變耦電抗式可控串補(bǔ)(TCSCAC)的穩(wěn)態(tài)分析和試驗(yàn)

王世蓉， 李民族， 王民慧， 王 武， 明德剛

(1.貴州理工學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550003； 2.貴州大學(xué)，貴州 貴陽(yáng) 550025)

變耦電抗式可控串補(bǔ)(TCSCAC)的穩(wěn)態(tài)分析和試驗(yàn)

王世蓉1， 李民族2， 王民慧2， 王 武2， 明德剛1

(1.貴州理工學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550003； 2.貴州大學(xué)，貴州 貴陽(yáng) 550025)

為掌握了解TCSCAC的正常運(yùn)行性能，必須對(duì)它進(jìn)行穩(wěn)態(tài)分析。提出了考慮電抗器漏抗后的變耦電抗裝置的等效電抗公式，得出了理論電抗特性；以伊―馮500 kV輸電系統(tǒng)為應(yīng)用背景，進(jìn)行單回輸電的功率調(diào)節(jié)仿真分析，得出了輸電系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)及串補(bǔ)裝置各組成設(shè)備的電流、電壓及工作容量的變化規(guī)律，為T(mén)CSCAC的各組成設(shè)備的選擇設(shè)計(jì)運(yùn)行提供了依據(jù)。同時(shí)還進(jìn)行了動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)，并對(duì)變耦電抗裝置的實(shí)際電抗特性進(jìn)行了測(cè)試，試驗(yàn)和測(cè)試結(jié)果表明，實(shí)際特性和理論分析特性基本一致。更確切地和TCSC從理論上進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)性能比較分析，其結(jié)果是TCSCAC所需主設(shè)備元件的最大工作容量要比TCSC大幅度降低。

TCSCAC； 變耦電抗裝置； 線(xiàn)路功率調(diào)節(jié)； 穩(wěn)態(tài)特性； 動(dòng)模試驗(yàn)； 技術(shù)經(jīng)濟(jì)性

0 引 言

理論研究和實(shí)踐應(yīng)用已充分證明可控串補(bǔ)技術(shù)是調(diào)節(jié)潮流、提高電網(wǎng)輸電能力和提升電網(wǎng)安全穩(wěn)定水平的一種有效措施[1-5]。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外研究重點(diǎn)和已投入運(yùn)行的可控串補(bǔ)技術(shù)是TCSC[4，5]，其在國(guó)內(nèi)的工程應(yīng)用是采用固定串補(bǔ)和可控串補(bǔ)相結(jié)合的混合模式[4-6]。TCSC利用電容器的短時(shí)過(guò)載能力，只能短時(shí)有限提高線(xiàn)路傳輸能力，以及暫穩(wěn)控制和阻尼功率振蕩控制等[5，6]。若要在N-1運(yùn)行狀態(tài)下大幅提高單回線(xiàn)路傳輸功率并長(zhǎng)期運(yùn)行，TCSC組成設(shè)備的工作容量會(huì)成倍增加，使工程造價(jià)顯著提高[7-9]。

變耦電抗式可控串補(bǔ)(TCSCAC —Thyristor Controlled Reactance Series Compensation by Adjustable Coupling)是高壓和超高壓輸電線(xiàn)路的一種新型可控串補(bǔ)技術(shù)。它的調(diào)節(jié)原理經(jīng)理論分析和基本試驗(yàn)證明可行，但具體應(yīng)用于實(shí)際輸電線(xiàn)路，進(jìn)行大范圍功率調(diào)節(jié)時(shí)，特別是單回線(xiàn)路大范圍大幅度傳輸功率調(diào)節(jié)時(shí)，串補(bǔ)裝置的各組成設(shè)備元件的電流、電壓及工作容量的變化規(guī)律必須清楚，以便為串補(bǔ)裝置各組成設(shè)備元件，特別是為(帶耦)電抗器的運(yùn)行設(shè)計(jì)提供依據(jù)。同時(shí)還需對(duì)TCSCAC和TCSC進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較分析，以明確它的應(yīng)用價(jià)值。

文獻(xiàn)[8，9]已對(duì)TCSCAC用于線(xiàn)路功率調(diào)節(jié)過(guò)程中的電流、電壓及工作容量變化特性作過(guò)分析，還對(duì)它和TCSC進(jìn)行過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，但存在下列局限性：

(1)變耦電抗裝置的等效電抗公式推證時(shí)，忽略二帶耦電抗器的一、二次繞組間的漏電抗，必然給分析帶來(lái)誤差；(2)單回線(xiàn)路功率調(diào)節(jié)仿真分析時(shí)，設(shè)定發(fā)電機(jī)電壓UG和相角δG按一定規(guī)律變化再配合輸電系統(tǒng)末端電壓相角US、δS(定值)進(jìn)行潮流計(jì)算而得，其設(shè)定的UG、δG的變化規(guī)律實(shí)際難以實(shí)現(xiàn)；(3)TCSCAC和TCSC所需電抗器和電容器最大工作容量的比較分析來(lái)自于實(shí)際計(jì)算結(jié)果，缺乏理論分析，因而缺乏一般性。

提出了考慮電抗器漏抗后的變耦電抗裝置及兩個(gè)帶耦電抗器的等效電抗公式，分析了它們的電抗特性，將TCSCAC應(yīng)用于伊—馮500 kV輸電系統(tǒng)，考慮了帶耦電抗器的實(shí)際漏抗值。當(dāng)單回線(xiàn)傳輸功率在(1 000～2 000)MW大范圍內(nèi)線(xiàn)性遞增調(diào)節(jié)時(shí)，TCSCAC按可實(shí)現(xiàn)的控制方法，調(diào)節(jié)可控容抗以保證靜穩(wěn)，采用牛頓—拉夫遜法進(jìn)行潮流仿真分析，得出輸電系統(tǒng)各狀態(tài)參數(shù)及串補(bǔ)裝置的組成元件——電容器、電抗器的工作參數(shù)的變化規(guī)律。并與動(dòng)模試驗(yàn)結(jié)果相比較，無(wú)論裝置電抗特性、線(xiàn)路功率調(diào)節(jié)特性、電容器及電抗器的工作電流、電壓變化特性，理論分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本吻合。并從理論分析角度將TCSCAC和TCSC進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，當(dāng)單回線(xiàn)進(jìn)行上述范圍功率調(diào)節(jié)時(shí)，TCSCAC較之于TCSC，所需電容器電抗器的最大工作容量分別降低50%和75%左右。

1 變耦電抗裝置電抗特性

1.1考慮漏抗后裝置等效電抗公式

帶有耦合線(xiàn)圈且具有氣隙的鐵芯電抗器稱(chēng)帶耦電抗器(RCC，Reactor with Coupling coil)，在文獻(xiàn)[8，9]中稱(chēng)為互感器BT1、BT2，本文中統(tǒng)稱(chēng)為帶耦電抗器[10]RCC1、RCC2。它們按圖1聯(lián)結(jié)可構(gòu)成可控的變耦電抗裝置[9](TCRAC，Thyristor Controlled Reactance by Adjustable Coupling)。設(shè)XL1、XL2――RCC1、RCC2一次繞組自感抗；Xσ1、Xσ2分別為RCC1、RCC2一次繞組的漏抗，且設(shè)Xσ1=Xσ2。仿文獻(xiàn)[11]分析，對(duì)文獻(xiàn)[9]圖2所示的等值結(jié)線(xiàn)分別建立回路電勢(shì)方程及RCC1、RCC2一、二次繞組電勢(shì)方程，并考慮RCC1、RCC2的一次繞組自感抗、一二次繞組間互感抗及各繞組漏抗間的關(guān)系[12]。當(dāng)帶耦電抗器RCC2的繞組是Y/Y0-6或Y/Y0-12聯(lián)結(jié)時(shí)，仿文獻(xiàn)[8]的推證化簡(jiǎn)可得考慮漏抗后的變耦電抗裝置等效電抗公式：

(1)

圖1 原理結(jié)線(xiàn)Fig.1 Principle diagram

(2)

(3)

設(shè)N=1，當(dāng)K=-1～1時(shí)，據(jù)(1)式可得考慮漏抗后的變耦電抗裝置電抗特性如圖2所示。若忽略RCC的漏抗，據(jù)(2)和(3)可得二RCC的一次電抗特性如圖3所示。

圖2 變耦電抗裝置電抗特性Fig.2 Reactance chararistic of TCRAC

圖3 未考慮漏抗時(shí)RCC的一次電抗特性Fig.3 Reactance chararistic of RCC when leakage reasistance was not considered

由圖3看出，當(dāng)0

由圖2所示的變耦電抗XR特性看出，若選取不同的離散K值，可實(shí)現(xiàn)XR的基本均勻分級(jí)。對(duì)于圖5中的RCC2的三個(gè)二次調(diào)節(jié)繞組，確定不同的匝數(shù)比，XR可基本均勻分成20多級(jí)。

1.2裝置等效電抗公式正確性的驗(yàn)證

設(shè)N=1，Xσ1=1.5Ω=0.091 7XL1，當(dāng)K=-1、K=0、K=1時(shí)裝置等效電抗分別為

jXR(-1)=j2XL1

jXR(0)=j(XL1+1.908Xσ1)≈jXL1+2Xσ1

jXR(1)=j(4-0.183 4)Xσ1≈j4Xσ1

注意到2Xσ1近似為一個(gè)帶耦電抗器兩側(cè)繞組漏抗歸算至一次側(cè)的值，則4Xσ1為兩個(gè)帶耦電抗器繞組漏抗歸算至一次側(cè)之值的和。仿文獻(xiàn)[9]分析，這三個(gè)特殊點(diǎn)的電抗值完全符合下列物理解釋而證明公式(1)的正確性：(a)當(dāng)K=-1(即RCC2為Y/Y0-6接，K=1)，實(shí)為二帶耦電抗器的二次繞組開(kāi)路，故裝置等效電抗為它們一次繞組自感抗之和；(b)當(dāng)K=0(即K2=0)，此時(shí)VT接法是，RCC1二次繞組短接，RCC2二次繞組開(kāi)路，故裝置等效電抗呈現(xiàn)為RCC2一次繞組自感抗XL2(XL2=XL1)和RCC1一、二次繞組短接漏抗之和；(c)當(dāng)K=1，此時(shí)二個(gè)帶耦電抗器相當(dāng)于二次繞組短接的一個(gè)變壓器，故裝置等效電抗呈現(xiàn)為二個(gè)帶耦電抗器一、二次繞組短接漏抗和。

2 變耦電抗式可控串補(bǔ)的功率調(diào)節(jié)分析

這種串補(bǔ)應(yīng)用于伊一馮500 KV輸電系統(tǒng)[13，14]中，該輸電系統(tǒng)等值接線(xiàn)見(jiàn)圖4，串補(bǔ)裝置采用圖5結(jié)線(xiàn)。其中TCSCAC用于大范圍內(nèi)傳輸功率調(diào)節(jié)且長(zhǎng)期運(yùn)行保證靜穩(wěn)，TCSC和TCSCAC兩者配合用于暫穩(wěn)控制和阻尼功率振蕩。但本文圖中的TCR暫不考慮，C1構(gòu)成固定串補(bǔ)，C2和變耦電抗裝置綜合構(gòu)成可控部份，VT裝置的具體結(jié)線(xiàn)見(jiàn)文獻(xiàn)[9]圖4。取固定補(bǔ)償度25%，XC1=26.7 Ω；可控補(bǔ)償度為25%，設(shè)變耦電抗XR=XRmin～XRmax，考慮RCC1(RCC2)一、二次繞組短接漏抗XS=3 Ω后，XRmin=2XS=6Ω，XRmax=XC2=32.7 Ω。則可控部份容抗變化范圍XTC=(XC2-XRmax)～(XC2-XRmin)=0～26.7 Ω。

圖4 伊-馮輸電系統(tǒng)等值接線(xiàn)Fig.4 Equivelent wiring diagram of Yimin-Fengtun transmission system

當(dāng)含有可控串補(bǔ)裝置的輸電線(xiàn)路單回運(yùn)行時(shí)，將輸電系統(tǒng)送端的等值發(fā)電機(jī)電壓UG和受端系統(tǒng)電壓US保持一定值(UG=1.02,US=1.02,δS=0)，控制發(fā)電機(jī)G的有功PG在(1000～2 000)MW范圍內(nèi)按線(xiàn)性遞增輸出。將PG的全部增長(zhǎng)范圍分成N段(N為T(mén)CSCAC的變耦電抗XR的可調(diào)級(jí)數(shù))，對(duì)于第i點(diǎn)PGi和第i+1點(diǎn)PG(i+1)間(i=1,2,…N)，可控變耦電抗就呈現(xiàn)第i級(jí)XRi，以保證靜穩(wěn)儲(chǔ)備系數(shù)保持較高值。這種簡(jiǎn)單控制思想，既可由控制裝置在線(xiàn)實(shí)現(xiàn)，也便于程序仿真。根據(jù)仿真分析，這種控制方式，在功率調(diào)節(jié)過(guò)程中，變耦電抗裝置的組成設(shè)備承受工作電壓低，工作容量小，只要可控補(bǔ)償度足夠大，上述要求傳輸功率范圍的靜穩(wěn)儲(chǔ)備系數(shù)都能滿(mǎn)足要求。

圖5 TCSC+TCSCAC串補(bǔ)裝置結(jié)線(xiàn)Fig.5 Controlled series compensation device with TCSC+TCSCAC

仿真分析結(jié)果表明，在被控線(xiàn)路傳輸功率線(xiàn)性遞增調(diào)節(jié)過(guò)程中，下列量都是單調(diào)增加或下降：輸電系統(tǒng)首末二端的功率PG、QG、PS、QS(QS方向指向輸電系統(tǒng))及靜穩(wěn)儲(chǔ)備系數(shù)KsmG、KsmS，首端發(fā)電機(jī)暫態(tài)電勢(shì)及發(fā)電機(jī)電壓相角δE、δG，線(xiàn)路電流I1及二RCC的二次繞組電流I2，電容器組C1+C2的電壓UC及工作容量SC。若取基準(zhǔn)值SB=1 000 MVA，UB=525 kV，則上述量的變化范圍如表1所示。表1還示出了串補(bǔ)裝置可控容抗XTC的變化。

從表1看出，PG遞增調(diào)節(jié)過(guò)程中，發(fā)電機(jī)靜穩(wěn)儲(chǔ)備系數(shù)KsmG滿(mǎn)足要求，但PG增長(zhǎng)接近2.0時(shí)，受端靜穩(wěn)儲(chǔ)備系數(shù)KsmS<0.2。這是因?yàn)閱位鼐€(xiàn)補(bǔ)償度50%時(shí)，線(xiàn)路等值阻抗還沒(méi)達(dá)到固定補(bǔ)償度為25%的雙回線(xiàn)并聯(lián)的阻抗值。

表1被控線(xiàn)路傳輸功率PG線(xiàn)性遞增調(diào)節(jié)時(shí)，輸電系統(tǒng)有關(guān)狀態(tài)參數(shù)的變化范圍

Tab.1 Changing range of state parameters related to transmission system when adjusting controlled line transmission powerPGlinearly and increasingly

PG/p．u．XTC/ΩQG/p．u．PS/p．u．QS/p．u．KsmGKsmS1．0→2．026．7→53．40．05→0．480．94→1．760．27→0．990．88→0．210．65→0．10E′q/p．u．δE/radδG/radUC/p．u．SC/p．u．I1/p．u．I2/p．u．1．03→1．10．60→1．050．48→0．810．21→0．440．21→0．880．98→2．00→4．54

圖6 RCC一次電壓變化特性Fig.6 Variation characteristics of RCC primary voltage

圖7 RCC吸收無(wú)功變化特性Fig.7 Variation characteristics of RCC when absorbing reactive power

圖8 變耦電抗XR的調(diào)節(jié)特性Fig.8 Regulation characteristics of TCRAC reactance XR

圖9 調(diào)節(jié)參數(shù)X的對(duì)應(yīng)特性Fig.9 Corresponding characteristics of regulating parameter X

除此以外，帶耦電抗器RCC1和RCC2的一次繞組電壓URC1、URC2及它們所消耗的無(wú)功功率(即工作容量)QRC1、QRC2的變化特性呈現(xiàn)了奇特現(xiàn)象，它們分別如圖6、圖7所示，變耦電抗XR的調(diào)節(jié)特性以及對(duì)應(yīng)的調(diào)節(jié)參數(shù)K的特性分別如圖8、圖9所示。 當(dāng)PG>1.5時(shí)，對(duì)應(yīng)K>0(圖9)，RCC1所消耗的無(wú)功QRC1<0(圖7)，實(shí)為容性，這也和圖3所示的RCC1的XR1電抗特性相對(duì)應(yīng)。同樣X(jué)R1、XR2在調(diào)節(jié)過(guò)程中的變化又導(dǎo)致了URC1、URC2的奇特變化。

必須指出，XR的調(diào)節(jié)是獨(dú)立的，但它是按控制方法和PG變化對(duì)應(yīng)的，最終又是通過(guò)調(diào)節(jié)參數(shù)K來(lái)實(shí)現(xiàn)的。整個(gè)調(diào)節(jié)控制過(guò)程中，PG、XR、UG、US都是獨(dú)立的可實(shí)現(xiàn)的控制量。

3 變耦電抗式可控串補(bǔ)穩(wěn)態(tài)特性試驗(yàn)

為了解掌握TCSCAC的實(shí)際特性，在清華大學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室對(duì)它的基本特性進(jìn)行了動(dòng)模試驗(yàn)。

3.1變耦電抗裝置的實(shí)際電抗測(cè)量

測(cè)量接線(xiàn)見(jiàn)圖10，測(cè)量結(jié)果如表2所示，表中2級(jí)相當(dāng)于K≈-0.9，21級(jí)相當(dāng)于K≈0.8。

圖10 變耦電抗測(cè)試結(jié)線(xiàn)Fig.10 Testing wiring diagram of thyristor controlled reactance

由表2實(shí)測(cè)值繪制A相電抗特性曲線(xiàn)如圖11所示，將其與理論電抗特性(圖2)相比較?？煽闯?，二者變化規(guī)律基本相同，其差別主要是漏抗值，制造時(shí)未嚴(yán)格控制所致。

3.2升級(jí)調(diào)節(jié)試驗(yàn)

以無(wú)窮大系統(tǒng)通過(guò)雙回線(xiàn)路向一恒定負(fù)荷(7.5 kW)供電，被控線(xiàn)路裝有TCSCAC，調(diào)節(jié)裝置變耦電抗可調(diào)節(jié)被控線(xiàn)路的電流和功率。

表2 動(dòng)模試驗(yàn)時(shí)變耦電抗XR實(shí)測(cè)結(jié)果

圖11 實(shí)測(cè)A相電抗特性曲線(xiàn)Fig.11 Measured curves of A pratical reactance

慢速升級(jí)調(diào)節(jié)時(shí)由程序控制每隔15 s升一級(jí)，從3級(jí)開(kāi)始升至20級(jí)。調(diào)節(jié)過(guò)程中裝置控制程序計(jì)算測(cè)試記錄的被控線(xiàn)路有功功率的變化見(jiàn)文獻(xiàn)[15,16]。隨著調(diào)節(jié)級(jí)數(shù)的增加被控線(xiàn)路有功功率的變化顯著，其絕對(duì)值由小變大符合理論分析。

快速升級(jí)調(diào)節(jié)時(shí)控制每隔40 ms升一級(jí)，從3級(jí)開(kāi)始升至21級(jí)。調(diào)節(jié)過(guò)程中測(cè)試記錄的被控線(xiàn)路電流i1(t)、帶耦電抗器二次繞組電流i2(t)、帶耦電抗器的一次繞阻電壓uRC1(t)和uRC2(t)如圖12～15所示。明顯看出，隨著時(shí)間t的增加(實(shí)為調(diào)節(jié)級(jí)數(shù)增加)，i1(t)、i2(t)的幅值單調(diào)增加，但增長(zhǎng)速率大不一樣，i1(t)的幅值由2A增長(zhǎng)到4A，i2(t)的幅值由2.5A(因3級(jí)時(shí)K≠-1)增長(zhǎng)到10A，其變化幅度和表1理論分析結(jié)果基本相同。uRC1(t)的幅值先減小到一定值后又小幅增加，后又減小到一定值，仔細(xì)觀察uRC2(t)的幅值先增加再減少，這些試驗(yàn)特性和圖6所示的理論分析曲線(xiàn)變化規(guī)律基本吻合，證明理論分析的正確性，不同點(diǎn)在于uRC(t)的試驗(yàn)波形的幅值變化幅度不如理論波形那樣顯著，這是因?yàn)樵囼?yàn)是按雙回進(jìn)行。

圖12 3→21級(jí)線(xiàn)路電流i1(t)Fig.12 3→21 step Line current i1(t)

圖13 3→21級(jí)二次電流i2(t) Fig.13 3→21 step thyristor current i2(t)

圖14 3→21級(jí)RCC1電壓uRC1(t)Fig.14 3→21 step RCC1 voltage uRC1(t)

圖15 3→21級(jí)RCC2電壓 uRC2(t)Fig.15 3→21 step RCC2 voltage uRC2(t)

4 TCSCAC和TCSC技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較分析

TCSCAC除分級(jí)調(diào)節(jié)外，和TCSC具有基本相同的技術(shù)性能，都能快速調(diào)節(jié)串補(bǔ)裝置的等效容抗。但它們的構(gòu)成調(diào)節(jié)原理不同，所需組成設(shè)備的最大工作容量不同，因而具有顯著不同的經(jīng)濟(jì)性能。

若二串裝置的最大補(bǔ)償度均是固定補(bǔ)償度的m倍(m>1.0)，據(jù)它們結(jié)線(xiàn)和簡(jiǎn)化條件有：

(4)

(5)

由(4)、(5)二式可得結(jié)論：無(wú)論線(xiàn)路最大傳輸功率設(shè)計(jì)為多大值，TCSCAC所需電容器的容量?jī)H為T(mén)CSC電容器容量的m分之一或?yàn)門(mén)CR電抗器容量的(m-1)分之一。

建立SRmax的一般性計(jì)算公式是一個(gè)復(fù)雜問(wèn)題。但對(duì)于本文傳輸功率調(diào)節(jié)范圍可用下列方法估計(jì)：

設(shè)SRC1max、SRC2max是變耦電抗裝置的二個(gè)帶耦電抗器RCC1、RCC2的最大工作容量，即圖7中的QRC1max、QRC2max，由圖7可見(jiàn)，QRC1max出現(xiàn)在PG=1.0，QRC2max出現(xiàn)在PG=1.65，不同時(shí)出現(xiàn)。保守可取SRmax=SRC1max+SRC2max。

由圖9和圖3可見(jiàn)，相應(yīng)于PG=1.0，K=-1.0，XR1=XL1；相應(yīng)于PG=1.65，有K=0.16，XR2=0.82XL1。 而XL1=(XC2-XC1)/2，故有，

上述分析結(jié)果表明，當(dāng)單回線(xiàn)傳輸功率PG在(1.0～2.0)P0范圍內(nèi)線(xiàn)性增加時(shí)，若串補(bǔ)容抗相應(yīng)進(jìn)行線(xiàn)性調(diào)節(jié)，采用TCSCAC所需電抗器的最大工作容量只是TCSC所需的TCR電抗器的最大工作容量的m分之一的41%左右。

對(duì)于本文應(yīng)用的伊——馮輸電系統(tǒng)，m=2，P0=1.0 p.u.。據(jù)上述分析結(jié)果計(jì)算，所得二種串補(bǔ)裝置所需電容器、電抗器最大工作參數(shù)(忽略RCC的漏抗)如表3所示。

表3TCSCAC和TCSC所需電容器、電抗器最大工作參數(shù)比較表

Tab.3 Comparisons of maximum working parameters of capacitors and reactance needed by TCSCAC and TCSC

TCSCACTCSC電容器Ugmax/kV119119Igmax/kA223446Sgmax/MVar79451589RCC1或TCR電抗器Ugmax/kV143119Igmax/kA223/484223Sgmax/MVar507945電抗器RCC2Ugmax/kV21Igmax/kA223/484Sgmax/MVar115RCC1+RCC2Sgmax/MVar165

由表3看出，若不考慮RCC的漏抗，據(jù)理論分析計(jì)算結(jié)果，TCSCAC所需電容器的最大工作容量?jī)H為T(mén)CSC的50%，所需電抗器的最大工作容量?jī)H為T(mén)CSC的20%左右?？紤]RCC的漏抗后，據(jù)功率調(diào)節(jié)計(jì)算結(jié)果(表1和圖6、圖7)，TCSCAC的電容器、RCC的Ugmax、Sgmax要偏高，但所需電容器、電抗器的最大工作容量和TCSC的比較結(jié)果和表3理論分析結(jié)果相差不很大。還必須說(shuō)明，經(jīng)過(guò)多次計(jì)算，TCSCAC所需晶閘管容量要比TCSC約高2.5～2.8倍，但晶閘管裝置投資比例不高。

必須指出，TCSCAC的等效容抗受設(shè)計(jì)值限制，在線(xiàn)路功率調(diào)節(jié)范圍內(nèi)不是在任意狀態(tài)都能實(shí)現(xiàn)有效“強(qiáng)補(bǔ)”及暫穩(wěn)控制，若要靠本身提高暫穩(wěn)控制能力，則必須增加電容器的設(shè)計(jì)容抗，就要降低其經(jīng)濟(jì)性。故TCSCAC和TCSC配合運(yùn)行，技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能更好，前者用于大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)傳輸功率且長(zhǎng)期運(yùn)行保證靜穩(wěn)，兩者配合用于暫穩(wěn)控制和阻尼功率振蕩。

5 結(jié) 論

變耦電抗式可控串補(bǔ)應(yīng)用的穩(wěn)態(tài)特性研究和試驗(yàn)結(jié)果表明：

(1)考慮漏抗后的裝置可控電抗公式三個(gè)特殊點(diǎn)的電抗值符合物理解釋?zhuān)瑢?shí)際裝置電抗的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和公式計(jì)算結(jié)果變化規(guī)律基本吻合，證明了公式的正確性。

(2)TCSCAC應(yīng)用于高壓輸電線(xiàn)路，可進(jìn)行大范圍功率調(diào)節(jié)。單回線(xiàn)路傳輸功率線(xiàn)性遞增調(diào)節(jié)過(guò)程中TCSCAC按一定控制方法配合調(diào)節(jié)可保證靜穩(wěn)，串補(bǔ)裝置各組成設(shè)備電壓電流的變化規(guī)律的理論分析和試驗(yàn)結(jié)果基本吻合；

(3)忽略漏抗后，當(dāng)0

(4)經(jīng)濟(jì)性能理論分析比較，若串補(bǔ)裝置的最大補(bǔ)償度是固定補(bǔ)償度的m，無(wú)論線(xiàn)路最大傳輸功率設(shè)計(jì)為多大值，TCSCAC所需電容器的容量?jī)H為T(mén)CSC電容器基波容量的m分之一；當(dāng)單回線(xiàn)傳輸功率PG在(1.0～2.0)P0(P0=1.0 p.u.)范圍內(nèi)線(xiàn)性增加時(shí)，采用TCSCAC調(diào)節(jié)所需電抗器的最大工作容量只是TCSC所需的TCR電抗器的最大工作基波容量的m分之一的41%左右。但TCSCAC和TCSC配合運(yùn)行，技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能更好，前者用于大范圍內(nèi)傳輸功率調(diào)節(jié)且長(zhǎng)期運(yùn)行保證靜穩(wěn)，兩者配合用于暫穩(wěn)控制和阻尼功率振蕩。

[1] CHEN M J, WU B, LI S H,et al. Sensitivity model to power flow control capability using controllable series compensators[J]. Advanced Materials Research,2014,(1070): 929-937.

[2] YALCIN F. Modelling of TCSC for voltage regulation in power systems[J]. COMPEL,2016,35(5): 1625-1642.

[3] 吳小剛,雷凡,袁宇,等. TCSC與SVC在抑制電力系統(tǒng)次同步諧振中應(yīng)用比較[J].中國(guó)電力, 2014,47(3):120-124.

[4] 李效珍,吉煒,湯海雁,等. 我國(guó)第一套國(guó)產(chǎn)化可控串補(bǔ)裝置在甘肅電網(wǎng)中的應(yīng)用[J]. 電力設(shè)備,2005，(7):34-36.

[5] 曹繼豐．平果可控串補(bǔ)工程及其在南方電網(wǎng)中的作用[J]．電網(wǎng)技術(shù)，2004，28(14)：6-9．

[6] BRAUN K, THUMM G, KIRSCHNER L,等. 亞洲首個(gè)500 kV可控串補(bǔ)(TCSC)工程——天廣交流輸變電平果站可控串補(bǔ)一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案[J]. 國(guó)際電力,2004,(4):49-54.

[7] JUMAAT S A, MUSIRIN L. Comparison of SVC and TCSC installation in transmission line with loss minimization and cost of installation via particle swarm optimization [J]. Applied Mechanics and Materials,2015,(785): 495-499.

[8] 李民族, 朱國(guó)榮, 劉曉東，等. 新型可控電抗的潮流調(diào)節(jié)方法[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2001，21(4)：56-59.

[9] 李民族, 王世蓉, 朱國(guó)榮, 等. 變耦電抗式可控串補(bǔ)基本特性的研究[J]. 中國(guó)電力, 2006, 39(2)：22-26.

[10] 李民族,李穎，敖偉智．帶耦電抗器電磁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J]．高壓電器，2011,47(4)：57-63．

[11] 李民族，朱國(guó)榮，李穎，等．變耦式可控電抗特性、機(jī)理及應(yīng)用[J]．電網(wǎng)技術(shù)，2004，28(10)：49-54．

[12] 吳大榕. 電機(jī)學(xué)(上)[M]. 北京：水利電力出版社, 1979.

[13] 武守遠(yuǎn)，蔣衛(wèi)平，李亞健，等．可控串補(bǔ)用于暫態(tài)穩(wěn)定控制的模擬試驗(yàn)研究[J]．電網(wǎng)技術(shù)，2000，24(3)：3-8．

[14] 林集明，鄭健超，吳成琦，等．伊—馮可控串補(bǔ)主要器件基本工作條件及總體工作能力探討[J]．電網(wǎng)技術(shù)，1997，21(9)：1-6．

[15] 李民族, 王民慧, 王武, 等. 變耦電抗式可控串補(bǔ)的動(dòng)模實(shí)驗(yàn)研究[J]. 電網(wǎng)技術(shù)，2009，33(7)：59-64.

[16] 明德剛. 高壓輸電線(xiàn)路可控串聯(lián)補(bǔ)償裝置動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)研究[D]. 貴州：貴州大學(xué),2009．

Steady State Analysis and Experiments of Thyristor Controlled Reactance Series Compensation by Adjustable Coupling

WANG Shirong1, LI Minzu2, WANG Minhui2, WANG Wu2， MING Degang1

(1. Guizhou Institute of Technology，Guiyang 550003，China；2.Guizhou University，Guiyang 550025，China)

An analysis of steady-state of TCSCAC is necessary to grasp its working performance.Thus this paper proposes the equivalent reactance formula of adjustable coupling reactance devices with reactance leakage of reactors, figuring out the theoretic reactance characteristic. Based on Yimin-Fengtun 500 kV transmission system, simulations and analyses of single transmission line are conducted, and attain the state parameters of transmission system and the change law of the current,voltage and working capacity of the series compensation devices. This provides the basis for selecting, designing and running the TCSCAC device components. Besides, the research has made dynamic simulation tests and detected the practical reactance performances of adjustable coupling reactance devices. The results show that practical performance accords with that based on theoretical analysis. A more accurate theoretic analysis of its (TCSCAC) economic performance compared with TCSC is conducted. And the analysis result shows that the max capacity needed by TCSCAC’s main device components, is decreased significantly than that of TCSC.

TCSCAC; thyristor controlled reactance series compensation by adjustable coupling; line power regulation; steady state performance; dynamic simulation test; technical and economic performance

10.3969/j.ISSN.1007-2691.2017.05.08

TM761

A

1007-2691(2017)05-0054-08

2016-12-03.

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目 (50477056).

王世蓉(1978-)，女，副教授，主要研究方向?yàn)殡娏﹄娮蛹夹g(shù)在電力系統(tǒng)和工業(yè)電網(wǎng)中的應(yīng)用研究。