（电气工程专业论文）变配电所异常过电压分析与治理.pdf

学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 虢薜辐皎 聊警纠蚬葚 签字日期：知f o 年d 月口日签字日期：2 咖年月2 二日 中图分类号：t m 7 4 3 u d c ： 学校代码：1 0 0 0 4 6 2 1 3 密级：公开 北京交通大学 硕士学位论文 变配电所异常过电压分析与治理 t h ea n a l y s i sa n dc o n t r o lo ft r a n s f o r m e r & d i s t r i b u t i o ns t a t i o n 、s a b n o r m a lo v e r - v o l t a g e 作者姓名：薛福成 导师姓名：刘明光 学号：0 8 1 2 2 0 1 4 职称：教授 学位类别：工学硕士学位级别：硕士 学科专业：电气工程研究方向：电力系统及其自动化 北京交通大学 2 0 1 0 年6 月 致谢 本论文的工作是在我的导师刘明光教授的悉心指导下完成的，刘明光教授严 谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢两年来 刘明光老师对我的关心和指导。 刘明光教授悉心指导我们完成了实验室的科研工作，在学习上和生活上都给 予了我很大的关心和帮助，在此向刘明光老师表示衷心的谢意。 在实验室工作及撰写论文期间，杨罡、庄秋月、陈意龙、唐维平等同学对我 论文中的研究工作给予了热情帮助，在此向他们表达我的感激之情。 另外也感谢我的父母、姐姐和女友，他们的理解和支持使我能够在学校专心 完成我的学业。 中文摘要 中文摘要 摘要：某西北中心电力所是电气化线路改造扩容的3 5 k v 变配电所，该所2 0 0 6 年7 月2 7 日投运，2 0 0 6 年8 月8 日就发生1 # 主变3 5 k v 电缆头击穿现象，从此 频繁发生电缆头击穿、柜体内放电异常现象，已经达几十次，直接影响到供电安 全运行。 本文以该所为工程背景对过电压产生原因进行了研究，通过对该变配电所的 现有设备和运行方式的调研和分析，并结合理论初步分析出该过电压为与变配电 所电源母线相连的中频炉反馈到电网的高次谐波引起的谐振过电压。 为分析出具体过电压类型和产生机理，本文采用p s c a d e m t d c 仿真软件搭 建了变配电所仿真模型，并通过在电源入口处注入谐波的方式仿真出了该变配电 所过电压产生过程，紧接着本文结合仿真数据和相关理论，分析出该变配电所过 电压类型为线性谐振过电压。为治理线性谐振过电压的产生，本文结合理论分析 和实际情况，采用了在电源进线入口处并联电容器使系统参数处于谐振范围外的 方式治理过电压产生，然后通过仿真比较的方式确定了并联电容器合适大小值， 仿真结果显示采用此种方法治理过电压效果明显。 为验证本文分析的正确性，参与研制了一套过电压监控及治理设备，该设备 与谐振治理电容器同步挂网运行，它可以有效监控系统电压变化并及时切断超标 过电压。最后通过本设备的挂网运行有效验证了本文分析的正确性，为彻底解决 该变配电所过电压提供了现实依据。 关键词：过电压；线性谐振；变配电所；谐波。 分类号：t m 7 4 3 a n da b n o r m a ld i s c h a r g ei nc a b i n e tw e r e s a f eo p e r a t i o no f p o w e r s u p p l y f r e q u e n t l yt a k e np l a c e ，t h i sd i r e c t l ya f f e c t st h e a g a i n s t t h a t b a c k g r o u n d ，t h ep a p e rs t u d i e do v e r - v o l t a g e c a u s e s ，b ym e a n s o fr e s e a r c h i n ga n d a n a l y z i n gt h ee x i s t i n ge q u i p m e n ta n do p e r a t i n gm e t h o d sa n d t h e o r e t i c a l a n a l y s i s ，t h ep a p e rp r e l i m i n a r yc o n c l u d e dt h a tt h e o v e r - v o l t a g ew a s r e s o n a n c eo v e r - v o l t a g ew h i c hi sc a u s e db ys u b m e r g e da r cf u m a c e sh a r m o n i cw a v e w h i c h i sf e e db a c k e dt ob u s t oa n a l y z et h es p e c i f i ct y p ea n dt h em e c h a n i s mo fo v e r - v o l t a g e ，t h i sp a p e rb u i l tt h e s u b s t a t i o nm o d e lw i t hp s c a d e m t d cs i m u l a t i o ns o f t w a r e a i l de l i l u l a t e d0 u tt h e g e n e r a t i n gp r o c e s so fs u b s t a t i o no v e r - v o l t a g eb yi n j e c t i n gh a r m o n i cw a v eo nt h ep o w e r i n l e t i nq u i c ks u c c e s s i o n ，b ys i m u l a t i o nr e s u l t sd a t aa n dt h e o r y , t h ep a p e rc a m et ot h e d e c i s i o nt h a tt h es u b s t a t i o n so v e r - v o l t a g et y p ew a sl i n e a rr e s o n a n c e f o rt h ei n h i b i t i o n o fl i n e a rr e s o n a n c eo v e r - v o l t a g e ，c o m b i n i n gt h e o r yt h i sp a p e ra n a l y z e da n dc o m p a r e d t h em e a n s ，f i n a l l yt h ep a p e ru s e dt h ew a yo f p a r a l l e l i n gc a p a c i t o ro nt h ep o w e ri n l e tt o c h a n g et h es y s t e mp a r a m e t e r s a n dt h e nt h ep a p e rs e l e c t st h ea p p r o p r i a t es i z eo ft h e m o d eo fp a r a l l e lc a p a c i t o r sb ys i m u l a t i o nc o m p a r a t i o n ，t h er e s u l t ss h o w t h a tt h em e t h o d i se f f e c t i v e t ov e r i f yt h ec o r r e c t n e s so ft h i sa n a l y s i s ，w ed e v d o p e da s e to fv o l t a g ec o n t r o la n d s u p p r e s s i o ne q u i p m e n t ，t h ee q u i p m e n ta n dh a r m o n i cs u p p r e s s i o nc a p a c i t o r sw a sl i n k e d t on e t w o r ko p e r a t i o na tt h es a m et i m e ，t h ee q u i p m e n tc a ne f f e c t i v e l ym o n i t o rs y s t e m v o l t a g e ，a n dc u to f fe x c e s s i v eo v e r - v o l t a g ei nt i m e b yr u n n i n go ft h i sd e v i c e ，i tv e r i 6 e d t h ec o r r e c t n e s so ft h i sa r t i c l e ，a n dp r o v i d e da r e a l i s t i cb a s i sf o rs o l v i n gt h eo v e r - v o l t a g e o ft h es u b s t a t i o n k e y w o r d s ：o v e r - v o l t a g e ；l i n e a rr e s o n a n c e ；t r a n s f o r m e r & d i s t r i b u t i o n s t a t i o n ；h a r m o n i c s c l a s s n 0 ：t m 7 4 3 v n 目录 目录 中文摘要v a b s t r a c t 一v i i 1 弓l 言1 1 1研究背景1 1 2国内外研究现状3 1 3论文所做工作4 2变配电所过电压类型判断5 2 1电力系统过电压类型分析。5 2 1 1 大气过电压6 2 1 23 内部过电压6 2 2过电压类型判断j 1 2 2 3本章小结1 3 3仿真模型的建立1 5 3 1 p s c a d e m t d c 简介15 3 2架空线及电缆16 3 3 变压器1 9 3 4电压互感器2 1 3 5电源模型2 6 3 6谐波电流源模型2 7 3 7快速傅里叶变换f f t 模块2 8 3 8整体变配电所仿真模型2 9 3 9本章小结3 1 4 谐振过电压仿真分析3 3 4 1谐振过电压的产生3 3 4 1 1 系统单相注入谐波电流3 3 4 1 2 系统两相注入谐波电流3 9 4 1 3 系统三相注入谐波电流4 5 4 1 4 系统电源高次谐波含有量分析4 7 4 2谐振原因分析4 9 4 2 1 谐振过电压类型判断4 9 北京交通大学硕士学位论 4 2 2 线性谐振过电压机理分析4 9 4 3本章小结5 2 5过电压治理5 3 5 1 常用消谐措施5 3 5 2本文拟采用的过电压治理措施。5 3 5 3过电压监控及治理设备的研制5 7 5 4本章小结6 3 6结论与展望6 5 参考文献6 7 作者简历小。6 9 独创性声明7 l 学位论文数据集：7 3 引言 1 1研究背景 1 引言 西北某中心电力所是铁路电气化改造扩容的3 5 k v 变配电所，该变配电所有两 回3 5 k v 电源进线，分别为1 1 0 3 5 k v 祈铁变电所和1 1 0 3 5 k v 新铁变电所，进线电源 通过型号为y j l v 2 2 三芯电缆线和型号为g l j 1 2 0 架空线与所内两母线段i 、i i 相 连。主接线如图1 1 所示。 母线段i 由3 5 1 0 k v 变压器分为两段，变压器一次侧接有型号为j d z x 9 3 5 的 电压互感器p t 2 和型号为s c 9 5 0 3 5 的所内用电变压器s b l 。变压器二次侧连有 各种设备及用电负荷，其中p t 4 为全封闭干式放电线圈，p t 6 为型号j d z j 1 0 的 电压互感器，其他均为各种负荷。 母线段i i 也由3 5 1 0 k v 变压器分为两段，变压器一次侧接有型号为j d z x 9 3 5 的电压互感器p t l 和型号为s c 9 5 0 3 5 的所内用电变压器s b 2 。变压器二次侧连 有各种设备及用电负荷，其中p t 2 为全封闭干式放电线圈，p t 5 为型号j d z j 1 0 的电压互感器，备用l 连接的是母线的备用电源，由酒钢电厂供电，平时该支路 处于开路状态，其他均为各种负荷。 该变配电所负荷情况如下： 最大负荷时段：( 9 o 旺1 1 0 0 ) 3 2 a 最小负荷时段：( 2 o o 一_ 6 0 0 ) 2 1 a 该所2 0 0 6 年7 月2 7 日投运，2 0 0 6 年8 月8 日就发生1 # 主变3 5 k v 电缆头击 穿现象，从此该所断断续续地频繁发生电缆头击穿、柜体内放电异常现象已经达 几十次，严重时一天之内发生2 次电缆头击穿事故，直接影响到供电安全运行。 相关工作人员先后向设计院咨询、让设备厂家来更换部件，采取严格限制进线电 源电压( 已控制到国家标准规定3 5 + 1 0 k v 以内) 、退出无功补偿、增加消诣器和 避雷器等多种措施，至今没有解决问题。 该变配电所绝缘事故，导致频繁的跳闸、系统倒换、停电抢修，不但增加了 电力运营维修成本，而且严重地干扰了行车电源的可靠供电，打乱了调度和运行 的正常秩序，是目前该段电力供电安全的最大隐患。 北京交通大学硕士学位论 崖， 、目 。讯， 西。 。，： 、 h 口 8 一 叫 1 _ _ 卜十 石 昌一叫 1 广卜“书 o 口a 石。 卜o 毒十 十 嚅j 口口 o 。 石。 8 一 斗十 寸 石。 素争 芒瞒 n o 。 _ _ o 自 ，。 、 n 、 鲁 ， c ，。 ，【、 、苗， 西三强 叶o 、翟v 】皇 争 6 多c j o 。 o 、一 8 三 ， 、 占 ， 7 n 。 广争+ 目 o 。 裂 一! = 一m - - ，、 o n n 。 一 、 言 ， 、 g ， 。= 掩口 一，、 ，弋7 。y 匠。 匣三 鸳三。 星眵 弋y 壁三 厂，一 挣。 一一 。i 。三 璺 t， _ h亍 ： 芷口 n 。 。9 ri 当 正三一一三。 。 i。2 燎 心 i ，孤 o 譬l ，- 0 4 o 。 、z、 内 三 景 佣 l “i 西日 c ，一 z土 g 飞袤“ 屯噶嗯拶。瑚hu 吲 o 。 葛三 o 。 p 口目 园一 瓠昱a 牮n 一 日一 。一 o 。 l 一x 丁4 n ?辛 幸 1 n a 季b c 睾士 图3 8 巾z x 9 3 5 样式图 图3 9j d z x 9 3 5 主接线图 f i g 3 - 8j d z x 9 - 3 5s t y l em a pf i g 3 - 9j d z x 9 - 3 5m a i l lw i 咖gd i a g 锄 j d z x 9 3 5 主要技术参数如表3 7 所示： 表3 7m z x 9 3 5 主要技术参数 t a b l e 3 - 7m z ) ( 9 3 5m a i l lt e c h n i c a lp a r a m e t e r s 该变配电所j d z x 9 3 5 型电压互感器的准确度等级为l 。 下面介绍j d z j 1 0 型电压互感器，其为单相环氧树脂浇注户内双线圈电压互 感器，适用于交流5 0 h z 的电力系统中，作电压、电能测量及继电保护用。 其样式和主接线如图3 1 0 和3 1 1 所示： 图3 1 0 j d 刁1 0 样式 f i g 3 1 0j d z j 1 0s t y l em a p a b c y h a d u v w 图3 1 lj d 刁1 0 主接线图 f i g 3 - l lm z j 1 0m a i l l 谢血gd i a g r a m 仿真模型的建立 j d z j 1 0 主要技术参数如表3 8 所示： 表3 - 8j d z j 1 0 主要技术参数 t a b l e 3 - 8j d z j 一10m a i nt e c h n i c a lp a r a m e t e r s 产品型号 额定电压( v ) 准确级及额定输出( v a ) 一次二次辅助 0 20 51 3 线圈线圈线圈 极限输出 ( v a ) 该变配电所j d z j 1 0 型电压互感器的准确度等级为l 。 接着介绍f d g q 3 2 1 7 1 1 、3 w 型放电线圈。f d g q 3 2 1 7 1 1 、3 w 型全封闭 干式放电线圈用于电力系统中与高压并联电容器相连接，使电容器组从电力系统 切除后的剩余电荷迅速泄放。因此安装放电线圈是变电站内并联电容器的必要安 全措施，可以有效防止电容器组再次合闸时，由于电容器仍然带有电荷而产生危 及设备安全的合闸过电流和过电压，并确保检修人员的安全。在运行时放电线圈 作为一个电压互感器使用，其二次绕组常接成开口三角，从而对电容器组的内部 故障提供保护( 不能用母线上的p t ) 。 f d g q 3 2 1 7 1 1 、3 w 型放电线圈型号说明如图3 1 2 所示： 户外型 一次绕组额定电压 放电容量( 配套电容器组容量上限值) m v a r 二次电压类型：l ：1 0 0 v1 0 0 3 v ； 2 ：1 0 0 3 v1 0 0 3 v 带有两个二次绕组 全封闭型 单相 放电线圈 图3 1 2f d g q 3 - 2 1 7 11 n 3 w 型号说明 f i g 3 - 1 2f d g q 3 2 1 7 11 n 3 - wm o d e ld e s c r i p t i o n 其样式和主接线图图3 1 3 和图3 1 4 所示： 北京交通大学硕士学位论 图3 1 3f d g q 样式 f i g 3 - 13f d g qs t y l em a p a b c = 图3 1 4 f d g q 主接线 f i g 3 1 4f d g q m a i nw i r i n gd i a g r a m f d g q 3 2 1 7 11 、3 w 主要技术参数如表3 - 9 所示： 表3 - 9f d g q 主要技术参数 t a b l e 3 - 9f d g qm a i nt e c h n i c a lp a r a m e t e r s 该变配电所f d g q 3 2 1 7 1 1 、3 w 电压互感器的准确度等级为1 。 p s c a d 仿真软件中，并无上述三种电压互感器模型，以前的仿真算例中，往 往采用非线性电感串联电阻来模拟t v 的高压侧绕组，但是忽略了t v 本身的铁损 和漏抗，使得仿真结果与实际误差很大。由于该变配电所的电压互感器均为单相 的，所以本文利用p s c a d 中可以自定义伏安特性曲线的u m e c ( u n i f i e dm a g n e t i c e q u i v a l e n tc i r c u i t ) 模块仿真实际运行中的电压互感器【1 8 】。p s c a d 中u m e c 模块有 三种模型，如图3 1 5 所示： 叵j t i m e 。已 图3 1 5u m e c 模块模型 f i g 3 1 5u m e cm o d u l em o d e l _ e f u - l 避 仿真模型的建立 本文涉及的电压互感器均为单相三绕组的，所以选用的是第二种模型，只要 正确输入p t 伏安特性曲线，便可精确仿真计算实际线路中的互感器电气特性。 u m e c 模块中的v - i 特性参数为电压互感器的实测数据，具体数据如表 3 1 0 3 1 2 所示。 表3 1 0j d z x 9 3 5 电压互感器伏安特性表 t a b l e 3 - 1 0j d z x 9 3 5v o l t a g et r a n s f o r m e rv o l t a g ec u r r e mc h a r a c t e r i s t i c st a b l e 表3 11j d z j 1 0 电压互感器伏安特性表 t a b l e 3 11j d z j - 1 0v o l t a g et r a n s f o r m e rv o l t a g ec u r r e n tc h a r a c t e r i s t i c st a b l e u ( k v ) 0 1 6 8 i3 5 4 25 3 4 6 7 0 7 68 6 5 31 0 3 8 31 2 1 1 41 3 5 7 51 5 3 4 4 i ( m a ) 0 0 2 0 40 3 6 80 6 1 31 0 6 2 3 1 4 41 0 5 3 32 0 9 0 33 2 4 5 65 3 8 8 9 表3 1 2f o g q 3 2 1 7 11 4 3 - w 放电线圈伏安特性表 u ( k v ) 0 1 7 3 i3 4 1 25 5 2 17 6 2 88 9 5 31 0 1 3 21 2 3 1 4 1 3 6 7 21 5 6 3 2 i ( m a ) 0 0 2 7 60 3 5 8 0 6 8 81 4 1 23 6 4 41 0 6 l l2 1 0 2 33 2 8 6 65 4 1 2 2 由以上数据，可用p s c a d 中的自建功能模块自建电压互感器模块，实际仿真 中电压互感器模块如图3 1 6 所示： 图3 1 6 电压互感器仿真模块 f i g 3 1 6v o l t a g et r a n s f o r m e rs i m u l a t i o nm o d u l e 其中a 、b 、c 为一次侧三相接线，u 、v 、w 为对应二次侧接线，与其相连的 电阻为电压表等效电阻，a d 为开口三角形接线。 电压互感器自建仿真模块内部接线图如图3 1 7 所示： 北京交通大学硕士学位论 图3 1 7 电压互感器仿真模块内部接线图 f i g 3 - 1 7v o l t a g et r a n s f o r m e rs i m u l a t i o nm o d u l ei n t e r n a lw i r i n gd i a g r a m 电源模型 ： 该变配电所有两处电源，分别为祈铁变电所和新铁变电所，所用变压器均为 z 9 3 1 5 0 0 1 1 0 型号三绕组变压器，其主要技术参数如表3 1 3 所示： 表3 1 3 变压器技术参数 t a b l e 3 13t r a n s f o r m e rs p e c i f i c a t i o n s 实际仿真中，用理想电压源和变压器模型代替变配电所进线电源，如图3 1 8 所示： 图3 1 8 电源仿真模型 f i g 3 - 18p o w e rs i m u l a t i o nm o d e l 2 6 仿真模型的建立 3 6 谐波电流源模型 本文前面已经分析到，注入配电所的谐波是由电源母线处接的中频炉产生。 中频炉在其生产过程中，除了消耗大量的有功、无功功率外，还会产生各种频率 的谐波。统计资料表明，中频炉的负序电流和正序电流的比值一般不超过2 5 ， 任一次谐波电流含有率一般不超过1 0 。 对于谐波电流源大小，仿真过程也严格遵守相关标准，谐波属于电能质量的 范围，国家规定了公用电网谐波的允许值及其测试方法，供1 1 0k v 以下电网应用， 2 2 0k v 电网参考执行1 9 1 。 ： 公用电网谐波电压( 相电压) 限值见表3 1 不 表3 - 1 4 谐波电压( 相电压) 限值 t a b l e 3 - 14h a r m o n i cv o l t a g e ( p h a s ev o l t a g e ) l i m i t 公用电网谐波电流允许值见表3 1 5 ： 表3 1 5 公共连接点的谐波电流允许值 t a b l e 3 15n ea l i o wv a l u eo fh a r m o n i cc u r r e n to np u b l i cc o n n e c t i o np o i n t s - - - - _ _ - - - - - - - - - _ _ _ _ _ _ l - _ _ 一_ _ jq j _ l i ii 蝣准电蕊i 准鼙曩寥t 澹後疚羲a 漪设电麓怠莒等证。 k vm v 23s7l，l ol l1 2n1 41 51 61 7 l b1 9 舶2 l 勰2 ，2 42 5 1 _ _ _ _ _ _ _ i ii i i i ii i b i i i ii n l l l l l l l lf i l l o 靼l o 碍砭挣旌赫“1 92 ll 勰缛私l l 豫， i b8 1 61 ，l8 ，7l 6 。i z 啪 够m 艇弘1 4 杈1 1i l 。5 插1l ，16 85 3i o 79 0 ，4 , 9 ，；9 ，43 6 、i i 囊l 囊o 刍：曲l ，a 8 , st l6 4 0 ，。li ，l7 ， ，4 i ，26 0 ：15 42 。2 , 92 ，s2 i i 为2，ol ，1 2 ，71 2 ，ii i3 1 1 ，。l5 61 $ ， 2 22 ，1 3 , 6i ，3 。2l ，l 。l1 42 ，71 3 2 。5 枷l l i1 il ，。9 ，1 ，5 2 ，75 ，o2 ，2 6i - 3 1i ，1 l + ，ls2 t 2 6 1 1 0瑚1 29 66 0 。6 。o 83 o ，22 1 ，2 ，o ，l 。7l9i 52 1l ，2 。sl2l ，1l2i l01 9 - - - - - - _ - - - - - - - _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ - _ 。_ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - - - _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - - _ - - _ _ 一i i i ii ii i i i i i _ - 实际仿真中，选用电流源做为谐波电流源，可依次改变谐波电流源频率仿真。 北京交通大学硕士学位论 3 7快速傅里叶变换f f t 模块 中频炉谐波的注入会引起变配电所电路谐振，产生多种频率的谐波，为更好 分析谐波产生的种类，需要对谐波进行分析。对于此类谐振谐波的分析，利用傅 里叶级数( 傅氏级数) 展开方法，将非正弦周期量分解为一系列不同频率的正弦量之 和，再根据线性电路的叠加定理，分别计算各个正弦量单独作用下在电路中产生 的同频率的正弦电压和电流分量，最后把所得分量按照时域形式叠加，这种分析 方法称为谐波分析法。快速傅里叶变化法f f t 的原理如下。 首先，要将待研究的电压( 或电流) 模拟量转化为离散的数字量。在周期t 内插 入n 个等间隔的采样点k = o ，l ，2 ，一l ，则采样周期为= 丁，这样，把连 续的波形变为以采样序号k 为自变量的离散数字序列： l u k ，= u 0 ，u 1 ，“2 ，u k ，甜- l 则傅里系数的计算式可写为下列离散形式： a n = 手蓑“。c 。s 等以三n = 专蓑“。c 。s 等玎 2 歹芭8 了加一。万毛“t 8 可行1 拧= o ，l ，2 ，- - i 小手拳s 畸等九专= 吾酗s 证等以 i 国 刀= o ，l ，2 ，一lj 利用数字方法得到频率的等间隔离散函数( 离散频谱) f 。， f 庐上箩“。e 一，等肠( 3 )月= 二 “- 。( 3 ) 川篇” 从而得到离散的傅里叶变换d f t 的表达式： 垒竺，堑_ b | = ，一g ( 4 ) k = 0 对以上式子采取快速傅里叶算法。f f t 的基本运算是复数乘法和复数加减法， 尽可能的减少复数运算次数是提高计算速度的关键。目- f i i s f f t 最常用的算法是基2 算法，它使离散傅里叶变换d f t 的乘法运算次数大大减少，使运算效率提高1 2 个 数量级，同时逻辑简单易于编程。理论上讲，较大的基数还可以进一步减少运算 次数，但要以程序变得复杂为代价，甚至得不偿失。 p s c a d e m t d c 仿真软件中，带有即时频率扫描器模块结构如图3 1 9 所示： 仿真模型的建立 a 0 1n a 9 2 15 1l ( 15 ) 图3 1 9 快速傅里叶变换f f t 模块 f i g 3 19 f a s tf o u r i e rt r a n s f o r mf f tm o d u l e 此元件为即时频率扫描模块，可对输入的时间函数信号的谐波分量进行幅值、 相位的测定。在输入信号被分解为谐波分量之前，先对其进行抽样。此类元件有 三种模块类型，分别可输入一相、两相、三相信号，如上图所示，本文选用三相 信号输入，即标准的三相f f t 变换器。其输出端为：m a 谐波分量的幅值大小， p h - 谐波分量的相位，d 产包含的直流分量p 其中f = 5 0 指的是基波频率，本文使 用的是工频5 0 h z ，此参数可设置。 f f t 变换器主要基于即时频率扫描原理工作的，即时频率扫描过程分为以下三 个步骤：低通滤波( 分解) 、采样及傅里叶变换、幅值和相角的数据纠正。计算过 程中，根据采样数据窗口前的输入信号周期，在每个采样周期中及时进行，遵循 奈奎斯特采样定律，当数据采样频率大于最高谐波频率的1 倍时，数据开始采样。 采样率可以是1 6 、3 2 、6 4 、1 2 7 或2 5 5 个样本周期的基波频率，其将被写入缓冲 区，由于一个窗口的样本数量代表一个时期的基本频率，所以要在一个动态周期 前取得抽样样本。应当指出的是，只有当一个完整的数据窗可用于计算时，此子 程序才会输出一个有效的信息。因此，第一个周期产生的输出结果会被丢弃( 除非 是从s n a p s h o t 开始的程序) 。另外，利用了线性插值技术来估算输入采样周期的 最小误差。利用f f t 变换器对得到的各仿真波形进行快速傅里叶变换分解则可以 得到各次谐波的幅值和含量乜引。 3 8 整体变配电所仿真模型 由图1 1 可以看出，系统两条母线所接设备如：电缆型号、架空线型号、变压 器、互感器、放电线圈等设备完全一样，只是l o k v 侧所接负荷有所区别。母线之 间的母联线路实际运行中也处于开路状态，因此实际运行中，两条母线为互相隔 离的系统。但两条线路因结构类似，运行中它们产生过电压的机理相同，因此， 文仿真中选择了一条线路进行仿真。搭建的整体变配电所模型如图3 2 0 所示。 北京交通大学硕士学位论 知q a i o g t r 锰鬲 ：水： 去 鍪 萤， 罨 o 7 l b c b r k 2 山- 一o ， v d i 5 3 ”l 图3 2 0 整体变配电所仿真模型 f i g 3 - 2 0s i m u l a t i o nm o d e lo ft h e w h o l es u b s t a t i o n 3 0 一叫 一呻 一叫 i|；j州1 1 时，才会在电感和电容两端出现大大 高于外施电压u 的高电压。 同样，当系统发生并联谐振时有： k = - j q i si c 习q i s 。 ( 7 ) 其中，k 为电感两端电压，i c 为电容两端电压，q 为串联电路的品质因数， q = i g 厩，i s 为外施电流。只有当q l 时，才会在电感和电容两端出现大大 高于外施电流i s 的过电流【2 1 1 。 下面具体分析仿真电路谐振点。首先通过系统等效阻抗随频率变化关系找出 系统谐振点。 。 p s c a d 仿真软件里面有一个器件可以测量端口阻抗随频率变化的关系，此元 件名为i n t e r f a c et oh a r m o n i cy m p e d a n e es o l u t i o n ，器件如图4 2 2 所示： 图4 2 2 接口谐波阻抗测量元件 f i g 4 2 2i n t e r f a c et oh a r m o n i ci m p e d a n c es o l u t i o n 利用它可以求出系统输入阻抗随频率的变化关系。分别求出系统a 、b 、c 三 相输入阻抗随频率的变化量，用m a t l a b 将输出数据绘成频率阻抗曲线，三相输 入阻抗随频率变化关系分别如图4 2 3 4 2 5 所示： 图4 - 2 3a 相阻抗随频率变化曲线图 f i g 4 - 2 3i m p e d a n c ev e l r s u sf r e q u e n c yc u r v eo f p h a s ea 谐振过电压仿真分析 图4 - 2 4b 相阻抗随频率变化曲线图 f i g a 一2 4i m p e d a n c e v e r s u sf r e q u e n c yc u eo f p h a s eb 图4 2 5c 相阻抗随频率变化曲线图 f i g 4 2 5i m p e d a n c ev g a s u sf r e q u e n c y c l l r v eo f p h a s ec 以a 相为例，由频率阻抗图可知，当系统频率为6 8 0 h z 、1 3 5 0 h z 、1 7 8 0 h z 时 系统阻抗为极小值，分别为2 3 2 2q 、2 3 4 3q 、1 7 2 7 5q ，说明系统有三个串联谐 振点，当系统频率为三者中的任一值时，系统将发生串联谐振现象。同时当系统 频率为1 2 0 h z 、1 0 0 0 h z 、1 7 0 0 h z 时系统阻抗为极大值，分别为9 7 6 3 4 9q 、2 5 1 1 3 5 9 q 、3 6 4 4 4 1q ，说明系统最多有三个并联谐振点，当系统频率为三者中的任一值 时，系统可能发生并联谐振现象。 由仿真结果知，当系统a 相注入1 3 5 0 h z 频率谐波时系统发生了线性谐振过 电压，说明此谐振点的品质因数q 1 ；系统a 相注入其他频率谐波时，系统并未 发生过电压和过电流现象，说明在系统在系统谐振点工作时，谐振点品质因数不 大，不足以引起过电压现象。 b 、c 两相分析同a 相，此处不累述。 实际运行中，a 、b 、c 三相中的任一相都有可能注入引起系统发生过电压的 北京交通大学硕士学位论 也可能两相或者三相，不管何种形式，过电压原因都是因为谐 生线性谐振引起，这就是该变配电所发生异常过电压的主要原 入谐波的方式验证了系统过电压的产生是由于电源处的谐波引 系统产生谐振过电压的谐波电流频率。接着分析了过电压的产 统过电压类型为线性谐振过电压，最后理论分析了线性谐振过 5 2 过电压治理 5 1 常用消谐措施 5 过电压治理 由上面章节分析知道，该变配电所过电压是由于谐波电流的注入引起系统发 生线性谐振引起的，为消除系统过电压引起的危害，有以下两种措施： 限制谐波源注入系统的谐波电流 1 ) 在谐波源处装设交流滤波器。交流滤波器分为调谐滤波器( 分为单调滤波器 和