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《山东大学》 2016年
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特高压混合无功补偿输电系统开关动作特性研究

韩明明  
【摘要】:特高压同步电网建成后,可以实现区域电网的互联和更大范围内的资源优化配置,输送功率将显著增长,无功功率也将变化频繁,特高压输电系统的安全稳定运行面临新的挑战。主要表现在于:1)由于系统阻抗特性及稳定极限的限制,使得部分通道输电能力提升受到影响,无法满足输送功率显著增长的需求;2)各大区间交换功率的增加、系统潮流变化加剧,致使电网电压和无功功率变化频度和幅度加大。采用串补、可控高抗的混合无功补偿(hybrid reactive power compensation, HRPC)能在提高线路输送容量的同时通过动态调节可控高抗补偿度改变其输出容量,克服传统简单无功补偿模式(仅使用固定高抗)存在的缺点,但HRPC的应用将使特高压输电系统进一步复杂化,需要对输电系统的电磁暂态问题开展深入研究。本文针对特高压混合无功补偿输电系统开关动作特性进行分析,主要研究内容包括:以电场强度和磁感应强度为基本物理变量,依据麦克斯韦方程组的普适形式,从场源中分离出传导电流、磁化电流、极化电流等客观存在的束缚源,建立考虑面电荷的构件单元全电流部分元等效电路模型;采用几何均距、复杂构件分割方式对由多重积分构成的电感参数进行快速精确计算,给出了分级可控高抗绕组的等效结构及电路方程,得到了不同频率的特快速暂态过电压作用下的分级可控高抗绕组电压分布。结果表明,特快速暂态过电压的频率跟分级可控高抗的自振频率相近时,会在分级可控高抗绕组内部线匝上产生高幅值的衰减电压。当HRPC安装在特高压变电站站内时,隔离开关在不同位置上闭合产生的特快速暂态过程会受到HRPC的影响。在HRPC等效模型、传输线理论及变电站简化模型的基础上,推导出了特快速暂态过电压及电流的表达式;分析了站内不同位置隔离开关闭合时,母线长度、分级可控高抗入口电容、架空线路长度对站内各处特快速暂态过电压及电流幅频特性的影响;仿真分析了隔离开关闭合顺序、并联电容器安装位置、合闸电阻、铁氧体对分级可控高抗端口特快速暂态过电压的影响;得到了气体绝缘开关设备的暂态外壳电压随HRPC的变化规律。结果表明,输电系统安装HRPC后,气体绝缘开关设备内部绝缘设计的难度增加,合闸电阻、铁氧体对分级可控高抗端口的快速暂态过电压能起到较好的抑制效果,暂态外壳电压主频对应幅值有较大幅度上升。在建立特高压混合无功补偿输电系统简化模型基础上,分析了安装HRPC前后特高压空载线路合闸过电压的幅频特性,计算了不同分级可控高抗补偿度下的空载线路合闸过电压;得到了发生接地故障,串补的电容器组未被短接的工况下,线路长度、故障距离、HRPC的补偿度与断路器两端暂态恢复电压的关系;完成了串补电容器组的短接时间、HRPC的补偿度对断路器开断特性的影响分析。结果表明,安装HRPC有利于降低空载线路合闸过电压水平;发生接地故障,串补电容器组未被短接时,可能造成断路器开断失败;串补电容器组被短接时的电源工频电压幅值越大,断路器越难以开断,增大HRPC的补偿度有利于断路器开断。在改进的Mayer电弧的基础上建立了潜供电弧动态弧阻模型,研究了特高压输电线路安装HRPC后,单相瞬时接地故障发生时,潜供电弧及弧道恢复电压的变化规律。基于暂态等效和拉普拉斯变换方法,得到了潜供电流的低频分量与衰减系数。通过仿真得到串补补偿度、分级可控高抗补偿度、中性点小电抗、弧道电阻及故障发生位置对潜供电流各频率分量及燃弧时间的影响。在现有抑制措施的基础上,进一步明确了串补旁路断路器与单相自动重合闸时序配合策略。以单一变量变化得到的潜供电弧双特性数据为依托,采用快速非支配排序遗传算法优化参数的回归型支持向量机完成多变量作用下的潜供电弧预测。结果表明,分级可控高抗补偿度为80%,中性点小电抗约为700mH,弧道电阻大、瞬态接地故障发生于线路中间位置时,潜供电弧燃烧时间最短,有利于潜供电弧的熄灭。本文的研究成果进一步丰富了特高压输电系统开关动作特性的基础理论和分析方法,对HRPC的科学研究和在特高压电网中的工程应用具有重要意义。
【学位授予单位】:山东大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TM723;TM564

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