相控切除并联电抗器技术的研究

摘要

超高压、大容量电网通过安装并联电抗器补偿高压输电线路中的容性功率，避免输电线路在空载或轻载状态运行时，末端出现电压升高现象。电网是一张动态平衡的网络，需要根据实际的运行情况投入或切除并联电抗器以得到最佳的补偿效果。传统方法在切除并联电抗器时易出现重燃等电磁暂态现象，威胁电力系统的安全运行。随着电力开关朝着智能化方向不断发展，相控技术成为消除此类电磁暂态现象、确保电力系统安全运行的有效方法。相控开关技术于二十世纪七十年代首次出现，经过科研人员几十年的不懈努力，目前该技术已经取得了长足的发展。相控技术的基本原则是根据不同被控元件的电气特性控制断路器在最佳电角度完成分、合闸操作，避免电路中记忆元件的能量标的参量发生突变，达到减小涌流和过电压的目的，降低开关操作过程中出现的电磁暂态对电力系统造成冲击。
　　本研究首先分析了相控切除并联电抗器技术的基本原理以及在切除过程中可能出现的电磁暂态现象，然后针对并联电抗器连接方式的不同，从理论上推导出相应连接方式下的最佳分闸策略。本文在电磁暂态仿真软件EMTP/ATP中建立仿真模型，对比采用随机切除并联电抗器与采用相控切除并联电抗器方式下出现的暂态过电压幅值，验证本文所提出的相控切除策略的合理性。在EMTP/ATP中采用FORTUNE语言建立MOD模块，探索了电力系统最高工作电压、断路器介质绝缘强度上升率和预燃弧时间等因素对相控切除并联电抗器是否发生重燃的影响，给出了上述三个参量具体数值的近似计算方法。在实验部分，采用FPGA芯片作为控制系统核心，在FPGA核心板的基础上配以外围电路底板完成相控系统的开发设计工作。FPGA芯片具有逻辑性强、实时度高的特点，可以满足相控系统的设计需求。考虑到现场调试的方便和针对不同受控对象的兼容性，本文中的相控系统软件建模与硬件电路板均采用模块化设计思想。进一步在实验室条件下完成了三相并联电抗器不同连接方式下触发信号的精度实验，驱动三相断路器动作的精度实验，单相电感线圈负载和三相电感线圈负载的相控切除实验。上述实验结果充分验证了本控制系统和有效性和稳定性。

目录

声明

1 绪论

1.1 概述

1.2 并联电抗器相控切除技术

1.3 国内外研究现状与发展趋势

1.4 论文主要研究内容

2 并联电抗器相控分闸策略与分闸策略的软件仿真

2.1并联电抗器简介

2.2截流过电压和重燃过电压

2.3 相控切除并联电抗器控制策略

2.4 ATP仿真模型的建立

2.5 本章小结

3 相控切除并联电抗器暂态过电压分析

3.1 灭弧室动静触头间恢复电压

3.2 重燃过电压分析

3.3 影响相控切除并联电抗器重燃的因素

3.4 本章小结

4 相控系统硬件电路实现与软件建模

4.1 控制板硬件电路

4.2 FPGA相控控制器软件设计

4.3 本章小结

5 实验平台的搭建与系统测试

5.1 构建实验平台

5.2 单相分闸时间

5.3 控制器空载触发实验

5.4 单相电抗器切除实验

5.4 三相断路器相控分闸实验

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢