TCSC抑制电力系统次同步谐振的特性及其分析方法研究

摘要

随着电力系统中远距离、大容量输电的日益普遍，为提高系统的稳定性，充分发挥输电系统的潜在能力，常常采用串联补偿装置。然而，当串联补偿输电网络形成的电气谐振回路的固有频率与汽轮发电机组轴系扭振固有频率互补时（其和等于同步频率），有可能会引发次同步谐振（SSR）问题，对发电机组轴系造成严重损坏。因此，在规划串补输电工程之前，应该对可能引起的SSR问题予以充分的重视。通常SSR发生的条件会限制电力系统的串联补偿度，而可控串补（TCSC）的应用能够减轻上述影响。因而本文将以TCSC抑制SSR的特性及其分析方法为研究重点，其主要内容包括以下几个方面： （1）TCSC次同步频率阻抗特性及其自然抑制SSR的参数设计原则。基于对TCSC次同步频率阻抗模型的研究，绘制了三维频率阻抗图，并据此分析了TCSC次同步频率阻抗特性，特别提出了次同步谐振导通角的概念。结合实际工程，在满足工频基波阻抗特性的前提下，根据次同步频率阻抗特性研究了考虑TCSC自然抑制SSR时其主电路参数的设计原则。通过对研究系统各模态频率阻抗特性的综合分析，讨论了TCSC控制参数的选择方法。仿真结果证实了TCSC次同步频率阻抗特性分析结果的正确性。 （2）基于晶闸管可变电阻模型的TCSC动态模型的仿真实现及其可靠性验证。以实际工程为研究背景，在PSCAD/EMTDC软件中用晶闸管可变电阻模型代替PSCAD元件库晶闸管模型分别进行了小扰动和大扰动仿真。仿真结果表明，基于晶闸管可变电阻模型的TCSC动态模型在研究静态次同步谐振（小干扰稳定）问题时是足够可靠的，该模型也可用于暂态SSR（大干扰稳定）问题的研究，不过研究时需要考虑不同场合下误差的影响。 （3）频率扫描法在含TCSC的电力系统中的改进。通过使用基于晶闸管可变电阻的TCSC动态模型，解决了PSCAD/EMTDC软件中频率扫描模块不能识别PSCAD元件库晶闸管模型交替通断的问题，从而得到了较为可靠的频率扫描结果，将频率扫描法成功扩展到含TCSC的电力系统中。以实际工程为研究背景，利用频率扫描法对研究系统进行了次同步谐振稳定性分析和TCSC最优比例配置，并用时域仿真实现的复转矩系数法验证了配置结果的正确性。