摘要： 文章介绍了我国自行研制的第一套可控串补（TCSC）工程——甘肃220 kV碧口—成县（简称碧成）线可控串补工程中可控串补系统的阻抗控制。系统试验证明：220 kV碧成线可控串补系统能够平滑快速的进行阻抗调节，调节误差较小，响应速度满足工程要求。220 kV碧成线可控串补系统控制器的设计已达到世界先进水平。
关键词： 可控串补；国产化；阻抗控制；开环；闭环
甘肃碧口—成县（简称碧成）220 kV可控串补（TCSC）工程是我国自行研制的第一套可控串补工程。根据我国西电东送、南北互供和全国联网的原则，针对我国电网亟待提高电网输送能力和电力系统供电可靠性，以缓解输电走廊紧张、提高电网经济效益的需要，结合陇南地区水电开发急需提高电网输电能力等问题，国家电网公司于2003年立项，将甘肃电网可控串补工程作为可控串补国产化科技示范工程。
甘肃电网可控串补工程是世界上全可控串补度最大的工程和第一个常规与可控混合型串补工程［1］。碧成线可控串补系统的成功投运标志着国产可控串补的技术水平已经达到了工程化、实用化的要求，它是我国柔性输电技术发展史上的一个里程碑，标志着我国已成为继瑞典、德国和美国之后第4个完全掌握可控串补技术并拥有自主知识产权的国家。碧成线可控串补系统的成功投运将为提高我国电网输送能力和稳定水平，实现国家电网公司“一强三优”的战略发展目标提供强有力的技术支撑。
1 碧成线加装可控串补的必要性
甘肃陇南地区水电资源丰富，丰水期有大量的电力能源输送到主电网，碧成220 kV线路是陇南水电资源送往甘肃主电网的重要途径。根据电力平衡的结果，2005年碧口地区最大送电电力为360
MW，而目前碧成单回220 kV线路暂稳最大送电能力约为235 MW，静稳最大送电能力约为332 MW，均不能满足碧口地区最大送电要求。碧口电厂地处甘肃南部偏远山区，碧成220
kV单回线路路径复杂，需要穿越几十公里的无人区，线路建设十分困难。如果建设碧成220 kV二回线路，考虑两端间隔扩建，工程总投资约1.6亿元，综合考虑建设资金和环境保护等因素，发现建设新的220
kV线路既不经济，也不现实。
可控串补能够有效加强网架输送能力，提高系统稳定水平，改善电网电压质量。根据系统分析结果，加装50%可控串补后，可使碧成220
kV输电线路的暂态稳定极限提高33%，可满足碧口地区水电汛期送电的需要。随着碧口地区水电的开发，汛期可多送电量4.21亿kWh，每年可增加售电收入1.2亿元（含税）。与新建一回220
kV线路相比较，安装可控串补可减少投资1亿元，并且能改善系统动态稳定性，抑制低频振荡，对提高甘肃电网稳定性、经济性，促进西电东送事业的发展起到十分重要的作用。
2 碧成可控串补基本参数
2.1 可控串补主回路
图1 可控串补主回路示意图
串联补偿装置是将电容器串联接于输电线路中，补偿线路的阻抗，减少功率输送引起的电压降和功角差。可控串补装置是由一个固定的电容器与一个通过晶闸管控制的电抗器并联而成，通过控制晶闸管门极触发角的大小可以快速、连续的调节TCSC的基波等值阻抗。其大范围快速平滑的阻抗特性对于提高输送功率和系统稳定性具有重要意义，另外它还具有抑制低频振荡和次同步谐振、调节系统潮流等作用［2］。所以，TCSC系统的阻抗控制是整个TCSC装置成功与否的前提。可控串补主回路示意图如图1所示［3］。
2.2 碧成线系统等值示意图
碧成线系统等值示意图如图2所示。碧成线线路电流的额定值为1250A，可控串补的补偿度为50%，补偿电容值为146.69μF,阀控电抗器的电抗值为10.98mH。
图2 碧成线系统等值示意图
2.3 TCSC的底层阻抗控制基本原理
2.3.1 基波阻抗公式
基于电容电压同步的触发角，TCSC的基波阻抗计算公式为
通过基波阻抗公式可以建立一个命令阻抗和触发延迟时间的阻抗时间对照表。
2.3.2 TCSC的底层阻抗调节过程
根据各种控制目标，通过阻抗控制获得命令阻抗值，从阻抗时间对照表中查得该阻抗值对应的触发延迟时间，取线路电流为同步信号，当线路电流过零点时发出触发脉冲信号，当电容电压过零点时晶闸管自然关断。
3 碧成可控串补系统的阻抗控制方案
该系统设计的控制环节包括阻抗开环控制方式、阻抗闭环控制方式和阻尼低频振荡控制方式，控制方式的选择由当地工作站完成。当所有控制方式都退出时，系统默认运行在阻抗开环控制方式。
3.1 阻抗开环控制
阻抗开环控制主要是根据当地工作站下传的命令阻抗得到相应的晶闸管触发角，然后根据触发角产生相应的触发脉冲进行控制。由于没有反馈量进行修正，开环控制的调节时间较长，超调量较大，并且对于不同的命令阻抗，其调节时间和超调量也有所不同。阻抗开环控制原理图如图3所示［4，5］。
图3 阻抗开环控制原理图
3.2 阻抗闭环控制
阻抗闭环控制能够加快TCSC响应的动态过程，并提高控制的精度，从而达到快速平稳进行调节的要求。闭环控制除了有开环控制的查表功能外，还能由命令阻抗与测量阻抗的差值构成反馈量修正触发角。其中，除传统的比例积分(PI)环节外，添加了微分校正环节。微分环节可以预测偏差，产生超前校正作用，从而提高系统的动态性能。在比例积分微分(PID)环节之后，添加了一个一阶低通滤波器，一方面可抑制PID对高频扰动的敏感度；另一方面可起到延迟的作用。阻抗闭环控制原理图如图4所示。
图4 阻抗闭环控制原理图
4 碧成TCSC阻抗控制系统的试验及结果
4.1 阻抗调节试验
碧成TCSC装置的阻抗调节范围是1.0～2.5 p.u.（相对于基波阻抗值），现场系统试验的阻抗调节范围是1.0～2.0 p.u.，级差为0.1
p.u.。在全部调节范围内，命令阻抗与实测阻抗一致，三相阻抗对称，设备在全部调节范围内工作正常。
阻抗调节试验中A相阻抗的调节曲线见图5。由于阻抗调节试验中B、C相阻抗的调节曲线与A相基本对称，故不再附图。
图5 A相阻抗调节曲线
从图5可以看出，阻抗基本上为均匀上升，与目标阻抗偏差较小，并且在调节过程中系统稳定运行，线路电流变化均匀，没有出现系统波动等现象。
4.2 阻抗阶跃试验
在阻抗阶跃试验中，可控串补阻抗分别由1.2 pu阶跃到1.8 pu和由1.8 pu阶跃到1.2 pu，阶跃过程平滑快速，证明碧成线TCSC
在特殊情况下的较大阻抗阶跃对碧成线系统运行无不良影响。TCSC 阻抗由1.2 pu阶跃到1.8 pu的录波图见图6。在TCSC 阻抗由1.2
pu阶跃到1.8 pu的上升阶跃试验中，容抗上升的时间约为166 ms；而TCSC阻抗上升到阶跃值的80%时，容抗上升的时间约66 ms。TCSC
阻抗由1.8 pu阶跃到1.2 pu的录波图见图7。在TCSC阻抗由1.8 pu阶跃到1.2 pu的下降阶跃试验中，容抗的下降时间约为54
ms，下降后没有出现阻抗振荡等现象。
图6 TCSC 阻抗由1.2 pu阶跃到1.8 pu的录波图
图7 TCSC 阻抗由1.8 pu阶跃到1.2 pu的录波图
5 结论
碧成线TCSC装置能够快速平滑的进行阻抗调节，在调节过程中系统运行稳定，线路电流变化均匀，没有出现系统波动现象，对系统稳定无任何不良影响，调节误差较小，响应速度满足工程要求，在阻抗调节方面已经达到了世界先进水平。
6 参考文献
［1］ 李效珍，吉炜，汤海雁，等.我国第一套国产化可控串补装置在甘肃电网中的应用.电力设备，2005，6（7）：34～36.
［2］ 顾晓荣,方勇杰.柔性交流输电系统稳定控制综述. 电力系统自动化，1999,23(12):50～56.
［3］ 武守远,周孝信,李亚健,等.可控串补控制的物理模型设计与基本特性试验.电网技术,1998,22(6):21～25.
［4］ 张采，周孝信.可控串补系统的稳定控制.中国电力，1998, 31(3):3～5.
［5］ 曹路，李海峰.用于TCSC阻抗控制的变参数PID方法.电力系统自动化，1999,23(24):7～11.
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