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静止同步串联补偿器的机电暂态特性研究与仿真(2)

2013-10-13 01:04
　　SSSC是基于可关断晶闸管构成的静止型补偿器，其核心部分是一个带有直流储能电容的电压源逆变器(VSI)。SSSC原理接线图。它主要由逆变器、直流环节(储能电容器或直流电源)、控制器和耦合变压器组成。Pfef和Qrek是给定功率，P和Q是实际功率，Vpq是补偿电压，I是线电流。SSSC由变流器产生一幅值和相角可控的三相正弦注入电压(它的相位在0。-360。之间可调)。注入电压大小不受线路电流或系统阻抗影响，且与线路电抗压降相位相反(容性补偿)或相同(感性补偿)，可以起到类似串联电容或串联电感的作用。容性补偿时，注入电压滞后线路电流90。，使线路输送功率能力提高；感性补偿时，注入电压超前线路电流90，减小线路输送功率，无补偿、容性及感性补偿时的向量图。电力系统暂态稳定分析主要由发电机转子摇摆曲线来判断系统的暂态稳定性。SSSC注入电压的灵活控制使其能有效的在系统发生扰动后抑制系统的功率振荡及发电机功角摇摆。它能增强发电机的阻尼，能够减少加速面积并增大减速面积，能在功角回摆时降低功角曲线，而在功角上摆时再升高功角曲线，从而阻尼功角的上下摆动。而若采取恰当的投入方式则能使其发挥更大的作用。
　　2 系统模型
　　加入了SSSC的单机无穷大系统模型。为发电机纵轴同步电抗和暂态电抗，冠为发电机横轴同步电抗；6为发电机功角；和b分别为发电机机端电压相量和无穷大系统电压相量；毛和，a分别为输电线路电流的d、q轴分量：Vu和a分别为SSSC注入电压的幅值和相位角以h为参考)；Rl和x1分别为SSSC控制器的等效电阻和电抗；&为发电机的电磁功率；Pu为吸收的有功功率；PL为输电线路上传输的有功功率。发电机通过升压变压器经并联的双回线与一无穷大系统相连，SSSC安装子其中的一回线上。
　　3 SSSC机电暂态特性的仿真
　　3．1区内故障时的仿真及旁路策略
　　区内故障时，即SSSC安装于线路Ll上，4．0s时线路Ll首端发生三相短路故障，4．1 s时故障消除。在故障过程中，SSSC控制回路按三种方式投入：(a)SSSC在故障过程中一直投入运行；按旁路运行方式投入运行(1ip故障后0．1 s投入运行)；(c)SSSC延迟投入运行(即在故障后0．投入运行)。线路L1功率及发电机功角仿真结果。仿真结果对比可知，SSSC在线路故障后快速有效地抑制了功率振荡，明显地缩短了振荡时问和幅度，提高了系统的暂态稳定性。而由图中三种投入方式的对比可知：一直投入方式在故障消除后出现了尖顶脉冲，功率飙升到1800 MW左右，远大于b、c两种方式：延迟投入方式在功率下摆时过大，而旁路方式很好地控制了功率的上下摆，经过几个波动后便趋于平稳，恢复稳定状态。因此对比可知旁路方式(故障后0．1 S投入)所达到的效果最佳。由于SSSC投入后的迅速补偿作用，使得发电机的功角摇摆明显减弱，波动时间明显变短，幅度明显变小。这得益于SSSC的固有特性，即SSSC输出电压的相对独立性，它不依赖于线路电流以及其它系统变量。从图7中可以更明显的看出SSSC不同投入方式之间的差别。SSSC旁路运行方式使得发电机功角第一摆减弱许多，上摆和下摆的幅度都要小于其它两种方式。而故障期间一直投入方式使得SSSC在故障期间所受冲击很大，若通过故障期间旁路SSSC可以有效地减小这个冲击。另外，通过图8比较的注入电压也可以得到这个结论。综上所述，区内故障时，SSSC所受的冲击比较大，SSSC不旁路会使电力电子器件的端电压达到旁路时的2倍多，超过了器件的耐压极限。因此，区内故障时应该采取故障时旁路，一定延迟时间后再投入SSSC的策略来抑制功率振荡。延迟时间对抑制作用是很敏感的，时间过长则起不到抑制功率振荡作用，时间过短则又会使SSSC处于击穿的危险区，所以应在器件过电压、过电流耐受许可范围内尽量减少延迟时间。不同的延迟时间对抑制效果的影响。
　　从图中可以看出，延迟0 S会使功率发生尖顶脉冲，延迟0．2 S使得功率下摆严重，延迟0．3 S不仅下摆严重还伴有谐波产生。而采用故障后延迟0．1 S取得了较好的效果，既能保证比较满意的抑制功率振荡的作用，又使得器件处于安全状态，避开了冲击电压和冲击电流。
　　3．2区外故障时的旁路策略
　　区外故障时，即SSSC所在线路L2首端发生三相短路故障。区外故障时不同投入方式对结果的影响较之区内故障会小一些，其原因在于SSSC的输入控制变量变化变小了，使SSSC的出力变小。特别是对于大区域多节点电网，区外故障对SSSC所在线路的影响可能更小。且SSSC在线路发生故障后能快速进入感性运行方式，限制线路电流。但是这种限制电流能力受到SSSC输出额定电压以及电力电子器件最大截止电流的限制，若SSSC容量较小，其作用是有限的。因此，此时SSSC采用一直投入方式还是旁路方式需视实际线路应用情况而定。
　　4 结论
　　本文通过Matlab搭建含SSSC的单机无穷大系统，仿真分析了SSSC的机电暂态特性，同时总结了区内区外的旁路策略。仿真结果表明，系统加入能有效抑制功率振荡，不同的投入方式使得所到达的效果不尽相同，且区内故障时表现的更加明显；区内故障时三种投入方式中采用故障时旁路方式所取得的效果最好，也能很好的避开冲击电压和冲击电流，仿真表明延迟时间为0．1 S取得的效果令人满意。