[發(fā)明專利]磁控式并聯(lián)電抗器非線性磁路的等值磁通差暫態(tài)建模方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910243082.1
• 申請(qǐng)日: 2009-12-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101719184A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-06-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭偉杰;周孝信
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)電力科學(xué)研究院
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 北京安博達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國(guó)文

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于數(shù)字仿真建模方法領(lǐng)域，特別涉及一種磁控式并聯(lián)電抗器非線性磁路的等值 磁通差暫態(tài)建模方法，可應(yīng)用于飽和磁路元件的建模方法，特別是磁控式并聯(lián)電抗器的數(shù)字 建模仿真。

背景技術(shù)

隨著三峽水利樞紐電站，酒泉千萬(wàn)千瓦級(jí)風(fēng)電基地、青海/甘肅大規(guī)模光伏電站的相繼啟 動(dòng)建設(shè)，為解決煤炭、水利等一次能源與負(fù)荷中心分布極不平衡的問(wèn)題，我國(guó)交流電力系統(tǒng) 骨干網(wǎng)架宜采用超/特高壓緊湊型線路實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、大容量的輸電，充分發(fā)揮電網(wǎng)大范圍優(yōu) 化能源資源配置的重要作用；促進(jìn)一次能源的高效集約開(kāi)發(fā)和利用；有利于促進(jìn)電網(wǎng)、電源 協(xié)調(diào)發(fā)展；統(tǒng)籌利用環(huán)境容量，緩解能源和環(huán)境對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的制約。

超/特高壓交流輸電線路的容性充電功率巨大、潮流變化劇烈以及有限的絕緣裕度給系 統(tǒng)的無(wú)功調(diào)節(jié)、過(guò)電壓抑制造成了巨大的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償裝置如：普通高壓并聯(lián)電抗 器、可投切低壓并聯(lián)電容器和電抗器組、發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行和靜止無(wú)功補(bǔ)償器(static?var? compensator，SVC)等大都無(wú)法同時(shí)滿足無(wú)功調(diào)節(jié)和過(guò)電壓抑制的需要。

可控并聯(lián)電抗器能夠簡(jiǎn)化超/特高壓電網(wǎng)中的系統(tǒng)無(wú)功電壓控制、抑制工頻過(guò)電壓和操 作過(guò)電壓、消除發(fā)電機(jī)自勵(lì)磁、動(dòng)態(tài)補(bǔ)償線路充電功率、抑制潛供電流、阻尼系統(tǒng)諧振等， 能滿足系統(tǒng)多方面需求，因而具有非常廣闊的應(yīng)用前景。

2007年9月首套500kV高壓磁控式并聯(lián)電抗器在湖北江陵(荊州)換流站投運(yùn)成功，在 系統(tǒng)運(yùn)行中發(fā)揮了重要作用，為我國(guó)特高壓可控電抗器的研制、運(yùn)行與維護(hù)積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

高壓磁控式并聯(lián)電抗器具有容量可大范圍連續(xù)調(diào)節(jié)(從空載到滿載的調(diào)節(jié)率均可達(dá)到90 ％以上)、高次諧波和有功損耗較小、可靠性高、應(yīng)用較少的電力電子器件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、綜 合成本低的顯著特點(diǎn)，技術(shù)比較成熟，國(guó)內(nèi)目前研究和工程應(yīng)用的主要類型。

關(guān)于高壓磁控式并聯(lián)電抗器的數(shù)學(xué)建模方面的理論研究，目前已有的技術(shù)中只有“一種 磁控式并聯(lián)電抗器數(shù)字仿真建模方法”(申請(qǐng)?zhí)枺?00810056973)涉及到磁控式并聯(lián)電抗器 的仿真建模方法，其主要原理是用現(xiàn)有的飽和變壓器和電抗器拼接來(lái)模擬磁控式并聯(lián)電抗器 的特性，對(duì)高壓磁控式并聯(lián)電抗器的進(jìn)一步研究有重要的參考價(jià)值，但并未建立反應(yīng)磁控式 并聯(lián)電抗器的核心機(jī)理的準(zhǔn)確數(shù)學(xué)模型，而且其采用了補(bǔ)償法和分段線性化方法，補(bǔ)償法不 僅需要反復(fù)迭代，對(duì)實(shí)時(shí)/超實(shí)時(shí)電磁暫態(tài)仿真造成障礙，而且規(guī)格化的Φ-I磁化曲線與實(shí)際 勵(lì)磁特性的差別，造成模型的計(jì)算誤差很大；分段線性化方法雖然計(jì)算簡(jiǎn)單，但是不同分段 之間不可避免的引起數(shù)值震蕩，而且超/特高壓磁控式并聯(lián)電抗器不是一般的非線性元件在小 范圍內(nèi)微調(diào)，而是大范圍的連續(xù)光滑調(diào)節(jié)，高壓磁控式并聯(lián)電抗器作為智能電網(wǎng)高壓柔性輸 電的組成部分，若采用分段線性化方法既不能滿足其大范圍調(diào)節(jié)的計(jì)算精度，也不能反應(yīng)其 連續(xù)光滑調(diào)節(jié)的智能柔性特征，抹掉了本體元件的諸多優(yōu)點(diǎn)和特征，損害了數(shù)學(xué)模型的精確 性。而且使用分段線性化的方法不但無(wú)法描述了磁控式并聯(lián)電抗器的連續(xù)光滑調(diào)節(jié)特性，而 且仿真精度誤差很大，無(wú)法滿足電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真的需要。

由于超/特高壓磁控式并聯(lián)電抗器調(diào)節(jié)范圍大，調(diào)節(jié)頻繁，按以往的電磁暫態(tài)建模方法， 必然頻繁的修改導(dǎo)納矩陣，這將占用大量的內(nèi)存和時(shí)間，對(duì)實(shí)時(shí)/超實(shí)時(shí)仿真計(jì)算造成巨大的 困難和挑戰(zhàn)。以往的研究對(duì)于暫態(tài)調(diào)節(jié)這種比較棘手的問(wèn)題，尚未有文獻(xiàn)研究見(jiàn)著報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種既能精確描述高壓磁控式并聯(lián)電抗器的非線性 磁路飽和特性、充分考慮每相各繞組之間的磁耦合，又能反應(yīng)高壓磁控式并聯(lián)電抗器的大范 圍連續(xù)頻繁的暫態(tài)調(diào)節(jié)特性、滿足實(shí)時(shí)和超實(shí)時(shí)仿真計(jì)算速度和精度要求的電磁暫態(tài)建模方 法。為超/特高壓高壓磁控式并聯(lián)電抗器的系統(tǒng)分析提供了必要和有效的仿真手段。

本發(fā)明提出了一種磁控式并聯(lián)電抗器非線性磁路的等值磁通差暫態(tài)建模方法，其特征在 于該方法以反雙曲函數(shù)描述非線性磁路特性，并利用磁通替代算法，把非線性磁路和微分電 路方程組解耦，對(duì)耦合磁路方程進(jìn)行解耦，從而建立等值磁通差電磁暫態(tài)模型。

本發(fā)明的建模方法包括以下步驟：