可控串联补偿装置的仿真研究

学院毕业设计（论文）题目：可控串联补偿装置的仿真研究学生姓名：学号：学部（系）：机械与电气工程学部专业年级：电气工程及其自动化专业指导教师：职称或学位：年5月25日目录摘要...............................................................1关键词............................................................1Abstract..........................................................1Keywords.........................................................2前言...............................................................31.TCSC的基本结构和工作原理.....................................41.1TCSC的基本结构...........................................41.1.1TCSC的功能模型.....................................41.1.2TCSC的器件模型.....................................41.2TCSC的工作方式和过程....................................51.3TCSC数学模型..............................................81.4TCSC的特性................................................91.4.1TCSC装置的V-I特性曲线............................91.4.2TCSC装置的X-I特性曲线...........................112.TCSC的控制系统研究...........................................132.1系统层控制系统...........................................132.2中层控制系统.............................................132.2.1开环控制.............................................142.2.2闭环控制.............................................142.2.3PID控制原理........................................152.3基于定阻抗控制的TCSC常轨PID控制系统.................163.用于TCSC控制系统的CMAC和PID复合控制策略................173.1CMAC神经网络的基本结构.................................173.2CMAC与PID复合控制算法.................................203.3仿真实例..................................................204.系统仿真........................................................224.1TCSC非线性控制系统仿真研究............................224.2基于CMAC和PID复合控制的TCSC控制系统仿真研究.....25结束语...........................................................28参考文献.........................................................30致谢..............................................................311可控串联补偿装置的仿真研究摘要可控串联补偿(TCSC)通过对晶闸管导通角进行精确快速地控制，以实现对其等值电抗灵活、连续、平滑地调节，因而其为柔性交流输电系统(FACTS)中一种比较成熟和应用较为广泛的技术。本文综述了TCSC的发展及研究现状，分析总结了TCSC的基本结构、运行原理、工作模式的特点、基频阻抗特性及工作特性。此外，本文在模糊理论及常规PID阻抗控制的基础上，设计了TCSC模糊PID阻抗控制器。并且，通过加入免疫反馈环节，进一步提出了TCSC模糊免疫PID阻抗控制方式。仿真结果证明，该控制方式在响应各种阻抗阶跃命令时，具有更小的超调、更快的响应速度，以及更好的跟踪性能，可基本实现系统的无差控制。最后，对不含TCSC与含有TCSC的单相，以及三相电力系统进行了详细地稳态和暂态仿真，以研究其对电力系统的影响。此外，将所研究的TCSC阻抗控制方式应用到电力系统当中，对比分析其在电力系统运行中所发挥的作用。仿真结果表明，TCSC在增大线路的输送能力，提高电力系统暂态稳定性，以及阻尼功率振荡方面，都具有十分重要的作用。此外还可看出，阻抗控制方式的不同对其作用的影响是显著的。相比于常规PID与模糊PID控制方式，本文所研究的TCSC模糊免疫PID阻抗控制方式是最具有优越性的。关键词：可控串联补偿；模式切换；阻抗控制；电力系统；仿真2TCSCSimulationAbstractTCSCcalladjustitsequivalentreactanceflexibly,continuelyandsmoothlybypreciselyandfastcontrollingthethyristoroperatingangle．TCSCisonekindofmatureandwidelyusedtechnologyintheFACTS．TCSCishelpfulinimprovingthetransmissioncapacitydampingpoweroscillationsandincreasingthetransientstabilityoftenpowersystem．InthispaperwesummarizedthedevelopmenthistoryandrecentresearchadvancesofTCSC．Thebasicstructure，operationalprinciple，fundamentalfrequencyimpedancecharacteristicsanditsoperatingcharacteristicofTCSChavebeenanalyzedandsummedup．TheFuzzyPIDimpedancecontrollerofTCSChasbeendesignedbasedonthefuzzytheoryandPIDimpedancecontroller．Besides，theFuzzyImmunePIDimpedancecontrolmethodofTCSC，whichhasimmunefeedbackelement，Wasputforward．Thesimulationresultsshowthatthisalgorithmhasminimumovershootshortrespondtimeandgoodtrackingperformancetoallkindsofimpetancestepfunctions．Anditcanbasicallyachieveisochronouscontrol．Weanalyzedthestaticanddynamicsimulationresultsofthesingle-phaseandthree-phasesystemwithTCSCandwithoutTCSC．FromthiswecanseehowTCSCimpactstheloadvoltageandpowerflowoftheelectricpowersystem．AndtheimpedancecontrolmodeofTCSCwasappliedintheelectricpowersystem，wecomparedtheireffectonsystemoperation．ThesimulationresultsshowthatTCSCplaysanimportantroleinincreasingthetransientstabilityoftheelectricpowersystemanddampingpoweroscillations．AndtheimpedancecontrolmodeofTCSCwillremarkablyimpactitsapplicationperformance．ComparedtothetraditionalPIDcontrolandfuzzyPIDcontrol，theTCSCfuzzyimmunePIDimpedancecontrolelaboratedinthispaperiStheoptimalcontrolmethod．KeyWords：TCSC；Mode-switching；impedancecontrol；Electricpowersystem；Simulation3前言现阶段全球能源危机严重，在整个中国电源都以火电为主，这样就必须消耗大量的煤。电煤的运输给交通、环保等方面带来巨大压力，并且其运费昂贵。因此，必须对能源进行充分利用。为充分利用煤资源，系统经常需要长距离大容量地输送电能。但是由于暂态稳定的约束，在现有网架条件下，电网的安全和稳定运行常常遇到困难。当然，架设新的、更高电压等级的输电线路可以从根本上强化电网结构，提高电网的输送能力。但是，这显然需要巨大的建设投资，并对自然环境带来损害。充分挖掘现有电网的潜力，才是更经济便捷的途径。因此，在现有的网架结构下，如何提高大容量的电力输送能力、输电可靠性和暂态、动态、电压等稳定水平。一直是我国电网急需解决的重要问题。多年来，电力工作者已达成共识：提高电网的输电能力和安全运行水平，除电网结构本身要合理外，还必须要先进的调节控制手段。电网的安全、经济运行在很大程度上取决于其“可控度”。柔性交流输电技术的出现，为提高力系统的可控性和可靠性提供了新的方法。FACTS技术改变了传统输电系统的概念，将使未来的电力系统发生重大的变化。FACTS设备的投入运行，系统增强了有力的控制手段。其可用来提高系统的静态和暂态稳定极限，提高其电压稳定性和输电能力。近年来，伴随着电力电子技术的快速发展，FACTS技术将大量应用于我国电力系统，以较小的投入解决电网所面临的问题，使我国的电力系统成为一个可实时快速控制的柔性电力系统。因此，研究FACTS技术，将对国家电网更好地建设和运行具有重大意义。可控串联补偿TCSC是FACTS家族中的重要成员，作为其中的典型控制装置，在世界各国电力系统中得到了广泛的应用。41.TCSC的基本结构和工作原理1.1TCSC的基本结构1.1.1TCSC的功能模型在作TCSC的一般研究时，我们常使用理想的功能模型，即将TCSC作为理想的可变电抗，不考虑TCSC装置的内部结构[12]。通常用一阶惯性环节模拟TCSC对命令电抗的响应过程，如图1-1所示，图中T为TCSC电抗响应的时间常数。图1-1TCSC的功能模型1.1.2TCSC的器件模型基本的、概念性的TCSC模块由一个串联电容器C和一个晶闸管控制的电抗器并联组成，如图1-2所示。而实际的TCSC模块还包括通常与串联电容器一起安装的保护设备，如图1-3所示图1