第1章绪论
1.1课题的研究背景及意义
随着我国经济的不断发展和人们生活水平的逐渐提高，我国的社会用电需求迅速增加。由于发电中心与用户负荷一般相隔距离很远，所以远距离、大规模输电成为我国输电系统不可或缺的部分；通过电网的互联，使得电力系统的规模越来越庞大，同时也会带来相应的一系列的难题，如系统规划和资源的优化配置问题、潮流控制问题、远距离传输容量的问题、动态和静态的安全性问题等。这些问题给电力系统的安全运行与控制提出来极大的挑战，而新型控制技术FACTS (flexible AC transmission system)⑴的诞生是解决现代电力系统所面临这些问题的强大工具和有效手段，它不仅能够增加电力系统的输电容量、增强电力系统的可控能力，同时对电网的潮流控制、稳定性控制都有它独到的优点。随着FACTS技术在电网中的广泛应用，在未来的电网中它势必会起到更大的作用。可控串联补偿技术（TCSC)是FACTS装置中的典型代表之一，它是由常规固定串联补偿技术发展而来。TCSC方案的主要目的是提供一个电容值连续可调节的电容器，而TCSC等效电容值的连续调节是通过对可控桂的触发角进行控制来实现的。它可以用于提高线路输送功率、阻尼功率振荡、提高系统暂态稳定性[2]、实现动态潮流控制和抑制系统次同步振荡。这些为远距离交流输电提供了很好的解决方法。因此，对可控串补应用在电力系统中的相关技术和相关问题的研究具有非常重要的理论指导意义和工程应用价值。
1.2 FACTS技术的发展及分类
所谓FACTS技术是指装有电力电子型或其它静止型控制器的一类电力装置，FACTS技术是一项基于电力电子技术与现代控制技术对交流输电系统的阻抗、电压及相位实施灵活快速调节的输电技术，它可以用来对系统的有功和无功潮流进行灵活控制，以达到大幅度提高线路输送能力、阻尼系统振荡、提高系统稳定水平的目的[3][4]。该项技术可以强化交流输电系统在电力传输方面的控制能力。1992年,世界上首个晶闹管控制的可连续调节的串联补偿装置（TCSC)在美国投入运行[5]。1997年，巴西在联接南部和北部地区电网项目当中有效地解决了电力系统的低频振荡问题，该项目的做法是将TCSC装置成功的运用在500kV高压输电线路中。1980年1月，日本关西电力公司与三菱电机公司共同幵发投运了首台容量为20Mvar的STATCOM样机[6]。1996年10月，美国EPRI与田纳西电力局、西屋电气公司合作在TVA电力系统的SulHvan500 kV变电站建造了土 lOOMvar的STATCOM，投运至今，运行情况良好[7]。1997年7月，全球首台统一潮流控制器在美国的肯塔基州东部的Inez变电站投入使用，该设备是由AEP、西屋公司及美国电力科学研究院共同开发和研制的。我国在FACTS技术方面的发展总体上要滞后于发达国家，但是随着我国电力系统的迅速壮大发展，FACTS技术日益成为解决电力系统目前存在的问题的重要措施。20世纪80年代，我国引进了 5台容量为105?nOMvar的成套SVC装置。1999年由河南省电力局和清华大学共同研制的±20Mvar STATCOM并网试运行。2004年由我国电力科学研究院自主研发的SVC和TCSC在220kV的线路中投入运行。2003年我国幵展了静止同步串联补偿器（SSSC)的关键技术研究。随着大功率电力电子技术的不断发展，FACTS技术的作用将在改造发、输、配电系统中将会越来越显著。FACTS装置按照与系统的连接方式可以分为串联装置、并联装置和串并联装置。根据控制策略的不同可以分为定阻抗控制、定电压控制、定电流控制、定功率控制等。根据其使用电力电子器件的不同又可以分为基于半控型器件晶闹管的FACTS装置、基于全控器件的FACTS装置。根据技术发展的成熟程度可以把FACTS装置分为三代：第一代是已经在实际工程中大量应用的，例如静止无功发生器（SVC)可控串联补偿器（TCSC);第二代是已有工业样机或者应用不太广泛的FACTS装置，这类装置仍处于研究阶段，例如静止同步补偿器(STATCOM);第三代是是将两台或者多台控制器复合成一台FACTS装置，这类装置大多还处于理论研究阶段，例如统一潮流控制器（UPFC)。
第2章可控串联补偿TCSC
FACTS装置都会对电力系统的暂态、稳态、和动态过程产生重要的影响，与常规的电力系统元件不同的是FACTS装置具有可控性、非线性、多样性的特点，这就增加了对其建模的难度。对于研究的问题侧重点不同，釆用的模型也不尽相同。可控串联补偿TCSC在电力系统中的分析研究必须建立在精确的分析模型之上，TCSC的系统分析模型主要分为以下几种：潮流分析的稳态模型、机电过程的分析模型、电磁-机电暂态联合分析模型。
2.1可控串联补偿的工作原理
2.1.1可控串补的结构
TCSC的主电路包括由一个固定的电容、一个通过晶闹管控制导通的电感器、起限压保护用的避雷器、起投切作用的旁路断路器及阻尼电感和阻尼电阻并联而成，如图2-1，TCSC在正常工作时断路器处于浙开状态[43]。在TCSC正常工作时MOV和断路器对TCSC的装置可以忽略，因此在对TCSC建模时通常将其主电路的MOV和断路器简化掉，简化后的TCSC。通过对Th触发角a的控制，控制流过电感中的电流，从而达到控制TCSC基频阻抗的目的。根据图2-2中所示电流的正方向，有i = ic + ip但实际上电感电流与电容电流旳方向是相反的，与只有画定电容相比，相当于在电容电流中增加了一个附加电流。当晶闹管控制的支路阻抗大于时TCSC会呈现容抗特性；当小于Xc时TCSC会呈现感抗特性；当等于时，TCSC会出现并联谐振，导致阻抗出现无穷大。
第3章TCSC抑制低频振荡研究.......... 13
3.1电力系统低频振荡概述.......... 13
3.2 TCSC抑制低频振荡的原理.......... 13
3.3 TCSC抑制低频振荡研究.......... 14
3.3. 1 TCSC阻尼低频振荡的模型.......... 14
3.3.2加入TCSC的单机无穷大模型 ..........15
3.3.3仿真分析.......... 17
3.4粒子群优化算法.......... 19
3.5运用粒子群算法优化控制参数.......... 22
3.6本章小结.......... 27
第4章TCSC抑制次同步振荡研究.......... 28
4.1次同步振荡的分析方法.......... 28
4.2汽轮发电机的次同步振荡模型.......... 29
4.3 TCSC阻尼次同步振荡的原理.......... 32
4.4 TCSC安装容量对次同步振荡的.......... 34
4.5 TCSC同步信号对次同步振荡..........41
4. 6本章小结.......... 44
第5章基于单相TCSC的混合补偿技术抑制.......... 45
5. 1概述 ..........45
5.2基于单相TCSC的混合补偿.......... 45
5.3 TCSC触发角对抑制次同步振荡.......... 48
5.3.1 TCSC触发角对电气阻尼的影响.......... 48
5.3.2时域仿真分析.......... 50
5.4 TCSC安装相的影响.......... 52
5. 5本章小结.......... 53
结论
可控串补TCSC在电力系统中可以对输电线路的感性电抗进行补偿，提高输电效率。由于TCSC的快速响应特性，它可以用来抑制系统的低频振荡和次同步振荡。为提高TCSC的利用效率和经济效益，本文深入研究了 TCSC抑制系统的低频振荡和次同步振荡问题。本文的主要研究成果如下：分析了 TCSC抑制低频振荡控制器的原理，建立了含有TCSC的单机无穷大系统，研究了 TCSC抑制低频振荡控制器的作用；提出运用改进的粒子群算法来对控制器参数进行优化，并获得了优化的最优结果。从不同的角度阐述了 TCSC抑制次同步振荡的原理，介绍了用于次同步振荡分析的主要方法；建立了含有TCSC的IEEE第一标准模型，运用测试信号法比较在不同的TCSC安装容量下的电气阻尼；根据相位补偿的原理设计了附加TCSC多通道SSDC，时域仿真验证了 TCSC在较低的安装容量下不能达到抑制次同步振荡的效果；分别在电压同步和电流同步下研究TCSC的阻抗阶跃响应，时域仿真表明同步信号不会影响TCSC抑制次同步振荡的效果。根据次同步频率下的三相阻抗不平衡能够减少机械系统和电气系统的親合，提出一种基于单相TCSC的混合补偿方式，并计算了这种补偿方式下的三相次频阻抗。运用测试信号法研究了 TCSC触发角对电气阻尼的影响，并设计了附加SSDC来抑制次同步振荡，经过时域仿真表明，在触发角较低的情况下达不到抑制次同步振荡的效果，最后研究了 TCSC安装相别对抑制次同步振荡的效果，发现本文所设计的TCSC以及附加SSDC抑制次同步振荡的效果不受安装相别的影响。该种方法在实际的运用中可以起到节约成本的效果。
参考文献
[1]姚尧，汪涛，金涛，罗维，王永勤-柔性交流输电技术在智能电网中的应用[D]湖北电力，2010,34:54-78.
[2]陆冬良.含FACTS的电力系统无源控制方法研究[D].上海：上海交通大学，2011.
[3]陈葛松，叶海蓉.可控串联补偿技术及其应用介绍[J].国际电力，2004(8): 47-48.
[4]张津.可控串联补偿装置的研究现状[J].电力情报，2002(2): 61-63.
[5]张强.TCSC运行原理及其在电网中的工程应用[J].电气开关，2011，(2)： 75-76
[6] Sumi Yoshihiko, Harumoto Yoshinobu, Hasegawa T，et al. New Static VAR Control UsingForce-Commutated Inverters[J], IEEE Transations on Power Apparatus and Systems,1981,(9)： 4216-4224.
[7] Schauder C，Gernhardt M，Stacey E，et al. Development of a ±100 Mvar Static Condenserfor Voltage Control of Transmission Systems.IEEE Transations on Power Delivery,1997, 10(3)： 1486-1496.
[8] Xiaoxin Zhou,Jianbo Guo,Qiang Guo.Investigations On The Application Of ThyristorControlled Series Compensators In Power Systems[C].Power System Technology,2000.Proceedings. PowerCon 2000.International Conference，2001 ： 387-390.
[9] A.F.Abdou，A.Abu-Siada, H.R.Pota. Application of SVC on stabilizing torsionaloscillations and improving transient stability[C].IEEE Power and Energy SocietyGeneral Meeting，2012： 1-5.
[10]朱永强，崔文进，胡东辰等.±50MVa静止补偿器接入系统运行策略仿真研究[J].电力系统自动化，2004，28(21)： 77-80.