《基于SSSC的DCIPC潮流控制与过电压改善》
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摘 要：在研究了相间功率控制器（IPC）的基本原理的基础上,提出了一种新型的动态可控相间功率控制器（DCIPC）.此种DCIPC用静止同步串联补偿器（SSSC）来支路的移相功能,应用PI控制,可以快速、连续地改变电容和电感支路的移相角;由晶闸管控制电抗器（TCR）来完成IPC电感支路的电感器功能,通过控制晶闸管的触发延迟角,可以连续改变DCIPC电感支路的参数;由晶闸管控制串联电容器（TCSC）的容性微调模式来实现IPC电容支路的参数调节.DCIPC四个环节均能够快速、连续和灵活地进行控制.在联络线两侧电网相位滑移的情况下,调节DCIPC的参数可以协调联络线潮流,使得联络线有功保持基本恒定,并能够较好地改善传统IPC的过电压问题,使得端口电压满足要求.采用Matlab/Smulink仿真,验证了在两侧电网相位滑移时,基于SSSC的DCIPC可以完成联络线潮流控制,并改善过电压问题.
关键词：相间功率控制器;动态可控相间功率控制器;相位滑移;潮流控制;过电压
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.02.112
0 引言
电网互联使电力系统的复杂程度增加,会出现诸如输电线路过负荷运行、潮流分布不合理、网络损耗增大,联络线功率波动等问题[1].相间功率控制器IPC（Interphase Power Controller）是一种可对有功功率和无功功率进行控制的组合型柔流输电系统（FACTS）控制器[2].IPC具有潮流控制的鲁棒性和限制事故电流、消除事故波及的优良特性,应用前景受到国内外学者的关注.在IPC中应用具有RLC无缘滤波器的PST,大大降低了谐波失真,同时又不影响IPC特性[3].利用SSSC代替了IPC中的PST,可以提高功率控制的精度、响应速度和灵活性在IPC两侧电压相位差较大时,能够实现联络线潮流控制、改善过电压问题[4],还可以对短路电流起到限制作用[5].
IPC具有高阻效应,在电网事故隔离和限制短路电流方面优点突出,但事物总是优点与缺点并存的,由于IPC的高阻效应,当两互联电网负荷频率变化不一致时,两互联电网相位角差可能发生较大的变化,严重情况将会进入异步运行状态.互联电网中相对摇摆及相位滑移的现象是普遍存在的,带相间功率控制器的联络线连接的互联电网,由于高阻效应的存在,情况比较严峻,如果单方向相位滑移过大,带IPC联络线的两侧电网就有可能进入异步运行[6].
本文针对IPC通过调节电感、电容支路阻抗及移相环节可以控制联络线潮流的特点,提出一种基于SSSC的DCIPC,并进行仿真分析.
1 IPC基本结构及工作原理
IPC的单相原理结构如图1,包括并联的容性和感性支路,每个支路分别由容性和感性阻抗与独立的移相单元串联组成,共四个可控单元.
IPC入口和出口的电压的大小分别用、表征,两电压之间的相位角差为,、分别为IPC电感、电容支路的感抗和容抗,、分别代表两个支路的移相角.
根据IPC原理结构图,可得出口的输送功率为：
（1）
（2）
由（1）、（2）可知调节IPC支路的阻抗和移相角大小,可以调节带IPC的联络线的功率.
由IPC原理结构图,可知电感和电容两端的电压为[7]：
（3）
（4）
由上式可以画出电压关系相量图如图2：
由公式（3）、（4）和图2可知在IPC两端电压一定的情况下,移相角越大,电容器和电感器两端的电压越大.
2 基于SSSC的DCIPC原理和控制环节
基于SSSC的DCIPC是將传统IPC电感支路改造为TCR结构,将电容支路改造为TCSC结构,两条支路中的移相环节由SSSC来实现.单相原理电路图如图3.
2.1 电感支路
TCR是由固定的电抗器串联双向导通晶闸管构成.通过改变TCR晶闸管触发角,电感支路的阻抗参数变化.电感支路可以由随触发延迟角变化的无功导纳来表示,表达式如下：
（）（5）
由式（5）可知当时,TCR等效电纳值最小;当时,TCR等效电纳值取得最大值.随着晶闸管触发延迟角改变,电感支路的等效阻抗大小将在和之间变化.
根据晶闸管触发原理,晶闸管触发延迟角可以用参考电平表示如下：
（6）
为晶闸管触发延迟角,表征参考电平,T是同步正弦电压的周期（0.02）,K为锯齿波斜率（0.01）.
根据式（6）可以设计晶闸管触发脉冲仿真电路.首先利用一个同步正弦电压波形,将其转换为平顶波;然后把平顶波积分转换为锯齿波,将锯齿波与参考电平进行比较,当锯齿波大于参考电平时,触发脉冲输出为1,反之触发脉冲输出为0,从而来控制晶闸管的导通.改变参考电平的大小来等效的改变晶闸管触发角,当参考电平增大时,触发延迟角增大;当参考电平减小时,晶闸管的导通角增大.
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