超高压磁控式并联电抗器仿真建模方法

从系统角度分析了可控电抗器在超高压和特高压电网中的多种作用和应用前景;结合江陵换流站500kV磁控式并联电抗器示范工程,分析了其磁路结构和工作原理,通过理论推导得出了磁控式可控电抗器的数学模型;在此基础上,提出了复杂磁路建模新方法——磁路分解法,并建立了磁控式并联电抗器(magnetically controlled shunt reactor,MCSR)仿真模型。文章给出了10kVMCSR原理样机的试验结果,并与软件仿真结果进行对比分析,验证了仿真模型的正确性。文中提出的磁路分解仿真建模法具有原理清晰、建模简便、模型精确、工程适用的特点,适用于电力系统电磁暂态计算,为超/特高压MCSR的分析提供了必要的仿真手段。

超高压磁控式并联电抗器稳态特性

介绍了500kV磁控式并联电抗器(magnetically controlled shunt reactor,MCSR)的结构特点;阐述了MCSR的工作机理和稳态特性,并进行了试验验证。理论与试验表明,MCSR具有分段的伏安特性:在一定励磁条件下且电压较低时,MCSR电压、电流呈线性关系,随着电压的升高,电抗器电流增加的速度趋缓,MCSR进入恒流区;MCSR网侧绕组内几乎不含3k次谐波电流成分,各容量下各次谐波电流有效值不大于额定基波电流的3%;MCSR基波容量随着直流励磁电流的增加而单调增加,呈现略带饱和的线性关系,具有优越的控制特性。MCSR具有容量大范围连续可调、谐波含量小、稳态控制特性好的性能特点,可有效协调超高压、特高压电网限制过电压与无功补偿之间的矛盾,有着广阔的应用前景。

磁控式并联电抗器控制绕组匝间故障分析及保护方案

基于实际工程介绍了一种超高压磁控式并联电抗器的励磁系统构成,分析了控制绕组匝间短路的故障特征。结合MATLAB数字仿真和动模实验结果,提出了以过电压保护作为控制绕组匝间保护方案存在延时动作且可能拒动的潜在问题,分析其原因在于故障时直流母线极间电压中的故障特征只含有间断的电压尖峰而非连续的交流过电压,且在某些情况下完全不显示故障特征。建立了故障后励磁系统的电流分布模型,得出故障后直流母线极间电压中故障特征的出现依赖于总控制电流过零的结论。提出以总控制电流中的基波分量作为判据的控制绕组匝间保护新方案,该方案在小匝间故障时仍具有很高的灵敏度,结合仿真结果论证了新方案的有效性。

基于动态磁阻的磁控式并联电抗器等效电抗暂态模型

提出一种描述超/特高压磁控式并联电抗器(magnetically controlled shunt reactor,MCSR)非线性磁饱和特性的实用化解耦电磁暂态模型。基于动态磁阻的思想,提出瞬时等效电抗的算法,反映了交直流混合励磁条件下饱和等效电抗的实时动态变化特性;以反双曲函数描述非线性磁路特性,对耦合磁路方程进行解耦,并用带阻尼的隐式梯形积分算法对瞬时等效电抗进行差分化,建立电磁暂态模型,能够与电磁暂态计算相兼容。已在电力系统全数字实时仿真装置(advanced digital power system simulator,ADPSS)中编程实现了仿真模型的工程化应用,并搭建标准算例,以工程投运的MCSR现场运行参数为模型输入量,进行仿真,计算结果数值精确,波形吻合,验证了模型的正确性。

磁控式并联电抗器动态自适应逆控制算法

提出一种磁控式并联电抗器(magnetically controlled shunt reactor,MCSR)的非线性自适应逆控制系统的建模算法,采用"分解建模"的设计思想,将元件建模和动态系统辨识理论相结合,对MCSR的非线性元件部分和外在系统的动态影响分别建模。建立描述非线性磁路特性的逆对象方程,根据"阿贝尔定理"对非线性方程进行泰勒展开,以解析解形式求出控制系统需要的励磁电流,建立逆对象传递函数;针对外在电力系统与MCSR的相关性,建立时变参数的动态回归方程,以最小二乘法求出时变参数。已在电力系统全数字实时仿真装置(advanced digital power systemsimulator,ADPSS)中编程实现了控制模块的工程化应用,并以MCSR实际运行参数搭建算例,验证了控制系统的有效性和实用性。

500kV磁控式并联电抗器控制绕组保护方案

磁控式并联电抗器(MCSR)铁芯上绕有网侧绕组、补偿绕组和控制绕组,其中控制绕组作为控制无功功率输出的核心部分,对其保护性能的要求很高。基于一种已经投入运行的MCSR励磁系统结构,文中详细分析了控制绕组发生接地故障、相间短路和匝间短路的故障特征,提出了新的MCSR控制绕组保护方案,给出了整定计算原则。利用低电压与过电流复合型保护作为接地故障的保护,有效消除了死区;利用每相两绕组基波电流比相保护作为控制绕组相间短路的保护,提高了保护灵敏度;利用基于电流变化量的保护作为控制绕组匝间短路的保护,轻微匝间短路也有较高灵敏度。仿真结果验证了新原理的有效性。

基于控制绕组电流基频分量的磁控式并联电抗器匝间保护新原理

基于实际工程介绍了一种超/特高压磁控式并联电抗器的本体结构及其工作原理,分析了预励磁合闸时控制绕组三相电流之和(简称总控电流)的基频分量产生机理,结合MATLAB/Simulink仿真结果以及动模实验结果,说明预励磁合闸可能会导致基于总控电流基频分量的控制绕组保护方案误动。深入分析发现,总控电流基频分量的产生并不是控制绕组发生匝间故障时的特有现象,内部故障时总控电流基频分量主要来源于相应的故障相控制绕组;预励磁合闸时,总控电流基频分量来源于三相控制绕组电流分相电流基频分量之和,且各相占比与合闸角有关。基于此,提出以分相控制绕组电流基频分量与总控电流基频分量比值为判据的MCSR保护改进方案,该方案不受预励磁合闸影响,在控制绕组轻微匝间故障时仍具有很高的灵敏度,仿真结果验证了新原理的有效性。

磁控式并联电抗器内部故障仿真分析

磁控式并联电抗器(MCSR)作为电网中十分重要的无功补偿设备,具有平滑调节容量,消除操作过电压和潜供电流的作用。文中利用Ansoft Maxwell软件搭建了二维有限元模型,并使用外电路编辑器作为有限元激励源,通过仿真网侧绕组接地故障、网侧绕组匝间故障、控制绕组接地故障、控制绕组匝间故障,分析了在这4种不同故障情况下磁控式并联电抗器的工作特性。

基于波形自相关的磁控式并联电抗器合闸防误动方案

磁控式并联电抗器(MCSR)容量大范围平滑可调,是解决超/特高压电力系统无功、电压控制难题的有效措施,MCSR的安全稳定运行关系到系统的无功平衡和电压稳定。针对MCSR预励磁合闸导致基于总控电流基频分量的匝间故障保护误动的问题,提出了基于分相控制绕组电流波形自相关分析的合闸防误动方案。首先分析了MCSR在正常运行、预励磁合闸、匝间故障等工况下分相控制绕组电流的波形特征,利用计及了幅值差异的分相控制绕组电流及其延迟半周期的改进波形自相关系数,构成了合闸防误动方案,基于MATLAB/Simulink的仿真实验验证了方案的有效性。

基于不平衡电压的磁控式并联电抗器控制绕组接地保护方案

实际工程中对于特高压磁控式并联电抗器(MCSR)控制绕组接地故障配置直流母线过压保护,然而发生控制绕组端部接地故障时,母线极对地电压无交流过电压特征,导致保护无法识别该故障。针对该问题,分析了控制绕组接地故障及稳态运行、2种方式合闸、区外故障工况下母线极对地电压变化情况,基于此提出一种基于直流母线不平衡电压的控制绕组接地保护方案。该方案利用正、负极直流母线电压之和构造直流母线不平衡电压,基于故障下直流母线不平衡电压明显上升的特征识别故障。方案原理简单、易于实现,解决了现有保护无法识别控制绕组端部接地故障问题。在MATLAB/Simulink软件中搭建了750 kV三相MCSR仿真模型,大量仿真结果验证了该保护方案的有效性。

基于等效漏电感参数辨识的磁控式并联电抗器匝间故障保护方案

磁控式并联电抗器(MCSR)可实现容量大范围平滑调节,是解决超/特高压输电系统无功及电压控制难题的有效措施。匝间短路是MCSR的一种常见故障,由于其特殊的铁心结构以及绕组联结方式,故障绕组和非故障绕组之间存在复杂的电磁耦合关系,MCSR匝间故障的准确判别具有一定挑战性。针对该问题,提出一种基于等效漏电感参数辨识的MCSR匝间故障保护方案。基于MCSR网侧与控制侧、补偿侧的电压回路等效电路,推导得到相应的等效漏电感参数辨识模型,通过递推最小二乘法实时辨识等效漏电感参数,利用其在匝间故障时变化明显以及故障相与非故障相的差异特征,构建基于等效漏电感参数变化率和三相差异度的匝间保护方案。此外,该方案还可以根据故障后等效漏电感参数的大小关系,进一步实现故障绕组的判别,最后基于Matlab/Simulink的大量仿真,验证了该方案的有效性。

超高压磁控式并联电抗器励磁特性分析

阐述了750k V特高压并联电抗器基本结构及控制原理,建立了二维模型,对在直流磁通影响下铁心磁通分布进行了分析。基于场路耦合方法对电抗器励磁特性和容量调节进行了计算,并与实测结果进行了对比。

特高压磁控式并联电抗器保护配置方案及其性能分析

可控高抗安全运行关系到系统的无功平衡和电压稳定,对保护要求甚高。磁控式可控高抗不仅包括网侧绕组,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。基于一种在我国西北地区已实际投运的特高压磁控式并联电抗器的本体结构,对其本体保护配置进行了深入探讨,结合工程经验指出了传统保护应用于磁控式可控高抗存在的问题并给出了解决方案。介绍了网侧绕组和补偿绕组的保护配置情况及相关注意事项,详细分析了控制绕组各类故障的故障特征,提出以直流母线过电压保护作为控制绕组接地故障的主保护,同时指出传统零序功率方向保护应用于控制绕组匝间和相间故障时灵敏度不足,宜采用负序功率方向保护。

超/特高压磁控式并联电抗器合闸过程分析及其影响研究

工程经验表明,超/特高压磁控式并联电抗器(magnetically controlled shunt reactor,MCSR)直接合闸会带来MCSR励磁系统直流母线过电压和对系统的谐波污染等问题,威胁设备自身及系统的安全,必须予以重视。针对上述问题提出了MCSR控制绕组带直流预励磁的合闸方案。基于新疆西北联网第二通道工程中的鱼卡站750?kV MCSR的绕组结构及工作原理,分析了MCSR稳态运行时各绕组电流的特性,推导了带预励磁合闸情况下控制绕组电流的解析表达式,并定性分析了控制绕组电流的变化特征,同时探讨了直接合闸时控制绕组上不平衡电动势的产生机理。在此基础上,对比分析了两种合闸方式对MCSR本体及系统的影响。分析结果显示,带预励磁合闸能避免直接合闸造成的过电压,并有效改善谐波污染问题,数字仿真和动模试验结果验证了理论分析的正确性。

磁控式并联电抗器容量调节暂态过程及其对匝间保护的影响

磁控式并联电抗器(MCSR)可实现无功功率的大范围平滑调节,但现有研究中MCSR容量调节暂态特性及其对保护的影响尚不清晰。因此,该文对MCSR容量调节过程展开研究,首先分析了磁控式并联电抗器的稳态运行特性,引入磁饱和度概念,在此基础上,对其容量调节暂态过程特性展开讨论。调容暂态过程中,由于心柱间磁饱和度的差异,三相控制绕组电流及控制绕组总电流的基波分量将会增加,导致基于控制绕组总电流基波分量的匝间保护误动。为解决该问题,根据MCSR调容过程中三相控制绕组电流基波分量平均值近似相等的特点,利用三相控制绕组电流基波分量差异度,可以准确识别出容量调节过程,从而有效解决了MCSR容量调节过程中匝间保护误动的问题。基于Matlab/Simulink的仿真及1.5kV MCSR样品的动模实验,验证了所提方案的正确性。

基于对偶性的多柱式磁控并联电抗器建模新方法

本文中作者提出了一种基于对偶性原理的三相八柱式磁控并联电抗器(MCSR)仿真模型建模方法,并以一台出口海外的BKSFZT-30000/400型MCSR为研究对象,建立电磁暂态仿真模型。通过仿真得到稳态和暂态工作特性,并与实测结果进行对比验证。

磁控式可控并联电抗器纵绝缘分析计算

对400kV磁控式可控并联电抗器进行了纵绝缘结构分析计算。利用ANSYS软件进行了电容与电感参数仿真计算,分析了线饼间梯度、线匝间梯度、绕组对地电位的分布曲线,并计算了线饼及线匝间的电场分布情况。

750 kV磁控式可控并联电抗器本体保护研究

可控高压并联电抗器是超/特高压系统中重要的无功调节设备,新疆与西北联网第二通道工程鱼卡开关站在国内首次应用750 kV磁控式可控并联电抗器(Magnetically Controlled Shunt Reactor,MCSR)。MCSR本体结构特殊,运行方式灵活,对继电保护提出了更高的要求。分析了750kVMCSR的工作原理和结构,针对MCSR的本体保护关键技术进行研究,分析匝间保护、控制绕组和补偿绕组保护的关键技术,提出了MCSR本体保护配置以及智能化方案。

磁控式可控电抗器在特高压电网中的应用研究

本文从磁控式可控并联电抗器的基本构成出发,介绍了磁控式可控并联电抗器的原理及特点,通过仿真分析了磁控式可控并联电抗器的控制特性及谐波特性,并从工程角度分析了磁控式可控并联电抗器应用于特高压电网的技术难点,最后指出磁控式可控并联电抗器应用于特高压电网工程需要深入研究的方向。

基于网侧绕组串联的磁控式可控高抗控制绕组结构改进

将单相磁控式可控高抗(MCSR)网侧分支绕组由并联改为串联结构能有效提升响应速度,但若直接将该方法应用于三相MCSR会造成主磁通严重畸变。基于传统三相MCSR的结构及工作原理,深入分析了直接将网侧绕组由并联改为串联后的MCSR各绕组电流和铁芯磁通的变化特征,揭示了主磁通畸变的原因在于没有偶次励磁电流通路。基于此提出了"两串三并式"控制绕组结构改进方案,在不改变各相控制绕组直流偏磁特性的前提下构造出了偶次励磁电流通路,将快速响应的单相MCSR结构推广至三相MCSR,数字仿真和动模实验验证了理论的正确性。