基于Matlab的電容器過電壓仿真分析

游松慶

（國網(wǎng)湖南省電力有限公司物資公司， 湖南 長沙 410002）

引言

運用Matlab的Simulink電路仿真環(huán)境來驗證阻尼裝置投入單相電路運行對電容器組過電壓的抑制作用。給定系統(tǒng)參數(shù)為：電源峰值電壓Um=，并聯(lián)電容器組C=6.867 mF，串聯(lián)電抗器L=0.177 H，電源漏抗Ls=0.017 7 H，以理想開關來代替斷路器實現(xiàn)電路的開斷功能。

投入阻尼裝置時系統(tǒng)Simulink仿真電路如下圖1所示。

圖1 投入阻尼裝置運行仿真電路

1 合閘角為90°時的過電壓分析

圖2可看出過電壓倍數(shù)與電容器兩端電壓初始值呈線性關系，隨電壓初始值的增大而增大。實際中，由于電容為儲能元件，電容器兩端電壓初初始值越大，斷路器關合閘或重燃發(fā)生過電壓時積累在電容器上的電荷量也越多，過電壓越嚴重。

圖2 所示為電容器過電壓倍數(shù)隨其電壓初始值變換關系曲線

2 合閘角為最大時的過電壓分析

Uc（0）=-Um，R=50Ω時，取Kφ為合閘角φ取某個值時電容器兩端過電壓的最大值，觀察最大過電壓倍數(shù)Kφ隨合閘角φ的變化情況。

最大過電壓倍數(shù)與合閘角關系曲線如下圖3所示。

圖3 過電壓倍數(shù)隨合閘角變化曲線

圖3可看出，隨著合閘角的增大，最大過電壓倍數(shù)Kφ先增大后減小，且存在最大值，即合閘角為90°時，最大過電壓達到最大值，也即過電壓最嚴重。合閘角為90°時電源電壓有效值最大，合閘瞬間最大有效值加在電容器兩端，也會使電容器過電壓變大。而合閘角為90°時，電源電壓出現(xiàn)唯一有效值最大點，在所有合閘角情況中，90°為最嚴重情況。

3 初始電壓反向最大時的過電壓分析

Uc（0）=-Um，φ=90°時，觀察電阻值R從10到200變化時，電容器組兩端電壓Uc（t）的變換情況，取Urm為每個阻尼電阻R投入運行時電容器組C兩端所有電壓值對應的最大電壓，取Km為阻尼電阻R投入運行時對應的最大過電壓倍數(shù)，有Km=Urm/Um，截取部分過電壓倍數(shù)Km隨阻尼電阻R的變化情況，圖4為最大過電壓倍數(shù)隨阻尼電阻值R的變化曲線。

圖4 最大過電壓倍數(shù)與阻尼電阻值關系曲線

4 結語

通過對安裝過電壓阻尼保護裝置的仿真分析可以看出，阻尼電阻的電阻值與最大過電壓存在最小值，隨著阻尼電阻值的增大，電容器組C兩端電壓的最大值呈先減小，后增大的趨勢，曲線存在最低點。在0～80 Ω時最大過電壓倍數(shù)值下降較快，80～200 Ω時緩慢增大，且最大過電壓倍數(shù)變化范圍比較廣泛。