超特高压可控并联电抗器关键技术综述

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1、第38卷第7期Vol.38No.72014年4月10日Apr.10,2014DOI:10.7500/AEPS20130710018超/特高压可控并联电抗器关键技术综述郑涛,赵彦杰(新能源电力系统国家重点实验室,华北电力大学,北京市102206)摘要:可控高压并联电抗器是超/特高压输电系统中重要的无功调节设备。相比于其他可控并联电抗器,超/特高压可控并联电抗器电压高、容量大,对响应速度、谐波含量以及可靠性等性能指标及相关技术有着更高的要求。文中综述了超/特高压可控并联电抗器在本体结构设计、电磁暂态仿真模型构建、本体保护配置及原理研究、控制系统设计等4个方面关键技术的国内外研究现状,

2、评述了各技术方案的优缺点,指出了各关键技术的重、难点,并对相关技术的发展趋势作出了展望。关键词:可控并联电抗器;本体结构设计;电磁暂态仿真模型构建;保护配置;控制系统设计0引言本文总结了超/特高压可控高抗关键技术的国内外研究现状,评述了各类技术方案的优缺点、适用随着中国风电装机容量的迅猛增长,建设超/特范围及在国内外的工程应用情况,指出了各技术的高压输电网络以实现跨大区电力传输,解决就地消重、难点,并对相关技术的发展趋势做出了展望。纳风电能力有限的问题成为当务之急。超/特高压交流输电线路剧烈的潮流变化、巨大的容性无功功1可控高抗的本体结构设计率对系统的抑制过电压和无功调节能力要求

3、甚可控高抗的本体结构设计包括本体结构形式及[1]高。风电、光伏发电等新能源发电的大规模集中工作原理、铁芯结构及绕组联结方式、本体参数优化接入,使得输电通道上潮流变化及无功电压波动更设计等方面。可控高抗根据其结构形式及原理不[2-3]加频繁,进一步加剧了无功电压控制的难度。[5,7]同,可分为晶闸管控制电抗器(TCR)、磁控式并可控高压并联电抗器作为一种新型柔性交流输[1-2,7-12][1,5,7-8,13-17]联电抗器(MCSR)、变压器式和超电系统(FACTS)装置,通过动态补偿输电线路过剩[18]导型等。TCR应用于高压大容量场合,造价高的容性无功功率,可以有效地抑制超/

4、特高压输电线昂,目前应用范围限于35kV及10kV配电网。而路的容升效应、操作过电压、潜供电流等现象,降低超导型可控高压电抗器目前存在超导材料难以满足线路损耗,提高电压稳定水平及线路传输功率,在[18]性能要求的技术瓶颈。工程应用于超/特高压系[4-6]超/特高压电网中应用前景广阔。统的可控高抗主要有磁控式和变压器式两大类,磁超/特高压电网对可控并联电抗器在技术和性控式可控高抗可分为直流助磁式和磁阀式,变压器能上提出了更高的要求。超/特高压可控高压并联式可控高抗可分为分级式和晶闸管控制变压器式。电抗器(简称可控高抗)关键技术主要包括本体结构1.1直流助磁式可控高抗设计、电磁暂态仿

5、真模型构建、本体保护配置及原理直流助磁式可控高抗在文献[4,9]中又称作裂研究、控制系统设计。本体结构设计关系到可控高芯式可控高抗。图1为其单相铁芯结构及绕组接线抗的容量调节范围、谐波含量、控制响应时间、过负示意图,网侧绕组(对应编号1)和控制绕组(对应编荷能力、制造成本等重要技术性能和经济指标;电磁号2)均采用两分支绕组结构,分别套在分裂铁芯柱暂态仿真模型是可控高抗电磁暂态研究及保护配置p,q上。网侧绕组直接与电网相连,控制绕组反极整定的基础;本体保护配置是可控高抗安全可靠运性串联于直流电源。控制绕组中的直流电流Ik在行的保障;控制系统设计决定了可控高抗工程应用p,q两个芯柱中

6、产生等幅反向的直流偏置磁通,该后性能的优劣。解决好上述4个方面的技术问题是直流偏置磁通对网侧电压在p,q芯柱中引起的交超/特高压可控高抗安全、稳定、高效运行的关键。流磁通分别形成正向和反向偏置,使得两芯柱在交流磁通的正、负半周内轮流饱和。通过改变Ik的大收稿日期:2013-07-10;修回日期:2014-01-07。小,可以改变主铁芯的饱和程度,变相改变铁芯磁导国家高技术研究发展计划(863计划)资助项目率进而控制电抗器的电抗值大小和工作容量。(2012AA050208)。—127—2014,38(7)两串三并接线方式下的分析过程与之前单相可*4控高抗相同,每相控制绕组中除了流过

7、直流电流外,e=EmsinωtNN1还将流过偶次谐波电流,以2次谐波电流为主。pqI2次谐波电流经三相控制绕组支路构成回路,仅在kNkNk2Rk三相控制绕组间流通。Ek直流助磁式可控高抗容量大范围平滑连续可(a)54调,能在很短时间内从空载调节到额定功率,其稳态*4控制特性优良、谐波含量小,且结构简单,造价低廉,e=EmsinωtNN1维护方便,在超/特高压电网建设中应用前景广阔。pq国外直流助磁式可控高抗主要在俄罗斯、白俄罗斯IkNkNk2等前苏联国家有应用,多用作母