特高壓混合無功補(bǔ)償輸電系統(tǒng)開關(guān)動作特性研究.pdf

1、特高壓同步電網(wǎng)建成后，可以實(shí)現(xiàn)區(qū)域電網(wǎng)的互聯(lián)和更大范圍內(nèi)的資源優(yōu)化配置，輸送功率將顯著增長，無功功率也將變化頻繁，特高壓輸電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行面臨新的挑戰(zhàn)。主要表現(xiàn)在于:1）由于系統(tǒng)阻抗特性及穩(wěn)定極限的限制，使得部分通道輸電能力提升受到影響，無法滿足輸送功率顯著增長的需求;2）各大區(qū)間交換功率的增加、系統(tǒng)潮流變化加劇，致使電網(wǎng)電壓和無功功率變化頻度和幅度加大。采用串補(bǔ)、可控高抗的混合無功補(bǔ)償(hybrid reactive power

2、compensation，HRPC)能在提高線路輸送容量的同時通過動態(tài)調(diào)節(jié)可控高抗補(bǔ)償度改變其輸出容量，克服傳統(tǒng)簡單無功補(bǔ)償模式（僅使用固定高抗）存在的缺點(diǎn)，但HRPC的應(yīng)用將使特高壓輸電系統(tǒng)進(jìn)一步復(fù)雜化，需要對輸電系統(tǒng)的電磁暫態(tài)問題開展深入研究。本文針對特高壓混合無功補(bǔ)償輸電系統(tǒng)開關(guān)動作特性進(jìn)行分析，主要研究內(nèi)容包括:
　　以電場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度為基本物理變量，依據(jù)麥克斯韋方程組的普適形式，從場源中分離出傳導(dǎo)電流、磁化電流、極化

3、電流等客觀存在的束縛源，建立考慮面電荷的構(gòu)件單元全電流部分元等效電路模型;采用幾何均距、復(fù)雜構(gòu)件分割方式對由多重積分構(gòu)成的電感參數(shù)進(jìn)行快速精確計(jì)算，給出了分級可控高抗繞組的等效結(jié)構(gòu)及電路方程，得到了不同頻率的特快速暫態(tài)過電壓作用下的分級可控高抗繞組電壓分布。結(jié)果表明，特快速暫態(tài)過電壓的頻率跟分級可控高抗的自振頻率相近時，會在分級可控高抗繞組內(nèi)部線匝上產(chǎn)生高幅值的衰減電壓。
　　當(dāng)HRPC安裝在特高壓變電站站內(nèi)時，隔離開關(guān)在不同位置

4、上閉合產(chǎn)生的特快速暫態(tài)過程會受到HRPC的影響。在HRPC等效模型、傳輸線理論及變電站簡化模型的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出了特快速暫態(tài)過電壓及電流的表達(dá)式;分析了站內(nèi)不同位置隔離開關(guān)閉合時，母線長度、分級可控高抗入口電容、架空線路長度對站內(nèi)各處特快速暫態(tài)過電壓及電流幅頻特性的影響;仿真分析了隔離開關(guān)閉合順序、并聯(lián)電容器安裝位置、合閘電阻、鐵氧體對分級可控高抗端口特快速暫態(tài)過電壓的影響;得到了氣體絕緣開關(guān)設(shè)備的暫態(tài)外殼電壓隨HRPC的變化規(guī)律。結(jié)果表

5、明，輸電系統(tǒng)安裝HRPC后，氣體絕緣開關(guān)設(shè)備內(nèi)部絕緣設(shè)計(jì)的難度增加，合閘電阻、鐵氧體對分級可控高抗端口的快速暫態(tài)過電壓能起到較好的抑制效果，暫態(tài)外殼電壓主頻對應(yīng)幅值有較大幅度上升。
　　在建立特高壓混合無功補(bǔ)償輸電系統(tǒng)簡化模型基礎(chǔ)上，分析了安裝HRPC前后特高壓空載線路合閘過電壓的幅頻特性，計(jì)算了不同分級可控高抗補(bǔ)償度下的空載線路合閘過電壓;得到了發(fā)生接地故障，串補(bǔ)的電容器組未被短接的工況下，線路長度、故障距離、HRPC的補(bǔ)償度與

6、斷路器兩端暫態(tài)恢復(fù)電壓的關(guān)系;完成了串補(bǔ)電容器組的短接時間、HRPC的補(bǔ)償度對斷路器開斷特性的影響分析。結(jié)果表明，安裝HRPC有利于降低空載線路合閘過電壓水平;發(fā)生接地故障，串補(bǔ)電容器組未被短接時，可能造成斷路器開斷失敗;串補(bǔ)電容器組被短接時的電源工頻電壓幅值越大，斷路器越難以開斷，增大HRPC的補(bǔ)償度有利于斷路器開斷。
　　在改進(jìn)的Mayer電弧的基礎(chǔ)上建立了潛供電弧動態(tài)弧阻模型，研究了特高壓輸電線路安裝HRPC后，單相瞬時接地

7、故障發(fā)生時，潛供電弧及弧道恢復(fù)電壓的變化規(guī)律?；跁簯B(tài)等效和拉普拉斯變換方法，得到了潛供電流的低頻分量與衰減系數(shù)。通過仿真得到串補(bǔ)補(bǔ)償度、分級可控高抗補(bǔ)償度、中性點(diǎn)小電抗、弧道電阻及故障發(fā)生位置對潛供電流各頻率分量及燃弧時間的影響。在現(xiàn)有抑制措施的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步明確了串補(bǔ)旁路斷路器與單相自動重合閘時序配合策略。以單一變量變化得到的潛供電弧特性數(shù)據(jù)為依托，采用快速非支配排序遺傳算法優(yōu)化參數(shù)的回歸型支持向量機(jī)完成多變量作用下的潛供電弧預(yù)測。