靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器SSSC研究

1、目 錄中文摘要1英文摘要2第1章 緒 論31.1 柔性交流輸電系統(tǒng)（FACTS）簡介41.2 TCSC與SSSC的綜合性能對比51.3 SSSC國內(nèi)外研究現(xiàn)狀71.4 本文主要內(nèi)容7第2章 SSSC工作原理與工作特性82.1 SSSC概述82.2 SSSC的工作原理82.3 SSSC的工作特性10第3章 SSSC對維持系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的作用143.1 系統(tǒng)電壓穩(wěn)定143.2 SSSC對系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的影響分析16第4章 SSSC對繼電保護(hù)的影響204.1 對電流差動(dòng)保護(hù)的影響204.2 對零序/負(fù)序保護(hù)的影響214.3 對距離保護(hù)的影響214.4 諧波的影響244.5 低頻分量的影響24第5章

2、SSSC系統(tǒng)建模與仿真255.1 SSSC的數(shù)學(xué)模型255.2 SSSC系統(tǒng)仿真及結(jié)果30第6章 結(jié)論336.1 工作總結(jié)336.2 工作展望33致謝34參考文獻(xiàn)35靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器（SSSC）研究摘 要：隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展，電力需求量增加迅速、電力系統(tǒng)規(guī)模不斷擴(kuò)大、人們對電能的依賴和要求也越來越高，這就對電網(wǎng)的可靠性有了越來越高的要求。系統(tǒng)異常及其控制措施近年來受到高度重視。FACTS技術(shù)的出現(xiàn)帶來了新的控制技術(shù)和手段，可以進(jìn)行系統(tǒng)電壓控制和無功補(bǔ)償，起到穩(wěn)定系統(tǒng)電壓的作用。本文分析維持系統(tǒng)穩(wěn)定的意義與局限，簡單介紹了FACTS的產(chǎn)生及其家族的一些器件，簡單比較TCSC與SSSC。引出靜止同

3、步串聯(lián)補(bǔ)償器（SSSC），介紹SSSC國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和不足以及本文的研究內(nèi)容。然后文章闡述了SSSC的工作原理和基本結(jié)構(gòu)以及它的輸出特性，緊接著分析電力系統(tǒng)穩(wěn)定和SSSC對維持系統(tǒng)電壓穩(wěn)定的作用，然后解說SSSC對系統(tǒng)繼電保護(hù)的各種影響。為了對理論進(jìn)行驗(yàn)證仿真本文對含有SSSC的系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模和設(shè)計(jì)，簡單說明仿真過程并給出仿真結(jié)果，用這些等等從不同方面充分說明展示SSSC對改善系統(tǒng)運(yùn)行條件、提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性、增強(qiáng)電力網(wǎng)絡(luò)輸電能力等方面起到的作用及優(yōu)勢。關(guān)鍵詞：柔性交流輸電系統(tǒng)；靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器；電壓穩(wěn)定；繼電保護(hù)Research on Static Synchronous Series

4、 Compensator (SSSC)Abstract：As the development of the economy of our nation, electric power demand increased rapidly, the scale of power system continues to expand, and the dependence and demand of people to electric power is higher and higher. So the require of electric grids reliability is higher

5、and higher. In recent several years great attention is paid to the anomalous system and its control measure. The appearance of FACTS device brings new control techniques and approaches, which can control system voltage and compensate reactive power, then keep system voltage stable. This article anal

6、yses the meaning and limitation of keeping the system stable, it introduce the appearance of FACTS and some device of the family, it compare TCSC and SSSC simply .It lead to Static Synchronous Series Compensator (SSSC), it also recommend the present situation, the insufficiency of SSSC at home and a

7、broad, the study content of this article is given a briefly presentation too. Then this article expound the basic theory and construction of SSSC, then it analyses the system steady and the action of SSSC on keeping the voltage steady, afterwards this article explains some influences of the SSSC on

8、relay protection. This essay include the math modeling and simulation design of system which include SSSC, then explain the procedure of the simulation simply and give the result of the simulation, all this show the advantage and function of SSSC in improving systems running condition, enhancing sys

9、tems stability, increasing electric networks transmission ability Keywords: FACTS；SSSC；Voltage Steady；Relay Protection第 1 章 緒 論隨著我國乃至世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大化和產(chǎn)業(yè)種類日益多樣化；人口增加，煤、石油等不可再生資源的日益減少，人們對環(huán)境保護(hù)的越發(fā)重視，促成了新能源的使用和新的發(fā)電方式的產(chǎn)生；再者由于能源分布和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不平衡，輸電系統(tǒng)成了不可或缺的一部分，而當(dāng)電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)運(yùn)行時(shí)有很大的效益，所以互聯(lián)的大電網(wǎng)、跨國的聯(lián)網(wǎng)輸電的趨勢將不斷發(fā)展。東歐、英國、

10、瑞典、地中海、我國、泰國、俄羅斯等各國各地都在努力實(shí)現(xiàn)貨已經(jīng)實(shí)現(xiàn)非同期輸電、直流輸電、地區(qū)聯(lián)網(wǎng)甚至跨國家聯(lián)網(wǎng)輸電。凡事有弊有益，大電網(wǎng)和跨過電網(wǎng)輸電在帶來巨大效益和優(yōu)勢的同時(shí)也帶來一系列的新問題：弱阻尼甚至負(fù)阻尼的頻率和功率振蕩,這些振蕩使得互聯(lián)電網(wǎng)中大量的電能損耗或被迫降低電網(wǎng)的輸電能力,嚴(yán)重情況下甚至?xí)斐呻娏ο到y(tǒng)的災(zāi)變,使整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行和調(diào)度受到很大的影響(電壓失穩(wěn)或電壓崩潰)似的大量用戶供電中斷,造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人們生活的混亂.為了滿足越來越高的電壓品質(zhì)要求，科研以及各種相關(guān)人士一直對提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性、電壓品質(zhì)、動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)容量、速度等，由于靜態(tài)穩(wěn)定，動(dòng)態(tài)穩(wěn)定、暫態(tài)穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定和熱

11、穩(wěn)定限制電力系統(tǒng)輸電能力，而且前四種因素是限制電網(wǎng)輸電能力的主要因素，所以隨著電力電子，計(jì)算機(jī)等的發(fā)展出現(xiàn)了FACTS技術(shù)和設(shè)備，希望依靠電力半導(dǎo)體開關(guān)電路實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、方便、快速、有效的電力變換、電力補(bǔ)償及電能控制，可以為傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電、配電、用電等方面提供領(lǐng)先的技術(shù)：經(jīng)濟(jì)、方便、快速、有效的實(shí)施調(diào)控電力系統(tǒng)中電壓、電流、阻抗、功率。這些措施在在實(shí)現(xiàn)交流系統(tǒng)的靈活、方便、經(jīng)濟(jì)、有效的實(shí)時(shí)控制；提高交流輸電功率極限；確保系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性；優(yōu)化輸電電網(wǎng)潮流；減少功率損耗，節(jié)能能源，提高輸電線路變壓器等電力設(shè)備利用率等方面發(fā)揮著神奇的作用。STATCOM、SSSC、UPFC是FACTS家族中

12、較有代表的。其基本原理都是等效為串聯(lián)并聯(lián)的電容電感，調(diào)節(jié)系統(tǒng)阻抗、注入或吸收功率以維持系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)穩(wěn)定等。FACTS從根本上改變了對交流輸電系統(tǒng)的傳統(tǒng)的緩慢的、不連續(xù)的、不精確的、機(jī)械設(shè)備的控制；提供了快速的、連續(xù)的、精確的、智能的控制和潮流優(yōu)化，增強(qiáng)了系統(tǒng)穩(wěn)定性，在系統(tǒng)發(fā)生事故時(shí)，及時(shí)做出調(diào)整防止事故擴(kuò)大。STATCOM較早出現(xiàn)是并聯(lián)型的補(bǔ)償調(diào)節(jié)，SSSC是新型串聯(lián)型的補(bǔ)償調(diào)節(jié)，UPFC集合了串并聯(lián)型補(bǔ)償?shù)膬?yōu)勢。1.1 柔性交流輸電系統(tǒng)（FACTS）簡介 FACTS的概念是由美國著名電力專家 Narain.G.Hingorani 博士（美國電力科學(xué)研究院EPRI）在1986年提出的，它是隨著

13、電力電子技術(shù)和大功率半導(dǎo)體器件的產(chǎn)生和發(fā)展，是綜合電力電子器件、微處理和微電子技術(shù)、通信技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)而形成的用于控制交流輸電的新技術(shù)?！叭嵝浴焙茱@然是相對與“剛性”而言的。常規(guī)“剛性”控制是依賴機(jī)械型或機(jī)電型裝置和設(shè)備，有級的、緩慢的、非智能的、低限的調(diào)節(jié)；而“柔性”主要依靠電力電子型裝置和設(shè)備，連續(xù)的、快速的、微機(jī)控制的、調(diào)節(jié)范圍較大的調(diào)節(jié)。“柔性”比“剛性”的控制作用更精確、更有效、魯棒性更好。FACTS的主要作用是提高輸電網(wǎng)絡(luò)潮流方向的控制能力和輸電線路的輸送能力：較大范圍的控制潮流、保證輸電線路輸送容量接近熱穩(wěn)定極限、在控制區(qū)域內(nèi)可以傳輸更多的功率，減少發(fā)電機(jī)的熱備用、依靠限制短

14、路電流和設(shè)備故障的影響以防止線路串級跳閘、阻尼電力系統(tǒng)震蕩，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。FACTS家族很大，按原理、性能、與系統(tǒng)結(jié)合方式可分為多種類型，國外學(xué)者按各種控制器的主要功能和作用分為控制功率、改進(jìn)暫態(tài)穩(wěn)定、改進(jìn)電壓穩(wěn)定三個(gè)大類；我國學(xué)者按動(dòng)態(tài)潮流控制的物理特性以及接入系統(tǒng)的方式考慮分為并聯(lián)補(bǔ)償、串聯(lián)補(bǔ)償、網(wǎng)絡(luò)耦合、電壓注入、功率轉(zhuǎn)移等；日本學(xué)者按FACTS控制器功能分為減少線路阻抗、電壓控制、功率控制、功率和電壓控制、相角控制、快速回路斷開六種；其他還有發(fā)電型、輸電型、供電型、并聯(lián)型、串聯(lián)型、串并聯(lián)混合型。并聯(lián)型FACTS最早出現(xiàn)，代表性的有SVC（Static Var Compensator）

15、、TCBR( Thyristor Controlled Breaking Resistor)、STATCOM(Static Synchronous Compensator)。串聯(lián)型FACTS出現(xiàn)較晚，代表性的有TCSC( Thyristor Controlled Series Capacitor)、SSSC(Static Synchronous Series Compensator)、NGH-SSR Damper。串并聯(lián)型混合FACTS元件由多個(gè)串聯(lián)、并聯(lián)FACTS控制器組合而成，通過協(xié)調(diào)控制器各FACTS元件、發(fā)揮各元件優(yōu)勢。有效調(diào)控單條或多條電力線路上的功率潮流，實(shí)現(xiàn)最大的功率輸送。代表性

16、的有：統(tǒng)一潮流控制器IPFC(Interline Power Flow Controller)、線間潮流控制器IPFC(Interline Power Flow Controller)、可變靜態(tài)補(bǔ)償器CSC(Convertible Static Compensator)。由于優(yōu)點(diǎn)突出，功能強(qiáng)大等因素混合型FACTS元件將越來越多，越來越完善。1.2 TCSC與SSSC的綜合性能對比串聯(lián)FACTS元件是可變阻抗（電容器、電抗器、基于電力電子變換技術(shù)的可控源），它通過向系統(tǒng)串入一個(gè)電壓以實(shí)現(xiàn)所需的控制功能，即使串聯(lián)接入電力傳輸線的是可變阻抗（電容、電抗等），通過與其流過的電流相乘也是一種串聯(lián)等效電

17、壓，如果串接入的電壓矢量和線路電流矢量垂直，則串聯(lián)FACTS控制器只能從電網(wǎng)中吸收或注入無功功率，若串聯(lián)接入的電壓矢量和線路電流矢量不垂直則串聯(lián)FACTS控制器和電網(wǎng)間存在有功交換。同時(shí)作為串聯(lián)FACTS控制器，在此簡單比較TCSC與SSSC：晶閘管控制串聯(lián)電容器TCSC（Thyristor Controlled Series Capacitor）由串聯(lián)補(bǔ)償電容器和與其并聯(lián)的晶閘管控制的電抗器組成，在實(shí)際中一般用幾個(gè)基本TCSC模塊串聯(lián)而成以得到所需的電壓等級和工作特性。TCSC基本思想是通過控制TCSC并聯(lián)支路的晶閘管的觸發(fā)延遲角控制電抗器來部分抵消串聯(lián)電容以實(shí)現(xiàn)串聯(lián)補(bǔ)償電容值的連續(xù)調(diào)節(jié)。T

18、CSC可以控制為合適的電容/電抗，從而通過調(diào)節(jié)傳輸線的阻抗來調(diào)節(jié)線路的功率潮流傳輸。然而TCSC存在一些缺點(diǎn)：第一，由于TCSC的等效阻抗是通過控制其晶閘管導(dǎo)通延時(shí)角來調(diào)節(jié)，所以其晶閘管是部分導(dǎo)通的，這樣會(huì)在線路中注入低次諧波電壓；第二，TCSC的阻抗調(diào)節(jié)不是連續(xù)的，在其最小等效容性阻抗和最小等效感性阻抗間存在一個(gè)不可控區(qū)，若TCSC是由基本單元串聯(lián)而成，則它的阻抗不可控區(qū)將很大，使TCSC無法完全對系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的控制。一般系統(tǒng)傳輸線路中分設(shè)多個(gè)TCSC元件，協(xié)調(diào)調(diào)控有效減小整個(gè)系統(tǒng)阻抗不可控區(qū)；第三，TCSC只實(shí)現(xiàn)對線路阻抗的補(bǔ)償，而不改變線路感性性質(zhì)，所以TCSC只可調(diào)節(jié)潮流大小而不改變潮

19、流方向；第四，串聯(lián)電容與傳輸線路電抗會(huì)在次同步頻率點(diǎn)發(fā)生次同步諧振，所以實(shí)際應(yīng)用要防與系統(tǒng)發(fā)生同步諧振。靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器SSSC（Static Synchronous Series Compensator）是不含外部電源的靜止同步無功補(bǔ)償設(shè)備，串聯(lián)在輸電線路產(chǎn)生與線路電流正交、幅值可控的電壓，可以改變線路電壓等級和自身投入、退出狀態(tài)，從而對電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和拓?fù)錉顟B(tài)進(jìn)行調(diào)整，一般不改變線路電壓等級和基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，只是等效的調(diào)整線路阻抗和電壓。增加或減少線路上的無功電壓降以控制傳輸功率，包含暫態(tài)儲(chǔ)能或耗能裝置，短時(shí)間內(nèi)增加或減少線路的有功壓降，從而改善系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能。注入電壓遠(yuǎn)小于系統(tǒng)電壓對地絕緣要求高

20、，所以變壓器一、二側(cè)應(yīng)設(shè)足夠的絕緣，繞組承受整個(gè)線路電流，若短路時(shí)無適當(dāng)?shù)呐月繁Ｗo(hù)，則承受很大的故障電流。SSSC若直流側(cè)引入蓄電池和超導(dǎo)磁體等儲(chǔ)能設(shè)備可使輸出電壓相角和線路電流向量間關(guān)系變成非線性，實(shí)現(xiàn)“四象限”補(bǔ)償。它需要兩個(gè)接入點(diǎn)，成本高些；相當(dāng)于注入電壓源；直接改變線路等效阻抗或注入電壓源改變輸電線路的電壓的自然分布，從而調(diào)節(jié)電流分布，對電壓和潮流控制力強(qiáng)；針對特定用戶，實(shí)現(xiàn)潮流與電壓的調(diào)節(jié)；承受全部線路電流，輸出電壓可控。為了更形象的比較TCSC與SSSC兩者的區(qū)別，下面給出分別包含兩者的雙機(jī)系統(tǒng)及等效電路圖以及傳輸功率： 圖1.1 含TCSC的雙機(jī)系統(tǒng)及等效電路圖 圖1.2 含SS

21、SC的雙機(jī)系統(tǒng)及等效電路圖 式（1-1）中P是母線1流向母線2的有功功率；，分別是母線1，2的電壓幅值；是線路感抗；是包括固定串聯(lián)容抗的TCSC電抗值；，是母線1，2的電壓相角。調(diào)節(jié)TCSC顯電容性補(bǔ)償，有功功率隨線路有效電抗減小而增加，反之感性補(bǔ)償時(shí)，有功功率隨線路有效電抗增加而減小。式（1-2）中P是母線1流向母線2的有功功率；分別是母線1，2的電壓幅值等于系統(tǒng)電壓，是線路感抗；是SSSC的注入電壓的幅值；是母線1，2 的電壓相角差。調(diào)節(jié)Us與線路電抗壓降相位相反，即為容性補(bǔ)償，有功功率隨著SSSC的注入電壓Us幅值增加而增加，反之調(diào)節(jié)Us與線路電抗壓降相位相同，即為感性補(bǔ)償，有功功率隨著

22、SSSC注入電壓Us幅值減小而減小。1.3 SSSC國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 目前國內(nèi)外對SSSC的研究還處于理論分析和研制階段，其數(shù)學(xué)模型、控制策略、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的研究不夠成熟透徹。STATCOM、SSSC、UPFC都是基于同步電壓源的FACTS控制器，目前已應(yīng)用的串聯(lián)補(bǔ)償設(shè)備主要有串聯(lián)電容、晶閘管串聯(lián)調(diào)壓電容(TSC)、可控電容串聯(lián)補(bǔ)償(TCSC)、可控電感串聯(lián)補(bǔ)償(TSSC)等，而UPFC是STATCOM和SSSC的結(jié)合。 在技術(shù)方面：數(shù)學(xué)模型：靜態(tài)模型（考慮控制器輸入輸出特性）、動(dòng)態(tài)模型（分析系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特征和行為）。建立數(shù)模的方法：拓?fù)浣７ǎń⒌戎惦娐?，列出狀態(tài)方程）、輸出建模法（等效為一個(gè)電壓源

23、外接阻抗，考慮約束條件得聯(lián)立方程）?？刂撇呗裕夯谙到y(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的控制方式、PID控制、綜合智能控制方法。主電路結(jié)構(gòu)：有耦合變壓器、無耦合變壓器。 在工程應(yīng)用方面：目前世界上還沒有單獨(dú)的SSSC裝置，但實(shí)際已投運(yùn)的兩個(gè)UPFC工程（1995年美國電力公司、EPRI、西屋公司來聯(lián)合解決肯塔基和弗吉尼亞部分地區(qū)電壓、熱穩(wěn)定的研究和1998年美國電力公司Inez變電站投運(yùn)的UPFC）、一個(gè)CSC工程（2002年紐約電管局的Marcy投運(yùn)的可變靜態(tài)補(bǔ)償器）、2003年韓國電力科學(xué)研究院在154kV系統(tǒng)完成UPFC示范工程。作為關(guān)鍵技術(shù)的UPFC、IPFC、CSC、UFQC、SSTS的研究和應(yīng)用也越來越廣

24、泛。1.4 本文主要內(nèi)容本文是理論研究，是基礎(chǔ)理解。所以本文主要圍繞SSSC相關(guān)理論和應(yīng)用等進(jìn)行介紹，主要內(nèi)容有：（1）系統(tǒng)介紹FACTS的出現(xiàn)發(fā)展，簡單比較具有代表性的TCSC和SSSC，引出本文主題SSSC。（2）具體詳細(xì)的分析SSSC的基本原理、工作和輸出特性、數(shù)學(xué)建模。（3）介紹SSSC在電力系統(tǒng)對維持系統(tǒng)電壓穩(wěn)定、繼電保護(hù)的作用，并設(shè)計(jì)電路，仿真結(jié)果。第 2 章 SSSC工作原理與工作特性2.1 SSSC概述靜止串聯(lián)同步補(bǔ)償裝置SSSC是基于同步電壓源的原理，向線路注入一個(gè)與線路電流相差的可控電壓，它不再利用電容器或電抗器產(chǎn)生或吸收無功功率來實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償，而通過產(chǎn)生一個(gè)具有可控幅值和

25、相角、同步、近似正弦的電壓差來和系統(tǒng)交換無功功率實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償。并且它可與線路交換有功功率，增加線路傳輸功率的能力，提高可控性。它一般由電壓型變換器、耦合變壓器、直流環(huán)節(jié)以及控制系統(tǒng)組成，變壓器串聯(lián)接入電力系統(tǒng)，直流環(huán)節(jié)可以是電容器、直流電容、儲(chǔ)能器等。SSSC具有以下一些特點(diǎn)：1)不需要使用任何交流電容器或電抗器就可以在線路中產(chǎn)生或吸收無功功率；2)在同一容性或感性區(qū)域內(nèi)，可以不依靠線路電流產(chǎn)生可控的補(bǔ)償電壓；3）自身對次同步諧振或其它振蕩現(xiàn)象具有抗干擾能力；4)接入儲(chǔ)能元件后，可對線路增大或減少功率，甚至可使其反向流動(dòng)，進(jìn)行有功功率和無功功率補(bǔ)償；5)可以通過接入直流電源的方式補(bǔ)償線路電阻或電抗

26、，并與線路串補(bǔ)度無關(guān)的高X/R比；6）非常迅速地響應(yīng)控制指令；7）適應(yīng)單相重合閘等非全相運(yùn)行； 2.2 SSSC的工作原理SSSC是基于可關(guān)斷晶閘管構(gòu)成的靜止型補(bǔ)償器，核心是一個(gè)帶直流儲(chǔ)能電容的電壓逆變器（VSI），圖2.1給出了SSSC原理接線圖。它主要是由逆變器、直流環(huán)節(jié)（儲(chǔ)能電容器或直流電源）、控制器、耦合變壓器組成。U1是系統(tǒng)端電壓，U2是負(fù)荷端電壓，Us是SSSC的注入補(bǔ)償電壓，I是線電流。SSSC由變流器產(chǎn)生一幅值和相角可控的三相正弦注入電壓（它的相位在之間可調(diào)）。注入電壓大小不受線路電流或系統(tǒng)阻抗影響，且與線路電抗壓降相位相反（容性調(diào)節(jié)）或相同（感性調(diào)節(jié)），可以起到類似串聯(lián)電容或

27、串聯(lián)電感的作用。容性補(bǔ)償時(shí)，注入電壓滯后線路電流，使得線路輸送功率能力提高；感性補(bǔ)償時(shí)，注入電壓超前線路電流，減小線路輸送功率，圖2.2是包含SSSC的簡單電力系統(tǒng)圖。圖2.1 SSSC基本結(jié)構(gòu)圖2.2 含SSSC的簡單電力系統(tǒng)圖圖2.2是一簡單電力系統(tǒng)，因?qū)嶋H系統(tǒng)是聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，對某一輸電系統(tǒng)兩端都是“電源”，所以此處采用雙端等效電源表示兩端系統(tǒng)，假設(shè)系統(tǒng)潮流方向是有AB，即是發(fā)送端電壓，是受端電壓，是線路阻抗，線路中傳輸?shù)挠泄β省o功功率可表示為：式中，和是系統(tǒng)電壓幅值和相角；和是受端電壓幅值和相角簡化起見，設(shè)，U=-。式（2-1）中P式知，只改變線路阻抗即可影響系統(tǒng)潮流。SSSC等效為一同

28、步交流電源，輸出電壓為Us，當(dāng)SSSC注入的可控電壓與線路電抗上的壓降相位相反（容性補(bǔ)償）或相同（感性補(bǔ)償），可起到類似串聯(lián)電容或電感的作用。即當(dāng)容性補(bǔ)償時(shí)有功功率隨注入電壓Us幅值的增加而增加，感性補(bǔ)償時(shí)則有功功率隨注入電壓Us幅值增加而減小。圖2.3給出的是無補(bǔ)償、容性補(bǔ)償、感性補(bǔ)償?shù)南蛄繄D。圖2.3 SSSC補(bǔ)償向量圖2.3 SSSC的工作特性 調(diào)節(jié)線路電流圖2.4 含SSSC的簡單系統(tǒng)對于圖2.4所示一個(gè)簡單的電力系統(tǒng)，SSSC安裝在輸電線路上。安裝SSSC后線路電流為： （2-2）其中為線路阻抗及SSSC耦合變壓器漏抗之和。線路電流的幅值為：所以補(bǔ)償后的線路電流為原來線路電流與注入電

29、壓比上總阻抗之和/差。當(dāng)為容性補(bǔ)償時(shí)，則隨著注入電壓的增加線路電流也增加，增加值取決于SSSC的容量及總阻抗；當(dāng)為感性補(bǔ)償時(shí)，則線路電流隨注入電壓的增加而減少，當(dāng)減小到一定程度時(shí)，線路電流變?yōu)榱?，繼續(xù)減小時(shí)則變?yōu)殡娏鞣聪?，功率倒送?調(diào)節(jié)線路的輸送功率如上一小節(jié)的電流公式得出的傳輸有功功率和無功功率分別為：當(dāng)線路對稱時(shí)，即=U，則上兩式可寫為：所以可以看出，SSSC對系統(tǒng)容量的提升作用明顯，它通過改變注入電壓來改變注入無功功率，從而改變線路電流和電壓，從而使得未補(bǔ)償線路增加分量（U/）（）（容性補(bǔ)償），提高了有功功率。SSSC的主要作用是通過改變注入電壓的值來改善功角特性，增加系統(tǒng)輸送容量，提

30、高系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性。SSSC的注入電壓對線路有功功率及無功功率有明顯的控制作用，使功角特性曲線提高，有功功率最大值發(fā)生偏移，在相同功角差情況下提高了線路功率或在較小功角差的情況下保持相同的線路輸送功率。以1作參考值，當(dāng)Us=0時(shí)，P=1.0，當(dāng)Us=時(shí)，P=1.5。當(dāng)=時(shí)最大傳輸功率得以提高，在較小時(shí)，傳輸功率依然保持穩(wěn)定提升。 SSSC的伏安特性SSSC的伏安（V-I）特性曲線如圖2.5中所示，SSSC的輸出電壓不受線路電流的影響，在線路電流最大或最小時(shí)仍可以保持額定容性或感性的輸出電壓，且SSSC可以從容性模式到感性模式進(jìn)行平滑的過渡，控制范圍較大。圖2.5 SSSC的伏安特性曲線 SSSC

31、的阻抗特性SSSC的等值阻抗為注入電壓與線路電流的比值：即等值阻抗與注入電壓的函數(shù)關(guān)系，如圖2.6所示。SSSC在容性補(bǔ)償時(shí)無論Us取何值，補(bǔ)償線路的總等值阻抗始終為感性，不存在SSSC等值容抗與線路阻抗相等的情況，在通常運(yùn)行的容性區(qū)域，不會(huì)發(fā)生次同步諧振現(xiàn)象。所以，SSSC的運(yùn)行范圍更大、穩(wěn)定性更高。這對系統(tǒng)緊急情況處理更有效，為系統(tǒng)運(yùn)行提供更大的靈活性。圖2.6 SSSC等值阻抗 SSSC的注入功率由推導(dǎo)的電流公式可以得出SSSC的注入功率為：可以看出SSSC注入有功功率為零，上式即為注入的注入功率，SSSC與系統(tǒng)不直接交換有功。無功功率的變化與前面推導(dǎo)的SSSC注入無功一致。當(dāng)線路是對稱

32、時(shí)，即，則上式可寫為： SSSC的響應(yīng)速度SSSC是基于電壓源逆變器的電力電子裝置，由于GTO、IGCT等電力電子器件的快速關(guān)斷和導(dǎo)通能力，因此其響應(yīng)速度可以達(dá)幾毫秒，而且連續(xù)可控，在阻尼系統(tǒng)振蕩等控制速度要求，可以快速或瞬間響應(yīng)控制指令。第 3 章 SSSC對維持系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的作用3.1 系統(tǒng)電壓穩(wěn)定電力系統(tǒng)穩(wěn)定性是指電力系統(tǒng)這樣的一種能力-對于給定的初始運(yùn)行狀態(tài)，經(jīng)歷物理擾動(dòng)后，系統(tǒng)能夠重新獲得運(yùn)行平衡點(diǎn)的狀態(tài)，同時(shí)絕大數(shù)系統(tǒng)變量有界，因此整個(gè)系統(tǒng)仍保持其完整性。IEEE將電力系統(tǒng)穩(wěn)定性問題分類為功角穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定、頻率穩(wěn)定三大類。電壓穩(wěn)定是電力系統(tǒng)在給定運(yùn)行狀態(tài)下并承受某一給定擾動(dòng)，如

33、果能在負(fù)荷附近電壓區(qū)域再獲得故障后的平衡值，則系統(tǒng)是電壓穩(wěn)定的。電壓不穩(wěn)定起源于動(dòng)態(tài)負(fù)荷企圖恢復(fù)其所消耗的功率，而這種功率恢復(fù)超出傳輸和發(fā)電系統(tǒng)所能提供電能的能力。其表現(xiàn)形式是系統(tǒng)母線電壓發(fā)生大幅度的，不可控的持續(xù)性下降，甚至可能出現(xiàn)振蕩形式的電壓不穩(wěn)定。電壓崩潰是系統(tǒng)發(fā)生電壓不穩(wěn)定后，一些母線電壓大幅度、持續(xù)性降低，系統(tǒng)保護(hù)動(dòng)作跳閘，系統(tǒng)完整性遭到破壞，導(dǎo)致系統(tǒng)大規(guī)模停電或解列，功率不能正常輸送到用戶，這種災(zāi)難性的后果就是電壓崩潰。 電壓穩(wěn)定性問題的分類方法1、靜態(tài)分析方法基于代數(shù)方程判斷系統(tǒng)電壓穩(wěn)定的靜態(tài)分析法：基本理論是潮流多解和可行解域理論。電壓穩(wěn)定性靜態(tài)分析主要內(nèi)容有：分析當(dāng)前運(yùn)行系

34、統(tǒng)是不是電壓穩(wěn)定的，離不穩(wěn)定有多遠(yuǎn)；分析系統(tǒng)電壓不穩(wěn)定原因；分析系統(tǒng)在哪個(gè)節(jié)點(diǎn)或區(qū)域和哪個(gè)時(shí)候發(fā)生電壓不穩(wěn)定。目前靜態(tài)分析法主要有：潮流多解法、最大功率法、靈敏度方法、奇異值分解法（特征結(jié)構(gòu)分析法）、連續(xù)潮流法、非線性規(guī)劃法。2、動(dòng)態(tài)分析方法電壓穩(wěn)定本質(zhì)是動(dòng)態(tài)的，發(fā)電機(jī)、發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)、負(fù)荷、調(diào)壓變壓器都影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，動(dòng)態(tài)分析法主要有小擾動(dòng)分析法、大擾動(dòng)分析法（暫態(tài)電壓穩(wěn)定分析、中長期電壓穩(wěn)定分析）。小擾動(dòng)是在平衡點(diǎn)線性化系統(tǒng)的的微分代數(shù)方程組，然后用分解特征矩陣判定該處電壓穩(wěn)定性。大干擾是在穩(wěn)定臨界點(diǎn)時(shí)，描述其動(dòng)態(tài)行為的方程需要保留其非線性特征，目前大擾動(dòng)分析法主要有能量函數(shù)法和時(shí)域仿

35、真法。3、非線性動(dòng)力學(xué)方法這一方法目前作者尚未學(xué)習(xí)，僅參考資料，做一補(bǔ)充擴(kuò)大讀者知識(shí)范圍，用于電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定研究的非線性動(dòng)力學(xué)方法主要是分岔理論。分岔理論起源于力學(xué)失穩(wěn)，是非線性科學(xué)的一個(gè)重要分支。分岔理論的內(nèi)容可分為兩方面：靜態(tài)分岔理論和動(dòng)態(tài)分岔理論。靜態(tài)分岔有鞍節(jié)分岔（SNB分岔）、動(dòng)態(tài)分岔為霍普夫分岔（Hopf分岔）、限值誘導(dǎo)分岔（LIB分岔）、分岔子系統(tǒng)方法（簇技術(shù)）。 電壓穩(wěn)定性指標(biāo)電壓穩(wěn)定性指標(biāo)是和指標(biāo)相對控制的靈敏度緊密聯(lián)系在一起，因靈敏度為改變系統(tǒng)控制參數(shù)、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性等方面提供豐富的指導(dǎo)信息。下面介紹幾個(gè)重要的電壓穩(wěn)定性指標(biāo)。1、負(fù)荷功率裕度指標(biāo)運(yùn)行點(diǎn)與SNB分岔點(diǎn)間的負(fù)

36、荷功率裕度作為電壓崩潰的指標(biāo)，具有線性度好、物理意義明確的優(yōu)點(diǎn)。負(fù)荷功率裕度需要算SNB點(diǎn)，SNB點(diǎn)計(jì)算主要有直接法和連續(xù)法兩種。直接法通過最優(yōu)問題得到SNB點(diǎn)，但不能反映系統(tǒng)不同設(shè)備到極限時(shí)對電壓的影響；連續(xù)法考慮不同設(shè)備到達(dá)極限時(shí)對電壓的影響，而且還能得到負(fù)荷緩慢變化過程中系統(tǒng)母線電壓的變化曲線。2、能量函數(shù)指標(biāo)能量函數(shù)指標(biāo)作為當(dāng)前運(yùn)行點(diǎn)到電壓崩潰臨界點(diǎn)間的安全測量，是潮流高電壓解和低電壓解之間的能量差，低電壓解構(gòu)成了勢能阱壁，整個(gè)勢能阱壁將穩(wěn)定的平衡點(diǎn)包圍起來，隨系統(tǒng)被加壓或受到擾動(dòng)，系統(tǒng)軌跡逸出勢能阱壁時(shí)，系統(tǒng)就發(fā)生了電壓失穩(wěn)。3、最小特征值/最小奇異值指標(biāo)系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定的極限點(diǎn)被認(rèn)

37、為是潮流雅可比矩陣的奇異點(diǎn)，即雅可比矩陣有一個(gè)零特征值或奇異值，所以潮流雅可比矩陣的最小特征值/最小奇異值指標(biāo)在靜態(tài)電壓穩(wěn)定研究中應(yīng)用的十分廣泛。4、L指標(biāo)和改進(jìn)的L指標(biāo)L指標(biāo)是基于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)方程提出的，將系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)劃分為兩組：包括全部發(fā)電機(jī)在內(nèi)的P-V節(jié)點(diǎn)；全部的負(fù)荷節(jié)點(diǎn)。應(yīng)為L指標(biāo)有未考慮負(fù)荷模型的影響，只適于恒PQ負(fù)荷模型；計(jì)算L指標(biāo)需假設(shè)PV節(jié)點(diǎn)電壓恒定等局限。當(dāng)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁達(dá)到極限后，其機(jī)端電壓恒定的假設(shè)即不再成立；所以用改進(jìn)的L指標(biāo)，計(jì)及不同負(fù)荷成分的影響，并能計(jì)及發(fā)電機(jī)勵(lì)磁達(dá)頂值極限的影響。3.2 SSSC對系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的影響分析圖3.1 SSSC系統(tǒng)原理接線圖如圖是含有SSSC的系

38、統(tǒng)簡單原理圖，從數(shù)學(xué)角度解說含有SSSC的潮流計(jì)算： 假設(shè)SSSC安裝在線路n-m上，SSSC的等值電路為圖3.2：圖3.2 SSSC等值電路 設(shè)相位是，得： 式中、。SSSC發(fā)出的功率為： 從節(jié)點(diǎn)n流到節(jié)點(diǎn)m的功率： 當(dāng)潮流計(jì)算中計(jì)及SSSC時(shí)，功率平衡方程為： （3-5）SSSC的約束方程為： SSSC從n節(jié)點(diǎn)流向m節(jié)點(diǎn)的有功功率作為控制目標(biāo)則： 則可想而知系統(tǒng)潮流的雅可比矩陣新增兩行兩列，和的迭代初值根據(jù)（3-6）、（3-7）估算。把SSSC自身約束方程在修正方程考慮進(jìn)去，得系統(tǒng)潮流線性化方程： 系統(tǒng)加入SSSC后，PV節(jié)點(diǎn)增加一個(gè)，無功功率方程式也有變化。因系統(tǒng)多了一個(gè)控制變量，設(shè)系統(tǒng)

39、共有l(wèi)個(gè)節(jié)點(diǎn)，r個(gè)PV節(jié)點(diǎn)，加上SSSC后：（3-9）用靜態(tài)分析法，分析負(fù)荷功率裕度指標(biāo)、能量函數(shù)指標(biāo)、最小特征值/最小奇異值指標(biāo)、L指標(biāo)和改進(jìn)的L指標(biāo)等指標(biāo)，可以明顯看到SSSC對改善電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性的影響，有很好的實(shí)用價(jià)值。在電力系統(tǒng)薄弱節(jié)點(diǎn)線路上和負(fù)荷增長敏感的節(jié)點(diǎn)線路上串聯(lián)SSSC后，可以在不同程度上提高系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性，無論是系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)負(fù)荷均勻增加還是在負(fù)荷增加最敏感節(jié)點(diǎn)或最薄弱環(huán)節(jié)上增加負(fù)荷，SSSC對提高電壓穩(wěn)定性都有良好的作用。第 4 章 SSSC對繼電保護(hù)的影響當(dāng)SSSC安裝于輸電線路后，由于SSSC的串聯(lián)阻抗可能依系統(tǒng)的不同運(yùn)行工況而發(fā)生變化，故障產(chǎn)生的諧波和暫態(tài)分量，

40、其幅值和頻率也會(huì)因SSSC而發(fā)生變化，SSSC的投入與切除等等，這些不僅給傳統(tǒng)保護(hù)的整定帶來困難，甚至給傳統(tǒng)的保護(hù)理論也提出了挑戰(zhàn)，不可避免地對繼電保護(hù)的性能帶來了影響，而國內(nèi)河南洛(陽)三(門峽)地區(qū)的五原-高村線上首次試驗(yàn)性的安裝了SSSC來提高線路輸送能力的實(shí)踐也證實(shí)了SSSC的加入不可避免的對系統(tǒng)線路的繼電保護(hù)產(chǎn)生影響，有可能導(dǎo)致保護(hù)拒動(dòng)或誤動(dòng)。4.1 對電流差動(dòng)保護(hù)的影響在500KV超高壓線路上配置的主保護(hù)是采用光纖通道的分相式電流差動(dòng)保護(hù)，原理簡單，不受系統(tǒng)振蕩、平行互感、系統(tǒng)非全相運(yùn)行、單側(cè)電壓源運(yùn)行的影響。超高壓線路的電流差動(dòng)保護(hù)繼電器一般主要采用分相電流差動(dòng)繼電器，基本動(dòng)作方

41、程： 是差動(dòng)繼電器的啟動(dòng)定值。當(dāng)區(qū)外故障時(shí)，線路中流過的是穿越性故障電流，兩側(cè)電流相位相反，差動(dòng)繼電器不誤動(dòng)；當(dāng)區(qū)內(nèi)故障時(shí)，SSSC不會(huì)改變?nèi)魏我粋?cè)系統(tǒng)的電抗的性質(zhì)。雖然會(huì)加入少量諧波使電流發(fā)生一些畸變，但并不足使電流相位發(fā)生質(zhì)的變化，因此不會(huì)導(dǎo)致差動(dòng)繼電器的拒動(dòng)。但當(dāng)加入SSSC的輸電線路遠(yuǎn)端口發(fā)生故障時(shí)再發(fā)生內(nèi)部故障，如圖4.1所示先發(fā)生故障后發(fā)生內(nèi)部故障，出現(xiàn)電流溢出現(xiàn)象，M側(cè)電流與N側(cè)電流方向相反，此時(shí)由于比例制動(dòng)差動(dòng)保護(hù)會(huì)拒動(dòng)。圖4.1 SSSC對電流差動(dòng)保護(hù)的影響4.2 對零序/負(fù)序保護(hù)的影響超高壓電網(wǎng)發(fā)生單相接地機(jī)率最大，零序保護(hù)有廣泛應(yīng)用。零序和負(fù)序原理相近，在此僅討論零序方向

42、繼電器。它利用短路時(shí)零序電壓與零序電流的相角：一般電壓滯后與電流大約，以此判斷正方向短路還是反向短路。圖4.2 SSSC對零/負(fù)序影響 如圖4.2所示SSSC安裝與M側(cè)，保護(hù)采用線路側(cè)TV（在SSSC出口處），設(shè)在K1點(diǎn)發(fā)生正方向不對稱接地短路。對于傳統(tǒng)的固定串補(bǔ) FSC，則當(dāng)其容抗>（M側(cè)系統(tǒng)零序阻抗）時(shí)，將誤判為反向故障而拒動(dòng)。而SSSC在容性補(bǔ)償時(shí)顯示為一個(gè)可變?nèi)菘?，假設(shè)>，由于MOV的快速動(dòng)作特性（=1ms）使得SSSC處于旁路運(yùn)行模式，使其等值容抗大為減小，因此發(fā)生拒動(dòng)的可能性非常微小。最壞的情況下若MOV動(dòng)作前已經(jīng)采得故障電壓電流，這時(shí)由于SSSC的動(dòng)態(tài)基頻阻抗的特性，

43、即其動(dòng)態(tài)基頻阻抗幅值隨時(shí)間變化先減小后上升，當(dāng)達(dá)到最大值后（小于穩(wěn)定值），開始衰減并趨于一個(gè)穩(wěn)定值。因此這將使得保護(hù)發(fā)生拒動(dòng)的機(jī)會(huì)比傳統(tǒng)的固定串布（FSC）線路大為減小。4.3 對距離保護(hù)的影響距離保護(hù)是反應(yīng)故障點(diǎn)至安裝地點(diǎn)之間的距離（或阻抗），并根據(jù)距離的遠(yuǎn)近而確定動(dòng)作時(shí)間的一種保護(hù)裝置，距離保護(hù)通常作為輸電線路的后備保護(hù)。加入SSSC后有可能影響其測量阻抗，因此需從SSSC的等值阻抗入手，其等效電路如圖4.3所示。圖4.3 SSSC等效電路圖根據(jù)SSSC等效電路圖可得SSSC的容性等值阻抗為： 是線路阻抗及SSSC耦合變壓器漏抗之和。因此SSSC的加入破壞了輸電線路阻抗的均勻性，影響距離保

44、護(hù)的測量阻抗。另外，SSSC的本體保護(hù)MOV是影響繼電器能否正常動(dòng)作與否的關(guān)鍵，當(dāng)MOV動(dòng)作時(shí)相當(dāng)于旁路了SSSC的逆變器組，SSSC特性為短時(shí)呈現(xiàn)很小的容性阻抗，幾乎不起作用，則對保護(hù)的影響可以忽略不計(jì)，但配置時(shí)都按最壞的情況考慮的，距離保護(hù)中用的繼電器包括基于基頻量的歐姆繼電器和基于突變量的工頻變化量的繼電器。對于基于工頻量的歐姆繼電器如圖4.4所示的簡單系統(tǒng)，保護(hù)1、2是歐姆繼電器且分別裝于L1兩端，歐姆繼電器一般以正序電壓為極化電壓，在不對稱短路和對稱短路但極化電壓的記憶作用存在時(shí)能正確動(dòng)作，反向故障時(shí)不動(dòng)作。圖4.4 簡單系統(tǒng)短路故障示意圖對于相間距離繼電器其工作電壓、極化電壓分別為

45、：繼電器動(dòng)作方程為：其中-保護(hù)安裝處相間正序電壓，=AB、BC、CA； -角度，可在、中設(shè)定。對于接地距離保護(hù)繼電器其工作電壓、極化電壓為：繼電器動(dòng)作方程為：式中是正序電壓，為A、B、C。對于保護(hù)1而言，1、區(qū)內(nèi)K點(diǎn)單相（A相）接地時(shí)，正序電壓不會(huì)反向，繼電器可靠動(dòng)作；區(qū)內(nèi)K點(diǎn)兩相短路時(shí)，正序極化電壓亦不會(huì)反向，繼電器可靠動(dòng)作；區(qū)內(nèi)K點(diǎn)兩相接地時(shí)，當(dāng)背后電源正序阻抗較小時(shí)可能電壓反向而導(dǎo)致拒動(dòng)；區(qū)內(nèi)K點(diǎn)三相短路時(shí)，正序電壓可能反向；區(qū)外故障時(shí)，當(dāng)按照正常方式整定時(shí)，由于SSSC是容性，實(shí)測阻抗應(yīng)減去，所以可能會(huì)延伸至下段而發(fā)生超越，當(dāng)按減去的阻抗進(jìn)行整定時(shí)不會(huì)發(fā)生超越，但會(huì)縮短保護(hù)范圍；區(qū)外反

46、向故障時(shí)，SSSC不包含與故障回路中，不會(huì)誤動(dòng)。對于保護(hù)2而言，區(qū)內(nèi)故障時(shí)，保護(hù)可靠動(dòng)作，且SSSC的加入使其有可能保護(hù)線路全長，是有利的；區(qū)外故障時(shí)有超越的可能。對于基于突變量的距離繼電器，反應(yīng)的是繼電器補(bǔ)償電壓相位突變或幅值突變的電壓繼電器，系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，可分解為正常運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)和故障分量網(wǎng)絡(luò)。工頻變化距離繼電器，比幅式動(dòng)作方程： 為繼電器工作電壓，為整定門坎，取為故障前工作電壓的記憶量。對于相間距離保護(hù)： 其中為AB、BC、CA。對于接地距離繼電器： 其中為A、B、C。對于保護(hù)1而言，區(qū)內(nèi)故障時(shí)，無論怎樣都可以無誤的動(dòng)作；正向區(qū)外故障時(shí)類似與工頻量歐姆繼電器，可能有超越發(fā)生，反向區(qū)外故

47、障時(shí)，都可可靠的不動(dòng)作。對于保護(hù)2而言，正向故障時(shí)，SSSC不包含在故障回路，所以區(qū)內(nèi)故障均可可靠動(dòng)作，區(qū)外故障時(shí)類似于保護(hù)1可能發(fā)生超越；反向故障時(shí)可靠不動(dòng)作。4.4 諧波的影響SSSC是基于可關(guān)斷逆變器組的靜止同步補(bǔ)償裝置，它提供注入電壓的同時(shí)還是一個(gè)諧波源。諧波的產(chǎn)生主要來自兩個(gè)方面：1、它是以電壓源逆變器（VSI）為基礎(chǔ)的，半導(dǎo)體器件的開通和關(guān)斷使正弦波畸變而產(chǎn)生諧波。2、MOV導(dǎo)通動(dòng)作時(shí)也將產(chǎn)生明顯的3次諧波。研究及試驗(yàn)表明，MOV產(chǎn)生的諧波主要在串補(bǔ)設(shè)備內(nèi)部存在，對線路電流影響不大，而VIS產(chǎn)生的諧波使電壓電流產(chǎn)生畸變，嚴(yán)重時(shí)對繼電器的動(dòng)作邊界和方向性有一定影響，應(yīng)通過設(shè)置濾波器或

48、采用多重化結(jié)構(gòu)等其他諧波抑制技術(shù)加以濾除。4.5 低頻分量的影響串聯(lián)電容的投入改變了輸電線路阻抗沿線分布的均勻性，并且在故障暫態(tài)故障中與線路感抗構(gòu)成振蕩回路，引入了低頻分量，從而可能會(huì)對工頻變化量距離繼電器引起暫態(tài)超越并產(chǎn)生一些其他影響。在故障時(shí)SSSC也會(huì)產(chǎn)生一定的低頻分量，低頻暫態(tài)分量由于幅值較大、衰減較慢、頻率靠近工頻，難以通過濾波器的方法進(jìn)行濾除，對繼電器的動(dòng)作邊界有一定影響，對于工頻變化量繼電器，由于提取的變化量中也含有低頻分量，因此也有較大的影響。低頻分量對零序、負(fù)序方向繼電器的動(dòng)作也有影響，低頻分量最大時(shí)零序、負(fù)序方向繼電器測量的相角波動(dòng)也大，可能會(huì)影響方向繼電器的準(zhǔn)確動(dòng)作。第

49、5 章 SSSC系統(tǒng)建模與仿真5.1 SSSC的數(shù)學(xué)模型靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器（SSSC）的工作原理是向線路上注入一個(gè)大小和線路電流無關(guān)的而相位和線路電流相位垂直的電壓，改變電壓大小就相當(dāng)于線路的有效阻抗，從而控制系統(tǒng)潮流。但實(shí)際中電壓與電流并非嚴(yán)格垂直，有很小的偏差以彌補(bǔ)SSSC損耗。當(dāng)注入電壓超前電流時(shí)，相當(dāng)于在線路中串入電感，線路電流和傳輸功率都減小；反之；注入電壓滯后電流時(shí)，相當(dāng)于在線路中串入電容，線路電流和傳輸功率都增加含SSSC的輸電線路如圖5.1所示。圖5.1 含SSSC的輸電線路圖中A、B代表母線，L、R是輸電線路的電感和電阻。SSSC輸出接近正弦波的可控電壓，在此先建立SSSC的

50、電壓源模型，只考慮基波分量，忽略濾波電容電感的影響，等值電路如圖5.2所示。其中U1代表系統(tǒng)電壓，U2代表負(fù)荷電壓，Us代表SSSC的注入電壓，L代表線路電感和耦合變壓器的漏感，R代表線路的電阻和SSSC的損耗，代表逆變器的開關(guān)損耗，i為線路電流的瞬時(shí)值，下標(biāo)a、b、c代表ABC三相，和分別為電容電流和電阻電流的瞬時(shí)值。（a）（b）圖5.2 SSSC的等值電路（a）交流測 （b）直流側(cè)5.1.1 交流測的電路方程如圖5.2（a）所示的電路圖看出SSSC的交流側(cè)是RL串聯(lián)電路。根據(jù)電路理論的KVL和KCL原理列出狀態(tài)方程：設(shè)A相電流；電壓，。其他電壓電流三相對稱。將abc三相靜止坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為d-

51、q兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換矩陣可改寫為：代表d-q坐標(biāo)系中d軸與abc坐標(biāo)系中a軸間的夾角，這里=。變換矩陣對時(shí)間t的導(dǎo)數(shù)為：根據(jù)d-q變換得： 對（5-4）等號兩端對時(shí)間t求導(dǎo)，得：把式（5-1）、（5-2）、（5-3）代入（5-5）得：考慮到輸電線路中三相電壓和三相電流是對稱的，可得，則（5-6）可簡化為：其中為同步角速度，、代表線路電流的d-q分量，、代表系統(tǒng)電壓的d-q分量，、代表SSSC輸出電壓的d-q分量，、代表負(fù)荷電壓d-q分量。式（5-7）是考慮SSSC注入電壓作用后的交流側(cè)電路方程，其中計(jì)及耦合變壓器的漏抗和電壓源逆變器損耗。5.1.2 直流側(cè)電路方程如圖5.2（b）所示的電

52、路圖看出SSSC的直流側(cè)是電流源、電容器、電阻組成，SSSC直流側(cè)和交流側(cè)瞬時(shí)功率可表示為：由實(shí)際得知，則可得：5.1.3 SSSC的數(shù)學(xué)模型由5.1.1節(jié)中的式（5-7）和5.1.2節(jié)中的式（5-10）化簡整理得：以電壓源逆變器輸出電壓是SSSC的控制變量，合理控制以實(shí)現(xiàn)對線路功率的控制。根據(jù)d-q變換，線路電流可變?yōu)椋浩渲蠭代表電流的幅值，代表電流相位角。假設(shè)SSSC工作于容性補(bǔ)償狀態(tài)，即其輸出電壓相角滯后電流相位，所以SSSC輸出電壓相角可表示為（其中，偏移角是為了補(bǔ)償逆變器的損耗）：因?yàn)?，SSSC輸出電壓的d-q分量為：輸電線路的有效阻抗為：X代表線路有效阻抗；U代表戴維南路兩端電壓差

53、的幅值；I代表線路電流的幅值。把是（5-15）、（5-16）代入（5-11）化簡得：式（5-17）表示SSSC的數(shù)學(xué)模型，其中電壓源變壓器的輸出電壓是SSSC的控制變量，它決定于調(diào)制系數(shù)M和電容直流電壓，適當(dāng)控制這兩者就可實(shí)現(xiàn)對線路阻抗的控制，從而控制線路潮流。5.2 SSSC系統(tǒng)仿真及結(jié)果SSSC應(yīng)用于系統(tǒng)的系統(tǒng)模型分為雙機(jī)系統(tǒng)模型和單機(jī)系統(tǒng)模型，此處為了操作的簡便且可以說明問題和證明原理理論，只采用單機(jī)模型，即一端是把無限大系統(tǒng)等效為一等效電源，考慮實(shí)際情況中“無限大”系統(tǒng)也有系統(tǒng)內(nèi)阻，所以電源用戴維南定理等效為一個(gè)恒壓電壓源和一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)阻抗；中間串聯(lián)接入SSSC的耦合變壓器，耦合變壓器把

54、SSSC的輸出電壓輸出傳入系統(tǒng)；負(fù)荷用無源的等效阻抗表示。為了設(shè)計(jì)的需要，在系統(tǒng)內(nèi)阻與耦合變壓器之間串聯(lián)一個(gè)極其微小對系統(tǒng)幾乎無影響的電感用于采集SSSC對比參考的信號：L1=1uH。首先采集系統(tǒng)電壓U1和負(fù)荷電壓U2，采用運(yùn)算：U=U2-U1，得另一參考信號U，接著把從L1采集的電壓信號=I*L1，因L1為定值，與I成正比，只考慮大小時(shí)可以等效為電流信號I，經(jīng)一定比例的放大等與U相乘即為SSSC的輸出的補(bǔ)償功率，當(dāng)系統(tǒng)電壓低于負(fù)荷電壓時(shí)U為正，輸出補(bǔ)償功率為正即容性補(bǔ)償；當(dāng)系統(tǒng)電壓高于負(fù)荷電壓時(shí)U為正，輸出補(bǔ)償功率為負(fù)即感性補(bǔ)償。經(jīng)補(bǔ)償功率的補(bǔ)償負(fù)荷電壓不斷提升，最終穩(wěn)定至與系統(tǒng)電壓大小相等

55、，效果非常明顯，下面對仿真具體內(nèi)容進(jìn)行介紹。SSSC的工作模式與系統(tǒng)和負(fù)荷均有關(guān)系。而系統(tǒng)內(nèi)阻和負(fù)荷阻抗均有多種運(yùn)行模式：電阻式、阻抗式、阻容式。本篇文章限于篇幅限值不能把各種情況一一討論， 在此假設(shè)負(fù)荷端參數(shù)不變，系統(tǒng)內(nèi)阻在電阻式、阻抗式、阻容式三種模式下，系統(tǒng)加入和不加入（給SSSC一0信號）SSSC時(shí)，系統(tǒng)各部分電壓的關(guān)系。為了更接近真實(shí)系統(tǒng)，在此仿真的系統(tǒng)電壓U1=10KV；SSSC耦合變壓器容量為100MVA；負(fù)荷選取最多的運(yùn)行模式阻抗式，等效電阻為50，等效電抗為100mH。（1）當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)阻為電阻（系統(tǒng)電感和系統(tǒng)電容作用相互抵消）時(shí)，R=5.系統(tǒng)不接入SSSC和接入SSSC時(shí)系統(tǒng)電

56、壓U1、負(fù)荷電壓U2、SSSC輸出電壓Us波形圖如圖5.3所示：在上面一個(gè)圖中，SSSC輸出電壓Us=0，即未起作用。負(fù)荷電壓為僅有9.322KV，明顯低于系統(tǒng)電壓10KV，這種運(yùn)行條件是很差的，不可長時(shí)間運(yùn)行；當(dāng)接入SSSC系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后，如圖5.3下面的圖形所示，負(fù)荷電壓U2幅值=系統(tǒng)電壓U1幅值，SSSC的輸出電壓不再為0，起到了補(bǔ)償?shù)淖饔?。圖5.3 系統(tǒng)內(nèi)阻為電阻時(shí)電壓波形圖（2）當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)阻為阻抗（最常見的工況）時(shí)，R=5，L=40mH.系統(tǒng)不接入SSSC和接入SSSC時(shí)系統(tǒng)電壓U1、負(fù)荷電壓U2、SSSC輸出電壓Us波形圖如圖5.4所示：在上面一個(gè)圖中，SSSC輸出電壓Us=0，即未起作用。負(fù)荷電壓為僅有8.383KV，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于系統(tǒng)電壓10KV，且超出±10%的電壓允許，屬于故障狀態(tài)。這種運(yùn)行條件是很差的，應(yīng)立即處理；當(dāng)接入SSSC系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后，如圖5.4下面的圖形所示，負(fù)荷電壓U2幅值=系統(tǒng)電壓U1幅值，SSSC的輸出電壓不再為0，起到了補(bǔ)償?shù)淖饔?。圖5.4系統(tǒng)內(nèi)阻為阻抗時(shí)電壓波形圖（3）當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)阻為阻容時(shí)，R=5，C=100uF.系