带有可控串补方式的柔性交流输电系统建模与仿真

题目：带有可控串补方式的柔性交流输电系统建模与仿真摘要在日益复杂的电力系统中，柔性交流输电系统成为近年来的研究的主流方向。因为柔性交流输电系统的目的在于应用当下电力电子技术的最新成果和现代控制技术，实现对交流系统潮流的灵活控制及稳定性的提高。而柔性交流输电系统中涉及到一个重要的装置TCSC，因为其结构简单，造价比较低，而且能够改善系统的稳定性，提高高压输电的传输能力，所以对TCSC的研究就具有重要的价值和意义。本文首先介绍FACTS和TCSC国内外的应用及发展概况，其次对TCSC的基本原理结构以及运行模式做了分析说明，利用MATLAB这一功能型软件，在SIMULINK仿真平台上搭建了本课题研究的仿真模型——含有可控串补装置的柔性交流输电网络，并对线路发生故障和无故障等情况进行仿真，对短路后暂态过程及频率进行分析。在输电网模型仿真过程中，含有次同步谐振等一系列问题，本文利用MATLAB做出了强有力的分析说明。最终通过仿真研究，验证了TCSC能够提高线路输送能力，增加稳定裕度，从而改善电力系统稳定性等性能。关键词：可控串补；柔性交流输电系统；MATLAB/SIMULINK；仿真；电力系统暂态稳定

AbstractInanincreasinglycomplexpowersystem,theFlexibleACTransmissionSystemhasbecomethemainstreamofresearchinrecentyears.BecausethepurposeofTheFlexibleACTransmissionSystemistoapplythelatestpowerelectronicstechnologyandmoderncontroltechnology,toachievingtheflexibilityoftheexchangesystemcontrolandstabilityoftheincrease.TheFlexibleACTransmissionSysteminvolvesanimportantdeviceTCSC,becauseitsstructureissimple,Costisrelativelylow,andcanimprovethestabilityofthesystem,improvethetransmissioncapacityofhighvoltagetransmission.So,thestudyofTCSChasimportantvalueandsignificance.ThispaperfirstintroducestheapplicationanddevelopmentofFACTSandTCSCathomeandabroad.Secondly,thebasicprinciplestructureandoperationmodeofTCSCareanalyzed,usingthisfunctionalsoftware--MATLABontheSIMULINKsimulationplatformbuildthesubjectofthesimulationmodel--FlexibleACTransmissionNetworkwithThyristorControlledSeriesCapacitor.Andsetthelinefailureandnofault,etc,tosimulate,andanalyzedforshortcircuitthetransientprocessandfrequency.IntheTransmissionNetworkModelsimulationprocess,Containingaseriesofproblemssuchassubsynchronousresonance.ThisarticleusesMATLABtomakeastronganalysisandexplanation.Finally,throughsimulationresearch,ItisverifiedthatTCSCcanimprovethecapacityoflinetransportationandincreasestabilitymargin,Therebyimprovingthepowersystemstabilityandotherproperties.Keywords:TCSC:FACTS;MATLAB/SIMULINK;simulation;Powersystemtransientstability

目录摘要 IAbstract II绪论 1第一章概述 31.1课题背景及研究的意义 31.2柔性交流输电技术(FACTS)概述 31.2.1FACTS的概念 31.2.2FACTS装置的介绍 51.2.3FACTS在国内外发展情况 81.3可控串补技术研究现状 101.3.2可控串补技术的发展 101.3.2可控串补技术应用概况 111.4本论文的主要工作 12第二章可控串补(TCSC)的基本原理 142.1可控串补的概念 142.2可控串补(TCSC)基本工作原理 162.2.1可控串补(TCSC)的结构 162.2.2可控串补(TCSC)的工作原理分析 172.2.3可控串补(TCSC)的运行模式 192.3可控串补(TCSC)的运行特性 222.3.1阻抗特性 222.3.2阻尼特性 232.3.3谐波特性 262.3.4能力特性 272.4本章小结 27第三章带有TCSC的柔性交流输电系统模型建立 283.1仿真软件MATLAB/SIMULINK的概念 283.1.1MATLAB仿真技术概述 283.1.2Simulink仿真技术概述 293.2MATLAB/SIMULINK模块库 303.2.1简介SimPowerSystems模块库 303.2.2常用模块(库)的功能简介 333.2.3可控串补(TCSC)装置模型 423.3系统模型的建立 433.3.1系统描述 433.3.2系统的设计 433.3.3初始状态设置 463.4本章小结 47第四章带有TCSC的柔性交流输电系统仿真与分析 484.1线路1故障时的暂态分析 484.1.1串补电容前故障 484.1.2串补电容后故障 524.2频率分析 564.2.1系统模型 564.2.2阻抗依频特性分析 574.3母线B2故障时的暂态分析 584.3.1仿真系统 584.3.2远端故障 604.3.3近端故障 624.4TCSC对系统稳定性的研究 644.4.1对输电线路静稳定极限的影响 644.4.2对输电线路的稳态分析 654.5本章小结 69结论 70总结与体会 71谢辞 73参考文献 74绪论随着的不断增大，高电压技术也得以飞速发展，柔性交流输电系统的控制技术也应运而生，因为其可以提高电网的稳定性和可靠性，提高输电线路的输送能力，减少了停电风险和提高电能质量，也带来了一些客观的经济效益。所以得到了世界各地广泛的应用。而交流输电线路的串联补偿是现代电力电子技术在高电压、大功率领域的应用典范，其中可控串补技术(TCSC)使得整个输电线路的参数变成可以动态调节。因此TCSC能够有效改善电力系统稳定性，提高线路输送容量，在很多方面改善电力系统的性能，因此在电力系统中的应用也比较广。本文首先系统的介绍了柔性交流输电系统(FACTS)的概念，应用及发展，对TCSC也做了简要的概述，并介绍其国内外的发展情况和应用情况。在现如今飞速发展的电力系统中，对FACTS技术的研究已经成为电力领域的一种趋势，尤其是作为FACTS家族中最重要的成员可控串补，因为其结构简单，造价低廉，也成为一项有意义和价值的研究。其次，本文的第二部分针对时下发展快速的可控串补(TCSC)装置进行了详细的分析，主要围绕其结构、基本原理、运行方式和运行特性四个方面展开，研究分析中，可控串补较固定串补优点多多，它能够在一定范围内的容抗值，既可以提高又可、，，抑制和等作用。由此可见，可控串补(TCSC)技术的、，具有很好的应用前景。本文第三部分，就建模仿真涉及到的MATLAB和SIMULINK软件进行了概述，简单介绍了SimPowerSystems模块库，以及介绍了说明了一些常用的模块库和本设计所需模块库的结构和功能特性，其中例如电机模块、变压器模块、Powergui模块、三相故障模块、线路模块、负荷模块等。利用软件，在仿真平台上搭建了本课题研究的仿真模型——含有可控串补装置的柔性交流输电网络，并进行初始状态设置，包括选择仿真的算法，电机初始化设置等。最后，论文应用仿真软件对建立的系统模型进行仿真，对线路发生故障和无故障等情况进行建模分析，对短路后进行分析。其中，又分为线路故障和，线路故障应对，设置串补装置前故障和后故障进行对比分析，母线故障近端和远端故障的分析，无故障条件运行下有无TCSC对电力系统的影响等等。通过仿真分析，可以看出，输电线路中采用串补技术，利用了串联电容器的容性阻抗可以补偿部分输电线路的感性阻抗，从而能够实现优化电网潮流分配、改善无功平衡、降低系统网损、增加输送能力、提高电力系统安全稳定水平的目的；采用串补技术还可以增加稳定裕度，增大线路输送能力，改善系统网络的稳定性能，由此可见，这一技术的研究有利于电网的可持续发展，对我国电力领域有着重要的意义和影响。

第一章概述1.1课题背景及研究的意义现如今超高压、大功率、强电流以及超长距离输变电的应用较为普遍，相对而言线路阻抗也在不断增大，这就会使线路的输电能力降低，同时还不能够保证电压质量的好坏，系统稳定性从而也较差，因此必须采取补偿措施。而串补对提高电力系统的经济性、可靠性起着关键性作用，为了更好的了解串联电容补偿装置(TCSC)对输电线路所起的重大作用，因此本文对其做出了探讨。就目前形势来看，电力在不断的增长，不能够满足各大区联网的需求，为了达到联网后输电能力提升，满足安全稳定水平的需要，减少费用投资等需要，串补技术应运而生，并获得了很大的发展前景。现如今，许多国家对串联电容补偿的研究是为了能提高高压输电线的线路输电能力，改善电力系统的稳定性、以及增加系统有功功率的传输；改善系统的运行电压和无功平衡条件，改善电能质量；合理的分配并联线路中的潮流分布、或者在环网中的潮流分布；同时希望在大容量、远距离输电系统中减少输电线路的长度，节省投资，提高经济效益、社会效益等。所以研究可控串补装置希望这一技术能够在未来的电力领域中得到更好的发展和运用。1.2柔性交流输电技术(FACTS)概述1.2.1FACTS的概念柔性交流输电技术，即，又称灵活交流输电，作为一个完整的技术概念，最早是20世纪80年代由（EPRI）的博士提出的[]。柔性交流输电技术是综合电力电子器件和多种技术而形成的的一项技术。它的作用是增大输电系统中电力输送能力并加强其可控性。其特点是结合了现代电力电子技术和现代自动控制技术，采用大功率可控硅元件代替传统的机械式设备，从而能够快速灵活地调整影响电力系统动静态特性的一些主要（如），它能够按系统，给交流输电网提供快速、连续和精确的控制以及优化潮流功率。由于FACTS在输电系统能够和，而且还可以稳定性，，因此国内外一些认为是“未来输电系统的（、和）之一”[]。FACTS技术的发展良好趋势来自于其良好的背景条件。这些条件可归纳为输电网运行的需要、高压直流输电的竞争压力、电力电子技术飞速发展、FACTS技术产品的研制和运行经验的积累四个方面。其中前两个是充分条件，是FACTS发展的需求压力，后两个是必要条件，是支撑性推动力[(1)FACTS技术的出现能为解决中许多。如今的现代电力系统，是受、、以及市场和等多种条件的大规模的电网，对输电网的经济运行要求越来越高。FACTS是一项新技术，在、改善以及提升传输容量方面具有明显优势，从而得到广泛的认可和快速的发展。(2)高压交流输电技术的重新崛起和广泛应用，促使了技术的发展。20世纪70年代，直流输电技术不得不进入另一个时期，所以的优势在应用场合得到相应认可。在大系统中，HVDC具有潮流可控性好、等优点，所以被视为大型交流系统之间互联的有利选择。客观上，对形成了很大的竞争压力，促使发展出适用于输电的、更先进的。(3)电力电子技术的飞速发展为夯实了。的技术核心是电力。早在20世纪40年代末期诞生的就曾沿着两个方向发展了，一个是，发展成，以信息处理为主要对象；另一个是大，发展成，以能量处理为。直到世纪年代以后，这两种技术又慢慢融合，形成。80年代又出现智能化功率集成电路，两者的处理合而为一，二次这便诞生了，在科技巨大的技术作用，促进了概念并使其得以持续迅速的。(4)技术是在已有技术产品的基础上自然形成的概念。可以说在这一概念出现前，就已经有多种后来也属于控制器的装置在中，并积累了大量的。像静止无功补偿器()、及次同步谐振阻尼器等。概念的提出，不仅归纳这些共同的技术基础功能，而且推广了其技术思路，推动成为一个崭新的领域。1.2.2FACTS装置的介绍FACTS装置有很多，其类型可以按照原理、性能、与系统结合方式来分，目前按工作原理不同，可将其分为阻抗控制型(如)、相角控制型(如)、电压控制型三类(如)；按安装地点不同，可将其分为：发电类，输电类，配电类[]。如图1-1所示。图1-1FACTS装置的分类装置优点突出，而且功能完善，所以混合型的元件也越来越多，相继产生了不同类型的装置：并联型最早出现，串联型较晚出现，文献[]对柔性交流输电技术按照结构形式进行了分类，主要分为以下三种：(1)并联型：静止无功补偿器()、静止同步补偿器()、(ThyristorControlledReactor,TCR)、、晶闸管投切电抗器等(2)串联型：(ThystorControlledSeriesCapacitor,TCSC)、、静止同步串联补偿器(StaticSynchonousSeriesCompensatorSSSC)、故障器、(ThyristorControlledPhaseAngleRegulator,)等。(3)串并混合型：，等。如今主要有以下器件：(1)(SVC)SVC是一种静止吸收装置，用于无功、电压控制。其组成有，可和的电容器组一起运行。它能调整电流，从而控制电压。并且，近年研究还可用于抑制次同步谐振和扭振[]。先进的、用GTO等做阀元件的SVC又称为静止调相器(StaticCondenser)。目前使用的SVC有两大类：。(2)(STATCOM)STATCOM是一种静止同步发电机，其最大特点是输出可以电压而进行控制。它属于，变换器可以采用电压型，也可以采用电流型。目前STATCOM的控制装置以采用基于的电压型变换器的居多，其控制系统能使输出电力的极性和大小改变，从而连续控制输出无功的极性和大小。由于STATCOM的直流侧一般采用电容和电感等元件，不能大容量存储电能，因此，它只能提供持续的无功补偿功能[]。(3)(STATCON)STATCON是对SVC装置，又叫静止同步补偿器，，。它，，其输出的，它通过的电流将用来调整装置的无功功率的大小或极性[]。与SVC相比，，，补偿电流谐波含量更少，而且，它使用的元件体积小，这有效的、减小了体积。(4)(SSSC)SSSC是种没有外部电源的静止式的同步无功补偿器件，它串联在输电线上，，从而控制大小。SSSC也可有装置，在短时间内增加或者减小，从而改善性能。换句话说，SSSC就是一种将串联在线路上使用的器件。它同样也属于基于变换器型的控制器，变换器两种均可采用。(5)(TCSC)TCSC是一种由一个电容器组和一个并联而成，其功能主要是提供连续的作用。它利用线路中的电容器组，，，不仅能提高线路的、，。是重要的串联型FACTS控制器之一。(6(TCPST)TCPST是由、励磁变压器、基于构成。其主要作用是通过输出端电压，，、防止故障线路功率增大引起的或电压下降[]。(7)(UPFC)UPFC是由基于同一直流链路，允许有功功率在和的来回流动，并且在无需任何一个就能同时补偿的一种器件。它的补偿功能很全，不仅能可以进行独立可控的并联无功功率补偿，而且还可以进行串联补偿电压，同时能够线路上的V、Z和ψ，实现潮流控制[]。表1-1FACTS控制器能控制的电网参数及其应用功能能控制的电网参数应用功能1.2.3FACTS在国内外发展情况新世纪的输电系统运行面临来自环境保护和电力市场等方面的挑战，概括为三个方面：其一是增大能力，其二是保持系统稳定，其三是优化系统的运行。针对这些挑战而产生的新型技术柔性交流输电系统()技术，改变了交流输电网以往局面：即仅依靠机械型的、慢速的、不精确的控制及措施。装置其快速、连续和精确的控制以及优化潮流功率的能力，确保了系统的稳定性，并能防止事故发生时造成连锁反应从而引起的大停电。技术发展迅速，如今已形成三代控制器并存发展的局面。美国建议的装置的发展阶段有[]：(1)第一代装置，是从早期就出现的SVC就形成的，SVC主要是由晶闸管开关快速控制的并联电容器组和（或）电抗器组成的装置，其技术之根本是常规的晶闸管，即硅可控整流器(SCR)。直到后来出现了第一代装置——晶闸管控制的串联电容器(TCSC)，其功能是利用SCR控制线路中串联的电容器组，相当于抵消一部分线路阻抗，从而提高线路输送能力。(2)第二代装置，同样也有第一代装置特性，但不同的是，第二代装置不需要设备，如、变压器等等。新型装置如和等采用了可关断晶闸管(GTO)这类型装置，电抗器或。所以装置造价大大的降低了，性能也得到了明显的改进。(3)第三代装置，实质上是一种将两台或多台控制器组成一组并使其具有同一个统一的控制系统的装置。典型的就是UPFC：是各取一台和复合组成的。它的功能比前两代装置更加强大，能以控制线路电压V、阻抗Z和功角ψ的办法实现输电的有功和无功潮流同时控制。不仅如此，这样能极大的减小装置的占用面积，改进了系统的可靠性。国外的发展情况还有：日本两家共同研制并于1980年1月投运的世界上首台样机，20。198610，美国研制的±1Mvar投入运行，这成为GTO作为逆变器元件的静止补偿器。1999年8月，美国的第1台D-STATCOM，其目的是为了抑制电压闪变。而全球一共已安装了超过200台的，容量范围从0.1MVA至60MVA。还有其他如今正在研制。这促使技术不断的发展，使其对和改善更多角度成为可能[]。我国近些年来在方面有了较大突破：(1)1994年，研制了±20Mvar的，1999年成功。2000年6月27日鉴定。成为国际上第4个的国家。作为设备，是中国研究领域的。(2)鞍山红一变是东北电网的枢纽变电所，它为鞍山钢铁公司供电，采用调相机作为无功补偿，2001年采用100Mvar的SVC替代调相机。鞍山红一变100Mvar的SVC示范工程于2004年顺利投运，标志着国产化SVC技术得到了进一步的提升。(3)2004年投运的由中国电力科学研究院和甘肃省电力公司合作开发的220kV甘肃成碧输电线路TCSC示范工程，标志着我国是世界上第4个拥有TCSC技术的国家，成碧可控串补是我国第一个国产化的可控串补工程和世界上的第七个可控串补工程。(4)上海电网黄渡分区西郊站50Mvar的示范工程，该是一套拥有完全自主知识产权的国产化装置，于2006年投入运行标志着技术在国内的应用进入了一个新的阶段。

目前我国电网仍然很缺少控制手段，电网安全稳定问题也较为明显，一些因素限制了电力传输，存在电力系统崩溃的安全隐患。因此，需要在现有设备不发生变动的条件下，，采用经济的、有效的、相应的技术，的作用，，这一点特别适合紧张的状况。因此，对技术有需求[]。技术是当今电力网输配电技术中最新研究发展对象，它能给电网规划建设和运行带来重要且积极的影响。由于，加上如今电力，所以目前，都在积极开展器件。如何、提高输电网的、效率是尤为重要的，这是输电技术，这将大大改善供电和用电质量，节约能源，对今后各国联合电网的形成、建设和运行，具有重大的意义。1.3可控串补技术研究现状1.3.2可控串补技术的发展随着我国电力工业的迅速发展，、，但是的限制，它的最大传输功率，这就浪费。通过采用技术、、已成为电力领域的共识。而(可控串补——TCSC)作为是()，能够，能力，并能防止(SSR)问题发生，所以也成为焦点。、、，在以前世界上仅有能力，可如今在我国串补，部分国际领先进水平。、和等电力电子装置也十分美好。自1928年串补技术用于美国33kV系统以来，可控串补技术应用已将近90年的历史。1950年220kV投入运行，使得装置广泛的应用，从220kV发展到765kV，安装的总容量已经超过9000万Kvar。，在固定串补技术的基础上，，分为固定串补[]。串补技术的飞速发展，对传统产业有着重要积极的影响，表1-2可看出串补技术的发展史[]。表1-2串补技术的发展史时间（年）地点或工程电压等级用途意义1928美国，纽约33kV电力系统第一次应用串补1950瑞典，Alftar230kV230kV第一次用串补1954瑞典，Hlavero380kV400kV第一次用串补1968美国，太平洋公司500kV500kV第一次用串补1989巴西，伊泰普800kV800kV第一次用串补1991美国，AEP345kV第一次用可控串补2003中国，平果500kV国内第一个可控串补2004中国，成县220kV第一个国产可控串补2007中国，冯屯500kV世界容量最大的可控串补1.3.2可控串补技术应用概况我国从1954年开始研究，上世纪在220kV线路和330kV线路上。2004年，在公司领导下研制。2002年，并于2004年12月27日完成了工程[]。现如今串补技术的成熟发展，国内外一些重要的串补工程，整理总结可见表1-3[表1-3国内外重要串补工程项目所在系统规格投运时间功能KanawhaRiver的TSSC美国APE345kV系统788Mvar、2500A、42Ω、补偿度为10%1991年Kayenta的ASC美国WAPA230kV系统两组165Mvar、60Hz、55Ω电容器组1992年Slatt的TCSC美国BPA500kV系统6模块、每模块60Hz串联电容器1.3Ω、并联电抗器0.2Ω1993年Stode的TCSC瑞典400kV电力系统50Hz、51Ω固定部分和22Ω的可控部分1997年巴西（南部电网）SerradaMesa巴西500kV南北联络线可控补偿度5~6%（持续）15%（短时）、电容器：107Mvar1999年巴西Imperatriz巴西500kV南北联络线线路可控串补度18%（短时）107Mvar1998年中国平果可控串补工程南北天广500kV交流输电线路可控串补度5%（持续）、15%（短时）、电容器55Mvar2003年中国成碧可控串补工程甘肃成县-碧口220kV交流输电线路可控补偿度50%（持续）、补偿容量为96Mvar2004年中国伊冯可控串补工程伊敏-冯屯500kV交流输电线路补偿度为30%FSC+15%TCSC，补偿容量为544.3Mvar+326.6Mvar2007年国内外应用研究表明，可控串补对提高电力网的运行可靠性、灵活性及改善线路性能具有重要作用。观察分析国内著名工程的投产运行，可看出对可控串补装置(TCSC)的研究工作，也已，转变到了与其他装置协调控制对系统的影响。这对实现我国“”的发展战略具有显著而重要的作用。1.4本论文的主要工作本文选择“带有可控串补方式的柔性交流输电系统建模与仿真”作为课题。论文主要研究装置对柔性交流输电系统的影响，以为仿真平台建立模型，从而通过系列仿真验证在输电网的作用及影响。本文的主要工作及章节安排如下：第一章论述了课题研究的意义；柔性交流输电的一些概念和在国内外的发展情况；可控串补()的，以及其发展应用现状。第二章讨论了的；装置的四种运行模式，并以单机无穷大系统为例研究了对系统的阻尼特性，分析，谐波特性和能力特性。第三章就仿真系统模型建立先概述技术和模块库典型模块的简要说明，再详述了带有的柔性交流输电系统模型的建立，以及初始状态设置，为后续仿真分析奠定好基础。第四章则为系统模型进行仿真分析，研究了在线路故障，母线故障时对系统的作用及影响，并做了频率分析，最后探讨了对电力系统稳定性的影响。

第二章可控串补(TCSC)的基本原理2.1可控串补的概念(1)可控串补()的概念随着电力系统负荷快速增长以及电力市场的发展，增加具有输电线路的容量和提高电力系统的稳定性受到人们的重视，可控串联电容补偿()，应用略显突出。这一技术是20世纪90年代出现。它是技术结合电力电子技术，()的重要的技术成果，这样使性能大为提高，负荷的快速增长。基于现代电力电子技术的串联补偿器：一种是利用晶闸管可变电纳，另一种是电压源。()，指的（简称可控串补）。可控串补的采用，，增强了可控性，。有关部门在制定云南电网的“十二五”规划时，通过分析，以及云南电网存在的薄弱环节时，提出了提高远距离输电能力的解决措施中，对于可控串补的采用，在增强云南电网的稳定性及外送能力方面的积极作用予以了肯定和支持，为云南电网未来五年的规划建设提供了参考[]。(2)并联补偿和串联补偿的基本介绍并联补偿对于电网的稳定和提高功率因数有很大作用，从另一角度来看，如果能够减小传输线路的阻抗，同样也能达到增大传输容量、稳定电压的目的。除了并联补偿之外，输电线路另一种电压补偿型的串联补偿是通过串联一个无功电压源其电压极性正好与压降的方向相反，从而能使合成的线路压降的幅值减小，等效于缩短了传输线路的长度，或者等效于减小了线路的电抗值。串联在线路中的无功电源根据结构的不同可以有很多的形式，这在前面的第一章中对串联补偿装置有过分类，也就几种常见的串补装置()进行了简要的介绍，但这些串补装置()有一点是相同的，那就是它不消耗有功功率，那就意味着该无功电压源电压矢量与线路电流矢量正交。串联补偿就是补偿交流输电线路的装置。，串补装置可分为固定串补()和可控串补()。，使整个输电线调节。，其最大的特点，提高输送能力[]。无论从柔性交流输电系统()在国内外的发展趋势，还是从可控串补技术()的应用概况来看，可控串补()对于控制传输线路的潮流和提高系统稳定性等方面都起到很好的作用，它是柔性交流输电()的一个重要的历史节点。(3)可控串补和固定串补区别联系串补装置以()为主，且基本上采用()+，其主要结构如图2-1所示，()主要构成元件有：C、()、、S、D。图2-1固定串补装置结构示意图固定串补装置()总共有、故障后未导通、、、这五种运行状态。从而也就存在：(此时未导通)、(此时导通，)和(此时旁路断路器闭合，)[]。eq\o\ac(○,1)线性方式：，此时未导通，，，电容器。此时，也可以是故障后。eq\o\ac(○,2)导通方式：导通电压水平，但又没有超过吸收的能量值，此时仅导通，，。eq\o\ac(○,3)旁路方式：保护电压水平或者吸收的能量值，，，。可控串补()()而言的，可控串补(TCSC)串补()()的缺陷。可控串补(TCSC)，、，，。可控串补装置()C、MOV、D和S等主要元件组成，()的，具体后面再做分析。()的是，可控串补装置()中支路，。SCR触发角α来控制导通时间，，。支路，，。可控串补()通过触发角的大小调整串补装置阻抗值，从而存在三种工作方式，即晶闸管闭锁(阻断模式)、晶闸管旁通模式、调节模式。具体也在后面详细分析。由此可见，固定串补和可控串补在装置结构上存在差异，所以工作运行方式上也有明显的差别，就目前的发展趋势(第一章中有所描述)来看，可控串补()可以，，，还可以，，，在我国拥有十分广阔的应用前景[]。2.2可控串补(TCSC)基本工作原理2.2.1可控串补(TCSC)的结构基本的模块是由一个电抗器L与一个SCR串联后，再与C，如图2-2所示。，调节，，控制整个装置。，，可能危及的运行，。因此，实际中的，还包括金属氧化物避雷器()和旁路断路器等。如图2-3所示。图2-2可控串补基本结构图2-3可控串补装置结构示意图可控串补装置()的结构如图2-3所示，主要由电容器组C，旁路电感L，金属氧化物变阻器()，旁路断路器S，以及两个双向反并联的大功率晶闸管SCR构成。其不变电容的容量决定了，可以被它控制，的容性区一起决定，为了抵消L，从而减少所吸收的能量；为了使系统在各种运行条件下满足性能要求，以提高系统稳定性、增加线路传输能力、并，可以用双向晶闸管TCR改变的等效阻抗。其作用防止在电容器组上出现过电压，以保护电容器组。，，，当所加某值时，呈现很大，对并联电路基本不产生影响，反之，则呈现很小的阻值，其对串联电容器C起到保护的作用，会分担线路电流，从而避免两端电压过高而造成危害。此外，不仅能够限制电容器上的电压，还能使其保持接入的状态，有利于系统暂态稳定性的提高[]。S，当发生异常时，电容器一般就会被旁路。，晶闸管改变，因此而改变，，触发角在90°~180°时，它呈感性，触发角在145°~180°时，它呈容性[]。2.2.2可控串补(TCSC)的工作原理分析由2.2.1节介绍可知，是在并联LC电路的电感支路中串联了，，，从而可以连续，相当于改变了的，如图2-4所示。也就是说，通过控制晶闸管的触发角，就能控制改变等值阻抗的性质和大小了。图2-4TCSC等效图可以表达为：Zeq=如果ωC−1ωL>0，则表示的电抗值比可变电抗器(L)的电抗值小，。并使得整个LC并FC电抗值大。如果ωC−1ωL=0，则，这将导致如果ωC−1ωL<0，则表示并联电路的本身的值，这种情况对应于。当发生时，随着(L)感性，等效。，也就是，即等于本身的电抗值[]。：可由式表示：P=U1式中U1、U2-σ-XL-U1、U2/XL-（静态稳定极限），：P=U1XLX在（σ相同）的条件下，：KC=XC/XL。在500kV工程中，40%，则每功率之比为1.67倍。即安装了装置相当于线路[]这表明，可控串补之所有能有效的提高输电线路的传输容量，可以说是其自身的电感的作用，相当于等效电感，使得线路，。从物理层面上来看，为了串联阻抗的传输功率，，但是在条件下，采用串联电容，就能电感压降反向的电压，，因而能的电流，。因此，可控串补可以看作电压源。2.2.3可控串补(TCSC)的运行模式实际中，TCSC有四种：(1)晶闸管的旁通模式[图2-5晶闸管旁路模型，晶闸管，全导通，导通角为0°（或180°），，，从而正弦电流，使电路为容性。这时，模块，的等效电抗为XLXC/(XC−XL)。通常，。然而，流过整个模块，电纳大。这种模式(TCR)模式，它完全不一样的。，，从而将电容器即，只是在故障或时才会发生。晶闸管目的，或用来保护功能。无论何时，模块，都要下，，才能将模块重新。(2)（全关断模式）：图2-6晶闸管闭锁模型。在此模式下，晶闸管的信号，。所以触发角为180°，如果状态时下达闭锁指令，立即关断。这样，模块就退化为固定串补，此时为XC，的净电抗是的。在此模式下，的运行特性，对应的称之为基本容抗值，在此状态下的。在投入前必须此模式，所以该模式是运行。电容器上的并采用直流偏移控制，因而不会任何损害。(3)微调模式图2-7晶闸管部分导通（容性微调）模式图2-8晶闸管部分导通（感性微调）模式在此模式下，可以通过实现使其呈现为连续感性电抗，但是，因为一个谐振区，所以不允许感性模式。晶闸管门相控，晶闸管开关，触发角在90°<α<180°范围内。如图2-7和图2-8所示。晶闸管。在此模式下，当电容器电压，，这将使得TCR方向相反，从而导致。这个FC上的电压，，其效果就是提高了串联补偿度。为了产生，计算的正向晶闸管的α，必须限制在αmin<α<180°范围内，在这一范围内时，的电抗。当a从180°减小到αmin时，。当α=αmin时，容许的电抗为基频值的2.5~3倍，主要取决于能力等条件。一般运行，在暂态过程中，在动态过程中可控制；稳态运行时，、降低网损。晶闸管下的另一种情况是感性微调模式，可控硅触发角α大于0°，且低于临界角度，此时，晶闸管具有较高的导通程度。可控串补等值电抗在最大允许电抗范围内调节。在这种模式下，循环电流的方向反向，TCSC呈现为阻抗。表2-1不同运行模式下TCSC的导通情况以及输出阻抗方式TCSC中晶闸管T1、T2状态输出阻抗2.3可控串补(TCSC)的运行特性2.3.1阻抗特性TCSC的阻抗特性与晶闸管控制并联回路，若忽略MOV等相关回路（因为TCSC，MOV投切作用，而实际影响TCSC是电容器回路，所以此处忽略其的存在），则可以采用简化模型，，装置的值XTCSC与触发角α的关系为XTCSC=π−2式中，α为，ω=1/LC为TCSC。图2-9TCSC的基波阻抗与触发角的关系曲线由图2-9可知，以α0为分界，TCSC分为两部分：90°≤α≤α0时，α0≤α≤180°时。且α越接近α0，TCSC呈，阻抗值越大。此时，α的微小波动，，这对TCSC的控制是不利的。因此，应避免运行于α=α0区域。2.3.2阻尼特性TCSC装置串联，通过增加系统阻尼，能有效谐振的发生。当负荷增加时，的阻尼效果也会增加：以图2-10所示的单机无穷大系统为例进行原理分析[图2-10单机无穷大系统设发电机输入的机械功率的值为恒定值，得到：ΔV=ΔT其中X∑=Xd则矩阵：A=01−VEMX特征值为：λ=±−VEMX通过上面分析知道，当cosδ0>0，XΔP=KT微分方程可为：ΔV=Δ其中：KS=矩阵：A=01特征值为：C=KT加入TCSC装置后的简单电力系统如图2-11所示。图2-11加入TCSC系统图令ΔXC=则ΔPE其中：X∑0=则：A=01特征值为：λ=−VEM由此可知，系统振荡的根本原因，TCSC装置串联时，若系统增大时，通过监测TCSC可对晶闸管控制，从而值，输电减小能增加线路功率，。因此，若在输电线路上串入的TCSC装置低频振荡。次同步谐振是相互作用的、同步频率的一种振荡形式。能够改变阻抗特性，，从而振荡，导致两种振荡谐振。TCSC装置则可改变电磁谐振的发生，从而次同步谐振。实际运行过程中，除了TCSC装置的触发方式，其所表现的也存在一定的关系。若系统发生频率增加时，则TCSC装置的周期则相应变小，，其导通角小，进而降低了容抗，减弱了补偿。此时使功率减小，，频率继续增大。从这看，系统扰动下TCSC装置。为消除特性，需要对装置的综合考虑。2.3.3谐波特性由于谐波特性，TCSC的TCR支路，从而在电容电压中产生分量，该谐波分量的大小，，如TCSC的参数、、等[]。针对装置的进行综合分析考虑(1)，假设线路电流为纯正弦波，则稳态情况下，电容电压的谐波分量为3次、5次和7次。维持电压恒定(UCref=UCmax)时，谐波分量与线路电流的关系如图2-12所示（谐波幅值百分比计算的基值为额定电流下、TCR电容器电压）。所以降低，可以基本忽略7次以上的谐波分量。虽然看上去低次谐波电压幅值较高，但由于这些谐波分量基本上是电压源性质的，，若将输电线路阻抗，则这个谐波回路，且两者稳态谐波电流的大小。，TCSC装置中部，且在稳态下，两端电网较大，在线路电流，对外部一般很小。图2-12电压谐波分量-线路电流的关系(k=7.5)(2)在系统中TCSC装置特性。非系统故障情况下，，都会产生相应的电压，一般都在合理的范围内，不会影响。但是当故障时，如果工作于旁通模式，则回路的自然振荡会谐波，而如果不工作于旁通模式，则MOV的限压包含3次谐波，，带来不利影响。2.3.4能力特性尽管TCSC的设计是基于应用要求，但其不同部件的特性决定了约束。TCSC装置需要满足一定的条件，如：，这主要决定于TCSC特性[]。(1)电压约束：分析的组成可知，串联电容器和保护(MOV)。正常工作时，，因此两端的电压长期承受电压；而两端产生的，应该满足范围。同时，据上节分析，MOV越大，其幅值也越大，。(2)电流约束：设备由于过热而损坏，甚至引起故障。对于装置，尤其应该避免产生。一方面要选择相应的电容器和晶闸管，；另一方面在运行期间，需在串联支路采取限流措施，，设备受到危害。另外，电流过大，。，抑制谐波电流。(3)晶闸管约束：据图2-9TCSC可知，α直接决定了TCSC。对α的控制避开的谐振区，另一方面，不同运行，也需要原则，否则会导致进入谐振区工作，。2.4本章小结本章首先介绍了串联补偿与并联补偿的不同，其次介绍了装置：的结构、暂态模型、下的串补保护。研究发现，固定串补和可控串补的故障后动作行为有相似之处：一是未导通状态；二是导通但未饱和状态；三是饱和状态，串补装置运行方式。介绍了可控串补的结构、工作原理和运行模式。从而体现可控串补装置(TCSC)的良好性能。其过程中研究TCSC结构及故障后动作行为，也为下文串补模型的搭建和研究柔性交流输电系统奠定了基础。

第三章带有TCSC的柔性交流输电系统模型建立电力系统是一个大规模、时变的复杂系统，在变电、输电、配电和用电等环节中有着重要的作用。为了便于测量、调节、控制、保护、调度电能以及保证机电系统的安全运行，需要在电力系统的相关环节中设置相应的信息和控制系统。为了保证电力系统的功能和质量，在设计、分析和研究机电系统中的电力系统时，必须完整，确切地了解所设计电力系统的输电能力、静态特性、动态特性、稳定性和潮流等信息。但实际上，要了解这些信息内容，常常会遇到困难，甚至有些困难是根本无法解决的，因此有必要借助仿真模型对电力系统进行试验和研究。3.1仿真软件MATLAB/SIMULINK的概念3.1.1MATLAB仿真技术概述20世纪70年代，美国新墨西哥大学计算机科学系主任CleveMoler为学生设计LINPACK和EISPACK的“通俗易用”接口，这用FORTRAN编写的MATLAB(，矩阵实验室)[]。1984年，MATLAB被正式推向市场。这个时候，采用C语言编写的，而且，还新增了数据功能。相比较FORTRAN和C语言，MATLAB的语法，方式，被称为“草稿”。它，成功地应用研究领域。目前，软件版本，本论文中所使用到的版本为MATLAB7.0。MATLAB可概括为以下几点：(1)MATLAB可以完成符号、数值的各种形式和规模的计算，而且速度较快。比如等。(2)它除了操作以外，工作还能进行。使用语言的几乎所有功能，包括图形，容易学习。(3)利用的图形命令可以绘制各种图形，在图形用户界面使用GUI制作工具，能够根据自己的需求来编写满意的图形界面，制作用户菜单和控件。(4)在中，就可以将系统中，图像文件(5)使用方便，：使用语言编写的程序，无须编译。(6)另外，还提供了一个分支产品Simulink，具有强大的建模仿真分析功能。(7)的缺点：相比于其它的高级程序，程序的执行速度较慢。主要是因为它的程序不用编译，而且也不生成可执行文件，程序为解释执行。无论是通信航天，还是自动控制，或是工业设计，都被广泛的使用。很多学生用这一软件来辅助课程；也应用软件进行设计与仿真。3.1.2Simulink仿真技术概述1990年，软件公司为提供了工具，，该工具，并于1992年改为Simulink。顾名思义，该系统的两个主要功能：。Simulink是一种可以对动态系统软件。主要功能是实现仿真。建模、分析和仿真各种动态系统（包括连续系统、离散系统、和混合系统）。，包括电子动力系统、控制学系统等。Simulink的特性涵盖以下几个方面：(1)它是一种图形化的仿真工具，提供了丰富的模块库，能够帮助用户快速地建立系统动态模型。支持线性、非变量和混合式系统结构。(2)它提供仿真，也可以通行仿真。(3)允许用户能够自由扩展仿真环境的功能，因为Simulink且还可以采用、和代码生块库，并拥有自己界面。(4)Simulink能与功能，所以接在Simulink下工作，当然也可以融入仿真过程。表3-1Simulink具有的特点：序号特点123456783.2MATLAB/SIMULINK模块库3.2.1简介SimPowerSystems模块库(1)特点SimPowerSystems（电力系统）模块库是Simu1ink下面的一个专用的包含电气网络中常见元器件和设备的模块集，它对电力系统模型的描述简易直观。而且其自身模型能够与其它的Simulink模块连接，从而进行整个系统级动态分析。SimPowerSystems的诞生，为我们仿真分析。它具有以下：1)使用图形来建模与仿真；2)含有模型模块、单相模型等。3)利用强大的功能，可以得到电子系统的仿真结果；4)其模型离散化方法提供了快速和实时的仿真；5)提供各种分析表达式、计算稳态解、潮流/电压复、计算系统的潮流等；6)提供了扩展的电气系统、网络设备模块；7)提供了各个模块，描述了许多模块的具体使用方法。(2)组成电力系统Simulink模块一块使用，控制模型，连接通过与电力系统模块库提供的测量模块实现。SimPowerSystems（电力系统）模块（库）拥有很多个模块，分别位于类模块库中，如图3-1所示。图3-1SimPowerSystems（电力系统）模块库的基本模块（库）1)ElectricalSources模块库：如图3-2所示，有交源、可控源、直压源、还有三相电源。图3-2ElectricalSources(电源)模块库汇集2)Elements模块库：如图3-3所示，有RLC支路和负载、断路器、线路参数模块、RLC负载模块、三相故障、三相变压器（双绕组和三绕组），接地模块等。图3-3Elements(电气元件)模块库汇集3)Machines模块库：如图3-4所示，有简化同步异步电机（标幺制和国际单位制）、完整形式同步异步电机、直流电动机、以及电机测量单元等。图3-4Machines(电机)模块库汇集4)Measurements模块库：如图3-5所示，有电阻流测量模块、电模块、三相测量模块。图3-5Measurements(电路测量)模块库汇集图3-6PowerElectronics(电力电子器件)模块库汇集5)PowerElectronics模块库：如图3-6所示，有细节的晶闸管、二极管、、理想开关、、模块，模块等。6)ExtraLibrary：这一子库又包含许多模块，后面用到再做具体讲解。3.2.2常用模块(库)的功能简介(1)SimplifiedSynchronousMachine(简化同步电机模块)这一模块忽略电感、励磁和的漏感，仅仅只是理想电压源串联线路为同步电抗。电力系统模块库中提供了2种简化同步电机模块：标幺制单位下的简化同单位制下的模块，如图3-7所示。图示模块有2个输入端子、1个输出端子和3个电气连接端子。其中输入端子输入电机的，可是固定值或是水轮机和的输出。输入端子为电机内部的电压，可是固定值，也可以节器的输出端子(A，B，C)为端子(m)输出一系列电信号，共由12成（见表3-1）。图3-7简化同步电机模块表3-1简化同步电机输出信号输出符号端口定义单位1~3iis_abc4~6Vvs_abc7~9Ee_abc10θThetam11ωwm12PePe图3-8简化同步电机输出信号分离接线图3-9简化同步电机模块参数对话框通过电机测量信号分离器模块可将输出端子m中的每一个信号分离开，如图3-8所示。点击简化同步电机模块的参数对话框，如图3-9所示。1)Connectiontype：定义电机的连接类型，分为3连接和4型连接（即中线可见）两种。2)Nom.power,L-Lvolt,andfreq.：三相额定视在功率Pn(单位：VA)、额定线电压有效值Vn(单位：V)、额定功率f3)Inertia,dampingfactorandpairsofpoles：转动惯量J(单位：kg·m2)或惯性时间常数H(单位：s)、阻尼系数Kd4)Internalimpedance：单相电阻R(单位：Ω或p.u.)和电感L(单位：H或p.u.)。R和L为，设置时允许R=0，但须L>0。5)Init.cond.：初始角速度偏移Δω(单位：%)，转子初始角速度位移θe(单位：°)，线电流幅值ia、ib、(2)Three-PhaseTransformer模块三相单相等效电路如图3-10所示。图3-10三相变压器单相等效电路图(a)双绕组(b)三绕组同一铁芯上。其中，R1、R2和R3为电阻，L1、L2和L3为，Rm和LmSimPowerSystems库中提供了的三相变压器模块，有三饶组和双绕组两种，如图3-11所示。图3-11三相变压器模块双绕组三相变压器模块，有以下几种：1)连接：3个；2)连接：4个，绕组可见；3)连接：3个，模块；4)连接：3个，Δ绕组°5)连接：3个，Δ绕组30°。而三绕组三相变压器模块实际上是由三个单相变压器模块根据不同的联结组别连接而成的。不同的连接方式对应不同的模块，本论文建模仿真所用的双绕组三相变压器模块为型连接。三绕组三相变压器模块则为饱和变压器，如图3-12所示。图3-12饱和三绕组三相变压器模块图3-13三绕组三相变压器模块参数对话框双击模块，可话框，如图3-13所示。1)Nominalpowerandfrequency；2)Winding1(ABC)connection；3)Windingparameters；4)Winding2(abc-2)connection；5)Windingparameters；6)Winding2(abc-3)connection；7)Saturablecore；8)MagnetizationresistanceRm；9)Saturationcharacteristic；10)Simulatehysteresis；11)Specifyintialfluxes：12)Measurements：对绕组电压、绕组电流、磁通和磁化电流()、所有变量()。(3)Powergui模块Powergui模块，是一种读者界面。在SimPowerSystems模块库中非常重要，通过Powergui模块，可以连续系统仿真、，并实现以下功能：显示稳态值；改变态；进行初始化设置；显示图；显示分析结果；“”()时域面；生成报表，该报表模块和电路状态。并以保存；设计特性[]。提供的Powergui模块在模块库中，如图3-10所示。图3-10Powergui(图形接口界面)模块图3-11Powergui模块Powergui模块，则会如图3-11所示。该窗口包括SimulationTypeAnalysisTools。1)仿真类型：仿真类型包括相量法仿真、离散系统仿真和连续系统仿真三种类型。2)分析工具：eq\o\ac(○,1)Steady-StateVoltagesandCurrents：显示系统的稳态V、I。eq\o\ac(○,2)InitialStatesSetting：对仿真系统的初始电压和电流进行设置。eq\o\ac(○,3)：潮流标签设置、。eq\o\ac(○,4)UseLTIViewer。eq\o\ac(○,5)：如果，该窗口性图。eq\o\ac(○,6)FTTAnalysis：利用Powergui模块中的快速傅里叶分析工具，可对仿真系统中的有些变量进行傅里叶分析。eq\o\ac(○,7)GenerateReport：产生稳态计算的报表。eq\o\ac(○,8)HysteresisDesignTool：对模块设计。eq\o\ac(○,9)：通过结构计算的参数。(4)断路器模块SimPowerSystems库提供的模块可仿真。断路器合闸后等效于电阻值为Ron的电阻元件。Ron是很小的值，相对外电路可以不计及。断路器断开时，熄弧过程通过电流过零时断开断路器完成。开关的投切操作可以受外部或内部信号的控制。外部方式控制时，断路器模块上出现一个输，输入为0或者1，其中0，1表；内部控，切断时间由模块对话框中的参数指定。如果断路器初始设置为1(投合)，SimPowerSystems库自动将线性电路中的所有状态变量和断路器模块的电流进行初始化状态设置，这样仿真开始时电路处于稳定状态。断路器模块包含Rs−Cs缓冲电路。如果断路器模块和纯电感电路、电流源和空载电路串联，则必须使用缓冲电路[]。断路器模块在库中提供了单相断路器和三相断路器两种，如图3-12所示。图3-12断路器模块图3-13三相断路器参数对话框双击模块，可弹出参数框如图3-13所示。1)Initialstatusofbreakers；2)SwitchingofPhaseA；3)SwitchingofPhaseB；4)SwitchingofPhaseC；5)Transitongtimes：采用内部控制方式，则以控制开关动作时间，采用不可见。6)Externalcontrolofswitchingtimes：选中则模块上出现一个外部控制信号的输入口，开关时间由0或1控制。7)BreakerresistanceRon：断路器投合时内部电阻，不能为0。8)SnubbercapacitanceRs：并联的阻值，如果设为inf，将取消缓冲电阻。9)SnubbercapacitanceCs：并联的容值，设为0时，将取消缓冲电容，设为inf，缓冲电路为纯电阻性电路。10)Measurements：None；Branchvoltages；Branchcurrents；Branchvoltagesandcurrents。(5)三相故障模块三相故障模块是由三个独立的断路器组成的、能对进行模拟的模块。如图3-14为SimPowerSystems库提供的三相故障模块，点击该模块可得到图3-15的参数对话框。图3-14三相故障模块图3-15三相故障模块参数对话框1)PhaseAFault；2)PhaseBFault；3)PhaseCFault；4)FaultresistancesRon；5)GroundFault；6)GroundresistanceR；7)Externalcontroloffaulttiming；8)Transistionstatus；9)Transitiontimes；10)SnubbercapacitanceRs：并联的电阻值，如果设为inf，将取消缓冲电阻。11)SnubbercapacitanceCs：并联的缓冲电路中的电容值，设为0时，将取消缓冲电容，设为inf，缓冲电路为纯电阻性电路。12)Measurements：None(无)；Branchvoltages；Branchcurrents；Branchvoltagesandcurrents。(6)线路模块输电线路的参数指线路的，这些参数都是均匀分布的。当分析线路的波过程以及进行更精确的分析时，通常使用线路的分布参数模块SimPowerSystems库中的分布参数线路模块如图3-16所示。图3-16三相分布参数线路模块图3-17三相分布参数线路模块对话框三相分布参数线路模块的参数对话框如图3-17所示，主要参数有：1)NumberofphasesN2)FrequencyusedforRLCspecification3)Resistanceperunitlength4)Inductanceperunitlength5)Capacitanceperunitlength6)Linelength7)Measurements由于导线和地之间的，R和L有极强的依频特性，分布参数线路模块也不能准确地描述线路RLC参数的依频特性，但和PI型等效电路模块相比，分布参数线路可以很好地描述。(7)负荷模型电模型，其中静态负荷功率与电压和的关系，动态负荷功率随时间的变化。为型，仅对静态负荷模块做介绍[]。库中提供了四种静态负荷负荷，三相串联和并联负荷，如图3-18所示。图3-18静态负荷模块单联负荷线性负荷进行模拟。在下，负荷阻抗功率与电压的比。三相串联和并联负荷负荷进行模拟。，负荷阻抗为固定值，负荷平方成正比。在三相串联负荷模块中，如表3-2所示。表3-2三相串联RLC负荷模块内部结构结构解释Y(grounded)Y(floating)Y(neutral)Delta3.2.3可控串补(TCSC)装置模型串联(MOV)、尼阻抗，如图3-19所示。图3-19串联电容补偿装置阻尼回路成，在电容器组放电的时候，电抗器限制了放电，，电阻可以。其特点是特性比较好，对外界环境影响，但如果电流容量要求会变高。若出现过电压，旁路会被击穿，电流从流过，就能防止电容器组损坏；而阻尼回路是防止被烧坏。介于论文设计要求，采用可控串补方式来研究柔性交流输电系统。其可控就在于调制电容器，进行可控时，电容XC不超过XL的40%。由第二章可以分析。如果XC过高，结果就有两种情况，其一是XC=XL，也就是等补偿，X趋于无穷大，这种情况是不允许的；其二是XC>X3.3系统模型的建立3.3.1系统描述6台350MVA(如下图3-20所示)。图3-20系统单相电路图600km的输电30000MVA的。735kV，由两段300km，工频为50Hz。300km的线路L1和L2进行补偿，补偿度为40%，装设330Mvar，作为过电压保护装置，。补偿设备接到母线B2路侧，B2通过一个的饱和230kV侧（中压侧）的250MW，变压器接线方式为。3.3.2系统的设计打开系统，在中找到变压器，三绕组故障模块，分布偿器，三相负载等。在，在子系统中找，根据课题要求把这些模块图如下图3-21：图3-21系统仿真图发电机选用中和母线B2相连压器。母线测量模块，在Powergui中可以观测到母线的电压电流情况，从而进行稳态分析，将其设为压电流测幺值表示。从系统仿真图可看出，故障发生在线路1的串补装1个周期末发生a1两侧的断路器，即将三相个周期后a相接地故障消失。点的子系统，打开子系统如图3-22所示。图3-22由。打开“容补偿a相”子系统，如图3-23所示图3-22串联电容补偿”（SeriesComp.1）的子系统图3-23“串联电容补偿a相”(SeriesComp.1/PhaseA)子系统首先话框，求出300kmXL：XL=2需补偿的XC为0.4XLXC=0.4×88.0=35.2补偿电容的CS为：CS=图中的元件由中的“避雷器”模块等效。用于防止。2.5倍时，将Vprot：Vprot=2.5×（其中，In，取值为2kA）为了保护，在上并联隙，当上时，间隙放电。联的支路是用电流上触发”子系统完成对放电间隙的控制，如图3-24。该系统对中的计算，当能量值大于到断路器模块中，，实现间隙放电。打开图3-21系统仿真图中的三相三绕组的参数对话框，注意表示为[0，0；0.0012，1.2；1.0，1.45]图3-24仿真系统模型3.3.3初始状态设置在进行状态设置。点击中模块的“”按键，3-25所示。设置，电机输出的1500MW，初始电压为即。图3-25“潮流计算和电机初始化”按键单击Powergui模块的“”按键，更新相量、线功率、机械功率、显示在图3-25的左侧。退出模块，打开，可以观测到“machineinitialconditions”已经被系统了，同时，和电机输入端口相连的机械功率和为、。在模块中仿真，真结束时间为(本论文设计的系统带有断路器模块，所以进行仿真时需要采用如ode23tb/ode15s这样的刚性积分算法，才可以加快仿真速度)。3.4本章小结本章对，由此可知仿真软件的选择是明智且仿真结果具有很好的说服力。其次对MATLAB/SIMULINK模块库做了详细的讲解，意在为后续的仿真模型搭建奠定好基础，分别对建模所需的几种常见的模块做了概述。最后系统模型的建立，由系统的描述而做出设计，从先前介绍的模块库中选择相应的模块，并对模块进行参数设置，对搭建好的模型进行初始状态设置。本章是为后续章节做的准备工作，在实际应用中也提供了很好的建模参考价值。

第四章带有TCSC的柔性交流输电系统仿真与分析4.1线路1故障时的暂态分析打开参数对话框，设置故障，0.01s后故障消失。。根据线路故障点相对于串补电容的位置，可以建立串补电容前故障和串补电容背后故障两种模型。其故障简化模型如图4-1所示。图4-1故障模型4.1.1串补电容前故障仿真系统模型如图4-2所示。图4-2仿真系统(1)线路1发生单相接地故障（以a相接地为例）由理论分析，离散化仿真相比连续型仿真而言，能够有效的缩短仿真运行时间（即提高了仿真的运行速度）。所以，接下来的仿真分析均采用离散化仿真方法。在模块中选择离散化仿真，结束时间为0.2s，。开始仿真，得到a相B1和B2上电流波形如图4-3、图4-4所示。a流波形如图4-5所示。a隙上的电压、上的电流和如图4-6所示。图4-3单相接地故障时母线B1上的三相电压Vabc和电流Iabc波形图4-4单相接地故障时母线B2上的三相电压Vabc和电流Iabc波形图4-5单相接地故障时的三相短路电流Iabc_Fault波形图4-6单相接地故障时a相串联补偿装置上的相关波形（a）Gap电压(b)MOV的电流(c)MOV能量仿真开始时，，时，a障，最大故障电流，MOV每半（），使得MOV（）。当t=0.0852s时，，断路器CB1和CB2断开，MOV中存储的能量不再发生变。由于MOV30MJ的门槛阈值，因此放电间隙不动作，上的电压缓慢减小(a)，故障电流降到0，见图4-5，串联电容器中的残余电荷0，串联电容放电结束，）。由于ABC三相交流电频率相同，电势振幅相等，只是相位差互差120︒，所以在仿真过程中，可以参照前面介绍的方法，只要将“三相故障模块”参数对话框中分别选择b相、c相接地故障即可。(2)线路1发生三相接地故障打开，设故障。再次进行仿真，可得到三相B1、B2上三相；a相串补装置。图4-7三相接地故障时母线B1上的三相电压Vabc和电流Iabc波形图4-8三相接地故障时母线B2上的三相电压Vabc和电流Iabc波形图4-9三相接地故障时的三相短路电流Iabc_Fault波形图4-10三相接地故障时a相串联补偿装置上的相关波形（a）Gap电压；(b)MOV的电流(c)MOV能量由图可见，在MOV，能量在故障后330MJ的门槛阈值Gap被触发，串联电，电容器上0(见图4-10(a))。B2上电压降为0，，将故障与母线B2隔离，(见图4-8(a))。4.1.2串补电容后故障仿真系统如图4-11，即在4.1节建立的系统的基础上，将故障装置移动到了TCSC模型的后面。图4-11系统仿真图(1)线路1发生单相接地故障（以a相接地为例）对系统仿真，得到a和上的4-12、图4-13所示。a4-14所示。a相串的电压、上的电流和4-15所示。图4-12单相接地故障时母线B1上的三相电压Vabc和电流Iabc波形图4-13单相接地故障时母线B2上的三相电压Vabc和电流Iabc波形图4-14单相接地故障时的三相短路电流Iabc_Fault波形图4-15a相接地故障时a相串联补偿装置上的相关波形（a）Gap电压；(b)MOV的电流；(c)MOV能量同样，仿真开始时，系统处于稳定的状态，三相的波形都比较正常，可是当t=0.0167s时，即发生单相接地故障时，B2母线上a相电压立刻变为0（如图4-13所示），故障电流也达到了10kA，（如图4-14所示），周期内只导通了一次由图4-15(c)所示，从而使得（见图4-15（c）），当线路上，中存储的能量不再发生变换，却仅仅只有1.3MJ，这和可控串补前故障相比减小了许多，与之不同的是，虽然MOV中存储的能量也未达到放电间隙动作的阈值30MJ,但是的上的电压在缓缓的增大见，故障电流降为0时，其电压在220V。（图4-15（a））(2)线路1发生三相接地故障打开，，可得到三相接地故障时母线B1、B2；a相串补装置4-16-图4-19所示。图4-16三相接地故障时母线B1上的三相电压Vabc和电流Iabc波形图4-17三相接地故障时母线B2上的三相电压Vabc和电流Iabc波形图4-18三相接地故障时的三相短路电流Iabc_Fault波形图4-19三相接地故障时a相串联补偿装置上的相关波形（a）Gap电压；(b)MOV的电流(c)MOV能量由图可知，系统发生三相接地故障，中的存储的能量较单相故障有所提升，有3.6MJ，可见能量存储速度有了明显提高，见图4-19（c）。由图4-19可知，串补装置后故障发生三相短路接地时由于能量未达到门槛阈值30MJ，所以就没有触发放电间隙Gap动作。直到继电保护器动作后，断路器CB1、CB2断开，中储存的能量也就不发生改变，其电压也随之在220kV附近波动，此时，故障电流减小到0，母线B2。4.2频率分析当输，，在一定的条件，它将增强。这种现象。当汽轮发电机组时，。由系统阻抗电压使得变压器饱和。因此，本课题特性展开。4.2.1系统模型首先修改系统图，将4.1“”(Simplified，用“”(Three-PhaseSource)替代。打开“三相，将“三相电源模块”阻抗参数相同，如图4-20所示。从子库中复制“”模块到本模型文件B2的a相和b相线路上，B2的a相和b相的阻抗之和。，将“增益参数”改为0.5，（见图4-21）。图4-20等效三相电源参数设置图4-21阻抗测量模块参数设置由此可以得出最终系统图（见图4-22）。图4-22频率分析系统仿真图4.2.2阻抗依频特性分析打开Powergui模块的“I(阻抗依频特性”窗口，设置频率范围为，纵坐标“(更新)”4-23所示。图4-23阻抗依频特性从图4-23可以看出，，分别在频率其中8Hz，141Hz和346Hz是由600km分布参。可见超高压次同步谐振问题。图4-24频率为50Hz处的阻抗值利用图4-23B2的短路容量的计算。将图4-23在50Hz50Hz处的阻抗值R为52（见图4-24），因此三相短路容量P为P=7352524.3母线B2故障时的暂态分析4.3.1仿真系统能力。因此修改系统图，并对母线B2。将三相故障模块接到B2上，打开三相故障模块，按图4-25修改参数，这样在t = 2/60s。CB1和CB2的参数对话框，按图4-26、4-27作的复选框都取消，。这样，断路器保持初始的合闸状态不再动作，。图4-25母线B2三相接地故障模块设置图4-26母线B2故障时断路器CB1的设置图4-27母线B2故障时断