磁控型可控并联电抗器控制绕组过电压保护研究

磁控型可控并联电抗器是一种新型的动态无功补偿设备,因其无功容量连续可调且控制方式简单可靠,在高压交流输电领域的应用发展迅速,已经在国内外220kV、400kV、500kV和750kV多个电压等级的交流电网上取得了工程应用。本文作者对其典型结构和工作原理进行分析,对其电磁暂态建模,重点针对其控制绕组故障过电压及其产生的危害进行了研究并开展了仿真测试;提出了控制绕组第一级旁通对过电压保护回路和第二级氧化锌压敏电阻过电压保护回路设计方案,并通过仿真试验进行了验证。试验结果表明,本文作者提出的过电压保护方法能够有效保护磁控型可控并联电抗器控制绕组侧励磁设备的运行安全。

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。

磁饱和式和变压器式可控并联电抗器

分析对比磁饱和式(MCSR)和变压器式可控并联电抗器(TCSR)的基本工作原理、主要工作特性、国内外研究现状以及应用前景。指出MCSR和TCSR具有无功功率连续可调和制造成本低、运行费用少的显著优点,而TCSR较MCSR又有较小的谐波电流、响应时间和功率损耗。

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。

750kV磁控式可控高抗谐波特性仿真与实测分析

基于新疆西北联网第二通道工程中的鱼卡母线可控高抗系统调试,对750 kV磁控式可控高抗的谐波特性进行仿真与实测分析。建立可控高抗详细电磁暂态模型,对稳态运行及空载投切操作产生的谐波进行仿真计算,并与现场实测波形进行对比分析。可控高抗稳态运行时网侧电流主要含有3次、5次、7次等奇数次谐波;预励磁方式下投空载可控高抗的励磁涌流比无预励磁时幅值高,产生的谐波以2次分量为主,谐波的衰减趋势与可控高抗工作点的移动有关。研究结果明确了磁控式可控高抗的谐波特性,为进一步分析其与电网的相互影响提供参考。

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。

磁控型可控并联电抗器研究与实践

磁控型可控并联电抗器(magnetically controlled shunt reactor,MCSR)作为一种典型的铁磁饱和控制类电力电子设备,在工业和配电网动态无功补偿、柔性交流输电领域的应用发展迅速,2007年和2013年分别投运了世界首套550和800 k V的MCSR。该文在多年的MCSR研究和实践经验基础上,系统开展MCSR研究,分别对理论分析、仿真计算、模型试验、产品试验和评价几个方面的重点、特性方法及工具进行探索,并将研究延续到投运之后的计划性运行数据观测和收集,完成研究评价。吸收其它行业的先进评价方法和经验,提出建立MCSR仿真和试验的科学评价体系,为MCSR系统性研究提供思路。

磁控式并联电抗器数值计算研究

为了限制长距离输电线路上过电压和补偿线路充电功率,需要在超高压交流输电线路上装设高补偿度的并联电抗器。磁控式并联电抗器由于受铁心饱和特性影响,网侧绕组电流中不可避免地含有高次谐波。笔者以世界上首套500 k V可控示范工程为基础,提出一种基于2D有限元场路耦合方法,计算分析可控高抗控制特性,并与江陵荆门换流站500 k V磁控式电抗器实测结果对比。最后,基于上述方法对超高压750 k V可控并联电抗器网侧绕组励磁特性及谐波含量进行分析,通过与现场运行实测数据对比,验证计算方法满足工程应用的有效性。

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。

新型可控并补装置——直流激磁可控并联电抗器

直流激磁可控并联电抗器是电力工程中一种新的可控并补技术，用以补偿远距离输电线路，稳定供电系统的电压和无功水平，文中介绍可控并联电抗器的结构、技术特性和功能。

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。

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。

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。

三铁柱磁饱和电抗器的建模与特性研究

针对三铁柱磁饱和电抗器的特点,导出了该电抗器的数学模型。在此基础上,利用磁路分段法建立了电抗器的仿真模型。在Matlab软件环境下对样机进行了仿真,得出了该样机的谐波特性、控制特性和响应时间,仿真结果与理论分析一致。