第7章 高压电力系统的电力装置仿真
双击图7-3中的“串联电容补偿”(Series Comp.1)子系统，
打开子系统如图7-4所示。图7-4由三个完全相同的子系统构
成，一个子系统代表一相线路。打开“串联电容补偿a相”
(Series Comp.1/Phase A)子系统，如图7-5所示。
图7-5中的电容器Cs的容抗值为输电线路感抗的40%，
7.1 输电线路串联电容补偿装置仿真
串联电容补偿就是在线路上串联电容器以补偿线路的电 抗。采用串联电容补偿是提高交流输电线路输送能力、控制 并行线路之间的功率分配和增强电力系统暂态稳定性的一种 十分经济的方法。但是，超高压输电线路加装串联补偿后会 引发潜供电流、断路器暂态恢复电压(TRV)及次同步谐振 (SSR)等一系列系统问题，而且在故障和重合闸动作时可能 会在系统中引起很大的过电压。本节主要讨论串联电容器的 建模和次同步振荡等有关现象。
Cs
1 2 π 60 X C
62.8 106
F
(7-3)
图7-4 “串联电容补偿”子系统
第7章 高压电力系统的电力装置仿真 图7-5 “串联电容补偿a相”子系统
第7章 高压电力系统的电力装置仿真
图7-5中的MOV元件由SimPowerSystems/Elements中的 “避雷器”(Surge Arrester)模块等效。MOV用于防止电容器 过电压。当电容电压超过额定电压2.5倍后，MOV将电压钳 位到最大允许电压Vprot：
Vprot 2.5 2In XC 2.5 2 2 42.24 298.7 kV
(7-4) 其中，In为线电流有效值，取值为2 kA。
第7章 高压电力系统的电力装置仿真
为了保护MOV，在MOV上并联了由断路器模块等效的 放电间隙Gap，当MOV上承受的能量超过阈值时，间隙放电。 与放电间隙串联的RL支路是用来限制电容电流上升率的阻 尼电路。“能量和放电间隙触发”(Energy & Gap firing)子系 统完成对放电间隙Gap的控制，仿真系统模型如图7-6。该系 统对MOV中的能量进行积分计算，当能量值大于30 MJ时发 送合闸信号到断路器模块Gap中，断路器合闸，实现间隙放 电。
第7章 高压电力系统的电力装置仿真
单击“更新潮流”(Update Load flow)按键，更新后的电 机线电压相量、线电流相量、电磁功率、无功功率、机械功 率、机械转矩和励磁电压显示在图7-7的左侧子窗口中。
退出Powergui模块，打开电机参数对话框，可以观测到 “电机的初始状态”(machine initial conditions)已经被系统 自动更新了，同时，和电机输入端口Pm、E相连的机械功率 和励磁电压被更新为Pmec=1515.9 MW(0.72184 p.u.)、 E = 1.0075 p.u.。
打开图7-3中300 MVA、735/230/25 kV的三相三绕组变 压器模块的参数对话框，注意电流—磁通饱和特性用标幺值 表示为
[0，0 ；0.0012，1.2；1，1.45] 关于饱和变压器的参数设置，可以参考4.2节相关内容。
第7章 高压电力系统的电力装置仿真 图7-6 仿真系统模型
第7章 高压电力系统的电力装置仿真
第7章 高压电力系统的电力装置仿真 7.1.1 系统描述
图7-1中，6台350 MVA的发电机通过一条单回路600 km 的输电线路与短路容量为30000 MVA的系统相连。输电线路 电压等级为735 kV，由两段300 km的线路串联组成，工频为 60 Hz。
图7-1 系统单相电路图
第7章 高压电力系统的电力装置仿真
具体计算如下。
首先打开分布参数线路参数对话框，求出300 km输电
线路正序感抗XL为 X L 2 π 60 0.9337 103 300 105.6
需补偿的容抗值XC为0.4XL，即
XC 0.7章 高压电力系统的电力装置仿真
所以补偿电容的电容值Cs为
第7章 高压电力系统的电力装置仿真
第7章 高压电力系统的电力装置仿真
7.1 输电线路串联电容补偿装置仿真 7.2 基于晶闸管的静止无功补偿装置仿真 7.3 基于GTO的静止同步补偿装置仿真 7.4 基于晶闸管的HVDC系统仿真 7.5 基于VSC的HVDC系统仿真
第7章 高压电力系统的电力装置仿真
为了提高线路输送能力，对两段300 km的线路L1和L2 进行串联补偿，补偿度为40%，两段线路上均装设330 Mvar 的并联电抗器，用于限制高压线路的工频过电压和操作过电 压。补偿设备接到母线B2的线路侧，B2通过一个300 MVA、 735kV/230kV/25 kV的变压器向230 kV侧的250 MW负荷供 电，变压器接线方式为Y0-Y0-D。
图7-3 仿真系统模型
第7章 高压电力系统的电力装置仿真
图7-3中，发电机选用简化的同步电机模块，两个变压 器是通用的双绕组和三绕组变压器模块，其中和母线B2相 连的三相三绕组变压器为饱和变压器。母线B1、B2和B3为 三相电压电流测量模块，通过设置黑色背景可以使这些模块 具有母线的形式。三相电压电流测量模块输出的三相相电压 和线电流用标幺值表示。故障发生在线路1的串联电容补偿 装置左侧，在第1个周期末发生a相接地故障，线路1两侧的 断路器CB1、CB2在第5个周期后三相断开以切除故障线路， 第6个周期后a相接地故障消失。
串联电容补偿装置由串联电容器组、金属氧化物变阻器 (MOV)、放电间隙和阻尼阻抗组成，如图7-2所示。
第7章 高压电力系统的电力装置仿真 图7-2 串联补偿装置结构
第7章 高压电力系统的电力装置仿真 打开SimPowerSystems库demo子库中的模型文件power_ 3phseriescomp，可以直接得到图7-1的仿真系统如图7-3所示， 以文件名circuit_seriescomp另存，以便于修改。
7.1.2 初始状态设置和稳态分析 在进行暂态分析之前，首先要设置模型的初始状态。 点击Powergui模块的“潮流计算和电机初始化”按键，
打开窗口如图7-7所示。设置节点类型为PV节点，电机输出 的有功功率为15 MW，初始电压为13.8 kV，即1 p.u.。
第7章 高压电力系统的电力装置仿真 图7-7 初始状态设置