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目录 1

译者的话 1

序言 1

前言 1

致谢 1

第1章 引言 1

1.1 背景知识 1

1.2 输电网络 1

1.3 传统的控制方法 2

1.3.1 自动发电控制（AGC） 2

1.3.3 变压器分接头切换控制 4

1.3.2 励磁控制 4

1.3.4 移相变压器 5

1.4 柔性交流输电系统（FACTS） 6

1.4.1 电力电子开关器件的进展 7

1.4.2 半导体开关器件的原理与应用 7

1.5 新兴输电网络 11

参考文献 12

第2章 输电系统中的无功功率控制 14

2.1 无功功率 14

2.2 无补偿输电线路 15

2.2.1 一个简单实例 15

2.2.1.1 负荷补偿 16

2.2.1.2 系统补偿 16

2.2.2 无损分布参数线路 17

2.2.2.1 对称线路 18

2.2.2.2 对称线路的中点条件 19

2.2.2.3 实例研究 20

2.3 无源补偿 28

2.3.1 并联补偿 28

2.3.2 串联补偿 29

2.3.3 对功率输送能力的影响 30

2.3.3.1 串联补偿 30

2.3.3.2 并联补偿 31

2.4 小结 32

参考文献 32

3.1 引言 34

第3章 传统无功补偿器原理 34

3.2 同步调相机 35

3.2.1 结构 35

3.2.2 应用 36

3.2.2.1 控制电压的大幅偏移 36

3.2.2.2 直流输电终端的动态无功支持 36

3.3 饱和电抗器（SR） 36

3.3.1 结构 36

3.3.2 运行特性 38

3.4 晶闸管控制电抗器（TCR） 39

3.4.1 单相TCR 39

3.4.2 三相TCR 44

3.4.4 分段TCR 47

3.4.3 晶闸管投切电抗器（TSR） 47

3.4.5 12脉波TCR 48

3.4.6 TCR的运行特性 48

3.4.6.1 无电压控制时的运行特性 48

3.4.6.2 有电压控制时的运行特性 51

3.5 晶闸管控制变压器（TCT） 52

3.6 固定电容器-晶闸管控制电抗器（FC-TCR） 54

3.6.1 结构 54

3.6.2 运行特性 55

3.6.2.1 无降压变压器时 55

3.6.2.2 有降压变压器时 55

3.7 机械式投切电容器-晶闸管控制电抗器（MSC-TCR） 59

3.8.1 将电容器投入电源 60

3.8 晶闸管投切电容器（TSC） 60

3.8.2 串联连接的电容器与电抗器的投切 61

3.8.2.1 与基频ω0相关的项 62

3.8.2.2 与自然谐振频率ωn相关的项 62

3.8.2.3 实际的投切方案 63

3.8.3 TSC阀的关断 66

3.8.4 TSC的结构 66

3.8.5 运行特性 68

3.9 晶闸管投切电容器-晶闸管控制电抗器（TSC-TCR） 69

3.9.1 结构 69

3.9.2 运行特性 70

3.9.3 电流特性 72

3.9.5 失配的TSC-TCR 73

3.9.4 电纳特性 73

3.10.1 损耗 75

3.10 不同SVC装置的比较 75

3.10.2 性能 76

3.11 小结 77

参考文献 78

第4章 SVC的控制部件和模型 79

4.1 引言 79

4.2 测量系统 79

4.2.1 电压测量 81

4.2.1.1 交流到直流的整流 81

4.2.1.2 坐标变换 81

4.2.1.3 傅里叶分析 81

4.2.2.1 相加 83

4.2.1.4 电压二次方的测量 83

4.2.2 SVC电压测量系统的解调制效应 83

4.2.2.2 调制 84

4.2.2.3 基于傅里叶分析的测量系统 86

4.2.2.4 基于坐标变换的测量系统 87

4.2.2.5 基于交流-直流整流的测量系统 88

4.2.2.6 对滤波的要求 88

4.2.3 电流的测量 90

4.2.4 功率的测量 92

4.2.5 对测量系统的要求 93

4.2.5.1 相量传感器 93

4.2.5.2 光学传感器 94

4.3.1 基本调节器 95

4.3 电压调节器 95

4.3.2 基于锁相振荡器（PLO）的电压调节器 98

4.3.2.1 基本的单相振荡器 100

4.3.2.2 三相振荡器 101

4.3.3 电压调节器的数字化实现 102

4.4 触发脉冲发生器 103

4.4.1 线性化函数 104

4.4.2 触发系统中的延迟 105

4.4.2.1 晶闸管的死区时间 105

4.4.2.2 晶闸管的触发延迟 105

4.5 同步系统 107

4.6.2 电纳（无功）调节器 108

4.6.1 阻尼机电振荡 108

4.6 附加控制和保护功能 108

4.6.3 相邻无功装置的控制 110

4.6.4 低电压方案 111

4.6.5 二次侧过电压限制器 112

4.6.6 TCR的过电流限制器 112

4.6.7 TCR的平衡控制 112

4.6.8 非线性增益和增益监视器 112

4.7 用于电力系统分析的SVC模拟方法 113

4.7.1 潮流计算时的模拟方法 113

4.7.1.1 SVC在控制范围内运行 113

4.7.1.2 SVC在控制范围外运行 114

4.7.2 小扰动和大扰动研究时的模拟方法 114

4.7.4 电磁暂态分析时的模拟方法 115

4.7.3 次同步谐振（SSR）研究时的模拟方法 115

4.8 小结 116

参考文献 116

4.7.5 谐波分析时的模拟方法 116

第5章 SVC电压控制的概念 120

5.1 引言 120

5.2 电压控制 120

5.2.1 SVC的V-I特性 120

5.2.1.1 动态特性 120

5.2.1.2 稳态特性 122

5.2.2 用SVC进行电压控制 123

5.2.3 SVC动态特性中斜率的优点 124

5.2.3.1 减小SVC的额定值 124

5.2.3.3 在并联连接的SVC之间的负荷分担 125

5.2.3.2 预防在无功极限处的频繁动作 125

5.2.4 SVC对系统电压的影响 126

5.2.4.1 忽略耦合变压器 126

5.2.4.2 考虑耦合变压器 128

5.2.4.3 系统增益 128

5.2.5 SVC电压调节器的设计 130

5.2.5.1 基于系统增益的简化设计 131

5.2.5.2 考虑发电机动态特性的设计方法 136

5.3 网络谐振对控制器响应的影响 137

5.3.1 电力系统的关键参数 138

5.3.2 对电力系统参数的敏感性 140

5.3.2.3 电压灵敏度传递函数 143

5.3.2.1 响应随调节器暂态增益KT的变化 143

5.3.2.2 响应随系统强度ESCR0的变化 143

5.3.3 对TCR运行点的灵敏度 145

5.3.4 暂态增益的选择 146

5.3.5 SVC响应的一些特点 148

5.3.6 改善电压控制器响应特性的方法 149

5.3.6.1 手动增益切换 149

5.3.6.2 非线性增益 150

5.3.6.3 砰砰控制 150

5.3.6.4 增益监视器 150

5.3.6.5 串联动态补偿 154

5.4 SVC与交流网络之间的2次谐波相互作用 158

5.4.1 2次谐波电压对TCR的影响 158

5.3.6.6 交流侧控制滤波器 158

5.4.2 2次谐波畸变的原因 160

5.4.2.1 故障清除 160

5.4.2.2 SVC附近的电抗器或变压器的投切 164

5.4.2.3 地磁感应电流 164

5.4.2.4 控制系统中的噪声或不平衡 166

5.4.3 TCR的平衡控制 166

5.5 SVC在串联补偿交流系统中的应用 171

5.5.1 交流系统谐振模式 171

5.5.1.1 并联电容谐振 171

5.5.1.2 串联线路谐振 171

5.5.1.3 并联电抗器谐振 171

5.5.2 具有串联补偿交流线路时SVC的暂态响应特性 173

5.5.2.1 电抗器的投切 174

5.5.2.2 故障发生与清除 176

5.5.3 并联电抗器模式对SVC电压控制器的影响 179

5.5.3.1 TCR工作点的影响 179

5.5.3.2 并联谐振模式的滤除 180

5.6 3次谐波畸变 183

5.7 电压控制器的设计研究 186

5.7.1 模拟方面 186

5.7.2 特殊性能的评估研究 186

5.7.3.3 仿真研究 187

参考文献 187

5.8 小结 187

5.7.3.2 特征值分析 187

5.7.3.1 阻抗-频率特性计算 187

5.7.3 控制器设计的方法 187

第6章 SVC的应用 190

6.1 引言 190

6.2 提高稳态输送容量 190

6.3 提高暂态稳定性 192

6.3.1 转子角曲线 192

6.3.2 同步转矩 194

6.3.2.1 无补偿系统 195

6.3.2.2 SVC补偿系统 195

6.3.3 SVC母线电压的调制 196

6.4 增强电力系统的阻尼 199

6.4.1 SVC辅助控制的原理 199

6.4.2.1 电力系统的作用 201

6.4.2 SVC控制器对转矩的贡献 201

6.4.2.2 SVC的作用 202

6.4.3 SVCPSDC的设计 204

6.4.3.1 可控性 205

6.4.3.2 SVC安装地点和负荷特性的影响 206

6.4.3.3 PSDC输入信号的选择原则 207

6.4.3.4 输入信号的滤波 208

6.4.3.5 PSDC输入信号的一般特性 208

6.4.3.6 PSDC输入信号的性能 208

6.4.3.7 对SVC PSDC的要求 209

6.4.3.8 PSDC的设计步骤 212

6.4.3.9 实例分析 213

6.4.4 阻尼控制的复合信号 216

6.4.4.1 合成的远方电压的频率 216

6.4.4.2 实例分析 217

6.4.5 设计SVC辅助控制器的其他方法 219

6.5 SVC缓解次同步谐振（SSR） 220

6.5.1 SVC控制的原理 221

6.5.2 SVC控制器的结构和设计 224

6.5.3 SVC的额定值 225

6.6 预防电压不稳定 225

6.6.1 SVC控制的原理 225

6.6.2 SVC控制器的结构和设计 227

6.6.3 SVC的额定值 228

6.7.1 SVC控制的原理和应用 230

6.7 改善直流输电系统的性能 230

6.7.1.1 电压调节 231

6.7.1.2 抑制暂态过电压 231

6.7.1.3 支持大扰动后的恢复 231

6.7.2 SVC控制器的结构和设计 232

6.7.3 SVC的额定值 233

6.8 小结 234

参考文献 234

第7章 晶闸管控制的串联电容器（TCSC） 239

7.1 串联补偿 239

7.1.1 固定串联补偿 239

7.1.2 可变串联补偿的必要性 239

7.2 TCSC的结构 240

7.1.3 TCSC的优点 240

7.3 TCSC的运行 242

7.3.1 基本原理 242

7.3.2 TCSC的运行模式 243

7.3.2.1 晶闸管旁通模式 243

7.3.2.2 晶闸管闭锁模式 243

7.3.2.3 晶闸管部分导通即微调模式 243

7.4 关于TSSC 245

7.5 TCSC的分析 246

7.6 能力特性 253

7.6.1 单模块TCSC 254

7.6.2 多模块TCSC 255

7.7 谐波性能 258

7.8 损耗 260

7.9 TCSC的响应特性 261

7.10 TCSC的模拟 264

7.10.1 可变电抗模型 264

7.10.1.1 暂态稳定模型 265

7.10.1.2 长期稳定模型 267

7.10.2 高级暂态稳定分析模型 268

7.10.3 离散和相量模型 269

7.10.4 用于次同步谐振（SSR）分析的模拟方法 270

7.11 小结 271

参考文献 271

8.3 闭环控制 274

8.3.1 定电流（CC）控制 274

8.1 引言 274

8.2 开环控制 274

第8章 TCSC的应用 274

8.3.2 定相角（CA）控制 275

8.3.3 加强型电流控制 277

8.3.4 定功率控制 278

8.3.5 加强型功率控制 279

8.3.6 触发方案与同步 279

8.4 提高系统稳定极限 280

8.5 增强系统阻尼 280

8.5.1 阻尼的原理 281

8.5.3 用于TCSC调制的辅助信号 282

8.5.3.1 当地信号 282

8.5.2 砰砰控制 282

8.5.3.2 远方信号 283

8.5.4 基于多模态分解的PSDC设计算例 283

8.5.4.1 测量信号的选择 284

8.5.4.2 合成阻抗的选择 284

8.5.5 基于H∞方法的PSDC设计 288

8.5.6 PSDC设计的其他方法 288

8.5.7 TCSC的安装地点 290

8.6 缓解次同步谐振（SSR） 291

8.6.1 次同步频率下TCSC的阻抗 291

8.6.2 一个研究实例 296

8.6.2.1 暂态转矩的最小化 296

8.6.2.2 TCSC缓解SSR的准则 297

8.7 预防电压崩溃 299

8.8 TCSC实际工程 301

8.8.1 巴西Imperatriz到Serra da Mesa线路上的TCSC 301

8.8.1.1 TCSC的功率振荡阻尼（POD）控制 303

8.8.1.2 相量估计 305

8.8.1.3 两端TCSC的性能 306

8.8.2 瑞典Stode的TCSC 308

8.9 小结 309

参考文献 310

第9章 FACTS控制装置的协调 313

9.1 引言 313

9.2 控制装置之间的相互作用 313

9.2.2 机电振荡相互作用 314

9.2.3 控制或小信号振荡 314

9.2.1 稳态相互作用 314

9.2.4 次同步谐振（SSR）相互作用 315

9.2.5 高频相互作用 315

9.2.6 FACTS装置的频率响应 315

9.2.6.1 SVC的频率响应特性 315

9.2.6.2 TCSC的频率响应特性 316

9.3 SVC与SVC的相互作用 318

9.3.1 电气耦合与短路水平的影响 318

9.3.1.1 SVC母线间无耦合 318

9.3.1.2 SVC母线间相互耦合 318

9.3.2 无串联补偿的系统 319

9.3.3 有串联补偿的系统 323

9.3.4 高频相互作用 328

9.3.5 其他协调特性 331

9.3.5.1 并联的SVC 331

9.3.5.2 电气距离接近的SVC 333

9.4 SVC与HVDC的相互作用 333

9.5 SVC与TCSC的相互作用 335

9.5.1 采用母线电压作为TCSC PSDC的输入信号 335

9.5.2 采用系统相角作为TCSC PSDC的输入信号 337

9.5.3 高频相互作用 337

9.6 TCSC与TCSC的相互作用 345

9.6.1 回路阻抗的影响 345

9.6.1.1 低回路阻抗 345

9.6.1.2 高回路阻抗 346

9.6.2 高频相互作用 346

9.7 阻尼控制器设计的性能准则 352

9.8 采用线性控制技术的多控制器协调 353

9.8.1 控制器设计的基本步骤 353

9.8.1.1 系统模型的导出 353

9.8.1.2 列出系统的性能指标 353

9.8.1.3 选择测量和控制信号 354

9.8.1.4 控制器设计和协调 354

9.8.1.5 机电模式验证和性能评估 354

9.8.2 控制器协调以增强阻尼 355

9.8.3 基于线性二次型调节器（LQR）的技术 356

9.8.4 约束优化方法 356

9.8.4.1 无显式鲁棒性准则的技术 356

9.8.6 采用非线性约束优化的全局协调 357

9.8.5 对应选定模态性能指标的非线性约束优化方法 357

9.8.4.2 有显式鲁棒性准则的技术 357

9.8.7 采用遗传算法的控制协调 358

9.9 采用非线性控制技术的多控制器协调 359

9.10 小结 359

参考文献 359

第10章 新出现的FACTS控制装置 363

10.1 引言 363

10.2 STATCOM 363

10.2.1 运行原理 364

10.2.2 V-I特性 366

10.2.3 谐波性能 367

10.2.4 稳态模型 369

10.2.5.1 一个算例系统 373

10.2.5 缓解SSR 373

10.2.5.2 STATCOM的性能 374

10.2.6 动态补偿 376

10.2.6.1 基于多电平VSC的STATCOM 376

10.2.6.2 选择谐波消去调制（SHEM）技术 377

10.2.6.3 电容器电压控制 379

10.2.6.4 STATCOM的性能 380

10.3 SSSC 385

10.3.1 运行原理 385

10.3.2 控制系统 387

10.3.3.1 潮流控制 389

10.3.3.2 缓解SSR 389

10.3.3 应用 389

10.4 UPFC 392

10.4.1 运行原理 392

10.4.2 应用 394

10.5 不同种类FACTS控制装置的比较和评价 395

10.5.1 性能比较 397

10.5.2 成本比较 399

10.6 FACTS技术未来的发展方向［60～62］ 400

10.6.1 通信的作用 400

10.6.2 控制设计问题 401

10.7 小结 401

参考文献 402

附录A SVC电压调节器的设计 407

A.1 算例系统 407

附录 407

A.2 系统增益法 408

A.3 特征值分析法 410

A.3.1 阶跃响应 413

A.3.2 功率传输分析 416

A.4 仿真器研究 416

A.4.1 阶跃响应 416

A.4.2 功率传输极限 419

A.5 物理模拟结果与采用线性化模型的数字仿真结果的比较 420

参考文献 421

附录B 单机无穷大系统中点安装SVC后对暂态稳定性的提高 422

附录C 用以设计FACTS控制装置的近似多模态分解方法 424

C.1 引言 424

C.2 第i个振荡模式的模态分析 425

C.3 不同传递函数的含义 427

C.3.1 可控性 427

C.3.2 可观测性 428

C.3.3 内环 428

C.4 阻尼控制器设计方法 428

C.4.1 控制器的相位指标（CPI） 428

C.4.2 最大阻尼影响（MDI）指标 429

C.4.3 自然相位影响（NPI）指标 429

参考文献 430

附录D FACTS术语与定义 432

D.1 基本术语的定义 432

D.2 各种FACTS控制装置名称的定义 432

参考文献 434