[發明專利]一種新型三柱式鐵心結構的特高壓并聯電抗器建模方法

有效

• 申請號: 201310432264.X
• 申請日: 2013-09-22
• 公開（公告）號: CN103440394A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發明（設計）人: 鄭濤;趙彥杰
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京麟保德和知識產權代理事務所(普通合伙) 11428
• 代理人: 韓建功

技術領域

本發明涉及一種新型三柱式鐵心結構的特高壓并聯電抗器的建模方法，屬于數字仿真建模方法技術領域。

背景技術

隨著我國電網特高壓骨干網架的建設，超/特高壓線路巨大的容性充電功率、劇烈的潮流變化對電網的無功電壓控制帶來很大的困難。且伴隨風電、光伏發電等新能源發電的大規模集中接入，超/特高壓輸電通道上潮流變化及無功電壓波動越發頻繁，加劇了無功電壓控制的難度。并聯電抗器作為一種新型FACTS裝置，通過動態補償輸電線路過剩的容性無功功率，可以有效地抑制高壓輸電線路的容升效應、操作過電壓、潛供電流等現象，降低線路損耗，提高電壓穩定水平及線路傳輸功率，在超/特高壓電網中應用前景廣泛。

由于特高壓并聯電抗器電路與磁路結構的特殊性、工作原理與諧波含量的復雜性，在數字仿真仿真軟件中建模難度很大。如何根據特高壓并聯電抗器的本體結構、工作原理、控制特性建立準確可靠的數字仿真模型是研究的關鍵，且目前國內外主要的幾種電力系統電磁暫態仿真軟件（如：ATP/EMTP、PSCAD/EMTDC、MATLAB/SIMULINK）及作為重要的電力系統動態行為模擬測試平臺的電力系統實時數字仿真系統（RTDS）中尚未集成其模型，給仿真分析帶來了困難。

文獻《超高壓磁控式并聯電抗器仿真建模方法》（鄧占鋒等.超高壓磁控式并聯電抗器仿真建模方法[J].中國電機工程學報.2008，28（36）：108～113）給出了圖（1）所示四柱式鐵心結構的超高壓并聯電抗器的建模方法（圖中繞組編號1表示網側繞組，繞組編號2表示控制繞組）。

圖2是一種新型三柱式鐵心結構的特高壓并聯電抗器一次接線和繞組分布示意圖。圖2（ａ）給出了一種新型三柱式鐵心結構的特高壓并聯電抗器（下文簡稱新結構的特高壓并聯電抗器）的三相一次接線（圖中繞組編號1表示網側繞組，繞組編號2表示控制繞組，繞組編號3表示補償繞組），網側繞組(1)三相接成Y形，中心點直接接地；三相控制繞組(2)并聯于整流輸出兩端；補償繞組(3)接為角形。新結構的特高壓并聯電抗器本體為三相電抗器組，每相電抗器是三柱式鐵心結構，網側繞組(1)每相采用分支繞組結構，串聯順接在兩個鐵心上軛上；補償繞組(3)繞法與網側繞組(1)相同，置于兩鐵心下軛，控制繞組(2)則繞在鐵心中柱上。圖2（ｂ）即為該新結構的特高壓并聯電抗器單相電抗器繞組分布圖（圖中繞組編號的對應關系同圖2（ａ），其結構和繞組分布與圖（1）所示的超高壓并聯電抗器結構有很大不同：每相電抗器采用三柱鐵心結構而不是四柱鐵心結構。網側繞組布置在鐵心上軛而非鐵心中柱上，兩根網側繞組（1）采取串聯順接而非并聯的形式。控制繞組不再采用分支繞組結構，且三相控制繞組并聯于整流輸出兩端而非串聯，且增加了補償繞組(3)采用分支繞組結構分別繞在兩個鐵心下軛上串聯順接，三相補償繞組接成三角形連接。文獻《超高壓磁控式并聯電抗器仿真建模方法》給出的模型對于這新結構的特高壓并聯電抗器并不適用，需尋求新的建模方法和手段。

發明內容

本發明針對上述新結構的特高壓并聯電抗器，提出了一種新的建模方法。所述新結構的特高壓并聯電抗器一次接線形式為：網側繞組(1)三相接成Y形，中心點直接接地；補償繞組(3)接為角形；控制繞組(2)三相并聯于整流輸出兩端，所述新結構的特高壓并聯電抗器本體為三相電抗器組，每相電抗器的單相繞組的鐵心包括鐵心中柱（A），左旁柱及左上下軛（B）、右旁柱及右上下軛（C）。網側繞組(1)每相采用分支繞組結構，串聯順接于兩個鐵心上軛上；補償繞組(3)繞法與網側繞組(1)相同，置于兩個鐵心下軛上，控制繞組(2)則繞在鐵心中柱上。

一種新型三柱式鐵心結構的特高壓并聯電抗器建模方法，所述建模方法包括如下步驟：

步驟1：定義物理量及其正方向，記各繞組支路電流為i，電壓為u，感應電動勢為e，漏電感為L，電阻為r，繞組匝數為N，磁場強度為H，磁通為Φ，磁路長度為l。電流i、電壓u、感應電動勢e、漏電感L、電阻r、繞組匝數N的下標編號1對應網側繞組，編號2對應控制繞組，編號3對應補償繞組；當帶有雙下標時，第一下標B表示左旁柱及左上下軛，C表示右旁柱及右上下軛，第二下標表示繞組編號。磁場強度H_k、磁通Φ_k、磁路長度l_k（k＝1,2,3）的下標k表示磁路編號，第1磁路對應鐵心中柱(A)部分的磁路，第2磁路對應左旁柱及左上下軛(B)部分的磁路，第3磁路對應右旁柱及右上下軛(C)部分的磁路。

步驟2：列出各個繞組的電壓方程：