TCR_TSC型SVC协调控制的仿真分析

DIANLIYUDIANGONG

ISSN1674－6104CN35－1296／TM

TCR+TSC型SVC协调控制的仿真分析

AnalysisforSimulationofCoordinatedControlforSVCTypeTCR-TSC

林丽琴1，2，吴文宣3

（1.福建省电力有限公司技术中心，福建

福建

闽侯

福州

350007；2.福州大学电气工程与自动化学院，

福州

350108；3.福建省电力试验研究院，福建350007）

摘要：分析了TCR+TSC型SVC的工作原理，以及TCR与TSC的协调控制策略。PSCAD/EMTDC仿真表明：

TSC作分级粗调，补偿容性无功；TCR作相控细调，补偿感性无功；二者协调控制，可进行平滑连续的无功调节。当SVC安装在10kV母线侧时，以10kV母线电压为控制目标可比以220kV母线电压为控制目标更精

确快速地控制电压。

关键词：静止无功补偿器；晶闸管控制电抗器；晶闸管投切电容器；控制策略；协调；控制目标

Abstract:ThispaperanalysestheworkingprincipleofTCRandTSC,aswellasthecoordinationcontrolstrategyofTCRandTSC.PSCAD/EMTDCsimulationshowsthat，TSCadjustedroughly，startinguptheroleofcapacitivereactivepower，TCRfine-tuneforthephasedstartuptheroleofreactiveemotion，thetwocanbewellcoordinatedcontrolplayedasmoothandcontinuousadjustmentofreactivepower.Moreover,undertheconditionsreachedinthesimulationwhentheSVCisinstalledat10kVbussideto10kVtargetforthecontrolofbusvoltageto220kVbusvoltagethanforthecontrolobjectivecanbemoreaccuratevoltagecontrolquickly.

Keywords:staticvarcompensator；thyristorcontrolledreactor；thyristorswitchedcapacitor；controlstrategy；coordination；controlobjectives中图分类号：TM714.3，TM743

文献标识码：A

文章编号：1674－6104（2009）03－0001－04

引言

静止无功补偿器SVC作为一种并联补偿装置已广泛应用于电力系统的动态补偿，其典型代表是晶闸管投切的电容器（thyristorswitchedcapacitor，

目前，电网电压主要依靠发电机无功出力，并联无功补偿设备和变压器分接头调节。为加强电网的电压调节能力和调节手段，提高电网稳态电压运行水平和扰动后的暂态电压水平，可采用SVC等动态无功补偿措施。TSC+TCR型SVC是连续控制的无功补偿器，谐波含量低，而且响应速度快，可快速改变发出的无功，具有较强的无功调节能力，提供动态无功补偿，从而提供动态电压支撑，加快暂态电压恢复，提高系统电压稳定水平。

TSC）和晶闸管控制的电抗器（thyristorcontrolledreactor，TCR）。这两种无功补偿器有各自的局限性：TCR只调节电抗器，补偿感性无功；TSC只快速投切

电容器，补偿容性无功。为扩大无功调节范围，使无功控制范围从容性无功变化到感性无功，可将

TCR、并联电容器（FC）和TSC组合使用。常用的方式有TCR+TSC、TCR+FC、TCR+TSC+FC。

近年来，一些经济发达地区迅速发展成负荷中心，部分负荷中心缺乏大电源支撑，发生严重的多重故障时，可能导致电网电压崩溃。另外，大电源功率外送时，可能造成部分输电断面潮流较重；长期接近甚至超过稳定极限运行，可能会导致电网按原运行方式设置的无功补偿装置容量不足，电压难以控制。

1TCR+TSC型SVC的工作原理和特性

TCR的基本元件是一个电抗器，与双向晶闸管

开关串联。通过控制触发角，晶闸管可在电源频率的正负半周轮流导通。TCR可看作一个可变电纳，连续可调，但只在感性无功范围内。

TSC只调节电容器，可补偿系统所需的无功功

率。如果级数分得足够细，基本可实现无级调节。但由于每级均需晶闸管阀，从性价比考虑，不宜分得太

－1－细。TSC的每个分级之间的无功功率可通过TCR来连续调节，所以TSC装置一般与电感并联，即组成

2.2主回路模型

TSC+TCR补偿器。图1为SVC和电力系统的V/I特性，通过TCR和TSC配合，SVC无功调节范围可实

现从容性无功到感性无功变化，能连续调节补偿装置的无功功率，使补偿点的电压接近维持不变。

TSC+TCR型SVC主回路模型如图3，由采用三角形接线的三相TSC（50Mvar）与三相TCR（50Mvar）和采用星型接线5次滤波器（5Mvar）组成。实际工程中，变电站TSC支路只设一组，滤波器主要滤除TCR产生的谐波。

图3TSC+TCR型SVC主回路模型

2.3协调控制策略

TSC只在容性无功范围内变化，TCR只在感性

无功范围内变化。当系统发生暂态过程、电压偏低

图1

SVC电力系统的V/I特性

时，TSC投入，发出容性无功，提升电压，使系统电压恢复。但一次投入的TSC的容性无功，其多余的量存在于SVC，需TCR动作来抵消多余的容性电纳，最终使电压保持接近于1p.u.。因此，TCR+TSC型

2

测试系统和TSC+TCR型SVC时域仿真模型

本文以某工程为例，建立PSCAD/EMTDC系统

SVC的协调控制原则是以TSC作分级粗调、以TCR

作相控细调，从而达到从容性无功到感性无功连续可调的目的。若只投TCR则不能发出容性无功，无法提供动态电压支撑；若只投TSC，当系统电压恢复时，多余的容性无功没有感性无功来抵消，就会导致电压过高。因此，TCR和TSC二者需协调配合。

模型，对TCR+TSC型SVC的协调控制策略进行分析。

2.1测试系统模型

模型如图2所示，为一单机无穷大系统向变电

站送电，变电站安装了一台SVC。当220kV线路发生故障时，SVC快速跟踪并响应，平滑调整无功输出以迅速提供电压支撑。

2.4协调控制过程

TSC+TCR型SVC控制系统模型如图4所示［1］，

图2测试系统模型

－2－

图4控制系统模型

主要由测量单元、调节器、脉冲发生器、同步系统和特殊应用功能单元组成。在测量单元中，采用电压作为输入量。本仿真用带有电流偏差的对称三相电压调节器控制SVC的三相工作点，因而SVC的调节是基于三相电压的平均值。在测量单元的交流侧完成偏差电流作用于网络电压的校正，然后对已校正的网络电压进行整流滤波［2］。

采用PI调节器控制电压，测得的控制变量与参考信号（Vref）相比较，偏差输入到PI调节器，其输出（标么值电纳Bref）再送至触发脉冲发生电路。

在脉冲触发单元中，对于多级TSC，应先确定为满足容性电纳需求而投入的TSC支路数（本测试系统只有一级，即容性电纳一次投入即可，同时允许过量的容性电纳存入SVC），然后计算TCR的感性电纳以抵消多余的容性电纳，最后根据给定电纳计算TCR的触发角［3］。

TCR等效电纳与触发角α的函数［4］为

（）I1σ-sinσ2（π-α）+sin2α路分别为50km的架空线路，滤波器L=4.3mH、C=

94.44μF，滤波器支路为星形连接。10kV侧母线共安装8组电容器（每组10.02Mvar）。SVC由采用三角形接线的三相TSC与三相TCR组成（均50Mvar）。其中，TSC支路数为1，SVC控制器参数为Kp、Ti。3.2仿真一

系统在0s时刻开始运行，变电站220kV侧出线断路器断开后系统出现暂态过程，0.5s时刻，断路器合上。1.0s时刻，图2所示一回传输线路中发生A相接地短路故障，经过0.09s后，故障切除。SVC跟踪220kV母线电压，Kp=0.02，Ti=0.005，其220kV电压（Vrms.220）、10kV电压（Vrms.10）和参考电压（Vref）的变化情况如图5，TCR和TSC的动作情况如图6，总仿真时间为2s。

由图5和图6看出，在0s时刻，变电站220kV

侧出线断路器断开，系统出现暂态过程，容性无功不足，TSC动作，一次投入为1，投入的容性电流达最大值，支路的容性电流与所加电压成正比，电压回升。0.5s后，断路器合上，多余的容性电纳存在于

==VπXLπXL

可见，B（α）与α呈非线性函数关系。根据SVC

Bα=

工作区域的限制，通过线性化器将电纳值转化为触发角，以触发TCR的晶闸管。与TCR不同，TSC仅用于投入或者切除电容器组。

脉冲发生控制环节产生并分配触发脉冲，同步信号发生器产生的参考脉冲用于调整脉冲的触发时间。当参考脉冲与系统电压同步时，脉冲的触发时间受电压畸变的影响不能过大，以限制可能导致电压畸变加剧或控制不稳的非特征谐波的产生。本文采用锁相环同步装置处理这一问题。

SVC，通过SVC的控制，TCR的感性电纳抵消了过补偿，并切除该TSC，最终电压保持在接近于1p.u.。同样，在1.0s时刻，一回传输线路发生A相短路接地故障，电压骤降，经0.09s，故障切除。在电压失稳

3

3.1

仿真

系统参数

图2的系统参数为：电源电压500kV，双回线

图5

以220kV母线电压为控制目标的电压测量值

－3－图7以10kV母线电压为控制目标的母线电压测量值

图6以220kV母线电压为控制目标的TCR+TSC动作情况图8以10kV母线电压为控制目标的TCR+TSC动作情况

期间，TCR与TSC协调配合，迅速提供动态电压支撑，使220kV母线电压和10kV母线电压保持接近于1p.u.。

地控制电压，使电压恢复到更接近于1.0p.u.，而且在同样的控制器参数下，响应时间更快一些。

（4）鉴于TSC+TCR型SVC在协调控制方面的优点，福建泉州贵峰变电站在国内首家推行了TSC+

3.3仿真二

与仿真一不同的是被控对象为10kV母线电

TCR型SVC，取得良好的效果。

参考文献

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［3］R.Mohan,Mathur,Rajivk.Varma.Thyristor-BasedFACTS

压。220kV母线电压、10kV母线电压和参考电压的仿真结果如图7，TCR和TSC的动作情况如图8。

由图7和图8可见，在同样的仿真条件下，对10

kV母线电压进行跟踪控制，220kV母线电压和10kV

母线电压的恢复都更快速精确且更接近于参考电压

1.0p.u.。而且图8显示和仿真一同样的条件下，系统出现暂态过程，TCR和TSC的响应时间更快一些。

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4结论

（1）TSC+TCR型SVC的无功调节范围可从容性

NewYork:McGraw-Hill,Companies,Inc.1994.

［5］DigitalSimulation,TransientNetworkAnalyzerandField

无功到感性无功变化，连续平滑迅速地调整无功输出，提供动态电压支撑，加快暂态电压的恢复。

（2）TSC作分级粗调，补偿容性无功；TCR作相控细调，补偿感性无功。二者协调控制，可实现无功功率的平滑调节。

（3）PI调节器可实现对电压的快速精确控制，将

TestsoftheClosedLoopControloftheEddyCountySVC

［J］.IEEETransactionsonPowerDelivery,1993，8（4）.［6］姜齐荣，谢小荣，陈建业.电力系统并联补偿———结构、原

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（收稿日期：2009-08-14）

SVC安装在10kV母线侧时，以10kV母线电压为

控制目标比以220kV母线电压为控制目标更精确－4－