串聯(lián)補(bǔ)償系統(tǒng)EMTDC建模研究

【摘要】本文重點(diǎn)論述應(yīng)用電磁暫態(tài)仿真軟件EMTDC進(jìn)行串聯(lián)補(bǔ)償系統(tǒng)仿真，包括串聯(lián)補(bǔ)償系統(tǒng)主回路的建立、暫態(tài)特性的建模、典型故障工況的選擇等研究過程，通過串聯(lián)補(bǔ)償系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真分析和研究，確定串聯(lián)補(bǔ)償系統(tǒng)各主要組成設(shè)備的性能參數(shù)。

【關(guān)鍵詞】EMTDC；暫態(tài)仿真；可控串補(bǔ)

1.引言

本文應(yīng)用電磁暫態(tài)仿真EMTDC軟件，通過對(duì)串補(bǔ)/可控串補(bǔ)系統(tǒng)進(jìn)行分析、建立串補(bǔ)/可控串補(bǔ)系統(tǒng)計(jì)算模型，進(jìn)行暫態(tài)性能仿真研究，確定串補(bǔ)工程系統(tǒng)設(shè)備電氣性能參數(shù)。

下面將從串補(bǔ)的基本工作原理、系統(tǒng)組成、模型建立、仿真工況、研究結(jié)果及主要參數(shù)確定等方面進(jìn)行具體介紹。

2.基本工作原理

交流輸電系統(tǒng)的串聯(lián)電容補(bǔ)償技術(shù)是在較長(zhǎng)的輸電線路上加裝串聯(lián)補(bǔ)償，其容抗抵消掉部分感抗，相當(dāng)于縮短了線路的等效電氣距離；通過阻抗補(bǔ)償減少功率輸送引起的電壓降和功角差，從而提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性，擴(kuò)大線路輸送容量。

按照補(bǔ)償阻抗的可控性，串聯(lián)電容補(bǔ)償可分為固定串補(bǔ)和可控串補(bǔ)。可控串補(bǔ)可通過控制晶閘管元件觸發(fā)角，連續(xù)改變串聯(lián)補(bǔ)償裝置電抗以達(dá)到控制調(diào)節(jié)電力系統(tǒng)功率、改善系統(tǒng)穩(wěn)定性的目的。

3.串補(bǔ)工程系統(tǒng)組成

如圖1所示，本研究的目標(biāo)工程中所給串補(bǔ)系統(tǒng)由固定串補(bǔ)和可控串補(bǔ)構(gòu)成。固定串補(bǔ)主要設(shè)備有電容器組、金屬氧化物可變電阻限壓器MOV、火花放電間隙 GAP、阻尼回路、旁路斷路器及測(cè)量裝置；可控串補(bǔ)由晶閘管閥電感支路 TCR、電容器組、MOV、阻尼回路、旁路斷路器及測(cè)量裝置等設(shè)備構(gòu)成。

4.電磁暫態(tài)仿真

4.1 仿真系統(tǒng)條件建立

4.1.1 等值交流系統(tǒng)

由于EMTDC軟件規(guī)模有限，首先需要應(yīng)用相關(guān)的等值功能程序（如BPA、綜合程序、PSSE等機(jī)電暫態(tài)軟件）對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行等值，得到的等值網(wǎng)絡(luò)潮流及保留母線處的短路容量應(yīng)與原網(wǎng)絡(luò)一致。

本文中研究所用500kV串補(bǔ)系統(tǒng)的等值回路如圖2所示。

4.1.2 串補(bǔ)系統(tǒng)主參數(shù)

本串補(bǔ)系統(tǒng)的額定電壓為500kV，固定串補(bǔ)電容量109μF，可控串補(bǔ)電容量767μF，串補(bǔ)線路額定電流2000A，額定補(bǔ)償容抗固定部分29.2Ω，可控部分4.15Ω。

4.1.3 暫態(tài)響應(yīng)特性參數(shù)

仿真中考慮的暫態(tài)特性響應(yīng)參數(shù)包括了火花間隙動(dòng)作時(shí)間、旁路開關(guān)固有合閘時(shí)間、晶閘管閥保護(hù)動(dòng)作時(shí)間、MOV伏安特性曲線等。

MOV 是串補(bǔ)的一個(gè)重要的主元件，與其相關(guān)的保護(hù)功能是仿真研究的重點(diǎn)之一。仿真建模時(shí)，按實(shí)際的工程參數(shù)定義MOV 的額定電壓以及非線性電壓-電流特性曲線。

4.2 仿真系統(tǒng)模型建立

4.2.1 串補(bǔ)主回路仿真模型

串補(bǔ)系統(tǒng)主電路仿真模型主要按照實(shí)際的電氣主回路構(gòu)建（如圖3所示）。

固定串補(bǔ)的火花間隙與旁路斷路器均按照理想開關(guān)考慮，并根據(jù)工程實(shí)際設(shè)置了放電回路中的阻尼環(huán)節(jié)，對(duì)于旁路斷路器，為與實(shí)際情況相吻合，與線路斷路器一樣，考慮了其動(dòng)作延時(shí)。

對(duì)于可控串補(bǔ)的電氣主電路仿真模型，與固定串補(bǔ)相比較，主要的區(qū)別在于取消了火花間隙而以TCR 支路代替，以便為可控串補(bǔ)的控制提供接口環(huán)節(jié)，同時(shí)也可考察與可控閥相關(guān)的保護(hù)。

4.2.2 可控串補(bǔ)暫態(tài)仿真模型

暫態(tài)故障下的觸發(fā)角限制采用如圖4所示的回路，圖4中，ILreted為線路額定電流，IL為線路實(shí)時(shí)電流的有效值，Laup為輸出的觸發(fā)角限制值。圖4中包含將阻抗限制轉(zhuǎn)化為觸發(fā)角限制的環(huán)節(jié)。

對(duì)于固定串補(bǔ)的MOV保護(hù)模型，以固定串補(bǔ)MOV上吸收的能量，能量的變化率或流過的瞬時(shí)電流作為火花間隙和旁路開關(guān)啟動(dòng)判據(jù)實(shí)現(xiàn)。

對(duì)于可控串補(bǔ)的MOV保護(hù)模型，以區(qū)外故障時(shí)MOV上吸收的能量、能量的變化率或流過的最大瞬時(shí)電流作為晶閘管閥旁通模式運(yùn)行啟動(dòng)的判據(jù)實(shí)現(xiàn)。

4.3 故障位置及故障工況

根據(jù)故障發(fā)生的位置不同，可以將故障劃分為區(qū)內(nèi)故障和區(qū)外故障，即發(fā)生在該串補(bǔ)線路兩側(cè)斷路器間的故障及之外的故障。

在暫態(tài)仿真計(jì)算中，選擇多個(gè)故障點(diǎn)，在系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，對(duì)每個(gè)故障點(diǎn)應(yīng)取多個(gè)不同的故障發(fā)生時(shí)刻進(jìn)行仿真計(jì)算。故障工況主要考慮三相接地短路對(duì)稱故障和單相不對(duì)稱接地故障。

4.4 仿真研究結(jié)果

通過選取區(qū)內(nèi)、區(qū)外不同位置分別施加三相對(duì)稱接地短路故障、單相不對(duì)稱接地短路故障工況，并考慮保護(hù)拒動(dòng)后備保護(hù)動(dòng)作、或三相故障、切除故障時(shí)單相拒動(dòng)造成延長(zhǎng)切除故障時(shí)間及單相接地故障重合閘失敗等故障條件，計(jì)算出如圖5、圖6波形圖示例中所示的固定串補(bǔ)及可控串補(bǔ)各個(gè)回路設(shè)備故障下的暫態(tài)應(yīng)力等。

4.5 仿真研究應(yīng)用

根據(jù)上述仿真研究結(jié)果，確定串補(bǔ)回路火花間隙、旁路斷路器及晶閘管閥等組成設(shè)備暫態(tài)電流耐受水平、過電壓水平、MOV的保護(hù)啟動(dòng)閾值、MOV 最大能耗水平和阻尼電阻熱容量等相關(guān)技術(shù)性能參數(shù)。

5.結(jié)語

本文主要對(duì)應(yīng)用電磁暫態(tài)仿真分析軟件EMTDC建立串補(bǔ)系統(tǒng)詳細(xì)的模型，進(jìn)行串補(bǔ)工程系統(tǒng)的電磁暫態(tài)特性仿真研究的主要過程論述，通過電磁暫態(tài)仿真研究得到的結(jié)果可為串補(bǔ)系統(tǒng)主設(shè)備關(guān)鍵參數(shù)的確定提供依據(jù)及參考。

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作者簡(jiǎn)介：周曉琴（1964—），江蘇泰州人，高級(jí)工程師，從事高壓直流輸電系統(tǒng)研究與成套設(shè)計(jì)、電力系統(tǒng)數(shù)字仿真研究等方面工作。