专利名称：一种建立可控串补线性化模型的方法
技术领域：
本发明属于电力系统动态稳定研究领域。特别涉及的一种建立可控串补线性化模 型的方法，具体说该方法是基于Poincare映射建立的、可与系统特征根方程接口的可控串 补线性化模型，用于含可控串补的电力系统小干扰稳定分析。
背景技术：
我国资源和负荷分布的不均衡决定了能源资源跨区域流动的必然性，超高压、大 规模、远距离输电，能够实现全国范围资源优化配置、保障国家能源安全。为提高输电线路 的输送能力，缓解输电走廊的压力，可控串联补偿技术得到了越来越广泛的应用。作为柔性 交流输电系统(FACTS)家族的一员，可控串补装置(TCSC)由于在改善电力系统性能方面 具有诸多优点，近年来引起电力工业界研究人员和工程技术人员的关注，其研究得到了快 速的发展。将TCSC用于电力系统，能够控制系统潮流、改善系统的稳定性、提高功率传输 极限。一些研究结果还表明，TCSC具有抑制电力系统次同步振荡和阻尼电力系统振荡的作 用。同时，以往发生在大电网中因机组轴系扭振引发的事故中，许多是与输电线路中使用的 串联补偿电容有关，因此分析TCSC对电力系统次同步谐振的影响和研究如何利用它进行 次同步振荡的控制，成为电力工作者关注的问题。和传统电力系统装置不同，可控串补装置包含晶闸管器件，其工作原理在很大的 程度上决定于晶闸管的开关动作特性。从本质上看，电力电子器件的开关动作特性在时域 中是不连续的，这种特性给系统动态稳定分析的特征分析法的应用带来了一定的困难。对 此，传统的方法是采用可控串补的准稳态数学模型，这种模型是简化了可控串补的慢动态 特性，不能反映装置内部的复杂电磁暂态过程，其使用会影响到分析结果的准确性。
发明内容
本发明的目的提供了一种建立可控串补线性化模型的方法，其特征在于，所述建 立可控串补数学模型的步骤包括1)列出TCSC在晶闸管导通和截止下的特性方程；2)根据TCSC在半个周期内晶闸管导通和截止一次，列出每个阶段的TCSC电容电 压方程；3)将上述电容电压方程在运行点附近线性化，得到TCSC的a相离散方程，并推广 到b、c相，得到TCSC的三相离散方程；4)为方便与电力系统其他元件和网络方程接口，将上述三相离散方程从abc坐标 系转换到dqO坐标系，得到TCSC在dqO坐标系下的离散方程；为了求得TCSC的连续时域方 程，根据求解一阶微分方程组的相关理论，构造一个连续微分方程，使得该连续微分方程的 解和上述离散方程一致，则可用该连续微分方程代替上述离散方程。此连续微分方程即为 TCSC在dqO坐标系下的连续时域数学模型。5)由于系统复频域方程以DQ坐标系为基准，所以将TCSC模型接入系统模型之前，通过转换矩阵将dq坐标系下的TCSC连续时域方程转化到DQ坐标系，得到TCSC在DQ坐标 系下的连续时域方程，将其并入系统特征值方程，即可求出带TCSC的系统的特征根。通过建立TCSC线性化模型，可以计算出含TCSC系统的特征值。从而可以进行以 下研究1)通过计算含TCSC和不含TCSC的系统特征值，可以定量的分析TCSC对系统次同 步谐振的影响，更好的评估TCSC在系统中的作用。2)通过分析TCSC控制器不同策略实施前后的特征值变化情况，与线性控制理论 相结合，可用于优化设计TCSC控制器以取得更好的抑制次同步谐振效果。本发明的有益效果是所得到数学模型的有效频带为0 50Hz，可以满足电力系统 次同步振荡分析的需要，可与系统特征根方程接口 ；本方法根据TCSC当前时刻的线路电流、触发角、电容电压预测半个工频周期后的 电容电压值，然后把这些数据作为采样值，用它来拟合出一条TCSC电容电压的波形曲线， 从而得到描述TCSC动态特性的数学模型。由于数据采样周期很小，每个工频周期有两个 采样点，因而该数学模型在O 50Hz范围内是有效的，从而适用于通过特征分析法分析带 TCSC的系统次同步谐振问题。
图1是TCSC单相电路接线图。图2是TCSC的电流波形和触发时刻图。图3是坐标系转换图。图4是48 %固定串补下的发电机转速差频谱分析图。图5是30%固定串补+18%可控串补下的发电机转速差频谱分析图。
具体实施例方式下面结合附图和对实施例的描述对本发明的实施技术方案予以更清楚地说明。图1给出了 TCSC的单相电路结构，是由一对反向并联晶闸管连接电感后再和电容 器并联而成。由于晶闸管的开关性能，整个电路的动态特性包括连续特性(电容电压)和 离散事件(晶闸管触发)。为了建立TCSC的连续数学模型，必须考虑晶闸管触发对电容电 压的影响。当晶闸管完全导通时，TCSC相当于一个并联的LC回路，其特性可以用式⑴描 述
权利要求
1.一种建立可控串补线性化模型的方法，其特征在于，所述建立可控串补数学模型的 步骤包括1)列出TCSC在晶闸管导通和截止下的特性方程；2)根据TCSC在半个周期内晶闸管导通和截止一次，列出每个阶段的TCSC电容电压方程；3)将上述电容电压方程在运行点附近线性化，得到TCSC的a相离散方程，并推广到b、 c相，得到TCSC的三相离散方程；4)为方便与电力系统其他元件和网络方程接口，将上述三相离散方程从abc坐标系转 换到dqO坐标系，得到TCSC在dqO坐标系下的离散方程；为了求得TCSC的连续时域方程，根 据求解一阶微分方程组的相关理论，构造一个连续微分方程，使得该连续微分方程的解和 上述离散方程一致，则可用该连续微分方程代替上述离散方程，此连续微分方程即为TCSC 在dqO坐标系下的连续时域数学模型；5)由于系统复频域方程以DQ坐标系为基准，所以将TCSC模型接入系统模型之前，通过 转换矩阵将dq坐标系下的TCSC连续时域方程转化到DQ坐标系，得到TCSC在DQ坐标系下 的连续时域方程，将其并入系统特征值方程，即可求出带TCSC的系统的特征根。
2.根据权利要求1所述一种建立可控串补线性化模型的方法，其特征在于，所述晶闸 管导通时的特性方程为X = AX+ Bl其中dqOX =V ITA =0,-C0Ln,0QO^ ω sin纽1 “VB =C0 ’C0Qf0,0,0-9Jo.V为TCSC电容电压；IT为TCSC电感电流；Id、I,、I0分别为TCSC线路电流在d、q、0轴 的分量；所述晶闸管截止时的特性方程为；=PBIdq0其中y = V P= [1,0]
3.根据权利要求2所述一种建立可控串补线性化模型的方法，其特征在于，将电容电 压方程在运行点附近线性化，得到TCSC的三相离散方程为^abAk + 去)=FabcAVabc(k) + GabcM dq0(k)其中
4.根据权利要求3所述一种建立可控串补线性化模型的方法，其特征在于，将得到 TCSC的三相离散方程从abc坐标系转换到dqO坐标系，得到TCSC在dqO坐标系下的离散方 程为AVdqo(k + ^) = Fdqo^dq0(k) + Gdci0Mdq0(k)其中
5.根据权利要求1和4所述一种建立可控串补线性化模型的方法，其特征在于，构造一 个连续微分方程，使得该连续微分方程的解和上述离散方程一致，则可用该连续微分方程 代替上述离散方程；此连续微分方程即为TCSC在dqO坐标系下的连续时域数学模型
6.根据权利要求1或3所述一种建立可控串补线性化模型的方法，其特征在于，通过转 换矩阵将dq坐标系下的TCSC连续时域方程转化到系统DQ坐标系，最终得到TCSC在系统DQ坐标系下的连续时域方程
全文摘要
本发明公开了属于电力系统建模技术领域的一种建立可控串补线性化模型的方法。利用Poincare映射理论，根据TCSC当前时刻的线路电流、触发角、电容电压预测半个工频周期后的电容电压值，然后把这些数据作为采样值，用它来拟合出一条TCSC电容电压的波形曲线，从而得到描述TCSC动态特性的数学模型。由于数据采样周期很小，每个工频周期有两个采样点，因而该数学模型在0～50Hz范围内是有效的，适用于通过特征分析法分析带TCSC的系统次同步谐振问题。本发明所得到数学模型可与系统特征根方程接口。
文档编号H02J3/18GK102055197SQ20101060669
公开日2011年5月11日 申请日期2010年12月16日 优先权日2010年12月16日
发明者张魁, 张鹏, 杨奇逊, 毕天姝, 肖仕武, 薛安成 申请人:华北电力大学