串聯補償系統EMTDC建模研究

【摘要】本文重點論述應用電磁暫態仿真軟件EMTDC進行串聯補償系統仿真，包括串聯補償系統主回路的建立、暫態特性的建模、典型故障工況的選擇等研究過程，通過串聯補償系統電磁暫態仿真分析和研究，確定串聯補償系統各主要組成設備的性能參數。

【關鍵詞】EMTDC；暫態仿真；可控串補

1.引言

本文應用電磁暫態仿真EMTDC軟件，通過對串補/可控串補系統進行分析、建立串補/可控串補系統計算模型，進行暫態性能仿真研究，確定串補工程系統設備電氣性能參數。

下面將從串補的基本工作原理、系統組成、模型建立、仿真工況、研究結果及主要參數確定等方面進行具體介紹。

2.基本工作原理

交流輸電系統的串聯電容補償技術是在較長的輸電線路上加裝串聯補償，其容抗抵消掉部分感抗，相當于縮短了線路的等效電氣距離；通過阻抗補償減少功率輸送引起的電壓降和功角差，從而提高電力系統穩定性，擴大線路輸送容量。

按照補償阻抗的可控性，串聯電容補償可分為固定串補和可控串補。可控串補可通過控制晶閘管元件觸發角，連續改變串聯補償裝置電抗以達到控制調節電力系統功率、改善系統穩定性的目的。

3.串補工程系統組成

如圖1所示，本研究的目標工程中所給串補系統由固定串補和可控串補構成。固定串補主要設備有電容器組、金屬氧化物可變電阻限壓器MOV、火花放電間隙 GAP、阻尼回路、旁路斷路器及測量裝置；可控串補由晶閘管閥電感支路 TCR、電容器組、MOV、阻尼回路、旁路斷路器及測量裝置等設備構成。

4.電磁暫態仿真

4.1 仿真系統條件建立

4.1.1 等值交流系統

由于EMTDC軟件規模有限，首先需要應用相關的等值功能程序（如BPA、綜合程序、PSSE等機電暫態軟件）對復雜系統進行等值，得到的等值網絡潮流及保留母線處的短路容量應與原網絡一致。

本文中研究所用500kV串補系統的等值回路如圖2所示。

4.1.2 串補系統主參數

本串補系統的額定電壓為500kV，固定串補電容量109μF，可控串補電容量767μF，串補線路額定電流2000A，額定補償容抗固定部分29.2Ω，可控部分4.15Ω。

4.1.3 暫態響應特性參數

仿真中考慮的暫態特性響應參數包括了火花間隙動作時間、旁路開關固有合閘時間、晶閘管閥保護動作時間、MOV伏安特性曲線等。

MOV 是串補的一個重要的主元件，與其相關的保護功能是仿真研究的重點之一。仿真建模時，按實際的工程參數定義MOV 的額定電壓以及非線性電壓-電流特性曲線。

4.2 仿真系統模型建立

4.2.1 串補主回路仿真模型

串補系統主電路仿真模型主要按照實際的電氣主回路構建（如圖3所示）。

固定串補的火花間隙與旁路斷路器均按照理想開關考慮，并根據工程實際設置了放電回路中的阻尼環節，對于旁路斷路器，為與實際情況相吻合，與線路斷路器一樣，考慮了其動作延時。

對于可控串補的電氣主電路仿真模型，與固定串補相比較，主要的區別在于取消了火花間隙而以TCR 支路代替，以便為可控串補的控制提供接口環節，同時也可考察與可控閥相關的保護。

4.2.2 可控串補暫態仿真模型

暫態故障下的觸發角限制采用如圖4所示的回路，圖4中，ILreted為線路額定電流，IL為線路實時電流的有效值，Laup為輸出的觸發角限制值。圖4中包含將阻抗限制轉化為觸發角限制的環節。

對于固定串補的MOV保護模型，以固定串補MOV上吸收的能量，能量的變化率或流過的瞬時電流作為火花間隙和旁路開關啟動判據實現。

對于可控串補的MOV保護模型，以區外故障時MOV上吸收的能量、能量的變化率或流過的最大瞬時電流作為晶閘管閥旁通模式運行啟動的判據實現。

4.3 故障位置及故障工況

根據故障發生的位置不同，可以將故障劃分為區內故障和區外故障，即發生在該串補線路兩側斷路器間的故障及之外的故障。

在暫態仿真計算中，選擇多個故障點，在系統達到穩態后，對每個故障點應取多個不同的故障發生時刻進行仿真計算。故障工況主要考慮三相接地短路對稱故障和單相不對稱接地故障。

4.4 仿真研究結果

通過選取區內、區外不同位置分別施加三相對稱接地短路故障、單相不對稱接地短路故障工況，并考慮保護拒動后備保護動作、或三相故障、切除故障時單相拒動造成延長切除故障時間及單相接地故障重合閘失敗等故障條件，計算出如圖5、圖6波形圖示例中所示的固定串補及可控串補各個回路設備故障下的暫態應力等。

4.5 仿真研究應用

根據上述仿真研究結果，確定串補回路火花間隙、旁路斷路器及晶閘管閥等組成設備暫態電流耐受水平、過電壓水平、MOV的保護啟動閾值、MOV 最大能耗水平和阻尼電阻熱容量等相關技術性能參數。

5.結語

本文主要對應用電磁暫態仿真分析軟件EMTDC建立串補系統詳細的模型，進行串補工程系統的電磁暫態特性仿真研究的主要過程論述，通過電磁暫態仿真研究得到的結果可為串補系統主設備關鍵參數的確定提供依據及參考。

參考文獻

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[2]陳葛松，林集明，郭劍波等.500kV串補站過電壓保護研究[J].電網技術，2001，25（2）：22-25.

作者簡介：周曉琴（1964—），江蘇泰州人，高級工程師，從事高壓直流輸電系統研究與成套設計、電力系統數字仿真研究等方面工作。