晶闸管控制串联电容器应用于弹性交流输电系统的稳定度分析

　　进相一迟相控制器的参数可以根据基于模态控制理论的极点指定法来决定。将不稳定的低频振荡模式特征值移至预设的稳定位置，经过简单的矩阵运算，可得到控制器的参数值，详细的运算法则如下所示。 
　　对于一个控制系统，其状态方程式可写成：X（t）=AX（T）+BU（t）Y（t）=CX（t）
       其中X（t）为n×1开环系统的状态向量；U（t）为m×1系统的输入向量，Y（t）为p×1系统的输出向量，A、B、c均为常数矩阵。经过拉氏变换到频域后，得：X（S）= （SI-A）^-1BU（S）Y（S）=CX（S）=C（SI-A）BU^-1（S） 
　　如果输出至控制器的传递函数为H（S），m×p向量，则：U（S）=H（s）Y（S） h（S）C（SI-A^-1BU（S）可得：I= H（S）C（SI-A）^-1B 
　　s代入指定特征值λi，经矩阵运算后，可得控制器H（S）中的参数。 
　　极点指定法在使用时有以下几点限制： 
　　（1）所求得的控制器参数必须合理，且具可行性。如时间延迟常数需为正值，比例放大值不可过大等。 
　　（2）必须使整个系统的特征值稳定。 
　　（3）所指定的极点需合理，且不能影响整个系统其他部位的特性。根据以上法则，求得的结果如下： 
　　预设特征值的低频振荡模式：-1.2+j6.0 
　　进相一迟相控制器的参数为：K_w=0.3s，T_w=0，015s T₂=150ls T₁=0056s. 
　　系统加入TCSC与进相一迟相辅助控制器后的特征值如表1第4列所示，机电模式振荡的特征值准确的落在指定的位置上，其他模式的阻尼也得到了改善。 
　　针对特定操作点设计的控制器，讨论控制器的适应性和适用范围，针对系统在不同发电机输出功率、端电压、功率因数的低频振荡模式与发电机特征值分别列于表2-表4。由表2可以看出，低频振荡模式因发电机负载增加而造成阻尼降低。另外由表3可以看出端电压越高时，系统的阻尼越好。由表4可以看出未加入TCSC前，发电机低频振荡模式随功率因数的增加而阻尼变差；加入TCSC后，发电机特征值特性未变，低频振荡模式则随功率因数的增加阻尼变得更好。 
　　4 时域模拟分析 
　　特征值分析是在指定的操作点，对非线性系统作线性化后，分析其特征值稳定度，适合于小信号稳定度分析。由于电力系统有很多限制器和饱和现象，如励磁机、TCSC等，所以需利用非线性微分方程作时域计算机模拟，以验证TCSC与系统动态特性是否与特征值分析结果一致。 
　　首先，机组在0.2s时，突然有0.1pu的机械转矩加入，持续100ms后恢复，未加TCSC前的动态响应如图6所示，系统状态不稳定；加入TCSC与设计的进相-迟相控制器后，系统的动态响应如图7所示，并于未加TCSC的动态响应进行对比，可以看出TCSC能够抑制机电模式低频振荡的效果。相反图8，图9为机组在0.2s时，突然降低O.lpu的机械转矩，持续100ms后恢复、未加TCSC与加入TCSC与控制器后的系统动态响应图。可知不论机组在加速或减速扰动下，TCSC结合控制器均能有效抑制系统的低频振荡、提高系统的稳定度。 
　　另一种状态下，输电线路2发生断线扰动，输电线路2在0.2s时并联的双线中的一条线跳脱，持续100ms后恢复，未加TCSC前的动态响应如图10所示，系统状态不稳定；加入TCSC与设计的进相一迟相控制器后，系统的动态响应如图11所示，可认为TCSC抑制了机电模式的低频振荡效果。 
　　特征值分析与动态模拟结果表明：TCSC在稳态下、可降低传输线阻抗，提高传输线的功率输送量。加入适当的控制器和适当的控制法则后，TCSC不仅能提高电能输送量，还能提高系统的稳定度。从动态模拟中可看出，虽然TCSC的阻抗变动在动态下存在上下限值，但仍可有效抑制低频振荡。 
　　5 结论 
　　本文研究TCSC对电力系统中低频振荡的抑制及对电力系统稳定度的提高。TCSC结构选择适当的模型、并将其加入电力系统模型中，由特征值分析与非线性动态模拟可知：TCSC不仅可以降低输电线路阻抗，提高输电线容量，加入适当的控制器可有效抑制电力系统低频振荡，提高系统稳定度。 
　　根据本研究获得的初步结论，后续的研究应对多机电力系统中，TCSC装设的位置与效果，以及容量和位置等关系进行研究。除此之外，研究多机电力系统中，TCSC的控制法则，包括选择反馈信号与控制器形态，将TCSC研究成果应用于电力系统，为TCSC用于弹性交流输电系统奠定理论基础。 
　　附录：系统参数VR_max=7.3pu V_Rmin=-7.3pu（2）晶闸管控制串联电容器X_r=-O.lpu T_T=0.015sX_Tmax=O.Opu X_Tmin=-0.2pu（3）初始操作状态P_G=0.9pu P_F=0.9 X_f=-0.1 
　　参考文献： 
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