1、静止同步串联补偿器的机电暂态特性研究与仿真摘要：静止同步串联补偿器(SSSC)是 FACTS 家族中新兴的串联补偿元件，对其暂态特性的研究有助于使其更好地与继电保护装置及重合闸的协调配合在介绍 SSSC 基本原理的基 础上，根据加入$SSC 后单机无穷大系统的动态方程，利用中的电力系统仿真库搭建了含 SSSC 的单机无穷大系统，并对其机电暂态 特1 生进行了仿真仿真结果表明系统发生故障后能有效地抑制功率振荡，并且SSSC 不同的投入方式所产生的抑制效果不同在此基 础上还总结了区内区外故障时 SSSC 的投入运行方式，且 线路区内故障时 SSSC 若以旁路运行方式投入则能达到最佳效果关键词：静止
2、同步串联补偿器： 机电暂态 特性； 功率振荡；投入方式0 引言静止同步串联补偿器是串联型的 FACTS 元件，是基于可关断器件构成的静止型补偿器件。它通过在线路中串联幅值可调，并与线路电流相角差为 90。的电压来实现对线路纵向电压的控制。SSSC 具有其它元件无可比拟的优点：可不需任何交流电容器或电抗器在线路内产生或吸收无功功率：在同一电容性和电感性范围内，能产生与线路电流大小无关的可控补偿电压；对次同步谐振及其它振荡现象具有一定的抑制能力； 接入储能器后，可对线路进行有功功率和无功功率补偿( 增大或减少线路功率，甚至可使其反向流动)； 接入直流电源后，可补偿线路电阻(或电抗) ，与线路串补度
3、无关地维持 XR 的高比值；能快速或几乎瞬时地响应控制指令；适应单相重合闸时的非全相运行状态。综上所述，SSSC 具有良好的应用前景，不 论是我国电网的发展需要还是电力技术研究的要求，对静止同步串联补偿器进行研究与分析都是很有必要的。目前国内外对 SSSC 的研究主要集中在的控制器和器件模型的搭建上。利用仿真建立了 SSSC 的模型，利用瞬 时有功无功功率理论设计了装置的控制回路，并用无功功率参考值的阶跃变化来评估SSSC 的动态特性。提出了阻尼功率振荡的串 联 FACTS 装置(如TCSC、的最 优控制规律和安装位置的选择原则。建立了 SSSC 的三阶动态模型，其注入电压幅值为脉冲宽度角的函
4、数，用一阶惯性环节表示注入电压相角和脉冲宽度角的关系，利用直接反馈线性化方法提高了系统的鲁棒性。与分别利用神经网络控制策略和模糊自整定 PI控制方法设计了 SSSC 潮流控制器，提高了控制器的自适 应能力和鲁棒性，加快了潮流调节速度。现有文献尝试利用各种算法和模型来使得 SSSC 控制器更加精确有效，而在 SSSC 故障时的运行方式和故障后投入方式方面却缺乏深入研究。本文利用电力系统仿真工具搭建单机无穷大系统，对 SSSC 的机电暂态特性进行了仿真，并且针对故障过程采用了多种投入 SSSC的方式，比较了不同投入方式所带来的抑制功率振荡的不同效果，总结了区内区外的旁路策略。对 SSSC 机电暂态
5、 特性的研究有助于使其更安全更有效地应用于电网，对其投入方式、投入时间的研究有助于使其更好地与继电保护装置及重合闸的协调配合，具有重要的工程实践意义。1 SSSC 基本原理 SSSC 是基于可关断晶闸管构成的静止型补偿器，其核心部分是一个带有直流储能电容的电压源逆变器(VSI)。SSSC 原理接线图。它主要由逆变器、直流环节(储能电容器或直流 电源)、控制器和耦合变压器组成。Pfef 和 Qrek 是给定功率， P 和 Q 是实际功率，Vpq 是补偿电压，I 是线电流。SSSC 由变流器产生一幅值和相角可控的三相正弦注入电压(它的相位在 0。-360。之间可调)。注入 电压大小不受线路电流或系
6、统阻抗影响，且与线路电抗压降相位相反( 容性补偿)或相同(感性补偿)，可以起到类似串联电容或串联电感的作用。容性补偿时，注入电压滞后线路电流 90。，使线路输送功率能力提高；感性补偿时，注入电压超前线路电流 90，减小线路输送功率，无补偿、容性及感性补偿时的向量图。电力系统暂态稳定分析主要由发电机转子摇摆曲线来判断系统的暂态稳定性。SSSC 注入电压的灵活控制使其能有效的在系统发生扰动后抑制系统的功率振荡及发电机功角摇摆。它能增强发电机的阻尼，能够减少加速面积并增大减速面积，能在功角回摆时降低功角曲线，而在功角上摆时再升高功角曲线，从而阻尼功角的上下摆动。而若采取恰当的投入方式则能使其发挥更大
7、的作用。2 系统模型加入了 SSSC 的单机无穷大系统模型。为发电机纵轴同步电抗和暂态电抗，冠为发电机横轴同步电抗；6 为发电机功角；和 b 分别为发电机机端电压相量和无穷大系统电压相量；毛和，a 分别为输电线路电流的 d、q 轴分量：Vu 和 a 分别为 SSSC 注入电压的幅值和相位角以 h 为参考)；Rl 和 x1 分别为 SSSC 控制器的等效电阻和电抗；为发电机的电磁功率；Pu 为吸收的有功功率；PL 为输电线路上传输的有功功率。发电机通过升压变压器经并联的双回线与一无穷大系统相连，SSSC 安装子其中的一回线上。3 SSSC 机电暂态特性的仿真31 区内故障 时的仿真及旁路策略区内
8、故障时，即 SSSC 安装于线路 Ll 上，4 0s 时线路 Ll 首端发生三相短路故障，41 s 时故障消除。在故障过程中，SSSC 控制回路按三种方式投入：(a)SSSC 在故障过程中一直投入运行；按旁路运行方式投入运行(1ip 故障后 01 s 投入运行) ；(c)SSSC 延迟投入运行(即在故障后 0投入运行)。线路 L1 功率及发电机功角仿真结果。仿真结果对比可知，SSSC 在线路故障后快速有效地抑制了功率振 荡，明显地缩短了振荡时问和幅度，提高了系统的暂态稳定性。而由图中三种投入方式的对比可知：一直投入方式在故障消除后出现了尖顶脉冲，功率飙升到 1800 MW 左右，远大于 b、c
9、 两种方式：延迟投入方式在功率下摆时过大，而旁路方式很好地控制了功率的上下摆，经过几个波动后便趋于平稳，恢复稳定状态。因此对比可知旁路方式( 故障后 01 S 投入)所达到的效果最佳。由于 SSSC 投入后的迅速补偿作用，使得发电机的功角摇摆明显减弱，波动时间明显变短，幅度明显变小。这得益于 SSSC 的固有特性，即 SSSC 输出电压的相对独立性，它不依赖于线路电流以及其它系统变量。从图 7 中可以更明显的看出 SSSC 不同投入方式之间的差别。SSSC 旁路运行方式使得发电机功角第一摆减弱许多，上摆和下摆的幅度都要小于其它两种方式。而故障期间一直投入方式使得 SSSC 在故障期 间所受冲击
10、很大，若通过故障期间旁路 SSSC 可以有效地减小这个冲 击。另外，通过图 8 比较的注入电压也可以得到这个结论。综上所述，区内故障时，SSSC 所受的冲击比较大，SSSC 不旁路会使电力电子器件的端 电压达到旁路时的 2 倍多，超过了器件的耐压极限。因此，区内故障时应该采取故障时旁路，一定延迟时间后再投入 SSSC 的策略来抑制功率振 荡。延迟时间对抑制作用是很敏感的，时间过长则起不到抑制功率振荡作用，时间过短则又会使 SSSC 处于击穿的危险区，所以应在器件过电压、过电流耐受许可范围内尽量减少延迟时间。不同的延迟时间对抑制效果的影响。从图中可以看出，延迟 0 S 会使功率发生尖顶脉冲，延迟
11、 02 S使得功率下摆严重，延迟 03 S 不仅下摆严重还伴有谐波产生。而采用故障后延迟 01 S 取得了 较好的效果，既能保证比较满意的抑制功率振荡的作用，又使得器件处于安全状态，避开了冲击电压和冲击电流。32 区外故障 时的旁路策略区外故障时，即 SSSC 所在线路 L2 首端发生三相短路故障。区外故障时不同投入方式对结果的影响较之区内故障会小一些，其原因在于 SSSC 的输入控制变量变化变小了，使 SSSC 的出力变小。特别是对于大区域多节点电网，区外故障对 SSSC 所在线路的影响可能更小。且 SSSC 在线路发生故障后能快速进入感性运行方式，限制 线路电流。但是这种限制电流能力受到 SSSC 输 出额定电压以及电力电子器件最大截止电流的限制，若 SSSC 容量较 小，其作用是有限的。因此，此时 SSSC 采用一直投入方式还是旁路方式需 视实际线路应用情况而定。4 结论本文通过 Matlab 搭建含 SSSC 的单机无 穷大系统，仿真分析了SSSC 的机电暂态特性，同时总结了区内区外的旁路策略。仿真 结果表明，系统加入能有效抑制功率振荡，不同的投入方式使得所到达的效果不尽相同，且区内故障时表现的更加明显；区内故障时三种投入方式中采用故障时旁路方式所取得的效果最好，也能很好的避开冲击电压和冲击电流，仿真表明延迟时间为 01 S 取得的效果令人满意。
