MCR與中性點接地小電抗參數配置研究

摘要：文章針對在高壓輸電系統重合閘期間產生的潛供電流，研究了利用磁控電抗器的小電抗配置補償及控制策略。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用磁控電抗器抑制潛供電流的仿真電路，驗證了中性點小電抗與磁控電抗器協調配合抑制潛供電流理論的可行性和有效性。

關鍵詞：高壓輸電線路；磁控電抗器；潛供電流；中性點小電抗

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

特高壓（Ultra High Voltage，UHV）輸電技術的研究基于大容量、長距離輸電的需求。但傳統的大容量高壓電抗器存在的問題有：（1）常用安裝并聯高壓電抗器中性點接電抗來補償相間電容，這樣小電抗需要較高的絕緣水平且運行區間不靈活；（2）負荷過高輸電時，系統需加增補償無功和相應的成本；（3）輸電成本會由電抗器多余損耗相應增大。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量及輸電功率和穩定。

1 潛供電流的抑制原理

1.1 單回線路接線方法及原理

為補償潛供電流的容性和感性分量，一般通過一組中性點通過小電抗Xm接地的星型聯結的電抗器Xp，輸電線路各序參數為：

（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k為電抗器的補償度，假定線路相間等效電容處于全補償狀態。線路末端與首末端設置并聯電抗加中性點小電抗分別為：

（2）

系統發生單相故障，斷路器分閘后，選擇電抗，相間接近全補償，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、相間和線間各補償等效電抗如圖1所示。Xd為相對地的補償電抗，Xc為相間補償電抗，Xj為線間補償電抗。

圖1 同桿雙回線路等值示意圖

根據六序分量法，圖2所示的兩線路相互對稱關系，因此1、2、4和5序的阻抗（或導納）相等，而0、1和3序阻抗（或導納）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k為并聯電抗器的補償度，并假定線路相間和兩回線路之間都處于全補償狀態，由式（3）、（4）可得：

（5）

2 磁控電抗器與中性點小電抗的協調控制研究

特高壓輸電利用磁控電抗器并聯電抗器和配置中性點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系且能平滑的調節，其控制系統的建立基于線路傳輸功率與電抗器容量的關系表達式。

2.1.1 線路參數與容量的關系：

圖2 輸電線路和可控并聯電抗的等效圖

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的負載。根據分布參數傳輸線路理論，U1、I1和U2、I2分別為線路首末端的電壓和電流，其關系表達式為：

（6）

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

系統電源電壓為：

（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 觸發角與的容量關系：磁控電抗器一般通過調節晶閘管觸發角α來改變其容量的。根據觸發角α與鐵芯飽和度β的關系，求解以下方程：

（11）

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

并聯電抗器控制系統如圖3所示，測量系統產生偏差信號觸發控制設備，然后間接調節磁控電抗器勵磁電流來平滑改變其磁飽和度，來達到抑制電流在允許的范圍內。

圖3 并聯電抗器控制系統

2.2 中性點可控小電抗控制策略

不同接線方式下對應的中性點電抗值可根據式（2）計算，但是工程中由于對潛供電流限制過小并沒有嚴格的要求，所以中性點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計難度。

如式（12）與式（13）所示為并聯電抗與小電抗關系：

（12）

其中，（13）

可知當XL12=XC12時，相間串聯諧振，設小電抗為Xmk。當補償度K=1時，可以得到Xp=XC1。

此時并聯電抗器對地感抗大小為：

（14）

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

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

（15）

（16）

知道K12=f（Xm）是一個增函數，而K0=g（Xm）是一個減函數，由式（15）（16）可知當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。實際應用中，采用欠補償，即K<1，Xp>XC1。小電抗取Xmk時，又KLg=g（XP）為減函數，所以，Xm0

綜上，Xm0

如表1所示為不同補償度下仿真所得小電抗取值范圍。

3 仿真和實驗結果

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撲如圖4所示。在線路首末端均設置并聯可控電抗加中性點可控小電抗，設置線路在0.5s時發生故障，1.5s時重

合閘。

圖4 小電抗控制系統

圖5 加中性點可控小電抗補償潛供電流

在仿真中加入補償之后如圖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，即驗證了本文所提出的控制策略的正確性。

4 結語

本文從分析抑制潛供電流原理基礎上，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驗，通過計算推導得出不同補償度下小電抗值改變時候的潛供電流值，驗證磁控電抗器與中性點小電抗協調控制對抑制潛供電流效果能達到預期的目標。

參考文獻

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14～16.

[4] 商立群，施圍.計算同桿雙回輸電線路潛供電流

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[7] 周元清.磁控電抗器在特高壓交流輸電線路中的應

用研究[D].湖南大學，2008.

[8] 周麗霞.磁閥式可控電抗器的數學分析及仿真研究

[D].北京：華北電力大學，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所示為不同補償度下仿真所得小電抗取值范圍。

3 仿真和實驗結果

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撲如圖4所示。在線路首末端均設置并聯可控電抗加中性點可控小電抗，設置線路在0.5s時發生故障，1.5s時重

合閘。

圖4 小電抗控制系統

圖5 加中性點可控小電抗補償潛供電流

在仿真中加入補償之后如圖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，即驗證了本文所提出的控制策略的正確性。

4 結語

本文從分析抑制潛供電流原理基礎上，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驗，通過計算推導得出不同補償度下小電抗值改變時候的潛供電流值，驗證磁控電抗器與中性點小電抗協調控制對抑制潛供電流效果能達到預期的目標。

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作者簡介：趙訓君（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所示為不同補償度下仿真所得小電抗取值范圍。

3 仿真和實驗結果

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撲如圖4所示。在線路首末端均設置并聯可控電抗加中性點可控小電抗，設置線路在0.5s時發生故障，1.5s時重

合閘。

圖4 小電抗控制系統

圖5 加中性點可控小電抗補償潛供電流

在仿真中加入補償之后如圖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，即驗證了本文所提出的控制策略的正確性。

4 結語

本文從分析抑制潛供電流原理基礎上，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驗，通過計算推導得出不同補償度下小電抗值改變時候的潛供電流值，驗證磁控電抗器與中性點小電抗協調控制對抑制潛供電流效果能達到預期的目標。

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（12），29～32.

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