可控串联电容补偿在电力系统中的应用T h y r i s t o r c o n t r o l l e d s e r i e s capacitor(TCSC) in power system Abstract: With the rapid growth of the power system load and the development of the opening electricity market, electricity relevant departments are paying more and more attention to increasing the capacity of existing transmission lines and improving the stability of the power system, the controlled series capacitor compensation can improve the performance of power system in many ways, so it has more evident applications potential in the power system. This compensation has analyzed and introduced the superiority to the grid of the controlled series capacitor compensation, which are applied in the power system, and elaborated practical application problems that may arise, and proposed related control measures at the same time.Keywords: TCSC, power system摘要：随着电力系统负荷的快速增长和电力市场开放的发展，增加既有输电线路的容量和提高电力系统的稳定性越来越受到电力相关部门的重视，可控串联电容补偿(TCSC)由于其连续控制性可以在很多方面改善电力系统的性能，因此在电力系统中的应用潜力越显突出。

本文针对可控串联电容补偿技术在电力系统中运用后将给电网带来的优越性及在系统中的运用领域进行分析和介绍，并对实际运用中可能出现的问题进行阐述，同时提出相关的控制措施。

关健词：可控串补；电力系统一、引言可控串联补偿技术是20世纪90年代出现的一种灵活交流输电系统（flexible AC transmission system,FACTS）技术。

FACTS—灵活交流输电系统是20世纪80年代未闰国电力研究院（EPPI）的Nari Hingorani 提出的概念。

对此，国际电气与电子工程师学会（IEEE）给出的定义是：“交流输电系统利用以大功率电子技术为基础的控制器及其他静止型控制器，改善可控性并增加输送功率的容量”。

FACTS技术,重要的技术成果就是在原有的串联电容补偿的基础上采用电力电子技术使固定的串联电容补偿变为可控串联电容补偿(TCSC),使串联补偿的性能特别是动态调节性能大为提高，从而适应电力系统负荷的快速增长和电力市场开放的发展的需求。

可控串联电容补偿(TCSC)由于其连续控制性可以在很多方面改善电力系统的性能,因此在电力系统中的应用潜力很大。

但是由于其容性的特殊性及内部结构的复杂性,使得含有串补的线路对传统的继电保护产生很大的影响。

因此有必要深入研究TCSC对现有继电保护的影响,考察现有继电保护系统在TCSC线路上的适应性。

二、概述可控串补是在串联电容器两端并联一个由双向反并联晶闸管阀控制的电感回路，从而产生一个叠加在电容器上的可控附加电流，实现对串联补偿电容外部等效容抗的控制，也就是说通过对半导体晶闸管阀的控制来实现对串联电容的平滑调节和动态控制的技术过程。

可控串联电容补偿一般运用于220kV及以上超高压长距离输电线路中,对于提高线路的输送能力和提高输电系统的静态稳定性以及经济性起着积极的作用。

同时在减小线路电抗，加强线路两端的电气联系、加长两端的电气距离，缩小两端的相角差，获得较高的稳定极限，从而传输较高的功率方面起着积极的作用。

运行经验不断证明，采用串联补偿技术具有较高的性能价格比，是提高线路输送功率，改善系统运行状况的一种行之有效的手段。

采用可控串联电容补偿技术不但可以提高超高压远距离输电线路输电能力和系统稳定性，而且对输电通道上的潮流分布具有一定调节作用。

同时还可以抑制系统低频功率振荡及优化系统的潮流分布。

可控串补是具有代表性的FACTS技术，是常规串补技术与电力电子技术相结合的产物，其主要技术特点覆盖了常规串补。

FACTS装置利用大功率电子器件的快速响应能力，实现对电压、有功潮流、无功潮流等的平滑控制，提高系统传输功率能力或稳定性，改善电压质量，达到提高效益、降低损耗、减轻环境压力、节省投资和缩短建设周期的目的。

但是由于系统中增加了串联电容补偿设备，改变了系统之间原有的电气距离，尤其是串补度较高时，可能引起一系列的系统问题，本文就线路增设串补电容后给系统带来的一些常见问题，来进行分析和讨论,同时提出相关的控制措施。

三、可控串联电容补偿在电力系统中的作用电力系统可以看作是一个强非线性的大系统,具有运行点和网络结构经常变化、规模巨大且地域分布广的特点。

输电线路中采用串补技术，可以利用串联电容器的容性阻抗补偿部分输电线的感性阻抗，实现优化电网潮流分配、改善无功平衡、降低系统网损、增加输送能力、提高电力系统安全稳定水平的目的；采用串补技术还可以减少线路架设和输电走廊的占用，节省一次投资，提高电网建设经济性，保护环境，有利于电网的可持续发展。

平果可控串补工程是国内第一个可控串补工程，其中光直接触发可控硅元件的工程运用是世界上首次在串补工程中实现，使触发回路的元器件减少了60%。

工程投运2年来，串补装置可用率达98.4%，提高了南方电网西电东送能力20-40万千瓦；在抑制系统振荡、改善输电通道的电压分布和降低网损及潮流控制方面也发挥了很好的作用。

可控串补的采用，为电网潮流控制提供了新的技术手段，增强了电力系统的可控性，也为电力市场化改革提供了一定的技术支持。

有关部门在制定云南电网的“十二五”规划时，通过分析云南电网主网架稳定性及外送能力，以及云南电网存在的薄弱环节时，提出了提高远距离输电能力的解决措施中，对于可控串补的采用，在增强云南电网的稳定性及外送能力方面的积极作用予以了垦定和支持，为云南电网未来五年的规划建设提供了参考。

TCSC对电力系统稳定的控制作用主要是选取适当的系统输入信号，依据某种系统控制策略，通过中层和低层控制，实现对TCSC等效阻抗的调节，达到提高电力系统安全稳定和经济运行的目的。

在云南电网黄坪-仁和、大理-吕合与大理-和平断面上安装固定串补或可控串补均可以提高云南电网的外送能力，而在滇西北安装SVC对送出极限提高有限。

若提高滇西北水电送出以及云电外送能力，可控串补将是最为合适的选择。

与常规串补相比，可控串补具有以下优点和系统应用领域：1)稳态潮流控制。

可根据系统运行条件（线路开断、发电出力分布调整等）调整可控串补补偿度，改善潮流分配和输电回路上的电压分布，从而达到降低网损、消除潮流迂回、防止过负荷、提高输送能力的目的。

2)系统稳定控制。

通过控制晶闸管阀的触发角，利用电容器的短时过负荷能力，一般可控串补等效阻抗可在其基本容抗值的1~3倍之间动态调整，时间常数约为30～100ms。

与常规串补相比，可进一步提高电力系统稳定性和系统输电能力。

利用可控串补还可以阻尼系统功率振荡，增强系统动态稳定性；常用于抑制互联电网或地区电网的低频振荡（0.2～2.0HZ）。

3)抑制次同步谐振，提高补偿度。

次同步谐振是电网和汽轮发电机轴系之间相互作用产生的一种物理现象，它的发生将严重损坏汽轮发电机的轴系，其主要起因是线路串联电容和线路电感之间的电气振荡与轴系机械振荡的想到作用关为开关操作、短路故障等所引起。

可控串补可以通过一定的触发控制策略抵制系统中的次同步分量，从而可以在一定程度上提高串补度而无发生SSR的风险。

4)在故障期间，通过晶闸阀旁路可降低通过串补装置的短路电流和过电压保护MOV 的能量定值。

由于可控串补技术的不断成熟及在电力系统中使用后突显出来的优越性，可控串补以及FACTS技术在我国日渐具有广阔的应用前景,其原因如下:1)现代社会对电力可靠性要远距离越来越高，电网运行安全已忧为突出问题。

提高电网的可控性，增强驾驭电网动态行为的能力是提高安全稳定运行水平的重要途径。

FACTS技术是提高电网可控性的重要技术措施。

2)输电走廊是各国电网发展面临的共性问题，FACTS技术是提高单位走廊的输电能力的重要技术措施。

FACTS的应用可以节省输电投资，有利于环境保护，缩短工程建设周期，实现电网高速和可持续发展。

3)提高电网经济运行水平。

采用FACTS技术可以改善电压分布，降低网损，提高电网输电能力。

4)提高电能质量和供电可靠性。

5)适应电力体制改革和电力市场化运营。

由于电网运行方式的不断复杂化，需要采取提高电网运行可靠性和灵活性的措施。

3 运行中需要重视的一些问题由于我国发电资源分布与用电负荷地理上分布极不均衡性,大容量、远距离输电，实现全国电网互联将是我国电网发展的特点。

提高系统暂态稳定性和增加传输功率、改善系统阻尼、迅速抑制系统故障后振荡、抑制次同步谐振是我国TCSC应用的主要目的。

因此，我国TCSC控制策略研究必须兼顾暂态稳定控制和阻尼功率振荡。

同时线路增加了串补装置后，还会对线路保护的测量装置产生影响（主要是对距离保护和高频保护影响明显一些）；再就是串联于输电线路上的补偿电容与电感元件容易构成许多复杂的振荡回路。

目前我们采用的控制措施有以下几种：1)串补装置将影响其所输电线路沿线电压特性，需结合已建线路上高抗位置校核增加串补后是否导致某些点电压超过运行要求。

并满足输送容量及系统稳定水平前提下，认真比选线路串补度，以避免新增加电容器容抗与已安装高压并联电抗器感抗之间参数配合不当而引发工频谐振过电压问题。

2)串补所输电线路发生内部故障时，故障相两侧断路器跳闸后，立即强制触发旁路间隙，将旁路断路器闭合，以避免线路断路器暂态恢复电压超标。

3)装设并联电容输电线路上发生接故障时，故障相两侧开关跳闸同时故障相MOV能耗或电流是否超过整定值)均要求立即将旁路断路器闭合，以避免出现较大幅值低频放电暂态分量。

4)电网发展，不能排除串补站近区出现新火电机组可能性。