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国内可控串联典型工程应用介绍中国电力科学研究院中电普瑞科技有限公司汤海雁2008.11.14主要内容一、天广500kV可控串补工程二、碧成220kV可控串补工程三、伊冯500kV可控串补工程一、天广500kV可控串补工程平果可控串补可控串补固定串补地理接线图天广可控串补工程主要作用：提高向广东电网的输电能力16～24万千瓦；防止N－1时线路过载；抑制低频振荡。主要技术参数：采用35％常规串补和5％可控串补；常规串补容量2×350Mvar，可控串补容量2×50Mvar；MOV容量推荐值30MJ。二、碧成220kV可控串补工程50公里双回110kV线j0.068与变压器j0.14之和为j0.208140公里220kV线120公里330kV线加220/330kV变压器碧成可控串补工程碧成220kV可控串补工程成碧可控串补工程背景甘肃陇南地区电网主要以成县220kV变电站和碧口水电厂为中心的110kV辐射型供电网络组成，220kV碧成线的稳定极限160MW；2004年投运120km成县—天水330kV线路后，碧-成-天输电系统只能送电240MW；按规划2005年碧口地区最大送电电力为360MW。成碧可控串补工程背景主要作用：50%可控串补，提高100MW以上，线路暂态稳定极限提高33％；抑制低频振荡；改善碧口地区电压质量。主要技术参数：碧口-成县线路长度142km，额定电流1.1kA；50％可控串补，补偿度50%~125%；电容器容量96Mvar/三相；MOV容量(MJ/相)10MJ。1.PSS投入、串补退出条件下，单相点跳碧成线成县侧开关抑制低频振荡试验2.在PSS投入，TCSC1.1方式下,单相点跳碧成线成县侧开关抑制低频振荡试验甘肃碧成220kV可控串补工程整体图三、伊冯500kV串联补偿工程伊冯500kV可控串补系统结构图伊冯可控串补工程伊敏电厂2200MW通过伊冯双回线送出，现有系统条件不能满足电力送出，需要考虑新的措施；2010年左右，伊敏电厂总装机容量将达5800MW，东北电网将建成呼辽、容量3000MW的±500kV直流输电线路，呼盟交直流并列输电系统；届时伊冯线需要送出2500MW功率。在冯屯侧安装串补装置，能使伊冯双线极限输送能力达到2000MW，能够满足近期、远期伊敏机组满发时的电力送出需求。伊冯可控串补工程背景伊冯可控串补工程特点交直流系统混联系统运行方式，需要适应复杂运行工况；串补装置位于伊敏电厂向东北电网输电的通道，需要避免SSR风险；装置运行环境恶劣，高寒地区覆冰情况严重；世界上可控串补容量最大。主要作用：提高伊冯线路断面的输电能力，该串补工程可提高输送能力600MW；显著提高系统暂态稳定水平和阻尼振荡能力；可有效避免次同步谐振。伊冯500kV串补工程主要技术参数：可控串补总容量达2×326.6Mvar；固定串补总容量达2×544.3Mvar；每回线路总补偿度45%，可控串补度15%，固定串补度30%；伊敏－冯屯线路长度378km，线路额定电流2.33kA。伊冯500kV串补工程串补、可控串补补偿度、主接线和参数的确定；提高暂稳为主要目标的控制策略；提高暂稳、阻尼低频振荡和次同步谐振控制的综合；结合实际电力系统的研究。伊冯500kV串补工程的系统研究TCSC控制器功能分层框图上层控制:主要任务是根据系统要求选择不同的控制模式(如潮流控制、暂态稳定控制等)，并根据与该模式相关的控制策略。控制策略研究经对电力系统进行分析，分别以直流单极闭锁故障、交流伊冯线发生单永或单瞬故障作为主要方式，并考虑伊冯线发生三相故障、安全稳定特殊要求、跳伊冯线、单相重合闸、合空线等方式，提出电力系统对串补的要求及串补应考虑的上层控制策略，并以此作为中层控制策略分析的基础。中层控制:主要任务是根据系统控制要求的命令阻抗，制定相关的控制策略，使可控串补的输出阻抗迅速准确的跟踪命令阻抗。控制策略研究阻尼低频振荡环节XTCSC-dC0βNTTTCSCX)II(KX保护环节限幅XTCSC-ForcedXC0TforcedXTCSCTforcedTFtriggertTFtrigger暂态控制环节XTCSCXTCSC-BypassTBypassTBypassTBtriggertTBtriggerTCSCST11LVXTCSC-maxXTCSC-minXTCSCST1STwwST1KmmST1ST121ST1ST143ST1STwwST1KmmST1ST121ST1ST143PL0PL_+αVαPXTCSC0+++_+V0VSIGNTCSC中层控制策略框图TCSC中层控制策略底层控制:主要任务是实现对晶闸管阀的触发控制，使可控串补装置的输出阻抗达到中层控制的要求。底层控制通过逻辑编程和底层控制子程序实现。可控串补的底层控制固定串补补偿度的安全范围全面分析系统各种运行方式。可控串补抑制次同步谐振的分析全面分析系统各种运行方式；考虑采用控制策略提高TCSC抑制次同步谐振的能力。次同步谐振伊冯可控串补与系统控制协调研究伊冯可控串补与系统控制协调研究可控串补工作能力的基本设计，包括各种工况下可控串补的底层控制、过电压保护控制和绝缘配合、各元件的工作条件；可控串补与电力系统之间的相互作用与相互影响，如可控串补对线路断路器瞬态恢复电压的影响、对潜供电流的影响等。持续时间允许的工频电压倍数备注15周波（60Hz）2.6倍（额定电压，有效值，下同）短路计算时要注意60周波（60Hz）2.2倍15秒1.8倍稳定计算时要注意1分钟1.7倍5分钟1.5倍30分钟1.35倍N－1计算时要注意持续时间工频电流允许倍数备注不大于10分钟1.5倍（额定电流有效值，下同）10-30分钟1.35倍N－1计算应注意（上限）30分钟－8小时1.1倍N－1计算应注意（下限）24小时平均值1.0倍串联补偿电容器允许的最大短时工频电压（IEEE标准）串联补偿电容器允许的最大短时工频电流（IEC标准）串联电容器的耐受能力伊冯可控串补与系统控制协调研究现有串补电容器的标准都是针对常规标准，对于可控串补，由于电压和电流通常都不是正弦波，分析时通常采用两种方法：在研究电压对电容器电介质强度影响时，主要考虑电压的峰值；在研究电力热效应对电容器的影响时，主要考虑电流的有效值及谐波的影响；伊冯可控串补与系统控制协调研究伊冯可控串补整体工作能力TCSC的电抗与线路电流和时间的关系TCSC进行电力系统运行控制基本约束条件伊冯串补固定及可控部分均投入运行，可控部分不允许工作在晶闸管闭锁状态伊冯可控串补与系统控制协调研究伊冯可控串补过电压保护及绝缘配合(1)使用非线性电阻限压器(MOV)限制TCSC两端的过电压；(2)当MOV负载达到一定水平时，TCSC的控制系统启动保护性TCR支路旁路模式；(3)当短路故障清除后，TCSC应尽快返回到容性工作状态；(4)当MOV负载达到一个更高的水平时，MOV、晶闸管旁路，防止电容器、MOV、晶闸管等设备损坏；(5)阻尼回路用于限制电容器放电电流。伊冯可控串补与系统控制协调研究MOV参数设计关键参数：MOV额定电压过电压保护水平MOV整体伏安特性MOV启动能耗、启动电流——区外故障、区内故障，MOV最大电流、MOV最大能耗——MOV保护动作门槛值MOV能耗允许水平伊冯可控串补与系统控制协调研究MOV参数设计根据IEC标准，MOV的设计应满足:过负荷条件下出现的热应力；系统发生摇摆期间的热应力；在极限电压Ulim下的最大线路故障电流的热应力；串补系统中影响MOV能耗的主要因素：MOV电流：串联补偿度及其容抗、串补额定电流、串补过电压保护水平、故障前系统运行条件、故障类型、故障发生地点、故障发生时间；持续时间：故障切除时间、系统摇摆过程、重合闸采用情况、间隙动作延时；伊冯可控串补与系统控制协调研究伊冯线高抗配置对系统运行电压的适应性A：伊冯线冯屯侧高抗安装在串补母线侧；B：伊冯线冯屯侧高抗安装在串补线路侧。研究内容：母线电压及线路沿线电压伊冯可控串补与系统控制协调研究工频过电压无故障和单相接地甩负荷下，母线侧和线路侧工频过电压和伊敏侧、冯屯侧高抗中性点电压，均在允许范围内；潜供电流潜供电流会影响单相自动重合闸成功率。伊冯可控串补与系统控制协调研究串补线路上发生短路故障时，串补旁路，对潜供电流影响较小；若短路点距串补较远或小方式运行时，串联电容器没有被旁路。同无串补超高压输电线路相比,由于串补电容残余电荷可能通过短路点及高抗等组成的回路放电，从而在稳态的潜供电流上叠加了一个相当大的暂态分量值，当弧道电阻较小时，该暂态分量衰减较慢，且过零次数减少，使潜供电弧自灭时间延长，将影响重合闸投入时间。暂态恢复电压串补线路上发生短路故障，并且串联电容器没有被旁路时，由于串联电容器残压的作用，线路断路器跳闸瞬间其断口恢复电压会提高，可能影响断路器正常开断。因此需要计算各种故障条件下（包括不同故障点及故障相位条件下），相关线路断路器的恢复电压。伊冯可控串补与系统控制协调研究提高系统稳定性试验录波图POD未投入时伊冯乙线三相功率录波图POD投入时伊冯乙线三相功率录波图抑制低频振荡效果明显综合研究了交直流混合系统条件下的复杂运行工况和故障模式，提出了解决的办法（包括：直流双极运行、单极闭锁、双极闭锁及不同的串补运行工况、次同步谐振（SSR）及次同步振荡（SSO）问题及其相互影响）；针对电力电子装置快速可控特点，提出了过电压保护及主动绝缘配合方法以及抑制SSR低层晶闸管触发算法。伊冯可控串补工程的主要成果500kV伊冯可控串补工程全景谢谢！