【摘要】本文重點論述應(yīng)用電磁暫態(tài)仿真軟件EMTDC進行串聯(lián)補償系統(tǒng)仿真，包括串聯(lián)補償系統(tǒng)主回路的建立、暫態(tài)特性的建模、典型故障工況的選擇等研究過程，通過串聯(lián)補償系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真分析和研究，確定串聯(lián)補償系統(tǒng)各主要組成設(shè)備的性能參數(shù)。

【關(guān)鍵詞】EMTDC；暫態(tài)仿真；可控串補

1.引言

本文應(yīng)用電磁暫態(tài)仿真EMTDC軟件，通過對串補/可控串補系統(tǒng)進行分析、建立串補/可控串補系統(tǒng)計算模型，進行暫態(tài)性能仿真研究，確定串補工程系統(tǒng)設(shè)備電氣性能參數(shù)。

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

2.基本工作原理

交流輸電系統(tǒng)的串聯(lián)電容補償技術(shù)是在較長的輸電線路上加裝串聯(lián)補償，其容抗抵消掉部分感抗，相當(dāng)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(tǒng)穩(wěn)定性，擴大線路輸送容量。

按照補償阻抗的可控性，串聯(lián)電容補償可分為固定串補和可控串補?？煽卮a可通過控制晶閘管元件觸發(fā)角，連續(xù)改變串聯(lián)補償裝置電抗以達到控制調(diào)節(jié)電力系統(tǒng)功率、改善系統(tǒng)穩(wěn)定性的目的。

3.串補工程系統(tǒng)組成

如圖1所示，本研究的目標(biāo)工程中所給串補系統(tǒng)由固定串補和可控串補構(gòu)成。固定串補主要設(shè)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(shè)備構(gòu)成。

4.電磁暫態(tài)仿真

4.1 仿真系統(tǒng)條件建立

4.1.1 等值交流系統(tǒng)

由于EMTDC軟件規(guī)模有限，首先需要應(yīng)用相關(guān)的等值功能程序（如BPA、綜合程序、PSSE等機電暫態(tài)軟件）對復(fù)雜系統(tǒng)進行等值，得到的等值網(wǎng)絡(luò)潮流及保留母線處的短路容量應(yīng)與原網(wǎng)絡(luò)一致。

本文中研究所用500kV串補系統(tǒng)的等值回路如圖2所示。

4.1.2 串補系統(tǒng)主參數(shù)

本串補系統(tǒng)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(tài)響應(yīng)特性參數(shù)

仿真中考慮的暫態(tài)特性響應(yīng)參數(shù)包括了火花間隙動作時間、旁路開關(guān)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(guān)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(shù)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(tǒng)模型建立

4.2.1 串補主回路仿真模型

串補系統(tǒng)主電路仿真模型主要按照實際的電氣主回路構(gòu)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(guān)考慮，并根據(jù)工程實際設(shè)置了放電回路中的阻尼環(huán)節(jié)，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(qū)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(huán)節(jié)，同時也可考察與可控閥相關(guān)的保護。

4.2.2 可控串補暫態(tài)仿真模型

暫態(tài)故障下的觸發(fā)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(fā)角限制值。圖4中包含將阻抗限制轉(zhuǎn)化為觸發(fā)角限制的環(huán)節(jié)。

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(guān)啟動判據(jù)實現(xiàn)。

對于可控串補的MOV保護模型，以區(qū)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(jù)實現(xiàn)。

4.3 故障位置及故障工況

根據(jù)故障發(fā)生的位置不同，可以將故障劃分為區(qū)內(nèi)故障和區(qū)外故障，即發(fā)生在該串補線路兩側(cè)斷路器間的故障及之外的故障。

在暫態(tài)仿真計算中，選擇多個故障點，在系統(tǒng)達到穩(wěn)態(tài)后，對每個故障點應(yīng)取多個不同的故障發(fā)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(jié)果

通過選取區(qū)內(nèi)、區(qū)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(shè)備故障下的暫態(tài)應(yīng)力等。

4.5 仿真研究應(yīng)用

根據(jù)上述仿真研究結(jié)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(shè)備暫態(tài)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(guān)技術(shù)性能參數(shù)。

5.結(jié)語

本文主要對應(yīng)用電磁暫態(tài)仿真分析軟件EMTDC建立串補系統(tǒng)詳細的模型，進行串補工程系統(tǒng)的電磁暫態(tài)特性仿真研究的主要過程論述，通過電磁暫態(tài)仿真研究得到的結(jié)果可為串補系統(tǒng)主設(shè)備關(guān)鍵參數(shù)的確定提供依據(jù)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(wǎng)技術(shù)，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(tǒng)研究與成套設(shè)計、電力系統(tǒng)數(shù)字仿真研究等方面工作。