新型磁控式并联电抗器仿真建模及保护策略研究

来源 :华北电力大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:JK0803_chenjianchao
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可控高压并联电抗器(简称可控高抗)是高压电网重要的无功补偿设备,其安全运行关系到系统的无功平衡和电压稳定,对保护要求很高。磁控式可控高抗(Magnetically controlled shunt reactor,MCSR)不仅包括网侧绕组,还设有控制绕组和补偿绕组,其本体保护配置较其他类型的可控高抗更为复杂,相关研究成果鲜有报道。本文以新型超特高压MCSR本体保护为核心,围绕MCSR的本体结构及工作原理、仿真模型构建、本体保护配置、控制绕组匝间保护新方法、不同合闸方式暂态过程及其影响这5个部分开展研究。本文首先介绍了传统MCSR和新型超特高压MCSR的本体结构及工作特性,分析直接将传统MCSR网侧绕组由并联结构改为串联后会带来主磁通畸变的问题,结合仿真研究论证了新型超特高压MCSR在网侧绕组串联结构的基础上通过改进控制绕组结构能够有效解决该问题的机理。针对新型超特高压MCSR的本体结构,本文依据基尔霍夫磁路定理和安培环路定理对MCSR的铁心磁路进行拆分,推导出了五段磁路模型,并基于该理论在PSCAD/EMTDC和MATLAB/SIMULINK中构建了 MCSR的数字仿真模型;以仿真模型为依托,对MCSR可能发生的故障类型进行全面的故障仿真;结合故障仿真,对MCSR本体保护的整体配置方案进行了设计,其中重点对控制绕组的各类故障的故障特征和相应的保护方案进行了分析和研究。分析指出对于控制绕组匝间故障,一方面以网侧电气量构成的零、负序功率方向保护灵敏度不足,另一方面在某些匝间故障情况下直流母线间并未出现过电压特征,使得直流母线交流过电压保护可能拒动,究其原因在于故障后直流母线极间过电压的出现依赖于总控制电流过零,而另一方面控制绕组匝间故障会在故障相控制电流和总控制电流中引起幅值很高的交流故障分量,基于此提出了以总控制电流中基波分量为判据的控制绕组匝间保护新方案。最后本文对比分析了带预励磁合闸和直接合闸两种合闸方式对MCSR本体保护及系统的影响。研究结果显示虽然带预励磁合闸会在各相控制绕组电流中产生幅值较高的谐波分量,对晶闸管和整流变保护有所影响,但能避免直接合闸造成的直流母线过电压并能有效改善系统侧的谐波污染问题,故MCSR带预励磁合闸是更好的合闸方式,建议采用带预励磁合闸。
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