MCR與中性點(diǎn)接地小電抗參數(shù)配置研究

摘要：文章針對在高壓輸電系統(tǒng)重合閘期間產(chǎn)生的潛供電流，研究了利用磁控電抗器的小電抗配置補(bǔ)償及控制策略。首先，分析了高壓單回和同桿雙回線路抑制潛供電流原理。然后利用PSCAD搭建了磁控電抗器的等效模型和高壓輸電線路運(yùn)用磁控電抗器抑制潛供電流的仿真電路，驗(yàn)證了中性點(diǎn)小電抗與磁控電抗器協(xié)調(diào)配合抑制潛供電流理論的可行性和有效性。

關(guān)鍵詞：高壓輸電線路；磁控電抗器；潛供電流；中性點(diǎn)小電抗

中圖分類號：TM862 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）07-0018-03

特高壓（Ultra High Voltage，UHV）輸電技術(shù)的研究基于大容量、長距離輸電的需求。但傳統(tǒng)的大容量高壓電抗器存在的問題有：（1）常用安裝并聯(lián)高壓電抗器中性點(diǎn)接電抗來補(bǔ)償相間電容，這樣小電抗需要較高的絕緣水平且運(yùn)行區(qū)間不靈活；（2）負(fù)荷過高輸電時，系統(tǒng)需加增補(bǔ)償無功和相應(yīng)的成本；（3）輸電成本會由電抗器多余損耗相應(yīng)增大。本文提出利用磁控電抗器來抑制潛供電流的同時作為無功電源很好地改善供電質(zhì)量及輸電功率和穩(wěn)定。

1 潛供電流的抑制原理

1.1 單回線路接線方法及原理

為補(bǔ)償潛供電流的容性和感性分量，一般通過一組中性點(diǎn)通過小電抗Xm接地的星型聯(lián)結(jié)的電抗器Xp，輸電線路各序參數(shù)為：

（1）

式中，XL1和XL0為線路正序、零序電抗，B1和B0為線路正序、零序電納，Bg為對地電納，設(shè)k為電抗器的補(bǔ)償度，假定線路相間等效電容處于全補(bǔ)償狀態(tài)。線路末端與首末端設(shè)置并聯(lián)電抗加中性點(diǎn)小電抗分別為：

（2）

系統(tǒng)發(fā)生單相故障，斷路器分閘后，選擇電抗，相間接近全補(bǔ)償，減少潛供電流。

1.2 同桿雙回線路接線方法及原理

同桿雙回線對地、相間和線間各補(bǔ)償?shù)刃щ娍谷鐖D1所示。Xd為相對地的補(bǔ)償電抗，Xc為相間補(bǔ)償電抗，Xj為線間補(bǔ)償電抗。

圖1 同桿雙回線路等值示意圖

根據(jù)六序分量法，圖2所示的兩線路相互對稱關(guān)系，因此1、2、4和5序的阻抗（或?qū)Ъ{）相等，而0、1和3序阻抗（或?qū)Ъ{）不同）可表示為：

（3）

（4）

其中BCd、BCc和BCj分別為線路的對地、相間和線間容納，且BCd=ωCg，BCc=ωCc，BCj=ωCj，設(shè)k為并聯(lián)電抗器的補(bǔ)償度，并假定線路相間和兩回線路之間都處于全補(bǔ)償狀態(tài)，由式（3）、（4）可得：

（5）

2 磁控電抗器與中性點(diǎn)小電抗的協(xié)調(diào)控制研究

特高壓輸電利用磁控電抗器并聯(lián)電抗器和配置中性點(diǎn)小電抗來抑制潛供電流。但須考慮后者配合前者不斷變化容量的同時也能起到抑制要求。

2.1 磁控電抗器的控制策略

特高壓電網(wǎng)中磁控電抗器控制基本要求是：線路的輸送功率大小與磁控電抗器的容量成反比關(guān)系且能平滑的調(diào)節(jié)，其控制系統(tǒng)的建立基于線路傳輸功率與電抗器容量的關(guān)系表達(dá)式。

2.1.1 線路參數(shù)與容量的關(guān)系：

圖2 輸電線路和可控并聯(lián)電抗的等效圖

建立特高壓輸電線路等效圖如圖3所示，線路接電抗為XL的可控電抗器和有功功率為P的負(fù)載。根據(jù)分布參數(shù)傳輸線路理論，U1、I1和U2、I2分別為線路首末端的電壓和電流，其關(guān)系表達(dá)式為：

（6）

式中：為線路長度，，導(dǎo)線波阻抗，令為傳播角，則，。C1、L1為導(dǎo)線單位長度的電容和電感。

系統(tǒng)電源電壓為：

（7）

線路末端電流為：

（8）

將（6）、（7）代入（8）得

（9）

令，，，，如果要保持線路末端電壓與電源電動勢相等，即Kc=1，則

（10）

2.1.2 觸發(fā)角與的容量關(guān)系：磁控電抗器一般通過調(diào)節(jié)晶閘管觸發(fā)角α來改變其容量的。根據(jù)觸發(fā)角α與鐵芯飽和度β的關(guān)系，求解以下方程：

（11）

在實(shí)際工程中，特高壓模型一般為兩端都為供電系統(tǒng)，考慮線路參數(shù)分布特性，可以把模型分解為兩個單端供電系統(tǒng)迭加，即兩個如圖2所示的等效模型迭加。

并聯(lián)電抗器控制系統(tǒng)如圖3所示，測量系統(tǒng)產(chǎn)生偏差信號觸發(fā)控制設(shè)備，然后間接調(diào)節(jié)磁控電抗器勵磁電流來平滑改變其磁飽和度，來達(dá)到抑制電流在允許的范圍內(nèi)。

圖3 并聯(lián)電抗器控制系統(tǒng)

2.2 中性點(diǎn)可控小電抗控制策略

不同接線方式下對應(yīng)的中性點(diǎn)電抗值可根據(jù)式（2）計(jì)算，但是工程中由于對潛供電流限制過小并沒有嚴(yán)格的要求，所以中性點(diǎn)小電抗的取值不需要那么精確，只需給定一個有效范圍即可，這樣可以大大減小控制器的設(shè)計(jì)難度。

如式（12）與式（13）所示為并聯(lián)電抗與小電抗關(guān)系：

（12）

其中，（13）

可知當(dāng)XL12=XC12時，相間串聯(lián)諧振，設(shè)小電抗為Xmk。當(dāng)補(bǔ)償度K=1時，可以得到Xp=XC1。

此時并聯(lián)電抗器對地感抗大小為：

（14）

由式（14）可知，對地電容和對地補(bǔ)償電感之間發(fā)生諧振，對應(yīng)小電抗記作Xm0。

可知補(bǔ)償度為1時，斷開相回路直接成為了兩個并聯(lián)諧振回路的串聯(lián)，這可能會導(dǎo)致工頻過電壓，應(yīng)盡量避免完全補(bǔ)償運(yùn)行方式。且可將相間補(bǔ)償度以及對地補(bǔ)償可以定義為：

（15）

（16）

知道K12=f（Xm）是一個增函數(shù)，而K0=g（Xm）是一個減函數(shù)，由式（15）（16）可知當(dāng)Xm/Xmk的值從小于1到大于1過程中，Kh隨之從小于1到大于1，相間阻抗開始從容性變成感性；當(dāng)Xm/Xm0的值從小于1到大于1過程中，K0隨之從大于1到小于1，相對地的阻抗從開始感性變成容性。實(shí)際應(yīng)用中，采用欠補(bǔ)償，即K<1，Xp>XC1。小電抗取Xmk時，又KLg=g（XP）為減函數(shù)，所以，Xm0

綜上，Xm0

如表1所示為不同補(bǔ)償度下仿真所得小電抗取值范圍。

3 仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1 潛供電流抑制的仿真研究

在EMTDC/PSCAD中搭建特高壓線路仿真模型拓?fù)淙鐖D4所示。在線路首末端均設(shè)置并聯(lián)可控電抗加中性點(diǎn)可控小電抗，設(shè)置線路在0.5s時發(fā)生故障，1.5s時重

合閘。

圖4 小電抗控制系統(tǒng)

圖5 加中性點(diǎn)可控小電抗補(bǔ)償潛供電流

在仿真中加入補(bǔ)償之后如圖5所示，潛供電流幅值被被抑制到13A?？梢?，潛供電流得到了有效抑制，即驗(yàn)證了本文所提出的控制策略的正確性。

4 結(jié)語

本文從分析抑制潛供電流原理基礎(chǔ)上，利用PSCAD/EMTDC仿真軟件搭建了仿真在模型和按比例的低壓物理模擬實(shí)驗(yàn)，通過計(jì)算推導(dǎo)得出不同補(bǔ)償度下小電抗值改變時候的潛供電流值，驗(yàn)證磁控電抗器與中性點(diǎn)小電抗協(xié)調(diào)控制對抑制潛供電流效果能達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉振亞.特高壓電網(wǎng)[M].北京：中國經(jīng)濟(jì)出版

社，2005.

[2] 韓彬，林集明，班連庚，鄭彬，張媛媛，王曉彤.

1000kV特高壓交流試驗(yàn)示范工程單相重合閘研究

[J].電網(wǎng)技術(shù)，2006，16（33）：20-23.

[3] 尹忠東，劉虹.超高壓電網(wǎng)可控串聯(lián)補(bǔ)償與潛供電

弧的抑制[J].高電壓技術(shù)，1998，24（1），

14～16.

[4] 商立群，施圍.計(jì)算同桿雙回輸電線路潛供電流

與恢復(fù)電壓的二次模方法[J].西安交通大學(xué)學(xué)

報(bào)，2005，39（2）：196～199.

[5] Edward W.Kimbark.SELECTIVE-POLE

SWITCHING OF LONG DOUBLE-CIRCUIT EHV

LINE.IEEE Transactions on Power Apparatus and

Systems，1976，PAS-95（1），219～230.

[6] 劉振亞.特高壓交流輸電技術(shù)研究成果專輯（2005

年）[M].北京：中國電力出版社，2006.

[7] 周元清.磁控電抗器在特高壓交流輸電線路中的應(yīng)

用研究[D].湖南大學(xué)，2008.

[8] 周麗霞.磁閥式可控電抗器的數(shù)學(xué)分析及仿真研究

[D].北京：華北電力大學(xué)，2006.

[9] 王皓，李永麗，李斌.750kV及特高壓輸電線

路抑制潛供電弧的方法[J].中國電力，2005，38

（12），29～32.

作者簡介：趙訓(xùn)君（1980—），男，浙江省臨安市供電局工程師，研究方向：電力電子。

綜上，Xm0

如表1所示為不同補(bǔ)償度下仿真所得小電抗取值范圍。

3 仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1 潛供電流抑制的仿真研究

在EMTDC/PSCAD中搭建特高壓線路仿真模型拓?fù)淙鐖D4所示。在線路首末端均設(shè)置并聯(lián)可控電抗加中性點(diǎn)可控小電抗，設(shè)置線路在0.5s時發(fā)生故障，1.5s時重

合閘。

圖4 小電抗控制系統(tǒng)

圖5 加中性點(diǎn)可控小電抗補(bǔ)償潛供電流

在仿真中加入補(bǔ)償之后如圖5所示，潛供電流幅值被被抑制到13A?？梢?，潛供電流得到了有效抑制，即驗(yàn)證了本文所提出的控制策略的正確性。

4 結(jié)語

本文從分析抑制潛供電流原理基礎(chǔ)上，利用PSCAD/EMTDC仿真軟件搭建了仿真在模型和按比例的低壓物理模擬實(shí)驗(yàn)，通過計(jì)算推導(dǎo)得出不同補(bǔ)償度下小電抗值改變時候的潛供電流值，驗(yàn)證磁控電抗器與中性點(diǎn)小電抗協(xié)調(diào)控制對抑制潛供電流效果能達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。

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[8] 周麗霞.磁閥式可控電抗器的數(shù)學(xué)分析及仿真研究

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[9] 王皓，李永麗，李斌.750kV及特高壓輸電線

路抑制潛供電弧的方法[J].中國電力，2005，38

（12），29～32.

作者簡介：趙訓(xùn)君（1980—），男，浙江省臨安市供電局工程師，研究方向：電力電子。

綜上，Xm0

如表1所示為不同補(bǔ)償度下仿真所得小電抗取值范圍。

3 仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1 潛供電流抑制的仿真研究

在EMTDC/PSCAD中搭建特高壓線路仿真模型拓?fù)淙鐖D4所示。在線路首末端均設(shè)置并聯(lián)可控電抗加中性點(diǎn)可控小電抗，設(shè)置線路在0.5s時發(fā)生故障，1.5s時重

合閘。

圖4 小電抗控制系統(tǒng)

圖5 加中性點(diǎn)可控小電抗補(bǔ)償潛供電流

在仿真中加入補(bǔ)償之后如圖5所示，潛供電流幅值被被抑制到13A。可見，潛供電流得到了有效抑制，即驗(yàn)證了本文所提出的控制策略的正確性。

4 結(jié)語

本文從分析抑制潛供電流原理基礎(chǔ)上，利用PSCAD/EMTDC仿真軟件搭建了仿真在模型和按比例的低壓物理模擬實(shí)驗(yàn)，通過計(jì)算推導(dǎo)得出不同補(bǔ)償度下小電抗值改變時候的潛供電流值，驗(yàn)證磁控電抗器與中性點(diǎn)小電抗協(xié)調(diào)控制對抑制潛供電流效果能達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。

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[9] 王皓，李永麗，李斌.750kV及特高壓輸電線

路抑制潛供電弧的方法[J].中國電力，2005，38

（12），29～32.

作者簡介：趙訓(xùn)君（1980—），男，浙江省臨安市供電局工程師，研究方向：電力電子。