TCSC的原理與應(yīng)用實(shí)例(總5頁

1、 TCSC的原理與應(yīng)用實(shí)例 一、 TCSC的基本原理晶閘管控制串聯(lián)電容器（Thyristor ControlledSeriesCapacitor, TCSC）應(yīng)用了電力電子技術(shù)，利用對晶閘管閥的觸發(fā)控制，來實(shí)現(xiàn)對串聯(lián)補(bǔ)償電抗的平滑調(diào)節(jié)和動態(tài)響應(yīng)的控制，使整個輸電線的參數(shù)成為動態(tài)可調(diào)的，實(shí)現(xiàn)了對線路補(bǔ)償度的靈活調(diào)節(jié)，使得系統(tǒng)的靜態(tài)、暫態(tài)和動態(tài)性能得改善。下圖為TCSC的單相電路結(jié)構(gòu)圖。 上圖中，基本TCSC的單相結(jié)構(gòu)由電容器與晶閘管控制電抗器（TCR）并聯(lián)組成，其中晶閘管用SW表示。TCR支路的阻抗值由觸發(fā)延遲角決定，控制的改變，晶閘管控制感抗XL的值發(fā)生變化，從而調(diào)節(jié)TCSC的阻抗XTCSC。

2、當(dāng)=0時，TCR的阻抗取得最小值XL，由于XLXC，TCSC的阻抗程感性， 且感性阻抗為 當(dāng)從0 逐漸增大，在達(dá)到并聯(lián)諧振點(diǎn)之前，XL逐漸增大，從而使得TCSC的感性阻抗逐漸增大。 并聯(lián)諧振點(diǎn)對應(yīng)于方程XC-XL=0在0,1800區(qū)間的解，設(shè)為r, 對應(yīng)于TCSC的阻抗為無窮大；為防止TCSC產(chǎn)生并聯(lián)諧振，在感性控制區(qū)要求不得超過某一數(shù)值Llim, 即Llimr，或者說感性控制區(qū)的觸發(fā)延遲角0, Llim。 當(dāng)=1800時，TCR的阻抗取得最大值無窮大，相當(dāng)于TCR支路斷開，TCSC的阻抗僅為串聯(lián)容性產(chǎn)生的阻抗，為-XC（容性）。 當(dāng)從1800逐漸減小，在達(dá)到并聯(lián)諧振點(diǎn)之前，XL逐漸減小，從而

3、使得TCSC容性阻抗逐漸增大。為防止TCSC產(chǎn)生諧振，在容性控制區(qū)要求不得小于某一數(shù)值Clim，即rClim，或者說容性控制區(qū)的觸發(fā)延遲角Clim,1800。 TCSC通過適當(dāng)控制TCR支路的觸發(fā)延遲角，可以獲得可變的串聯(lián)阻抗，且感性阻抗的可控范圍為XTCSC(0), XTCSC(Llim)，容性阻抗的可控范圍為-XTCSC(Clim), -XC。下圖為XTCSC的值與觸發(fā)延遲角的關(guān)系。 TCSC的阻抗值與觸發(fā)延遲角的關(guān)系 TCSC的基本思路就是用TCR去部分抵消串聯(lián)電容的容抗值以獲得連續(xù)可控的感性和容性阻抗。在實(shí)際應(yīng)用中，需要將多個TCSC單元串聯(lián)起來構(gòu)成一個所需容量的TCSC裝置。二、 T

4、CSC的應(yīng)用實(shí)例國外80年代末開始研制可控串補(bǔ)裝置，1991年，在美國AEP電網(wǎng)東南部的卡諾瓦河(Kanawha River)345kV線路上投入了由ABB公司制造串聯(lián)補(bǔ)償裝置，額定容量為132MVar，串補(bǔ)度為10%，用以控制潮流以及提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定水平。1992年，在美國阿尼桑那州(Arizona)東北部的卡依安達(dá)(Kayenta)230kV變電站安裝了由Siemens公司制造的世界上第一臺晶閘管控制的串聯(lián)補(bǔ)償(TCSC)裝置，額定容量為45MVar，串補(bǔ)度為13%。為研究TCSC裝置的特性及其應(yīng)用提供了現(xiàn)場試驗(yàn)條件，主要目的是為了進(jìn)一步提高線路的輸送能力。1993年，GE公司在BPA電力

5、系統(tǒng)Slan變電站的500kV側(cè)安裝了一套多模塊TCSC裝置，額定容量為208Mvar，串補(bǔ)度為29%。與單模塊相比，其阻抗可控范圍更大、連續(xù)調(diào)節(jié)能力更強(qiáng)，主要用于阻尼功率振蕩和次同步諧振.1997年，由ABB公司提供的TCSC裝置位于瑞典Sundsvall西北方向斯多德(Stode)的400kV輸電線上，額定容量為148MVar，串補(bǔ)度達(dá)到21%，其中，包括固定串補(bǔ)和可控串補(bǔ)兩部分。該站于1994年在原有固定串補(bǔ)站上進(jìn)行了TCSC改造，主要目的是將福什馬克(ForSmark)核電站的3號機(jī)組發(fā)生(次同步振蕩)SSR的風(fēng)險(xiǎn)降到最低。1999年，巴西北方的電氣公司Eletronorte在南北電網(wǎng)

6、互聯(lián)工程的500kV線路上投入了ABB公司提供的串補(bǔ)裝置，用于阻尼系統(tǒng)低頻振蕩和抑制可能發(fā)生的SSR問題，以提高系統(tǒng)的輸電能力，其中包含1個13.3的TCSC裝置和5個FSC裝置，總?cè)萘窟_(dá)1100MVar，TCSC裝置安裝于輸電走廊北端的因佩拉特里斯(Imperatriz)處。2003年，印度Raipur-Rourkela 412km/400kV雙線交流線路上安裝了ABB公司提供的FSC裝置和TCSC裝置，主要用于改善系統(tǒng)穩(wěn)定性及電壓特性、提高功率傳輸能力，實(shí)現(xiàn)了東電西送的計(jì)劃印度又于2004年8月啟動了在Kanpur-Ballabhgarh的400kV線路Ballabhgarh處安裝FSC和

7、TCSC兩個階段的工程：第1個階段完成35%的FSC的設(shè)計(jì)建立，使線路輸電容量增加了大約120MW，第2階段完成8%20%的TCSC設(shè)計(jì)安裝。我國自上個世紀(jì)五十年代起開始將串補(bǔ)技術(shù)用于改善電網(wǎng)的電壓質(zhì)量，六七十年代分別應(yīng)用于部分220kV和330kV系統(tǒng)來提高系統(tǒng)的穩(wěn)定能力和輸電能力。后因設(shè)備質(zhì)量問題和系統(tǒng)條件變化串補(bǔ)裝置相續(xù)退出運(yùn)行。直到九十年代，我國又重新將串補(bǔ)技術(shù)應(yīng)用在超高壓電網(wǎng)中。2003年6月，我國第一個可控串補(bǔ)站在南方電網(wǎng)天廣線上天生橋至平果線路的平果側(cè)建成投運(yùn)，其中固定串補(bǔ)度為35%，補(bǔ)償量為350MVar，可控串補(bǔ)度為5%，補(bǔ)償量為55MVar，這也是當(dāng)時亞洲首個可控串補(bǔ)工程。

8、以下為國內(nèi)近年典型的TCSC應(yīng)用實(shí)例。1) 2003年6月，我國第1個TCSC工程(平果TCSC)在南方電網(wǎng)天廣線上天生橋至平果段處平果側(cè)建成投運(yùn)，這也是亞洲首個TCSC工程?？偞?lián)補(bǔ)償度為40% ，可控補(bǔ)償與固定補(bǔ)償裝在同一個平臺上， 固定補(bǔ)償部分的設(shè)計(jì)額定功率為2*350MVar占35%， 可控補(bǔ)償部分2*50MVar占5% 。加裝串聯(lián)補(bǔ)償后，相當(dāng)于將天平段線路縮短40% ，天廣線TCSC工程的投產(chǎn)，提高了線路輸送能力，可為“西電東送”增加約300Mw的輸電容量，能改善系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性水平及阻尼功率振蕩。2) 2007年，世界上可控補(bǔ)償容量最大、運(yùn)行環(huán)境最復(fù)雜、設(shè)計(jì)難度最大的國產(chǎn)化超高壓可

9、控串補(bǔ)裝置伊馮500kV可控串補(bǔ)裝置順利投入運(yùn)行；伊馮500kV可控串補(bǔ)工程使伊馮雙回378km線路的極限供電能力得到了大幅度提高（每回線加裝兩套串補(bǔ)，分別為30固定部分15可控部分），其極限輸送能力由1460MW提高到2500MW，相當(dāng)于增加了1回500kV線路的輸送能力。伊馮500kV可控串補(bǔ)工程使東北電網(wǎng)有限公司少建一條約380km的500kV線路，節(jié)省基建投資約3億元人民幣。按照本裝置年平均運(yùn)行時間為5500小時計(jì)算，電網(wǎng)輸電利潤為0.08元/千瓦時計(jì)算，年度新增產(chǎn)值4億多元。同時，該工程減少了輸電走廊面積1500公頃，減少了大興安嶺原始森林砍伐約750公頃，有效保護(hù)了中國大興安嶺原始

10、生態(tài)資源。3) 2008年，中國電科院承擔(dān)的三堡東三, 線500kV進(jìn)口串補(bǔ)裝置控制保護(hù)系統(tǒng)自主創(chuàng)新改造獲得成功。安裝在從山西陽城電廠到江蘇三堡變的500kV輸變電系統(tǒng)中，建設(shè)東明開關(guān)站到三堡變電所的第三回500kV（線路長約267KM），同時本線路的三堡變電所側(cè)裝設(shè)1組容量為529Mvar，補(bǔ)償度為41.4%串補(bǔ)裝置。加裝此組串補(bǔ)裝置及輸電線路后將提高系統(tǒng)穩(wěn)定水平和提高系統(tǒng)輸電容量。另外，還有甘肅碧成220kV輸電線，山西陽城電廠到江蘇三堡變的500KV輸變電系統(tǒng)，華北電網(wǎng)大房雙回500kV線路，川渝電網(wǎng)與華中主干電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)工程現(xiàn)有雙回500kV線路等均裝有串補(bǔ)裝置，顯著提高了輸電系統(tǒng)輸電容量

11、以及系統(tǒng)穩(wěn)定水平。晶閘管控制的串聯(lián)電容補(bǔ)償器(TCSC)是柔性交流輸電系統(tǒng)(FACTS) 家族中重要的一個組成部分, 可以在很多方面改善電力系統(tǒng)的性能。作為串聯(lián)補(bǔ)償裝置的TCSC在電力系統(tǒng)中的作用主要包括:1）潮流控制。能優(yōu)化平行輸電線路和不同電壓等級線路的負(fù)載潮流，同時使系統(tǒng)總的損耗最??；2) 阻尼線路功率振蕩增加電壓穩(wěn)定性。能增加系統(tǒng)容量，提高已有線路和新建線路的輸電能力，從而用更少的線路輸送更多電力，節(jié)省資金，對環(huán)境保護(hù)也有一定好處；3) 消除次同步振蕩。次同步振蕩是輸電線路在一定運(yùn)行條件下和串聯(lián)補(bǔ)償相關(guān)的一種諧振現(xiàn)象，消除次同步諧振的危險(xiǎn)意味著擴(kuò)大串聯(lián)補(bǔ)償?shù)氖褂梅秶ｋS著電力工業(yè)的發(fā)展，我國電網(wǎng)將成為世界上最龐大、資源優(yōu)化配置能力最強(qiáng)和技術(shù)最先進(jìn)的電網(wǎng)?！拔麟姈|送、全國聯(lián)網(wǎng)”是我國電網(wǎng)發(fā)展的，必然趨勢，大規(guī)模、遠(yuǎn)距離輸電是我國電網(wǎng)的發(fā)展特點(diǎn)。我國電力需求持續(xù)、快速增長，土地資源緊張，電網(wǎng)穩(wěn)定問題突出、電網(wǎng)