第5章靜止串聯(lián)補償器

5.1串聯(lián)補償?shù)哪康?.2可變阻抗型串聯(lián)補償器

5.3開關變流型串聯(lián)補償器

5.4串聯(lián)無功補償器的外環(huán)控制系統(tǒng)5.5SSSC的性能和特征歸納

第五章靜止串聯(lián)補償器：GCSC、TSSC、TCSC和SSSC

第五章

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電力系統(tǒng)串聯(lián)補償?shù)幕舅枷胪ㄟ^在傳輸線上串入一定的設備，改變線路的靜態(tài)和動態(tài)特性，從而達到改善電網運行性能的目的。廣義上包括變壓器、斷路器等電網設備，它們能改變線路的電壓等級及其投運與退出狀態(tài)，從而對電網結構和拓撲狀態(tài)作出調整。狹義上是指在固定串聯(lián)電容（FSC）和電感基礎發(fā)展起來的補償設備，目前主要是串聯(lián)無功補償，少數(shù)具有小范圍的有功補償作用。它們通常不改變線路的電壓等級和基本拓撲結構，只是在等效意義上調整線路的阻抗和壓降，從而達到改善電網運行特性的目的。

第五章

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串聯(lián)補償與并聯(lián)補償?shù)牟煌⒙?lián)補償只需電網提供一個節(jié)點，另一端為大地或懸空的中性點；而串聯(lián)補償需要電網提供兩個接入點。并聯(lián)補償裝置通常只改變節(jié)點導納矩陣的對角線元素，或等效為注入系統(tǒng)電流源；而串聯(lián)補償裝置會改變異納矩陣的非對角線元素，或等效為注入電壓源。并聯(lián)補償裝置與所接入點的短路容量相比通常較小，主要通過注入或吸收電流來調節(jié)系統(tǒng)電壓，進而改變電流的分布。串聯(lián)補償能直接改變線路的等效阻抗或通過插入電壓源來改變傳輸線的電壓自然分布特性，從而調節(jié)電流分布，對電壓和潮流的控制能力強第五章

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串聯(lián)補償與并聯(lián)補償?shù)牟煌⒙?lián)補償只能控制接入點的電流，因此并聯(lián)補償產生補償效果后通常可以使節(jié)點附近的區(qū)域受益，適合于電力部門采用；而串聯(lián)補償可以針對特定的用戶，實現(xiàn)潮流和電壓調節(jié)，因而適合于對特定用戶和特定輸電走廊的補償

。并聯(lián)補償裝置需要承受全部的節(jié)點電壓，其輸出電流或是由所承受的電壓決定（如SVC），或是可以控制的（如STATCOM）；串聯(lián)補償裝置需要承受全部的線路電流，其輸出電壓或是由所承載的電流決定（如TSSC，GCSC，TCSC）或是可以控的（如SSSC）5.1串聯(lián)補償?shù)哪康牡谖逭?/p>

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5.1.1串聯(lián)電容補償?shù)母拍畲?lián)電容補償器的主要目的是降低輸電線路從送端到受端間總的等效串聯(lián)阻抗。X/2Xc/2Xc/2X/2第五章

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用一簡單的雙機電力系統(tǒng)模型來說明串聯(lián)補償?shù)墓ぷ髟?，如下圖所示，兩臺發(fā)電機通過一條經串聯(lián)補償?shù)木€路聯(lián)網。設計端電壓有效值分別為Us和Ur，未補償前的線路電抗為X，串聯(lián)補償設備的等效容抗為Xc，

X/2Xc/2Xc/2X/2假設傳輸線路的等效阻抗為X，則串聯(lián)電容補償后電路的等效傳輸阻抗Xeff可表示為：移項后得：K：串聯(lián)補償?shù)难a償度，定義為：第五章

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假設圖中Us=Ur=U，則補償線路上的電流和傳輸?shù)墓β士蔀椋捍?lián)電容輸出的無功功率為：第五章

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P,QQ=(1-cosd)2U2KX(1-K)2K=XcXK=0.4Ps=sindU2X(1-K)K=0.2K=0Pmax0p/2pd傳輸功率隨著補償度k的增加而快速增加，串聯(lián)電容提供的無功功率與線路無功潮流也隨著補償度k和功角δ的變化而快速增加。第五章

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P,QQ=(1-cosd)2U2KX(1-K)2K=XcXK=0.4Ps=sindU2X(1-K)K=0.2K=0Pmax0p/2pd串聯(lián)補償能有效提高線路的傳輸容量，可以解釋為：串聯(lián)容抗抵消了一部分線路電感的作用，相當于減少了線路的等效電感，是線路的電氣距離縮短，因而能傳輸?shù)墓β试黾?。結論：串聯(lián)補償設備可以看做串接在線路上的補償電壓源，這是理解各種串聯(lián)補償設備，特別是SSSC工作原理的基礎。第五章

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5.1.2電壓穩(wěn)定性串聯(lián)電容補償器不僅減小線路上的串聯(lián)電抗、使受端電壓的波動達到最小，還可防止電壓崩潰、提高系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。UsUrXXcXc=0Xc=0.5XXc=0.75X1.00.501.02.03.0Ur(p.u)P(p.u)第五章

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XUrUsZ1.00.500.51.01.5Ur(p.u)(p.u)0.9超前單位功率因素0.97超前0.95滯后0.8滯后XUrUsZ±Q無功補償1.00.500.51.01.5Ur(p.u)(p.u)0.9超前單位功率因素0.97超前0.95滯后0.8滯后輻射系統(tǒng)中并聯(lián)無功補償器電壓與有功功率的關系第五章

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5.1.3暫態(tài)穩(wěn)定性的改善并聯(lián)補償系統(tǒng)對暫態(tài)穩(wěn)定性的改善是當擾動電機在加速擺動過程中，通過控制或維持傳輸線路中點電壓來改善暫態(tài)穩(wěn)定性。串聯(lián)線路補償對控制傳輸功率的強大作用可以有效提高暫態(tài)穩(wěn)定極限，并能有效阻尼功率振蕩。第五章

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X/2ismimrX/2理想補償器（有功功率p=0)d/2d/22PmaxP,QPmax0ppd并聯(lián)補償時兩機傳輸系統(tǒng)模型及補償原理第五章

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PPmaxPmA1A20dpdcritd3d2d1AmangP=sindU2XP1.5PmaxPmaxAs1As20ddscritds3ds2ds1AmangP=sindU2X(1-k)Pmk=1/3串聯(lián)電容補償通過抵消一部分傳輸線路阻抗確實使系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定裕量有了很大的提高。實際發(fā)生故障時，故障前和故障后的系統(tǒng)不同，故障后的系統(tǒng)穩(wěn)定性設計需認真考慮。

無串聯(lián)補償有串聯(lián)補償?shù)谖逭?/p>

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5.1.4功率振蕩的阻尼P0Pt00dd0t無阻尼無阻尼0Kt當dδ/dt>0時，k取最大值，此時傳輸線路的等效阻抗達到可控范圍的最小值，線路上所傳輸?shù)墓β蔬_到它的最大值，從而阻止傳輸角的進一步增加。有阻尼有阻尼第五章

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當dδ/dt<0時，k值為0，等效的線性阻抗為最大值，或線路有效阻抗上的電壓降達到了它的最小值，因而線路傳輸?shù)墓β室策_到了最小值，這樣就能阻止傳輸角的進一步減小。P0Pt00dd0t無阻尼無阻尼0Kt有阻尼有阻尼第五章

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正反饋串聯(lián)電容補償線路所引發(fā)的次同步自然諧振會與汽輪發(fā)電機組的機械旋轉系統(tǒng)之間產生相互作用，導致負阻尼諧振使電氣諧振與機械振蕩之間相互作用逐漸加強。5.1.5次同步振蕩的阻尼第五章

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次同步諧振現(xiàn)象由于串聯(lián)補償度k在25%~75%之間變化，所以電磁諧振頻率fs一般都低于系統(tǒng)工作頻率f1。這兩個頻率之間沒有整數(shù)倍的關系，但fs小于f1。如果由于線路的擾動使電氣線路產生了諧振，則線路電流的次諧波分量就會在發(fā)電機旋轉磁場中產生相應的次諧波磁場，由于fs<f1，所以這個旋轉的諧波磁場滯后于電機主磁場的旋轉速度，因而會在電機轉子上產生頻率為f1–fs的交變轉矩。如果這個頻率差與汽輪發(fā)電機組的許多諧振轉矩中的一個相符，就會引發(fā)機械轉矩振蕩，反過來，這個機械振蕩又會進一步加劇電路的諧振。經過幾次反復增強后，最終會導致系統(tǒng)崩潰。凡是滿足這種條件的振蕩就定義為次同步振蕩。這一現(xiàn)象最早是1937年出現(xiàn)的，但直到上世紀70年代才了解實質。第五章

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5.1.5串聯(lián)補償?shù)墓δ芗耙蟠?lián)補償器解決功率潮流的控制，與傳輸網絡的線路長度或者結構有關。固定或可控串聯(lián)電容補償可最大限度的減小輻射線路受端電壓的波動，并防止電壓崩潰。串聯(lián)補償可通過適當?shù)目刂苹蛞种浦饕獧C械振蕩，對故障后系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性起到改善作用，在阻尼功率振蕩方面也具有很好的效果。第五章

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對串聯(lián)補償進行適當控制，并配置適當?shù)慕Y構可在避免次同步諧振危險的同時，充分發(fā)揮傳輸線路的利用率。串聯(lián)補償器按預先設定的路徑維持相應的潮流，在緊急故障條件下建立功率潮流的變更路徑，保證負載的正常運行，優(yōu)化傳輸線路的運行參數(shù)等。第五章

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5.1.7可控串聯(lián)補償?shù)膶崿F(xiàn)方法利用晶闡管投切電容和晶闡管控制電抗器實現(xiàn)的可變電納。使用開關型變流器實現(xiàn)一個可控的同步電壓源。并聯(lián)型補償器相當于一個可控的無功電流源，它并聯(lián)在傳輸線路上，以實現(xiàn)對線路電壓的控制。串聯(lián)補償器在功能上相當于一個可控電壓源，它串聯(lián)在傳輸線路中，并控制傳輸線路中的電流。第五章

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5.2可變阻抗型串聯(lián)補償器

5.2.1GTO控制的串聯(lián)電容(GCSC)iSW當GTO開關閥閉合后，電容上的電壓為零，而當開關閥斷開時，應使電容電壓為最大值。在每半個周波里，開關閥的關斷和閉合都必須與交流系統(tǒng)工作頻率保持同步。通過適當控制操作，GTO開關閥都能在電容電壓為零時自動閉合。第五章

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-sing1wc0Uc(g=0)Uc(g)tgqi-sing1wc0Uc(g=0)Uc(g)tgq比較第五章

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wt0iuc(g)ucF(g)g=g4g=g3g=g2g=g1g=0晶閘管控制電抗器的輸出電流與GTO控制的串聯(lián)電容上的電壓波形相同。a=a1a=0a=a2a=a3a=a40wtUiL(a)ULF=(a)第五章

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TCR與GCSC的對偶性

結構：TCR是開關閥與電抗器的串聯(lián)，GCSC是開關閥與電容的并聯(lián)。機理：TCR相當于是由一個電壓源（傳輸線母線電壓）來驅動；GCSC則相當于是由一個電流源（傳輸線電流）來驅動。開關閥動作：TCR開關閥是在電流過零點閉合，GCSC則是在電壓過零點處閉合。第五章

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TCR是相對于施加電壓峰值處的導通延遲，它決定了開關閥的導通時間間隔，GCSC是相對于線路電流峰值處的關斷延遲，它決定了開關閥的阻斷時間間隔。TCR是控制恒定電壓源作用下的固定電感，對這個電壓源而言，它相當于是一個可變電納，GCSC是控制恒定電流源作用下的電壓，該電壓是恒定電流源流過固定電容所形成的，GCSC對這個電流源相當于是一個可變電抗。第五章

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分析電容電壓ucF(g)的基波分量幅值UC(g)可以表示成關于延遲角g的函數(shù)：第五章

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0705050403020100.20.1090800.91.00.70.80.50.40.30.5uCF(g)[p.u]g°uc(g)i在恒定線路電流的作用下，并根據電容電壓基波分量的變化情況，可認為GCSC是一個可變的容抗。其表達式為：第五章

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0UCmaxImaxIminIUCUCmaxUCImaxIXC0損耗（％）I0.50UCF(g)=0UcmaxI損耗（％）0.50XC(g)=0GCSC的電壓控制模式電抗控制模式下的U-I特性電壓模式下的損耗阻抗模式下的損耗第五章

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可知由式這些諧波是關斷延遲g的函數(shù)，其幅值可表示為：式中，n=2k+1，k=1，2，3，……

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30°90°51015°45°75°0°050°guh[%]u3u1[比例×10]u5u7u9u11u13iuc(g)g0uc(g)wti在不同關斷延遲角g下諧波電壓的幅值相對于最大電容基波電壓的百分比第五章

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1.012345周期0.750.50.250uCdemand[p.u]0wtiuC10wtiuC20wtiuC30wtiuC40wtiuC5C1C4C3C2uC4uC3uC2uC1順序控制四個串聯(lián)GCSC模塊以減小諧波幅值第五章

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-sing1wc0Uc(g=0)Uc(g)tgqi-sing1wc0Uc(g=0)Uc(g)tgq

GTO開關閥必須在電容電壓為零時導通或關斷，在這一開關瞬間，線路電流已達到它的峰值。第五章

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5.2.2晶閘管投切串聯(lián)電容（TSSC）iuCmuC2uC1C1CmC2TSSC的串聯(lián)補償度是通過增加或減少串聯(lián)電容的個數(shù)來實現(xiàn)階梯方式的變化。與某個電容相對應的晶閘管開關閥關斷后，該電容就串聯(lián)到傳輸線路中，開關閥閉合后，則對應的電容就被旁路。第五章

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iUCswiUCUC=0UC=0wtSw“通”只有在線路電流過零時晶閘管開關閥才能夠關斷，當電容在線路電流為零瞬間串聯(lián)到電路時，產生一個直流偏移電壓，這個偏移電壓的大小等于交流電容電壓的幅值。第五章

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0ImaxImaxIminIIXCmax0UCmaxUCmaxUCUC損耗（％）損耗（％）0.50.5UC=0XC=0II00UcmaxXCmaxa1a1由四個串聯(lián)模塊組成的TSSC電壓補償?shù)幕綰-I特性曲線第五章

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0ImaxImaxIminIIXCmax0UCmaxUCmaxUCUC損耗（％）損耗（％）0.50.5UC=0XC=0II00UcmaxXCmaxa2電壓模式下的損耗與線電流特性a2第五章

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0ImaxImaxIminIIXCmax0UCmaxUCmaxUCUC損耗（％）損耗（％）0.50.5UC=0XC=0II00UcmaxXCmaxb1在任何線路電流下，甚至達到最大額定電流時，TSSC都能夠維持額定補償電抗。b1第五章

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0ImaxImaxIminIIXCmax0UCmaxUCmaxUCUC損耗（％）損耗（％）0.50.5UC=0XC=0II00UcmaxXCmaxb2阻抗模式下的損耗與線電流特性。b2第五章

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5.2.3晶閘管控制串聯(lián)電容（TCSC）iCUC(a)iC(a)=i+iL(a)SWLiL(a)TCSC的穩(wěn)態(tài)阻抗就相當于LC并聯(lián)電路，其等效電抗就是固定容抗Xc和一個可變電抗XL(α)的并聯(lián)值：第五章

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可知：根據式XL=ωL，a:以電容電壓峰值為基準得到的延遲角當可控電抗器的電抗XL(α)從它的最大值向它的最小值wL變化時，TCSC的等效容抗就會由它的最小值XTCSC,min=Xc=1/ωC向達到并聯(lián)諧振的某一個值變化，即向Xc=XL(α)變化。第五章

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iCSWLXC(a)容性感性0aL

lim感性范圍0≤a≤aLlim容性范圍aLlim≤a≤p/2wtp/2aC

limaraL≤a≤aClim運行限制諧振：XL(ar)=XC進一步減小XL(α)，會使TCSC的電抗XTCSC(α)變?yōu)楦行噪娍?，并在?0時達到了它的最小值XLXC/(XL-XC)，串聯(lián)電容被TCR旁路。第五章

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iCSWLXC(a)容性感性0aL

lim感性范圍0≤a≤aLlim容性范圍aLlim≤a≤p/2wtp/2aC

limaraL≤a≤aClim運行限制諧振：XL(ar)=XCαClim≤α≤π/2，此時對應的XTCSC(α)是容性TCSC有兩個工作區(qū)間0≤α≤αLlim，對應的XTCSC(α)是感性第五章

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iL(a)awtwtLLCaiiiiuC(a)uC0wtSWSW00在TCR工作的半周期內，將晶閘管開關閥看成是在a時刻導通的理想開關。這個理想開關與合適方向二極管的串聯(lián)，它能阻止電流過零后的反向導通。第五章

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iL(a)awtwtLLCaiiiiuC(a)uC0wtSWSW00開關閥在閉合瞬間發(fā)生兩種物理現(xiàn)象：相當于恒定電流源線路電流繼續(xù)對電容進行充（放）電。在開關閉合后所形成的LC諧振電路在半個諧振周期內對電容的反向充電。aqaaqq第五章

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u,i0wtiiC(a)=i+iL(a)uC0uC(a)uSW

iL(a)0wtiL(a)uSW(a)電容電壓與電流波形、TCR電壓和電流波形，以及TCSC穩(wěn)態(tài)運行下的容性補償特性aq第五章

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u,i0wtiiC(a)uC0uC(a)wt0uSW

iL(a)iL(a)uSW(a)電容電壓與電流波形、TCR電壓和電流波形，以及TCSC穩(wěn)態(tài)運行下的感性補償特性第五章

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wtwtwt000iuC0UCTCRuC(a)=uC0+UCTCR串聯(lián)電容器上的穩(wěn)態(tài)補償電壓由不可控和可控分量組成。不可控分量為正弦波的uco(t)，其幅值與線電流的幅值成正比?？煽胤至靠啥x為uCTCR(t)，它實質上是一個方波，它的幅值由TCR的反向充電控制。第五章

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注意為了得到希望的串聯(lián)補償效果，倘若TCR電抗相對于串聯(lián)電容的容抗足夠小，TCR的支路電抗并不會顯著改變TCSC的物理特性，但是，實際補償器中電抗器的設計應認真考慮如何協(xié)調好相互矛盾的不同要求。在系統(tǒng)故障期間，小電抗也有利于保護性地旁路掉大沖擊電流。第五章

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較小的XL增加TCR產生的諧波電流幅值，這些諧波電流經串聯(lián)電容后形成環(huán)流，并在電容電壓上產生諧波電壓，因而增加了串聯(lián)到線路中諧波電壓的幅值，此時將減小實際延遲角的控制范圍，并可能導致閉環(huán)參數(shù)的調節(jié)變得更加困難。較小的XL對晶閘管開關閥產生大的短時電流脈沖，這迫使開關閥必須增加電流額定值，也可能增加電壓額定值。第五章

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wtwtwtwtiiTCRuCTCR門極控制TCR電流電容電壓a=p/2ppppp+ep-e線電流由于相位超前，在電容電壓的前半個周波中，正電流的積分值大于負電流的積分值，這兩個區(qū)間的積分值的之差是對電容的凈充電電荷。如果維持這個相位超前，則每半周期內電容上的偏差電荷保持增加。第五章

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wtwtwtwtiiTCRuCTCR門極控制TCR電流電容電壓a=p/2ppppp+ep-e線電流電容電壓的偏移量達到足夠大時，如果取消相位超前角ε，將觸發(fā)脈沖改為在線路電流為零(a=0)處周期性地連續(xù)觸發(fā)，在不考慮線路損耗的前提下，可維持電容電壓在所需要的幅值處不變。第五章

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wtwtwtwtiiTCRuCTCR門極控制TCR電流電容電壓a=p/2ppppp+ep-e線電流將觸發(fā)脈沖延遲一個很小的角度，則可降低電容電壓的幅值，直到電容電壓達到所期望的電壓幅值后，再取消這個滯后角。第五章

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采用TCSC電路結構可獲得對串聯(lián)電容補償?shù)倪B續(xù)控制。通過增加TCR的導通角，可使TCSC的等效容抗在電容器組實際容抗的基礎上增加?？偨Y區(qū)別TCSC可以增加串聯(lián)補償電容的等效電抗。GCSC只能在0到電容器實際容抗值之間進行控制。第五章

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ULULmaxa=aLlima=0iminimax0UCUCmaxa=aClima=90°iXCmaxXClimia=aLlimULmaxa=90°a=aClimUCmaxUC0.50.5XCmaxUC=0損耗（％）損耗（％）XCmaxXClimXClimii00a=0a1a1TCSC的補償電壓與線路電流之間基本的U-I特性第五章

靜止串聯(lián)補償器：GCSC、TSSC、TCSC和SSSC

ULULmaxa=aLlima=0iminimax0UCUCmaxa=aClima=90°iXCmaxXClimia=aLlimULmaxa=90°a=aClimUCmaxUC0.50.5XCmaxUC=0損耗（％）損耗（％）XCmaxXClimXClimii00a=0a2a2TCSC在阻抗補償模式下的損耗特性曲線第五章

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ULULmaxa=aLlima=0iminimax0UCUCmaxa=aClima=90°iXCmaxXClimia=aLlimULmaxa=90°a=aClimUCmaxUC0.50.5XCmaxUC=0損耗（％）損耗（％）XCmaxXClimXClimii00a=0b1b1TCSC在阻抗補償模式的U－I特性第五章

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ULULmaxa=aLlima=0iminimax0UCUCmaxa=aClima=90°iXCmaxXClimia=aLlimULmaxa=90°a=aClimUCmaxUC0.50.5XCmaxUC=0損耗（％）損耗（％）XCmaxXClimXClimii00a=0b2b2TCSC在阻抗補償模式對應的損耗第五章

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TCSC對瞬態(tài)電壓和電流額定值有一定的要求，且有確定的持續(xù)時間。諧波電流也會使損耗增加，因而也會相應地增加晶闡管開關閥和電抗器的溫升。電容兩端產生的諧波電壓增加了峰值電壓的設計值，也增加了對TCSC功率器件的威脅。TCSC設計第五章

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考慮諧波的作用時，應考慮最惡劣的運行條件，并根據這個條件來確定TCSC主要部件的最高工作電壓和最大額定電流，使之能滿足特殊運行工況的要求。TCSC還必須并接外部保護裝置，或由TCR本身提供的后備斷路器進行保護，以避免過電壓和過電流的沖擊。第五章

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XLmaxXTCSCXCminXCmaximaxi感性容性0在容性工作范圍內，當對應系統(tǒng)頻率的容抗在XCmin以下，或對應系統(tǒng)頻率的感抗在XLmin以下時，TCSC沒有控制作用。第五章

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20151050UbUC0(%)7次3次5次IImax諧波電壓的幅值隨著頻率的增加而迅速衰減，盡管低次諧波電壓的幅值相對較大，但對線路中的諧波電流不會有太大的影響。TCSC在線路上產生的諧波電流要低于系統(tǒng)運行環(huán)境變化所產生的諧波電流。第五章

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5.2.4次同步特性NGH阻尼器基本原理在系統(tǒng)工作頻率下，如果串聯(lián)電容上基波電壓在每半個周波終點的值超過某個相關值時，就強迫電容電壓為零。iiRCRLSWNGHSSR阻尼器0t0tiiRuC第五章

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具有NGH阻尼器的串聯(lián)電容在20Hz次同步頻率下呈現(xiàn)電阻特性。iCUC(a)iC(a)=i+iL(a)SWLiL(a)TCSC電容電壓等效電路tuscoisuscogh.fuscoghiiRCRLSWNGHSSR阻尼器第五章

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TCR反向充電使串聯(lián)電容的容抗轉換為次同步頻帶中電感特性反向充電必須在對應系統(tǒng)基波頻率的相同半個周波的間隔產生。tuscoisustcsc.fustcsc第五章

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5.2.5GCSC、TSSC和TCSC的基本運行控制變阻型串聯(lián)補償器的內部控制的功能為晶閘管開關閥提供適當?shù)拈T極驅動，產生由參考輸入給定的補償電壓或者可變的阻抗。串聯(lián)補償器的功率電路以及內部控制電路可以被看成是一個“黑匣子”的阻抗放大器，這個“黑匣子”的輸出隨著小功率參考輸入信號的變化而變化。第五章

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串聯(lián)補償器的功率電路通過嚴格的同步電流導通和阻斷控制進行工作，它不僅規(guī)定了電源頻率下的有效阻抗，而且也確定了臨界次同步頻帶的阻抗特性。GCSC,TCSC和TSSC根據線路電流基頻分量確定開關閥的導通和/或阻斷間隔，完成此任務須具備：與線路電流同步、導通或關斷延遲角的計算，以及門極觸發(fā)的基本功能。第五章

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iSW同步定時（PLL)電路電容電壓測量調理電路變流器關斷延時角電壓uC(g)-kF(g)門極驅動電路iuCiuCUCRefCGTO控制串聯(lián)電容的內部控制原理第五章

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TCSC的控制具備基本功能同步定時功能：通過與線路電流同步的鎖相環(huán)電路來實現(xiàn)的。轉換功能：將無功電壓或電抗轉換成關斷延遲角。根據式第五章

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過零檢測功能：在電容電壓過零時能確定晶閘管開關閥的開通時刻。脈沖輸出功能：為GTO開關閥提供合適的閉合和關斷脈沖。第五章

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wtwtwtwtwtPTF(g)PoffuCPonF(g)F(g)F(g)F(g)F(g)=k(1-g-sin2g)2p2pg4g3g2g1uC(g)uCF(g)電壓導通開關閥關斷

GCSC內部功能控制及基本運行波形第五章

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TCSC避免次同步諧振的控制原理使鎖相環(huán)(PLL)電路根據線路電流的基波分量工作同步定時（PLL)電路濾波器和相角校正電路變流器延時角電流門極脈沖發(fā)生器iuCiUCRef(XCRef)C偏差放大（PI控制器）TCR觸發(fā)控制uC(XC)TCSCiLL第五章

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同步定時（PLL)電路角校正電路門極脈沖發(fā)生器iuCiUCRef(XCRef)C偏差放大（PI控制器）TCR觸發(fā)控制器uC(XC)TCSCL可控移相器（超前/延時）uC應用了與線路電流同步的鎖相環(huán)，以產生基本的定時基準。第五章

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5.3開關變流型串聯(lián)補償器

U=Usin(wt-j)PRef

(RRef)QRef

(XRef)PPQ電壓型變流器能源（可選）控制＋-耦合變壓器將具有內部控制的電壓型變流器看成是同步電壓源(SVS)，只需容量較小的直流儲能電容就能夠滿足運行要求。第五章

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5.3.1靜止同步串聯(lián)補償器(SSSC)XLPidUs=Ur=U在線路電流給定的前提下，串聯(lián)電容上的電壓強迫串聯(lián)線路電抗上反極性電壓幅值隨著電容電壓的增加而增加。第五章

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XLPidUs=Ur=U同步交流電壓源來實現(xiàn)串聯(lián)補償?shù)墓δ?，同樣能保證穩(wěn)定的功率傳輸。第五章

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同步交流電壓源的輸出與串聯(lián)電容電壓相等，能夠起到串聯(lián)電容補償同樣的補償效果。即Uc:補償注入電壓矢量I:線路電流Xc:串聯(lián)電容的容抗X:線路電抗k=XC/X:串聯(lián)補償度j:虛數(shù)符號第五章

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SVS能夠在線路電流變化時維持恒定的補償電壓，或者控制補償注入電壓的幅值，這種控制與線路電流的幅值無關。SVS可以通過簡單的控制操作使輸出電壓反向，并提供超前或滯后線路電流90°的補償。輸出電壓超前線路電流90°的補償情況下，注入電壓減小了感性線路阻抗的壓降，相當于延長線路來增加線路阻抗的等效串聯(lián)補償效果。第五章

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靜止同步串聯(lián)補償器(SSSC)采用開關功率變流器（電壓型變流器）作為同步電壓源產生與線路電流正交的可控電壓。

Uq(ζ):注入補償電壓(0≤Uq(ζ)≤Uqmax)的幅值ζ:所選擇的控制參數(shù)注入電壓Uq為：第五章

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5.3.2SSSC的傳輸特性SSSC在串聯(lián)線路中注入的補償電壓與線路電流無關。因此，傳輸功率Pq與傳輸角δ的關系就與注入電壓Uq(ζ)有關，用兩機系統(tǒng)模型可表示為：第五章

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δ=90°時:Uq

=0.353，k=1/5Uq

=0.707，k=1/3

Pq(p.u)1.51.00.50-0.590°180°dUq=-0.707Uq=0Uq=0.353Uq=0.707Uq=-0.353第五章

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Pq(p.u)1.51.00.5090°180°dK=1/3K=1/5K=0當d一定時，串聯(lián)電容補償?shù)膫鬏敼β时葲]有補償?shù)木€路傳輸功率增加了一個固定的百分比。Pq(p.u)1.51.00.50-0.590°180°dUq=-0.707Uq=0Uq=0.353Uq=0.707Uq=-0.353第五章

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在0≤δ≤π/2的運行范圍內，SSSC所傳輸?shù)淖畲蠊β释瑯颖葻o補償線路可傳輸?shù)淖畲蠊β试黾恿艘粋€固定的百分數(shù)，與δ無關。Pq(p.u)1.51.00.50-0.590°180°dUq=-0.707Uq=0Uq=0.353Uq=0.707Uq=-0.353第五章

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改變SSSC的注入電壓極性，很容易在相同程度上減少或增加功率潮流。當SSSC注入電壓的極性反向或產生180°相移時，它相當于直接增加了線路阻抗上的電壓降。Pq(p.u)1.51.00.50-0.590°180°dUq=-0.707Uq=0Uq=0.353Uq=0.707Uq=-0.353第五章

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如果反極性注入電壓的幅值大于補償線路送受端之間阻抗上的電壓降時，即Uq>|Us-Ur|時，則傳輸線路上的潮流會反向，對應的線路電流則變?yōu)?/p>

I=(Uq-|Us-Ur|)/X

Pq(p.u)1.51.00.50-0.590°180°dUq=-0.707Uq=0Uq=0.353Uq=0.707Uq=-0.353第五章

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無補償正極潮流補償負極潮流補償A相線路P,Q線路A相注入Q注入時間（25ms/格）U2iQPUqiQp在注入電壓由正到負的過零轉換中，功率潮流的變化非常平滑和連續(xù)。第五章

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SSSC在工頻下運行不與有限的線路電抗產生傳統(tǒng)意義上的串聯(lián)諧振，此時容性和感性電壓相等。補償電壓的幅值是通過控制設定的，與線路電抗的變化無關，因而不受線路電流變化的影響。當傳輸角d保持不變時，理想線路阻抗X(R=0)上的壓降Ux就是SSSC注入的補償電壓Uq的函數(shù)，即

U：交流系統(tǒng)電壓，δ：傳輸角第五章

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5.3.3控制范圍與額定容量SSSC可提供容性和感性補償電壓，它與線路電流無關，即使在線路電流達到規(guī)定的最大額定值時也是如此。在電壓補償模式下的線路電流從零變到Iqmax的整個運行范圍內，SSSC都能維持額定的容性或感性電壓補償。第五章

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ImaxImaxIIUq=UCmaxULUC損耗（％）損耗（％）0.5Xq

=0II1.0XCmax0.51.0XqmaxUCUq=UCmaxXLmaxUq=ULmaxUq=ULmaxULUqmaxUq=0電壓控制模式的U-I特性第五章

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ImaxImaxIIUq=UCmaxULUC損耗（％）損耗（％）0.5Xq

=0II1.0XCmax0.51.0XqmaxUCUq=UCmaxXLmaxUq=ULmaxUq=ULmaxULUqmaxUq=0電壓模式的損耗-電流特性第五章

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ImaxImaxIIUq=UCmaxULUC損耗（％）損耗（％）0.5Xq

=0II1.0XCmax0.51.0XqmaxUCUq=UCmaxXLmaxUq=ULmaxUq=ULmaxULUqmaxUq=0阻抗控制模式第五章

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ImaxImaxIIUq=UCmaxULUC損耗（％）損耗（％）0.5Xq

=0II1.0XCmax0.51.0XqmaxUCUq=UCmaxXLmaxUq=ULmaxUq=ULmaxULUqmaxUq=0阻抗模式的損耗-電流特性第五章

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根據SSSC的運行特性知，實際的最小線路電流就是SSSC從線路上吸收有功功率所對應的電流，這個最小電流應足以補充自身的損耗。

SSSC的額定容量與固態(tài)變流器和耦合變壓器的容量相對應，這個容量是期望的最大線路電流和最高串聯(lián)補償電壓的乘積，即SSSSC=ImaxUqmax。在阻抗補償模式下，當線路電流在任意值到最大值之間變化時，SSSC維持最大額定容性或補償電抗。第五章

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ImaxImaxIIUq=UCmaxULUC損耗（％）損耗（％）0.5Xq

=0II1.0XCmax0.51.0XqmaxUCUq=UCmaxXLmaxUq=ULmaxUq=ULmaxULUqmaxUq=0額定容量為1.0p.u.的SSSC對應的無功補償控制范圍為2.0p.u.，即在–1.0p.u.到+1.0p.u.之間變化。第五章

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XC[0.5p.u]UComp=-jixc+UqULiXLSSSC[0.5p.u]SSSC的容量為0.5p.u.，固定電容容量為0.5p.u.，兩者組合在一起就構成整個連續(xù)可控的串聯(lián)補償器，最大容性補償范圍0~1.0p.u.。第五章

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串聯(lián)混合型補償與額定容量為±0.5p.u.STATCOM加0.5p.u.

可提供0－1.0p.u.的補償范圍。XC[0.5p.u]UComp=-jixc+UqULiXLSSSC[0.5p.u]第五章

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ImaxImaxIIUq=UCmaxULUC損耗（％）損耗（％）0.5Xq

=0IIXC-Xq0.5XqmaxUCUq=UCmaxXLmaxUq=ULmaxUq=ULmaxULUC+UqUC-UqUqmaxUq=0電壓補償模式的U-I特性第五章

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ImaxImaxIIUq=UCmaxULUC損耗（％）損耗（％）0.5Xq

=0IIXC-Xq0.5XqmaxUCUq=UCmaxXLmaxUq=ULmaxUq=ULmaxULUC+UqUC-UqUqmaxUq=0電壓補償模式的損耗第五章

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ImaxImaxIIUq=UCmaxULUC損耗（％）損耗（％）0.5Xq

=0IIXC-Xq0.5XqmaxUCUq=UCmaxXLmaxUq=ULmaxUq=ULmaxULUC+UqUC-UqUqmaxUq=0阻抗補償模式的U-I特性第五章

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ImaxImaxIIUq=UCmaxULUC損耗（％）損耗（％）0.5Xq

=0IIXC-Xq0.5XqmaxUCUq=UCmaxXLmaxUq=ULmaxUq=ULmaxULUC+UqUC-UqUqmaxUq=0阻抗補償模式的損耗第五章

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5.3.4提供有功補償?shù)哪芰υ赟SSC的直流端子上與一個電能輸出/吸收或適當?shù)膬δ茉O備進行耦合，就能夠控制注入電壓與線路電流之間的相位，SSSC不僅能夠與交流系統(tǒng)進行無功功率的交換，而且還能進行有功功率的交換。SSSC對串聯(lián)線路的電阻和電抗分量同時進行補償，以保持較高的X/R比值。第五章

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UsUrURUxeffRXLXCXeffUrd/2f50%f75%f0%i50%i75%i0%i(R=0)UX(R=0)UXeff,0%UXeff,50%UXeff,75%UR,0%UR,50%UR,75%XLR0%=7.4XLeffR50%=3.7XLeffR75%=1.85Us增加串聯(lián)容性補償時傳輸功率對線路電阻的限制。第五章

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無功功率Q與傳輸角δ之間的傳輸特性為：設受端電壓為恒定值，Us=Ur=U有功功率P與傳輸角δ之間的傳輸特性為：第五章

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UsUrURRXLULPQd180°90°00.51.01.52.0P,Q(p.u)XLR=3.7XLR=∞XLR=7.4XLR=1.85隨著X/R比值減小，最大可傳輸有功功率也逐漸減少，有功與無功功率之比逐漸增加。第五章

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A相線路P,Q線路A相注入P,Q注入時間（25ms/格）無補償電容補償電容和電阻補償iU2iUqPqQpPQ

SSSC對線路提供容性和阻性串聯(lián)補償?shù)腡NA仿真波形第五章

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5.3.5次同步諧振的消除串聯(lián)電容的容抗與頻率有關，與電網中存在的其它電抗產生不同頻率的次同步諧振。通過并聯(lián)晶閘管控制電抗器可改變串聯(lián)補償器在主要次同步頻率帶內的固有頻率特性。帶有感性線路阻抗的SSSC不能形成常規(guī)的串聯(lián)諧振電路，從而能避免次同步振蕩的產生。第五章

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直流電容通過變流器操作開關（開關閥）組與交流系統(tǒng)相互作用，影響到SSSC的次同步行為。例如果線路電流中除了基波分量fe外，還含有頻率分別為fsub=fe-fm和fsup=fe+fm的次同步和超同步分量，同時假設，在次同步諧振期間，對應機械系統(tǒng)頻率fm下由于調制過程所產生的同步頻率為fe，那么，頻率為fm的交流電流分量就會流過直流端子，以平衡變流器交流端子上出現(xiàn)的功率波動。第五章

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適當控制變流器輸出電壓的瞬時值，就能在期望的同步頻率下產生指定的正弦輸出電壓。不管直流調制電壓如何變化，電力系統(tǒng)都可將SSSC看作理想的同步電壓源，它在非同步頻率下可視為短路。SSSC呈示出的交流輸出性能，相當于理想變流器所具有的交流輸出特性，而這種理想變流器就是內阻抗為零、容量為無窮大的直流電壓源。第五章

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只要直流母線的容量足夠大，SSSC就可產生理想的輸出電壓，不管線路電流由何種分量所合成，它都不可能引發(fā)次同步諧振。利用變流器的固有性能，能迅速地改變變流器輸出電壓的相角。使SSSC在次同步線路電流分量存在時能安全運行。第五章

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相量圖表示一個單獨的電壓或電流量，通常是指基波分量。矢量法表示一組三相交流電壓或電流中所包含的所有分量，但零序分量除外。總結

SSSC對次同步振蕩保持中性充分條件是它與系統(tǒng)環(huán)境無關，且表征變流器輸出電壓的瞬時電壓矢量與線路電流的瞬時矢量正交。第五章

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5.3.5SSSC的內部控制直接控制型變流器的輸出電壓相角和幅值是通過開關閥導通和關斷的適當控制實現(xiàn)。輸出電壓幅值和相角計算變流器門極觸發(fā)模式發(fā)生器能量儲存aU0PTIQRefIPRefu:(U0°)偶合變壓器Uo(+△a)Uo(-△a)UoF(+△a)=U(+△a)sinwt(u+△u)dc(u-△u)dcUdc極小wt0UoF(-△a)=U(+△a)sinwtCu0:(U0(a)0°)i0Udcidc=f(△a)△udc=idcdt1CwtwtwtUm

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