1. 研究目的与意义
随着全世界对电力的需求越来越大，对电网的技术要求、对输电线路的功率输送要求也在逐步提高。串联补偿技术则伴随着超高压技术与远距离输电技术的成熟快速发展。虽然串联补偿技术经济高效的解决了大规模的远距离输电问题，但也同时增加了次同步谐振的风险。为了解决次同步谐振的问题，国际专家进行了大量的实验研究，最终确认了可控串联补偿技术的可靠性。可控串联补偿技术通过动态调节输电线路的各项参数，快速适应系统的变化，大大提高了电网运行的稳定性。但可控串联补偿装置也并不是完美无缺。除了高昂的成本之外，由于装置中存在电容和电感，系统还可能发生并联谐振的问题。因此，选择一个最适合可控串联补偿装置的电容和电感是及其重要的。
2. 课题关键问题和重难点
关键问题：查阅FACTS技术和TCSC技术的相关资料，了解TCSC系统的研究现状以及在电网中的工程应用；掌握灵活交流输电系统的概念及其主要功能；分析研究可控串联补偿装置的工作原理和工作特性；分析同步发电机中的次同步谐振问题及可控串联补偿装置对SSR问题的抑制原理；研究适合TCSC装置的电容值和电感值；了解电力系统的非线性控制策略；分析安装TCSC装置在电力系统中的优势，制定合理的控制策略，建立TCSC装置的模型。熟悉掌握Matlab中Simulink的使用方法;利用Matlab的Simulink仿真平台搭建TCSC装置的仿真模型并进行暂态和稳态运行仿真，验证控制策略的正确性和可行性；分析数据，发现问题，进行总结，改进措施。
难点：分析TCSC装置的谐振问题，选择适合TCSC装置的各项参数；通过Matlab的Simulink建立TCSC装置的仿真模型。
3. 国内外研究现状（文献综述）
电力系统是一个复杂的非线性大系统，将数学最优化理论应用于电力系统调度，在保证安全可靠供电及电能质量的前提下以谋求最大经济效益一直是一个重要课题[1]。可控串联补偿装置主要由三个部分组成：旁路电感、电容器组以及两个反并联晶闸管T1和T2，结构简单，易于操作，是灵活交流输电系统的第一代技术，也是其重要组成部分之一。电力系统安装TCSC装置后，可以通过晶闸管控制使传输线路的等值阻抗快速连续变化[2]，有效控制电力系统的潮流，极大的提升了电力系统的稳定性，提高了输电线路的功率传输极限[3]。虽然在电力系统中安装TCSC装置有很多优势，但其安装位置、控制参数及其结构可能会影响保护装置检测到的视在阻抗。传统的距离特性在TCSC装置的存在下由于到故障点的长度可能不足或过度，非常容易误操作。此外，由于可变电容或电感阻抗与受保护的输电线路串联，TCSC装置对故障期间的稳态和瞬态电压及故障电流分量有负面影响。因此，传统的距离继电器可能不能正确完成对TCSC装置的保护任务，需要在各种系统条件下估计TCSC装置两端的电压[4]。而为了分析TCSC装置安装在电力系统中的优势，需要一种简化的TCSC装置建模的潮流解决方案[5]。因此在建立的模型中，TCSC装置的视在电抗应表示为可以在每次迭代中计算的自变量[6]。此外，雅可比矩阵的大小应扩展为包括TCSC装置的状态变量。而TCSC装置状态变量的初始值对于找到快速收敛性非常关键，需要借助TCSC模型的触发角来计算TCSC装置的参数[7]。
TCSC抑制次同步谐振有两种方法：（1）自然抑制：通过适当的底层脉冲触发控制，使TCSC阻抗在次同步频率下呈感性，阻断电气部分谐振条件，进而破坏汽轮发电机轴系与线路串联电容器之间的相互作用；（2）主动抑制：设计一个控制器，通过远端测量或局部估计监视SSR，结合上层命令改变TCSC的电容电压，增大电气阻尼[8]。理想情况下，TCSC完全由非耗能元件组成，本身不会消耗能量，但现有文献都认为TCSC在次同步频率下存在着一个正电阻，这意味着TCSC会消耗次同步频率能量，因此着部分能量必须得到某种形式的补偿。存在次同步电流时，TCSC不仅在次同步频率下表现为一个正电阻，还在工频下表现为一个负电阻，该负电阻吸收能量，从而补偿了次同步正电阻对能量的消耗[9]。因为TCSC在次同步频率下存在一个等效正电阻，且TCSC在工频下应存在一个等效的负电阻，次同步频率正电阻和工频负电阻将次同步频率的能量转换为工频能量，从而达到抑制SSR的目的[8]。
对于单机无穷大系统和多机系统的控制策略，假设系统某一时刻某点发生三相短路故障，故障清除时TCSC投入，补偿后发电机获得更大的反向加速度，使其转速更快减小为零。当发电机转速达到零时，系统动能为零，势能最大，支路两端相角差达到最大值。若此时TCSC闭锁，则有效缓解了其遭受到暂态势能的冲击程度，有利于系统暂态稳定性的改善。当系统运行到支路两端相角差达到最小值时TCSC投入，进一步抑制了支路上暂态势能的变化。若支路两端相角差最小值小于零，则此时TCSC不投入，当支路两端角度回摆到零度时TCSC再投入。此过程可以提高系统暂态稳定性和抑制系统的后续振荡[10]。
4. 研究方案
为了提高远距离输电线路的功率传输能力，必须认识到适当的无功补偿对电力系统的重要意义，必须深入对FACTS技术，对TCSC装置的研究。国内外大量的研究成果表明，TCSC作为柔性输电技术比较成熟的一种控制装置，可以实现稳态潮流控制，改善电压质量，降低网损，限制短路电流，抑制次同步振荡，阻尼低频振荡，提高电力系统暂态稳定极限多种功能。目前我国电力工业飞速发展，长距离重负荷输电线路使用串联补偿电容势在必行。大容量汽轮发电机组开始大量投运，由于轴系的增长，汽轮机缸数的增多，整个机组转动部分的机械振动频率将降低至同步频率以下，并具备多个次同步固有频率，而在远距离输电线路上为提高系统稳定极限，采用串联电容补偿以减少线路阻抗为一惯用措施，这时线路也存在次同步固有频率，所以发生次同步谐振的可能性大大增加了。电力系统次同步振荡问题的机理、数学模型、分析方法、对策已经监控、试验研究均十分复杂。次同步谐振的起因通常分为四大类：异步发电机效应；机电扭振互作用；暂态力矩放大作用；以及装置（HVDC,PSS,SVS）等。其中异步发电机效应引起电力系统的电谐振，不激发轴系扭振；暂态力矩放大作用涉及开关操作和故障的电磁暂态过程。目前研究次同步谐振问题有多种方法，根据研究目的不同，可以大致分为两类。第一类为研究系统中发生次同步谐振可能性的方法，这类方法从众多发电机组中筛选出可能发生次同步谐振的机组，以进一步作详细的特性研究。频率扫描就是这样的一种方法。第二类为研究次同步谐振详细特性的方法，这类方法用于详细研究次同步谐振的特性，并提出可能的控制措施。复转矩系数法，特征根分析法，数字仿真法都属于这一类。这类方法都需要详细和精确的发电机参数。系统模型是描述其静态和动态特性的信息集合，是分析和综合系统的基本出发点。目前的建模方法主要有两种：拓扑建模法与输入输出建模法。前者主要根据装置在不同运行状态下具有的不同拓扑结构，通过分析得出描述其动态过程的微分方程，先列写装置所有可能的拓扑结构，再将不同拓扑结构的模型按期工作原理组合起来，就可以建立装置的全时域模型。由于TCSC既有连续的动态特性又有离散事件，这给它的建模带来困难。描述TCSC的动态模型主要分为三类：电流源模型，动态向量模型，数据采样模型。通过建立可控串联补偿装置的模型，制定控制策略，最后通过Matlab进行暂态和稳态运行仿真并分析结果数据。
5. 工作计划
第1周：查阅关于毕业设计的中英文研究文章资料；
第2周：通过所学知识和辅助工具完成对英文资料的翻译；
第3周：及时完成开题报告，修改并提交；
以上是毕业论文开题报告，课题毕业论文、任务书、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
