基于MATLAB的高压输电线路串联电容补偿装置仿真分析 |
| 2013-03-10 13:22 作者：孙浩 梁文翰 李艳 来源：硅谷网-《硅谷》杂志 HV： 编辑： 【搜索试试】
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硅谷网文 据《硅谷》杂志2012年第23期刊文称，主要利用Matlab软件，在Simulink仿真平台上搭建含有串联电容补偿装置的高压输电网络仿真模型，并对线路发生单相接地短路故障进行仿真，对短路后暂态过程及频率进行分析。仿真结果表明Matlab为研究含串联电容补偿装置的电网产生次同步谐振问题提供强有力的工具。
关键词：串联电容补偿；高压输电线路；SIMULINK
0引言
串联电容补偿就是在线路上串联电容器以补偿线路的电抗。采用串联补偿是提高交流输电线路输送能力和增强电力系统稳定性的一种十分经济的方法。但超高压输电线路加串联补偿后会引发次同步谐振问题。
本文主要利用MATLAB/SIMULINK对含有串联电容器的高压输电网络建模，对线路发生单相接地短路故障进行仿真，研究其暂态过程并对频率进行分析。
1串联电容补偿原理
图1串联补偿装置结构图
常规串联电容补偿装置由电容器组、电容器组过电压保护、阻尼回路、串补旁路开关、隔离开关以及监测、保护系统组成【1】。
根据补偿容量要求，电容器组由若干单个电容器串、并联组成。由金属氧化物（通常为氧化锌）避雷器MOV及其放电间隙保护构成电容器组的过电压保护。正常情况下，MOV呈现高阻特性，流过电流基本为零；在发生事故后，当电容器两端的电压达到MOV保护水平时，MOV的电阻迅速降低，从而流过MOV的电流迅速增大，限制加在串联电容器上的电压，并在故障电流终止时，瞬时将电容器再投入。放电间隙的作用是保护MOV。当电容器需要退出运行，串补旁路开关将闭合。阻尼回路包括电抗器和并联电阻，当间隙和旁路开关动作时，抑制间隙放电可能引发的振荡，限制电容器的放电电流。
2串联电容补偿系统仿真与分析
2.1串联电容补偿系统
本文以图2所示串联电容补偿网络【2】为例，研究在线路L1发生单相接地短路故障的暂态过程。
图2串联电容补偿网络
2.2仿真模型建立
仿真模型如图3所示。
图3仿真模型
模块参数设置：系统频率为60Hz，电机输出有功功率为15MW，初始电压为13.8kV，串联补偿装置补偿度为40%，通过三相故障模块Transitiontimes设置故障时间段，故障起始时间设为1/60s，切除时间设为6/60s，断路器CB1、CB2在5/60s三相断开切除故障线路。其他模块参数按图2所示系统设置。
仿真参数设置：Powergui选择连续系统仿真，仿真终止时间为0.2s；算法为变步长ode23tb。
2.3仿真结果分析
1）暂态分析
（a）A相短路电流波形（b）Gap电压
（c）MOV电流（d）MOV能量
图4A相短路电流及串联补偿装置上的相关波形
仿真开始时，系统处于稳定状态。t=1/60s时，A相发生接地故障，最大故障电流为10kA，MOV每半个周期导通一次，因此MOV中的能量成阶梯上升。当t=5/60s时，线路上的断路器CB1、CB2断开，MOV中的能量不再变化，维持13MJ，其未超过阈值30MJ，放电间隙不动作，Gap电压缓慢减小，断路器断开后，故障电流在第一个过零点时降为0。
2）频率分析
修改仿真模型，三相电源模块代替简化同步电机模块。在SimpowerSystems库中选取阻抗测量模块连接在B2母线a相和b相上，模块增益参数设置为0.5，即得一相阻抗。在Powergui中得到阻抗的依频特性如图5所示。
从图5中可以看出，系统有三种震荡模式，分别在9Hz、175Hz和370Hz处。9Hz为串联电容和并联电感的并联谐振频率，175Hz和370Hz是分布参数线路导致的谐振频率。清除故障时，这三种震荡模式均可能被激发。可见超高压输电线路加串联补偿后可能会引发次同步谐振问题。
图5阻抗依频特性
3结论
本文主要在Matlab/Simulink仿真平台上搭建含有串联电容补偿装置的高压输电网络仿真模型进行单相接地短路故障仿真。仿真结果表明Matlab为研究含串联电容补偿装置的电网产生次同步谐振问题提供了强有力的工具。
参考文献：
[1]吴涛、徐玲铃，可控串联电容补偿技术仿真研究[J].华北电力技术，2007（1）：1-6.
[2]王晶、翁国庆、张有兵，电力系统的MATLAB/SIMULINK仿真与应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，2008.
作者简介：
孙浩（1979-），女，满族，吉林伊通人，吉林化工学院信息与控制工程学院电气工程系讲师，主要从事电能质量，电力系统安全性和稳定性分析的研究工作。
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