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国际电气、电子和仪器工程高级研究杂志

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基于SSSC事实装置的功率阻尼性能分析

D.V.N. Anantha1， B. Vijaya Lakshmi2
  1. 系助理教授电气工程，印度维萨卡帕特南维塔姆工程学院
  2. 研究生，系电气工程，印度维萨卡帕特南维塔姆工程学院
有关文章载于Pubmed，谷歌学者

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国际电气、电子和仪器工程高级研究杂志

摘要

系统发生故障是不可避免的，同步发电机可能会不稳定，因此采用AVR和PSS来提高同步发电机的稳定性，从而提高电力系统的稳定性。除了AVR和PSS外，FACTS器件如SSSC用于抑制电力系统振荡并提高系统性能，SSSC-转子角，EMT，电力输出振荡-快速阻尼。本文考虑了2区4发电机系统，采用SSSC装置作为补偿装置来稳定系统。研究了SSSC对电路中故障电流和系统稳定性的影响，结果证明了其行为的有效性。在MATLAB/Simulink环境中进行了完整的数字仿真，以提供对问题的全面理解。

关键字
Lfo, sssc, pss, facts, tcsr。

介绍
大型电力系统有许多互连点和长距离的大量电力传输。因此，存在低频区域间振荡，使系统容易发生级联故障。人们提出了许多不同的方法来缓解电力系统中的振荡。多年来，电力系统稳定器(PSS)一直是用于抑制[2]-[3]振荡的传统设备之一。据报道，在某些工况下，PSS不能有效地缓解振动;因此，除了pss[4]之外，还需要其他有效的替代品。另一方面，柔性交流传输系统(FACTS)设备的出现导致了一种新的、更通用的方法来以所需的方式控制电力系统。FACTS控制器提供了一组有趣的功能，如潮流控制、无功补偿、电压调节、振荡阻尼等[5]-[12]。静态同步串联补偿器(SSSC)是一种基于固态电压源逆变器的串联FACTS器件，它产生与线路电流[13]正交的可控交流电压。通过这种方式，SSSC模拟为感性或电容性电抗，从而控制传输线中的功率流。 If the line voltage is in phase quadrature with the line current, the series controller absorbs or produces reactive power, while if it is not, the controllers absorbs or produces real and reactive power. Examples of such controllers are Static Synchronous Series Compensator (SSSC), Thyristor-Switched Series Capacitor (TSSC), Thyristor-Controlled Series Reactor (TCSR), to cite a few. They can be effectively used to control current and power flow in the system and to damp systems oscillations. Among these Static Synchronous Series Compensator (SSSC) is one of the important series FACTS devices. SSSC is a solid-state voltage source inverter, injects an almost sinusoidal voltage, of variable magnitude in series with the transmission line. The injected voltage is almost in quadrature with the line current. A small part of the injected voltage, which is in phase with the line current, provides the losses in the inverter. The applications of the SSSC are 1) To control the power flow 2) To increase the power transfer limits 3). To improve the transient stability 4) To dampen power system oscillations 5) To dampen Sub- Synchronous Resonance (SSR). Ever increase in demand of electricity push the power system planners to deliver the effective power by existing network at its maximum usable capacity. Flexible AC Transmission System (FACTS) device opens up new area for planners to control the power flow through a transmission line to enhance its usable capacity [1] & [2]. The objective of this paper is
一个¯‚—提出事实和概念的SSSC装置阻尼功率振荡
ïÂ‑‑Â‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑除了使用外部直流持续电源进行串联无功/电容补偿外，它还可以补偿传输线阻抗的感应元件上的任何馈线电压降。
一个¯‚—本文研究SSSC控制器如何行为在Kundur系统故障状态和阻尼的行动由它提供的。

事实技术
FACTS技术是控制器的集合，可以单独应用，也可以与其他控制器协同应用，以控制一个或多个相关的系统参数，如串联阻抗、并联阻抗、电流、电压和振荡阻尼。
图像图1:传输线交流潮流控制(a)简单双机系统;(b)垂直于驱动电压的电流流;(c)有功、无功潮流相图;(d)不同X值下的功率角曲线。
柔性交流输电系统(FACTS)是一种基于电力电子开关变换器和动态控制器的新型集成概念，旨在提高系统利用率和电能传输能力，提高交流系统互连的稳定性、安全性、可靠性和电能质量。事实控制器的基本类型是[14]

•系列控制器:
串联控制器可以是可变阻抗或可变源，两者都是基于电力电子。原则上，所有串联控制器注入电压与线路串联。

分流控制器:
并联控制器可以是连接到线路电压的可变阻抗，从而产生可变电流流，从而表示电流注入线路。

•组合系列-系列控制器:
这种组合可以是单独的串联控制器，也可以是统一的串串联控制器——联线潮流控制器。

•组合式串并联控制器:
该组合可以是分离的串联和分流控制器或统一的潮流控制器。
对于给定的MVA大小，串联控制器在控制功率/电流流的应用中比分流控制器强大几倍。分流控制器从线路中抽取电流或向线路中注入电流，是控制连接点及其周围电压的好方法。分流控制器服务于总线节点，独立于连接到总线的各个线路。串联连接的控制器必须设计成能够通过偶发和动态过载，并通过或绕过短路电流。串联和分流控制器的组合可以提供最佳的有效功率/电流流量和线路电压。FACTS控制器可以基于无门关断的晶闸管器件或具有门关断能力的功率器件。主要控制器基于具有双向功率流能力的直流到交流转换器。当潮流中有有功功率时，需要储能系统。电池、电容器、超导磁体或任何其他能源都可以通过电子接口并行添加，以补充转换器的直流存储。具有存储功能的控制器可以更有效地控制系统动态。 A converter-based controller can be designed with high pulse order or pulse width modulation to reduce the low order harmonic generation to a very low level. A converter can be designed to generate the correct waveform in order to act as an active filter. A converter can also be controlled and operated in a way that it balances the unbalanced voltages, involving transfer of energy between phases. A converter can do all of these beneficial things simultaneously I the converter is so designed.
A.事实控制器的简要描述和定义
1)目标系列控制器
如果线路电压与线路电流相积，串联控制器吸收或产生无功功率;如果线路电压与线路电流相积不相积，串联控制器吸收或产生实功率和无功功率。这样的控制器的例子是静态同步串联补偿器(SSSC)，晶闸管开关串联电容器(TSSC)，晶闸管控制串联电抗器(TCSR)，举几个例子。它们可以有效地控制系统中的电流和功率流，抑制系统的振荡。静态同步串联补偿器(SSSC)是其中重要的串联FACTS器件之一。SSSC是一种固态电压源逆变器，注入几乎正弦电压，大小可变，与传输线串联。注入电压几乎与线路电流成正交。注入电压的一小部分，与线路电流相一致，提供逆变器中的损耗。SSSC的应用包括:
ï  1潮流控制-如果电力系统在扰动后的暂态期间振荡响应被阻尼，系统在有限时间内稳定到一个新的稳定运行状态，我们说系统是稳定的。一个系统不能在有限时间内稳定下来被认为是不稳定的。稳定性的这个基本定义要求系统振荡应该是阻尼的。这种情况有时被称为渐近稳定性。为了使系统稳定，采用了PSS和AVR。有三种不同类型的电力系统稳定性。
稳态稳定性:在这方面的研究仅限于系统运行条件的小而渐进的变化。我们还确保两母线之间的相位角不要太大，并检查电力设备和传输线是否过载。
暂态稳定:暂态稳定性研究的目的是确定负载角在扰动消除后是否恢复到稳定值。
动态稳定:电力系统在连续小扰动下保持稳定的能力被称为动态稳定性(也称为小信号稳定性)。
电力系统补偿:无功功率几乎在系统的每个组成部分产生或消耗，发电、输电和配电，最终由负载产生或消耗。电抗可以是感性的，也可以是电容性的，它们在电路中产生无功功率。为了使系统有效工作，需要对这种无功功率进行补偿。
补偿类型:有两种类型的补偿
i)分流补偿:此处补偿装置与系统并联。
串联补偿:此处补偿装置与系统串联连接。补偿装置通常是一个电容电抗，因为大多数负载是滞后电抗。
ï  1系列补偿-并联补偿在控制实际传输功率时是无效的，在一个确定的电压下，实际传输功率最终由串联线路阻抗和线路两端电压之间的角度决定。在长传输线上传输的交流功率主要受线路的串联阻抗电抗的限制。变串补偿既能有效控制潮流，又能提高稳定性。串联补偿可以通过控制线路中的潮流来实现传输资产的充分利用，防止内部环路流动和使用快速控制，最大限度地减少系统扰动的影响，从而降低传统的稳定裕度要求。
ïÂ‑Â‑1长输电系统调压
ïÂ‑Â‑1经济操作
ïÂ‑Â‑1增强电压稳定性
2.分流控制器的目的
分流控制器与串联控制器相似，不同之处在于它们在连接点向系统注入电流。连接到线路上的可变并联阻抗通过向系统中注入电流而产生可变电流流。如果注入电流与线路电压相接，控制器调整无功功率;如果注入电流与线路电压不相接，控制器调整实功率。这种系统的例子是静态同步发电机(SSG)，静态无功补偿器(SVC)。它们可以通过向系统中注入有源或无功电流来控制连接点内和周围的电压。
3.串联-串联组合控制器的目的
组合的串联-串联控制器可以有两种配置。一种配置包括在多线路传输系统中以协调方式运行的系列控制器。另一种配置为多线输电系统的每条线路提供独立的无功功率控制，同时便于通过功率链路进行真实功率传输。这种类型的控制器的一个例子是线间潮流控制器(IPFC)，它有助于平衡线路上的真实和无功潮流。
4.组合串并联控制器的目的
组合串联-分流控制器可以有两种配置，一种是以协调方式操作的两个独立的串联和分流控制器，另一种是互连的串联和分流组件。在每种配置中，分流元件注入电流到系统中，而串联元件注入串联电压。当这两个元素统一时，就可以通过功率链路在它们之间交换真正的功率。这种控制器的例子是UPFC和晶闸管控制移相变压器(TCPST)。这些利用串联和分流控制器的优点，从而促进有效和独立的功率/电流流和线路电压控制。
静态同步串联补偿器(SSSC)是一种重要的串联FACTS器件。SSSC是一种固态电压源逆变器，注入几乎正弦电压，大小可变，与传输线串联。注入电压几乎与线路电流成正交。注入电压的一小部分，与线路电流相一致，提供逆变器中的损耗。大部分注入电压与线路电流成正交，模拟与传输线串联的电感或电容电抗。该仿真可变电抗由注入电压源插入，影响通过传输线的电力流。
A.工作原理
SSSC在没有外部电能源的情况下作为串联补偿器运行，其输出电压与线路电流正交，并且独立于线路电流可控，目的是增加或减少线路上的总体无功压降，从而控制传输的有功功率。SSSC可以包括暂态额定能量存储或能量吸收装置，通过额外的临时实功率补偿来增强电力系统的动态性能，以瞬时增加或减少跨线路的整体电阻压降[15]。

图像
图二:基本双机系统的SSSC和相关相量图
在哪里
V1是机器-1的电压大小。
V2是机器-2的电压大小。
§是这些电压之间的相位差。
I是从机器1到机器2的电流。
VL是导线阻抗上的压降。
Pq是流经线路的有功功率。
Vq为SSSC注入电压。

图像
图三:静态同步串联补偿器框图

图像
图四:电力系统单线图
P和Q的值由
图像
奈奎斯特图
该图描述了有补偿器和没有补偿器时电力系统的行为。无补偿系统是高度不稳定的，因此需要很长时间才能恢复到稳定位置，而补偿系统则需要更短的时间才能达到稳定。大椭圆表示未补偿系统需要很长时间才能达到稳定，而小椭圆表示补偿系统快速达到稳定。

图像
图五:奈奎斯特的图是[16]
SSSC是一种与传输线串联的固态器件。SSSC能够产生与通过连接的传输线的电流正交控制的电压。SSSC可以模拟与所连接的传输线[18]-[19]串联添加的电抗。通过改变所产生电压的大小，可以得到一定数值的仿真电抗。通过修改所产生电压的相位角，如果电压领先于线路电流90°，则该仿真电抗可以是感性的，如果电压落后于线路电流90°，则该电抗可以是电容性的。

用SSSC分析昆都系统
该系统包含11路公共汽车和两个区域，由7路和9路公共汽车之间的弱连接连接起来。系统在7路和9路共施加两个负载。两个并联电容器也连接到总线7和9如下图所示。系统的基频为60hz。该系统由两个相似的区域组成，通过弱连接连接。每个区域由两台发电机组成，每个发电机的额定电压为900 MVA和20 kV。

图像
图六:昆都尔两区系统单线图
在此，我们将分析SSSC在昆都尔两区测试系统中的性能。首先，在不使用任何补偿器的情况下，观察了测试系统在三相故障时的性能。然后考虑采用SSSC的同一系统，并对其性能进行了分析。比较了无补偿系统和补偿系统的结果。
A.测试系统在不连接任何补偿器的情况下的性能。

图像

Fig7。无补偿测试系统模型

图像
Fig8。发电机参数、变压器参数、阻抗参数。

图像
Fig9。第4代第1区电压和电流波形。

图像
Fig10。第1代和第3代参数波形。

图像
Fig11。SSSC控制电路的完整框图。

图像
Fig12。内部电路产生幅度和角度。
B.不连接任何补偿器的测试系统性能。

图像

图像
Fig15。第1代和第3代参数波形。

结论及未来范围
在无SSSC的对称故障中:第4代-2区，电压从230kV下降到0.5kV，电流从900A增加到10000a。定子电流从0.4pu增加到5pu，功率振荡从+ve 0.2pu偏离到±ve 1.3pu，无功功率从0.08pu增加到2pu峰值，也有振荡。这些都表明非常危险的操作方式，继电器操作和可靠性丧失。在不含SSSC的对称故障中:第4代-2区，电压保持在230kv，电流从900A增加到910A。定子电流保持在0.4pu，功率振荡仅抑制到+ ve 0.2pu，无功功率为0.08pu。这表明在瞬态条件下具有电压补偿、系统保护和动态性能改进的最安全的操作模式。提出的SSSC可以完全或部分地补偿敏感区域的电压缓解和提高其他区域的动态性能，但要完全缓解其他区域的电压和稳定性，UPFC是更好的选择。所提出的系统性能提高到很大的值，仍能观察到参数中的小跳动，如果它们也能消除，则可以说是更好的系统。然而，与文献中的旧系统相比，所提出的系统更优越。

参考文献



















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