术的基本思路是把一定的补偿设备串联到待补偿的线路上去，从而改变线路的静态特性和动态特性，是一种目前比较经济、有效的方法。可控串补是通过调节晶闸管的触发角来快速、平滑的调节串补电容的等效基波阻抗，达到提高输电能力、稳定性的目的。TCSC响应速度快、承受电流大、耐压高、运行范围大。串联补偿技术在工程运用中已经有了不少应用的实例1-4，国内外的研究者们也对它进行了很多研究分析。1.3.1 串补工程应用实例串联补偿技术的应用开始于1928年，美国纽约电力公司在某一33kV系统中采用了一个串补度为的固定串补，用来优化输电线路的潮流。之后，其他国家如瑞典、苏联也开始在电力系统中采用串联补偿技术。到2005年底，全世界有大约200套串补装置投入运行，覆盖了当今所有的电压等级。TCSC工程应用首先开始于美国。1991年，美国AEP的Kanawha River站的245kV线路上的第一个晶闸管投切可控串联补偿（TSSC）投入运行，标志着TCSC技术实用化阶段的开始。这套TSSC装置的建设主要是为了消除线路上的过载现象，并调节网损。随后在1992年美国Kayenta站的ASC装置投入运行以解决负荷增长与架设新线受限的矛盾，从而提高输送能力。1993年，美国Slatt站建成了TCSC装置，有效的防止了次同步谐振（SSR），并降低了网损。国外TCSC工程应用的实例还有1997年瑞典中部Stode站TCSC和巴西南北联络线的TCSC。我国的串补技术起步于1954年，迄今为止我国的串补应用在了的配电网和110、220、330、500kV的电力系统。2004年第一套国产的串补装置甘肃成碧可控串补投入运行，实现了中国串补的发展史上的一个零的突破。我国串补技术的不断发展，使我国具备了可控串补工业化的应用能力，打破了外国公司在此项技术上的垄断，提高了中国电力行业的竞争力，为我国的电网发展提供了强有力的技术支持。随着国内串补技术经验的不断积累，其优越性逐渐的被人们所认可，在今后有希望能够得到更加广泛的应用。我国的TCSC应用开始于2003年7月南方电网的天广TCSC，也是亚洲第一个TCSC工程。该工程采用可控串补与固定串补串联的方式，提高了“西电东送”天广交流输电线路输电能力约200MW，也有效的抑制了低频振荡和过载。甘肃成碧TCSC工程、伊冯输电系统的可控串补工程等相关工程自投入运行以来也带来了明显的环境效益和经济效益。我国典型的串补工程介绍如表1-1所示。表1-1 国内典型串补工程应用时间地点或线路名称电压等级简介2003年平果可控串补站500kV我国第一个可控串补，采用了光触发技术。线路总补偿度为，串补装置总容量为（双回）。2004年甘肃成碧可控串补工程220kV采用一次设备混合复用方式的固定串补和可控串补的混合装置，可实现两种模式的切换。基本补偿度为。2007年伊冯可控串补工程500kV由固定串补和可控串补串联组成，并且安装在2个独立的平台。基本补偿度为，其中可控串补的补偿度为，补偿容量为。2009年贺州串补站500kV是南方电网“西电东送”工程中一个重要的串补站，采用固定串补（FSC）方式。设备额定容抗为相，三相额定无功输出分别是。2010年桂林串补站500kV串补装置采用固定串补的形式，每一套串补按、容量分段，额定容抗为每相，相应三相额定无功输出分别是。2010年玉林串补站500kV串补装置采用固定串补的形式，每一套串补按、容量分段，额定容抗为每相，相应三相额定无功输出分别是。1.3.2 TCSC理论研究现状国内外对于TCSC的理论研究主要集中在TCSC的输电能力影响、潮流优化、控制策略、暂态过程和SSR抑制等个方面。为说明TCSC可以提高线路输电能力，占勇等人5提出了一种考虑常见FACTS装置的最大输电能力的计算模型，说明不同的FACTS装置和安装位置对电网的输电能力有不同程度的提高，同时说明该模型与算法是有效的。算法采用预测校正原始对偶对数障碍内点法，算例表明,该算法在求解最大输电能力问题上是有效的,在速度上可以满足实用要求。为说明TCSC可以控制线路潮流，黄梦喜等人6在常规的潮流计算基础上，根据TCSC的工作原理和数学模型，采用节点等效注入功率法处理网络的TCSC支路，采用牛顿-拉夫逊法求解。不论在控制效率还是在潮流程序的简洁性和计算速度上相比于传统串补和耦算法，TCSC都有一定的优越性。为了分析TCSC对于系统稳定性的影响，刘笙7提出并较为全面的介绍了暂态能量函数（TEF）方法的研究现状与发展趋势，包括函数构造、稳定域的估计方法和在动态安全分析与稳定控制方面的应用。汪冰等人8认为串联补偿可以扩大系统的暂态稳定域，作用比常规串补更为快速、灵活、有效。设计的经典模型单机无穷大系统TCSC暂稳控制策略有效的改善了系统的动态性能，效果明显。针对三相故障的仿真分析证明了控制策略的正确性和有效性。并且推导出适用于多机系统的表达式。武守远等人9介绍了“东北伊敏-冯屯500kV可控串补研究”项目，认为PID控制结合投切控制，可以达到比较理想的暂态控制效果；利用能量函数判断强补的退出时间，故障后发电机功角摇摆幅度最小。K R Padiyar和K Uma Rao10详细分析了一种TCSC提高系统稳定性的离散控制策略，并在单机系统与多机系统中进行仿真分析。文章还阐明，切换瞬间状态由能量函数决定。为说明TCSC抑制次同步谐振的作用，李亚健等人11在IEEE第一基准模型系统上，利用TCSC物理模型控制器对控制电容电压增量的出发算法进行了实验研究。 研究表明，采用电容电压增量触发算法, TCSC 由微调控制方式来提供相同串联补偿度时, 扰动后系统SSR得到有效抑制。葛俊等人12通过实验证明在一定条件下，当导通角较小时，TCSC 不能有效地抑制 SSR，当触发角大于临界导通角时，TCSC 破坏了电力系统电气部分的谐振条件，从根本上消除了SSR 危险。1.4 本论文章节设置及说明本文是在查阅相关文献资料，并在MATLAB仿真软件上进行了仿真的基础上撰写的。文中简要介绍了可控串补的研究现状、工作原理、工作特性，着重介绍了电力系统TCSC补偿的建模和仿真分析。本文一共分为3章。第一章绪论，主要介绍本毕业设计的研究背景，FACTS的由来、优点以及用途，TCSC的研究现状和国内外工程应用的实例。第二章主要介绍TCSC的原理，包括TCSC的结构，TCSC的基本工作原理，TCSC的工作模式，TCSC的控制策略。另外，该章介绍了TCSC的工作特性，包括静态特性和动态特性。第三章是本文的重点，主要介绍了在MATLAB软件上对一个500kV电力系统的仿真，分析TCSC对系统性能的影响。2 TCSC原理与特性2.1 TCSC结构可控串联补偿装置串联在输电线路中，其一次回路的主要元件有：电容器组、旁路电抗器、两个反向并联晶闸管、保护用的金属氧化物限压器MOV、旁路电抗器及其阻尼电感、电阻等。其主电路如图2-1所示。 图2-1TCSC主电路2.2 TCSC基本工作原理TCSC作为柔性交流输电系统的重要组成部分，主要是由电容器和双向晶闸管（或反并联的两个晶闸管）控制的电感即晶闸管控制电抗器（TCR）并联组成，通过对晶闸管触发角的控制实现对TCSC阻抗的平滑控制。TCSC的工作过程就是晶闸管导通、关断两个状态不断切换的过程。改变晶闸管的触发角可以改变电感上电流的大小，进而改变线路的等效阻抗。实际上，TCSC可以用一个电容器和可变电抗的并联电路来等效，如图2-2所示。图2-2TCSC等效结构图不难得到，等效电抗表达式为（2-1）由式2-1可见，的大小与电容、电感的电抗大小有关，不同的电抗性质也决定了TCSC不同的工作状态，表2-1给出了对应的关系。表2-1TCSC电抗性质表大小关系电抗性质TCSC状态容性容抗调节模式无穷大并联谐振感性感抗调节模式如上所述，改变晶闸管导通角可以改变等效阻抗。TCSC稳态基波阻抗与触发角的关系可以表示为（2-2）式中（2-3）（2-4）（2-5）（2-6）其中是工频角频率，是谐振角频率。由式2-2至2-6可知，TCSC正常工作时基波阻抗的大小与电容、电抗以及触发角有关。阻抗与的关系如图2-3所示。由图2-3可得，TCR支路的阻抗值由晶闸管触发角决定。当触发角等于特定值时，TCSC工作于谐振状态，此时的触发角记为。当，TCSC阻抗呈容性；当，TCSC阻抗呈容性。为了避免并联谐振带来的不利影响，通常要设定最小容性触发角和最图2-3TCSC阻抗与触发角的关系曲线大感性触发角。在实际应用中，还有其他一些条件也会限制TCSC的工作范围，比如：电容器过载能力、限压器MOV的电压保护和谐振电流等。图2-4概括了TCSC各种工作范围限制曲线。1：连续运行区2：30min过负载区3：10s过负载区A：触发角限制B：晶闸管闭锁C：电容器耐受能力限制D：晶闸管全导通E：触发角限制F：谐波电流发热限制G：晶闸管电流限制图2-4TCSC工作范围曲线2.3 TCSC的工作模式TCSC的工作模式通常有四种（如图2-5）：闭锁模式、容抗调节模式、旁路模式、感抗调节模式。表2-2总结了不同工作模式下TCSC的特性。表2-2不同工作模式下TCSC工作特性工作模式触发角工作特性闭锁模式TCSC相当于常规串补，对应的容抗值称为基本容抗值，此状态下的补偿度为基本补偿度。容抗调节模式TCSC在基本容抗值与容抗的最大值之间可调，TCSC一般都运行在该状态。暂态过程可提高稳定性稳态运行可改善潮流分布。旁路模式此时晶闸管完全导通，TCR支路把电容器旁路。通常在故障时工作在此状态以降低短路电流。感抗调节模式TCSC为感性可调电抗。为了使整套装置获得更大的调节范围，可以感抗调节模式和容抗调节模式结合起来。图2-5TCSC工作模式示意图（a）晶闸管闭锁模式（b）旁路模式（c）容性或感性微调模式2.4 TCSC控制策略TCSC的控制策略有很多,Dolan P S13介绍了一种调制控制下的TCSC模型,Zhou X14和柯宁15各自给出了一种用于提高系统稳定性的控制模型，Gronquist J F16、徐桂芝17和Yang N18分别给出了一种用于抑制振荡的控制方法。TCSC的控制策略还包括基于能量函数法6的投切控制，这种控制策略的实现方式如下：（1）一旦检测到干扰就首先接入电容；（2）当且时切除电容；（3）假如，当达到最大值时，再次投入电容。TCSC的控制结构框图如图2-6所示。图中，是稳定状态下TCSC的电阻值，是暂态过程TCSC的附加电阻。上述控制系统中是离散变化的。实际需要TCSC的电阻值为和的总和。与触发角控制相关的延时由一个时间常数传递函数表示，时间常数常设为5毫秒。图2-6TCSC控制器2.5 TCSC工作特性交流电力系统的串联补偿是把电容串联在输电线路里，通过电容器的容抗来补偿线路的感抗，从而减少传输功率引起的电压降落（包括电压降和相角差），提高电力系统的稳定性，提高传输容量。固定串补不能灵活调节线路阻抗，因此适应不了系统运行条件的变化。而可控串补应用了电力电子技术，可以通过调节晶闸管触发角实现补偿电容的灵活调节，使系统的动态、暂态和稳态性能都得到提升。2.5.1 最大输电能力分析如今，我国的经济飞速增长，因此用电的需求量也明显增加。最大输电能力的提升是一个电力工作者必须解决的问题。线路的输电能力的大小4取决于输电线路的热容量极限和静态稳定极限中数值比较小的一方。一般而言，假如输电线路较短，线路的热容量极限即导线允许的发热条件决定了线路的输送能力；而假如输电线路较长，往往取决于输电系统的稳定极限。如图2-7所示是一个两区域网络，互联线路中含有补偿电容。假设两端电压有效值分别是和，未补偿前线路电抗为，补偿设备提供的等效电抗为。图2-7串补互联两机系统若不计线路阻抗，则补偿后线路的等效电抗为（2-7）现定义输电线路的补偿度为（2-8）从而有（2-9）因此，联络线上传输的有功功率是（2-10）串补装置的无功功率为（2-11）其中，是线路两端电压的相角差。根据式2-10和2-11可以做出图2-8，图2-8是不同补偿度下，输电线路上的有功潮流和串补装置提供的无功功率与端电压相角差的关系曲线。由图分析可知，随着补偿度的增加，线路的传输能力增大，串补提供的无功功率也迅速增加。由式2-10可知，“串联补偿可有效提高线路的传输能力”可以作如下解释：串联电容器的容抗抵消了一部分线路的电感的作用，相当于是减少了线路上的电感，使得输电线路的电气距离缩短，因而传输的功率增加了。其中的物理机理是：为了增大传输功率，当增大实际线路上的电流时，线路阻抗上的压降将增大，造成末端相位降低；电容器作为一种无功电源，可以提供一个正向的补偿电压源，在线路上的电流增大时，抵消线路阻抗上的压降，维持线路两端电压的相角差，从而提高传输功率。图2-8 关系曲线2.5.2 动态特性分析当TCSC采用恒定阻抗控制时，通常将线路阻抗作为参考值，通过控制晶闸管来调节线路上输送的功率。在调节过程中，电力系统将会经历一个短暂的过渡过程，此过程中，传输功率发生波动，最终会过渡到一个新的稳态。当线路处于稳态时，若将TCSC投入，由于TCSC能够迅速补偿线路阻抗，因此会产生功率振荡，并最终达到一个较高的功率水平。当系统电压发生波动时，系统传输的容量发生了变化，所需要补偿的容量就会跟着变化，由于补偿容量的大小与阻抗大小有关，因此TCSC会自动调节自身阻抗来适应新的传输容量的要求。当阻抗设定值变化，TCSC同样需要改变自身阻抗来匹配新的设定值，通常这个过程非常短暂。2.6 本章小结本章对可控串联补偿的工作原理以及工作特性进行了简要的介绍，包括其结构、基本工作原理、工作模式、控制策略、对线路最大输电能力的影响和动态特性的分析。1）TCSC结构上主要是固定电容器和与之并联的TCR支路，工作过程就是晶闸管导通、关断不断切换的过程。通过控制晶闸管触发角可以改变线路的等效阻抗。需要注意的是，当时，TCSC会发生并联谐振，为了防止谐振的发生，通常需要设置最小容性触发角和最大感性触发角。2）TCSC一共有四种工作模式，分别是闭锁模式、容抗调节模式、旁路模式和感抗调节模式。TCSC一般都在容抗调节模式下运行。TCSC有很多的控制方法，本章介绍了一种基于能量函数法的恒定阻抗控制。除此之外，还有一种常采用的方法是恒定功率控制法17。3）线路阻抗与输电能力成反比。由于TCSC一般工作在容抗调节模式，能够减小线路阻抗，因此对线路输电能力有一定的提升。投入TCSC时、电压波动和阻抗设定值变化时动态过程比较短暂。3 TCSC建模与仿真分析3.1 TCSC模型在MATLAB的Simulink里可以找到TCSC模块19应用的实例，如图3-1所示。该TCSC模块与Powergui模块结合，可以分析电力系统的动态、暂态和稳态性能。图3-1TCSC模块示意图TCSC模块的端子功能如下：A1、B1、C1、A、B、C为TCSC连接系统的电气端子。P为TCSC内部电感支路中晶闸管触发脉冲的输入端子。cb为TCSC内部旁路断路器的控制信号端子。TCSC模块的内部结构如图3-3所示。双击TCSC模块，打开其参数设置对话框，如图3-2所示。从图3-3可见，TCSC模块中是对三相分别建模的，这是因为在三相电路中晶闸管并不是同时导通的。图3-2TCSC参数设置对话框图3-3TCSC模块内部结构图3.2 TCSC控制模块TCSC的控制模块采用定阻抗控制方式，首先计算出系统输电线路的等效阻抗，以这个阻抗为目标去控制TCSC中晶闸管的导通角度。MATLAB中搭建的TCSC控制模块如图3-4所示。图3-4TCSC控制模块该模型里，各个模块的作用分别是：Impedance Caculation:计算线路上的等效阻抗；Controller capacitive:通过比较阻抗的设定值和阻抗的给定值来求得晶闸管的触发角度；Firing Unit:将数字信号转化成晶闸管触发信号去控制晶闸管。3.3 电力系统仿真模型为分析TCSC对电力系统性能的影响，现搭建一个500kV超高压长距离输电系统模型，输电线路用一阻抗等效，波形观察模块主要显示传输功率、测量阻抗和阻抗设定值、晶闸管触发角。系统模型如图3-5所示。系统中TCSC参数设置如图3-3所示，阻抗参数设置如图3-6所示。图3-6输电线路等效阻抗参数设置图3-5电力系统模型当系统频率为60Hz时，补偿前线路阻抗为（3-1）3.4 对输电能力影响仿真为了仿真分析TCSC对线路传输能力的影响，本节采用图3-5所示的电力系统模型进行仿真分析。Voltage Source 1和Voltage Source 2参数设置如图3-7和3-8所示。图3-7Voltage Source 1参数图3-8Voltage Source 2参数为了更加清楚地体现出TCSC投入前后波形的变化，可以在TCSC触发模块Firing Unit中设置TCSC具体的投入时间，这主要是通过控制TCSC中旁路断路器的通断时刻来实现的。图3-9旁路断路器通断时刻控制模块图3-10 设置断路器通断时刻对话框如图3-9所示为旁路短路去通断时刻控制模块，可以在晶闸管触发模块Firing Unit里找到。打开开关元件Switch可以看到如图3-10的对话框，通过修改Threshold的参数值即可改变TCSC的投入时间。为观察TCSC对系统传输功率的影响，设置触发模块参数，使TCSC在仿真开始后2s投入运行。设置仿真时间为0-5s，阻抗设定为128，可得如图3-11的波形。图3-11 仿真波形图由图可以看出，仿真开始时，TCSC很快进入稳态。2s之前TCSC未投入，处于旁路模式，传输功率约为112MW。2s时刻投入TCSC后，经过大约1s的动态过程，达到稳定状态，此时，传输的功率约为600MW。可见，TCSC的投入明显提高了该系统的稳态传输功率。此时补偿度为（3-2）3.5 动态稳定仿真分析3.5.1 电压波动动态过程仿真分析电压跌落动态稳定时，依然采用图3-5所示的电力系统。对可编程电压源Voltage source进行参数设置来模拟电压跌落与恢复的过程。为了简化仿真过程，现在仅对Voltage source 1进行动态仿真，电源参数设置方法如图3-12所示。Voltage Source 2的设置方法与图3-8相同。图3-12 Voltage Source 1参数现对图3-12的设置方法进行简要的说明。设置变化的参数为电压的幅值，变化的形式是随时间变化。在0s时刻即系统刚刚运行时幅值为1（标幺值），2s时刻电压跌落为原来的96%，3.5s时刻又恢复为1。设置在0.5s时刻投入TCSC，仿真时间为5s，阻抗设定值为128，仿真波形如图3-13所示。图3-13 电压跌落仿真波形由图3-13可知，2s时电压跌落，晶闸管导通角随之波动，约0.5s后传输功率以及晶闸管导通角恢复稳定，但是此时系统的传输容量从600MW降低至550MW；3.5s电压恢复正常后，经过大约0.75s的动态过程传输容量提升至610MW，比跌落前又多了10MW。此时的补偿度计算同式3-2，仍然是。当系统出现短时过电压时，也可以采用类似的方法进行仿真分析。设定TCSC在0.5s时刻投入运行，2s时刻电压上升5%，4s时刻恢复正常，通过仿真可以得到如图3-14的波形。通过波形分析可以看出，此时的动态过程约为0.7s，过电压出现后的新的稳态传输容量有所提高，从600MW提高到了700MW；当电压恢复正常以后传输功率仍然比未补偿之前高了大约10MW。由于采用的是定阻抗控制方式，因此补偿度仍然是。由图3-13和3-14可以看出，TCSC在系统电压变化时可以经过一个短暂的动态过程是系统恢复稳定。图3-14过电压仿真波形3.5.2 设定阻抗值变化动态过程仿真分析设定阻抗值变化动态稳定时，依然采用图3-5所示的电力系统。修改阻抗设定值可以通过修改TCSC控制模块里的stair generator（图3-15）的参数来改变，设置方法如图3-16。图3-15stair generator模块图3-16阻抗设定值变化现对图3-16的设置方法作简要说明。在0s时刻即系统刚刚投入运行时，设定TCSC阻抗值为128,2s时刻设定值变为120。电压源参数设置方法与图3-7、图3-8相同，TCSC仍然在0.5s时刻投入，仿真时间为5s，仿真波形如图3-17所示。图3-17阻抗设定值变化动态过程由仿真波形图分析可知，2s时刻设定阻抗值由128变为120，经过动态过程达到一个新的稳态，传输功率有600MW减少到495MW，且这个动态过程非常短暂。此时的补偿度为（3-3）3.6 本章小结为了更加清楚地体现出TCSC对电力系统传输性能的影响，现将3.4节、3.5节所讨论的仿真过程综合讨论。具体如下：1）0.5s时刻投入TCSC；2）2.5s时刻将阻抗的设定值由128变为120；3）3.3s时刻电压源1电压跌落4%；4）3.8s时刻电压源1电压恢复。各元件的设置方法可参考3.4节和3.5节，仿真过程为5s，波形如图3-18所示。图3-18综合仿真波形图对上述波形进行分析，有如下结论：1）0.5s前后线路传输功率经过短暂的过渡过程由110MW提高到600MW，明显的提高了传输的容量。2）2.5s时刻等效阻抗给定值发生变化，系统立即调整触发角达到新的稳态，整个过程约为0.3s，动态调整迅速。3）3.3s电压跌落，相当于固有的传输容量减少，所需要的补偿容量也就要减少，因此TCSC的触发角变大，3.6s达到新的稳态。4）3.8s电压恢复，TCSC触发角再次调整。结 论TCSC对电力系统的稳态、暂态和动态性能有着比较积极的影响，当电力系统的运行状态发生变化时，TCSC也会做出相应的变动来适应新的运行状态，这些变化主要是通过调节晶闸管的触发角来实现的。本文对一个含TCSC的长距离高压传输线进行仿真分析，讨论了稳态传输性能、电压跌落动态过程和阻抗设定值发生变化动态过程，通过波形分析可得到以下结论：1）TCSC的投入可以极大提高电力系统的传输容量；2）电力系统的电压跌落，TCSC在动态过程中通过调整晶闸管触发角的大小使系统达到新的稳定状态，此时传输容量也会相应变化；3）当设定阻抗值变化时，系统的动态过程非常短暂，很快就能恢复到另外一个稳定状态，此时传输容量也会变化。由于本人的学术水平以及时间有限，还有一些问题没有能够进行深入的讨论：1）将本文的研究内容拓展到多机系统；2）通过改变TCSC参数值找出系统暂态稳定的临界点；3）系统所用无穷大电源为理想电源，可以通过设置内阻抗来达到与实际工程应用相接近的结果。致 谢本论文共历时5个月，从开题到论文的写作完成都是在指导老师江宁强副教授的指导下完成的。江老师为人随和，在电力电子在电力系统中的应用方面有较深的造诣。在本毕业设计完成的过程中，江老师在参考文献的选取、电力系统模型的建立、论文的写作角度这几个方面都给了我很大的帮助，使得我的毕业设计及论文能够顺利的完成。在此，向江老师表示最衷心的感谢！还要感谢本科四年给我上课的南京理工大学以及南京理工大学紫金学院的各位老师，他们教给我的学科基础知识为我的毕业设计的顺利完成打下了比较牢靠的理论基础。同时，还要感谢我所参考文献的作者们，从你们的论文中我学到了本毕业设计所需要的一些理论知识，寻找到了本毕业设计的设计思路。最后，还要感谢我的同学们，他们在我论文的思路的开拓以及论文格式的修改方面给了我很大的帮助。由于本人学术水平有限，本毕业论文难免存在一些欠妥之处，恳请各位老师批评和指正。参 考 文 献1吴敏. TCSC的控制策略及其仿真分析D. 南昌大学，2007.2周孝信，郭剑波，等. 电力系统可控串联电容补偿M. 北京：科学出版社，2009. 8-43.3王锡凡，等. 现代电力系统分析M. 北京：科学出版社，2003. 212-215.4王奇，蔡延雷，刘启胜，等. 串联补偿工程现场技术M. 北京，中国电力出版社. 2014. 10-18.5占勇，李光熹，刘志超. 计及FACTS装置的最大输电能力研究J. 电力系统自动化，2001