[发明专利]适于阻尼亚同步谐振的晶闸管控制串联电容器

说明书

技术领域

本发明涉及电气电力系统的振荡的控制。本发明尤其涉及利用晶闸管控制串联电容器(thyristor controlled series connected capacitors，TCSC)的这种控制。电气电力系统包括合作的电气电路和机械回路(mechanical circuit)。机械回路包括由轴彼此连接的发电机和涡轮。特别地，本发明涉及这种电力系统中的亚同步谐振(SSR)的阻尼。

背景技术

作为相互连接的弱阻尼的结果，特别是在强电力传送期间，在发电区和负载区之间的通道(corridor)中可能出现电力传输系统中有功功率的振荡。这种振荡是由如线路故障或发电机输出或负载的突然变化等一些原因激发的。

由TCSC提供的控制是“阻抗”型控制。所插入的电压与线电流成比例。这类控制通常最适于在电力流通道中的应用，其中在传输线的末端之间存在精确定义的相位角差以被补偿和控制。

TCSC的重要益处是对补偿度的快速控制的能力。这使得TCSC作为用于改进网络的事故后行为(post-contingency behavior)的工具非常有用处。借助TCSC的这一性质使串联电容器的补偿度在网络事故后暂时增加。因此，在需要时对网络(电压和角度)精确地增加了动态稳定性。此外，TCSC的升压的有源调制(取决于一些本地测量的性质，例如有功功率)用于在相互连接的传输系统中提供机电振荡(0.1～2Hz)的阻尼。凭借这一特征，串联电容器可以为稳态条件而额定得更低，从而保持低成本。

在TCSC中，整个电容器组、或者可选择地，电容器组的部分设有使电流脉冲流通的并联的晶闸管控制电感器，该电流脉冲与线电流同相增加。从而使电容性电压升压至超过由线电流单独获得的电平。各晶闸管每一周期被触发一次，并具有比额定主频的半周期更短的传导间隔。通过控制使附加电压与线电流成比例，使得由传输系统看来，TCSC具有超过电容器的物理电抗的虚拟增加的电抗。

TCSC在关心亚同步谐振(SSR)的风险的网络中提供应用串联补偿的唯一可能性。当被补偿线路的互补串联谐振频率与涡轮发电机轴的阻尼较差的扭转振动频率一致时，可能出现SSR。产生的交互作用可以表现出非常低或者甚至负的阻尼。这会在涡轮发电机轴系统中造成振幅很高的扭转振荡。这种振荡在轴中引起很高的机械应力。TCSC的作用是：通过使串联电容器在亚同步频带中表现为电感性的，来消除谐振频率一致的风险。从而对于整个亚同步频率，使得不可能在传输系统中出现串联谐振。因此插入TCSC可以减轻由于关心SSR而造成的对补偿度的限制。从而传输系统的传送能力增加。

TCSC的控制系统必须考虑到一些需求，这些需求各自受控制系统在某些时间范围中响应的影响：

●SSR行为，该SSR行为受到TCSC对小于10ms以内(频率范围10～50Hz)的线电流变化的响应所影响，

●在电力频率处的插入的电抗控制，该电抗控制受到TCSC对50～100ms期间的线电流振幅变化的响应所影响，以及

●电力系统控制，例如，将阻尼加入机电电力摇摆，该控制受到TCSC在几个周期即100～5000ms(频率范围0.1～2Hz)期间的响应所影响。

一种自然的做法可以是将控制系统作为分层的控制结构来实施，其中各层以某一时间水平线而行动、并且其中“记忆”最短的层最靠近TCSC。这种做法的主要优点是可以分别处理不同的控制对象。

先前从US 5,801,459已知一种用于连接至电气电力线的串联电容器的方法和控制设备。控制设备的目的是提供简单的、并且原理上无损耗的设备，该设备独立于操作条件的改变而有效地对亚同步谐振进行衰减。在该已知设备中，以这种方式来控制晶闸管阀门，即：在可能发生SSR振荡的整个范围内的串联电容器设备的视在阻抗(apparent impedance)变为电感性的而不是电容性的。

该已知设备控制半导体阀门，使得当线电流包含亚同步成分时，电容器电压过零点在处理期间保持等距。串联电容器设备在SSR感兴趣的整个频率范围内对称地表现出电感性。该电感性独立于电容器的控制状态、独立于电力线或电力网络的特性、并且独立于电力线中电流的基本成分的幅度，而实现。