TCSC阻抗双解现象机理分析及其定量影响下的改进控制策略研究

可控串联补偿（TCSC）通过改变触发角来连续平滑地调节阻抗，其在电力系统中各项功能的实现都要直接或间接地转化为对阻抗的控制。准确的阻抗特性成为TCSC动态特性分析和控制策略研究的依据和关键。阻抗双解现象的出现使TCSC在大部分运行区域内，对应于同一个触发角，存在容性和感性两个稳态阻抗解，如不采取相应的控制策略，将难以保证TCSC准确可靠地运行。本项目以此为线索，在考虑MOV、电抗器支路电阻和晶闸管导通特性影响，对TCSC详细建模基础上，研究TCSC的阻抗特性；探讨TCSC阻抗双解现象发生的机理，揭示该现象产生的原因和条件；结合动态模拟试验装置对阻抗双解现象进行定量分析计算，准确把握阻抗双解现象对TCSC特性的影响程度并依此改进分层控制策略。精确有效的数学模型是基础，机理研究与定量分析是关键，改进控制策略是目的，把握整体、理顺层次、逐次推进。本项目具有明显迫切性和技术理论储备意义。

可控串联补偿（TCSC）作为目前世界上应用最广泛、最成功的串联型灵活交流输电（FACTS）技术，为大容量、远距离输电提供了一种解决方案。控制策略研究是TCSC技术研究的一个重要方面，其性能将直接影响TCSC装置在电力系统中各项功能的实现。准确的阻抗特性成为TCSC动态特性分析和控制策略研究的依据和关键。阻抗双解现象的出现，使TCSC阻抗特性更为复杂，对控制系统也提出更高的要求。本项目以此为线索，深入地研究阻抗双解现象发生的机理以及对TCSC运行特性的影响，并依此制定相应的分层控制策略。将晶闸管导通特性等效为恒电阻加恒压降，考虑晶闸管导通特性和电抗器支路等效电阻的影响，改进可控串补的数学模型。数字仿真和动模实验验证了TCSC阻抗双解现象的存在，并以相量图结合仿真实验结果分析阻抗双解现象的产生机理，指出造成TCSC阻抗双解现象的根本原因是晶闸管的导通受阻，其受阻程度由电抗器支路的电流和等效品质因数2个因素决定。研究发现阻抗双解现象会使TCSC传统控制方法失效，需改进相应的控制策略来保证TCSC的正确可靠运行。在分析品质因数对硬件旁路切换影响的基础上，改进TCSC主回路接线方式的方法以利于实现模式切换。采用晶闸管条件触发的方法实现由容性运行模式到Bypass的切换，采用分级梯度实现从Bypass到容性微调模式的切换。数字仿真和动模实验结果表明，改进模式切换控制策略能使切换过程平稳迅速，且动态特性良好。在分析PID控制鲁棒性不好的基础上，借鉴生物免疫系统的免疫响应调节机制，提出基于免疫反馈的TCSC变参数PID阻抗控制方法。数字仿真和动模实验结果表明，该阻抗控制方法响应速度快，并能快速消除偏差，具有良好的动态和静态性能。变结构控制具有可使系统降阶设计、对系统参数变化不敏感以及具有较强的抗干扰能力等优点。基于模糊逻辑的TCSC变结构控制器，用较平滑的智能控制取代跳变控制，避免了切换执行机构的滞后，使变结构控制器具有很好的实际应用价值，有效地解决抖振问题与系统鲁棒性之间的矛盾，动模实验结果证明所设计的控制器能有效改善系统的暂态响应。项目研究成果可为TCSC装置的工程开发、设计和优化运行提供理论依据和技术支持，提高TCSC装置的安全可靠运行水平，为支撑我国坚强智能电网建设和低碳经济发展提供新的动力。