高压输电线串联电容补偿几个问题的探讨

1、Dec.2003高压输电线串联电容补偿几个问题的探讨D肖立军,胡少强(华南理工大学电力学院,广州510641)ANALYSISOFHVTRANSMISSIONLINESERIESCAPACITORSCOMPENSATIONXiaoLijun,uShaogiang(CollegeofElectricPoWer,SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou510641,China)ABSTRACT,BasedondistributedparameteroflongVoverheadtransmissionline,theformulasarepresente

2、dfortherelationofcompensationcapacitorspositionandcapacitytotransmittingpoWerinthispaper.Ifallcapacitorsarelocatedinsinglespotofline,inthetermofimprovingpoWer-anglestability,thenitisthebestoptionthatcompensationcapacitorisplacedatthemiddleofline.Theeffectofseriescompensationonrelayprotectionisanalys

3、ized.TheproblemofsubsynchronousresonancecausedbyseriescompensationandtheWaytosolvearediscussed.KeyWords,transmissionline distributedparameter poWer-anglestability seriescompensation relayprotection subsynchronousresonance摘要,基于长距离高压架空输电线路的分布参数,提出了关于串联补偿电容器的安装位置补偿容量和输送功率的定量关系 的计算公式G从提高功角稳定性考虑,在单点补偿时,最

4、佳补偿方式是将电容器安装在线路中点G同时,分析了串联补偿对继电保护的影响,讨论了串联补偿可能引起次同步谐振问题及相应的解决办法G关键词,输电线路 分布参数 功角稳定性 串联补偿 继电保护 次同步谐振l引言对于远距离输电线,其输电能力主要取决于线路的稳定极限1,功角稳定性使输送功率输电距离受到限制,必须采取补偿措施G串联电容器补偿可使系统稳定极限大幅度提高,从而提高线路的输电能力G但是,普通串补可能引起次同步谐振问题,在工程实际中,一般将普通串补与可控串补结合安装以消除次同步谐振4G而且,串联补偿对短路电流产生严重影响,从而干扰继电保护的正常运行G实质上,串补电容器的安装位置补偿容量的确定是一个

5、系统工程,涉及系统稳定性次同步谐振继电保护弗兰蒂效应2(即轻载过电压)成本等D收稿日期,2003-01-17等方面,本文主要论述前三个方面G2分布参数模型对于典型的长距离高压架空输电线路,由沿绝缘子串的漏电流以及电晕而产生的并联电导实际上为零,而且,其单位长度电阻远小于单位长度电抗,因此,长距离高压架空输电线路可以视为无损耗传输线,其正弦稳态传输方程2为,VScosGjZsinG1S=(j/Z)sinGcosGV11(1)式中,G 电气长度Z 特征阻抗VS 线路送端电压相量 1S 线路送端电流相量 V1 线路受端电压相量 11 线路受端电流相量G电气长度G=BD,D代表线路全长,B为相位常数G

6、电磁波沿架空输电线路的传播速度接近光速,在50z交流系统中,相位常数B1.06>10-3rad/kmG经分析,图1所示的T型电路,其二端口网络传输方程与方程(1)完全一致G而且,实质上,无损耗传输线的分布参数等效电路原理图3就是图1G2OO3年第6期肖立军等,高压输电线串联电容补偿几个问题的探讨 81程为,Ps=P1= 1=s1Sin6ZSin6(2)(3)(4)1(VscoS6-V1coS6)ZSin6 (VscoS6-V1coS6)s=ZSin6式中,P1 线路受端输送的有功功率PS 线路送端输送的有功功率线路受端输送的无功功率 1S 线路送端输送的无功功率 ,g=B(D-n)2X2

7、=ZSinO,X2O=Zcot,O=BnO根据图2,可以推出下列传输方程,1(j/Z)SinOcoSO1VV1-jX1=O11VcoSgjZSingV=c1nccncsnVccoSOjZSinOV1(7)(8)(9)6 线路送端电压与线路受端电压的相角差O取线路额定电压为U,定义PO=Z(5)根据公式(2)(3)(4),如果VS=V1=U,则当P1=PO时,有 S= 1=O,线路与两端系统之间没有无功功率的交换,对于线路每个单位长度,电容产生的无功功率等于电感吸收的无功功率,而且,沿线电压都为额定电压,这就是电压和无功控制的最佳状态OPO叫作自然负荷O一般,输电线路输送的有功功率接近且小于自然

8、负荷O但是,线路越长,电气长度6就越大,为了输送自然负荷,功角6就越大,系统稳定性就越差O显然,在满足系统稳定性要求的前提下,要想远距离输送自然负荷,必须采取补偿措施O根据公式(2),无补偿线路的稳定极限为,PmO=s1ZSin6(6)从而,线路参数Z和6通过它们对稳定极限的控制而影响到系统稳定性O为此,文献2的作者提出了Z补偿和6补偿2,并且分析了电容器安装位置补偿容量与输送功率的 理想 关系,但是,作者的分析过于脱离实际,实用价值不大O3.2有补偿线路的稳定极限假定在距线路受端n(km)处安置串联补偿电容器,其容抗XC=kZSin6,k称为补偿度(O k 1)O此时,串补线路的原理图如图2

9、所示O1s(j/Z)SingcoSg1n根据公式(7)(8)(9),可以推出传输方程如下,VsABV11=CD1(1O)s1式中,A=coS6+kSin6SinOcoSg(11)B=jZSin6(1-kcoSOcoSg)(12)C=jSin6(1+kSinOSing)/Z(13)D=coS6+kSin6coSOSing(14)取受端电压相量V1为参考相量,则,11=P1-j 1V1(15)根据公式(1O)(15),可得该补偿方式下的功角方程为,P1=s11-k1>ZSin6Sin6(16)式中,k1=O.5kcoS6+coS(6-2O)(17)所以,单点补偿线路的稳定极限为,Pm1=mO

10、1-k1(18)式中,PmO代表补偿前输电线路的稳定极限O根据三角函数的性质可知,当n=D/2时,k1取得最大值,而且,以 n=D/2 为对称轴,向两侧递减O从而稳定极限Pm1的最大值为,Pmax=mO1-O.5k(1+coS6)(19)可见,补偿线路的稳定极限是电容器的安装位置与补偿容量的函数O在相同的补偿容量下,电容器的安装位置对稳定极限的提高影响很大,线路越长,这种影响越强烈O单点补偿时,这种 提高作用 是关于线路中点对称而向两端递减的,越远离线路中点,这种 提高作用 越小,在线路中点,这种 提高作用 最大 所以,从提高系统功角稳定性考虑,将电容器安装于线路中点是最佳选择O表1反映了上述

11、关系,表中,D=1OOOkmO82表1k=0.3n=0n=D/3n=D/2n=2D/3n=D1.18Pm01.28Pm01.2 Pm01.28Pm01.18Pm0k=0.41.25Pm01.40Pm01.43Pm01.40Pm01.25Pm0电力系统及其自动化学报2003年第6期5.zk=0.51.33Pm01.56Pm01.60Pm01.56Pm01.33Pm0可控串补可控串补TCSC的基本结构之一是在固定的串补电容C上并联一个由晶闸管控制的电抗器LG以串补电容电压为理想正弦波作为假设条件时,可控硅控制电抗器(TCR)与固定电容并联的等值基波阻抗为5Xl-sin -TXl/Xf式中 晶闸管导

12、通角, =2r-2o;o 晶闸管触发角;X=(23)4短路电流在实际中,如果采取单点补偿方式,则一般将电容器安装于线路中点G假定在距线路中点e(km)处发生接地短路,则此时补偿线路的原理图如图3所示G2,X30=Zcot4,X4=Zsin(Be),X40=Zcot2G假定接地短路是金属性的,则Ve=0,根据图3,有;1=1ecosBe(20)V=jZtanBe-Xc 1(21)根据公式(1)(20)(21),可得故障点的短路电流为1e=SZsin(Be-(22)2)-Xccos2cosBe可见,补偿电容器将使短路电流显著加大,补偿容量越大,短路电流增大就越强烈,而且,在电容器 后侧线路短路时,

13、短路电流很可能大于其 前侧线路短路时的电流,从而使继电保护误动G5次同步谐振5.1普通串补在远距离输电系统中,采用普通串补的一个很大的障碍就是次同步谐振问题G大型汽轮发电机组转子轴系具有显著的弹性,在一定的条件下将因机械和电气的相互作用而产生自发振荡,其频率低于同步频率,并与轴系的固有振荡频率有关G因此,在规划安装串联补偿装置时,要找出可能导致次同步谐振的临界补偿度G一般来讲,如果从发电站看出去输电网络呈辐射状,并且在补偿度超过线路阻抗的50%时,就必须分析系统的次同步谐振问题4 GXl TCR支路电抗器的基波电抗;Xf TCR支路电容器的基波容抗G可见,可控串补基波阻抗是触发延迟o角的函数,

14、所以,通过控制o,就可以灵活快速调节串联补偿线路的等值电抗,使系统电的自振频率 躲开机械的自振频率,从而消除次同步谐振G即,利用可控串补改变系统电的自振频率是消除次同步谐振的一个有效方法G实质上,串补电容的存储电荷是产生低频振荡的物理原因,而利用可控串补的晶闸管经电抗器放电,意味着增大系统的阻尼,将机械扭振与系统的自振关系阻尼掉G可控串补可以根据增加系统阻尼和抑制振荡的要求快速调节阻抗,如果可控串补调节器整定参数恰当,完全能消除次同步谐振G通常设计的运行范围使得触发角在约140 180 时,可控串补的等效阻抗呈容性;而当触发角在约 0 140 范围时,则其等效阻抗呈感性G实际中,应该将普通串补

15、与可控串补结合安装,这样,既可提高线路的输电能力,又可消除次同步谐振,还能降低补偿成本G6结论串联电容器补偿是提高长距离输电线路的输电能力的有力措施G当采取单点补偿方式时,从提高系统稳定极限考虑,将电容器安装在线路中点是最佳选择G但是,普通串补有可能引起次同步谐振,应该与可控串补结合运用G同时,串联补偿将使短路电流增大,可能引起继电保护误动G参考文献1周孝信,郭剑波,胡学浩,汤涌.提高交流500k 线路输电能力的实用化技术和措施 .电网技术,2001,3(3) 1-62T 米勒编,胡国根译.电力系统无功功率控制 .北京 水利电力出版社,1 0(下转第 0页)幕保护功能电力系统及其自动化学报年第

16、 期大误差为 精度符合 的标准 遥信变位反应快 分辨率 ms 遥控操作正确 控制输出正确率 通信正确 误码率低 抗各种电磁干扰和耐压冲击合格软件设计采用T C控制液晶显示器实现 CD显示的基本原理如下 通过接口电路接收统一的指令和数据 然后将数据写入地址所对应的显示缓冲区内 数据的每一位又对应液晶屏幕上的每一个点 通过这些点的组合构成不同的文字和图形本装置采用菜单显示技术实现人机交互 它具有数据显示功能 参数设置功能 调试功能等 装置参数可直接通过键盘设置 也可通过组态程序由计算机下装参考文献林干 何志华 李正国等 智能型电网谐波监视分析及保护一体化装置 电力系统自动化 4 4潘贞存 陈青 王

17、慧等 含有谐波的交流电气信号的测量与计算 中国电力 8 7结论经现场运行和有关测试表明 交流采样最上接第 页秦前清 实用小波分析 西安 电子科技大学出版M社 4罗小平 韦魏 一种基于小波变换的电机定子绕组故障诊断新方法 模式识别与人工智能 78王榆红 离散二进制小波变换及其在电机故障分析中的应用 电力系统自动化 4 王晓华 谭得健 张申 小波变换用于采煤机牵引部电机振动信号故障诊断 煤碳科技 7 Statis Short-timeFourierandwavelettransformsforfaultdetectioninpowertransformersduringimpulse In IEE

18、EProc Sci Meas Technol 8 4 tests C 77 84罗安 李涓 邹润民等 大型电机故障诊断系统的研制以调相机故障诊断专家系统为例 中南工业大学 学报RicheE etal Diagnosisofrotorfaultsinsguirrel-cageinductionmotorsusingafuzzylogicapproach ICEM 4 48MihiarA IsermannR Neuro-fuzzysystemfor FuzzySetsandSystems 7 8 diagnosis 8 7DengX okienT RicthieE Animprovedknowle

19、dgebasedoffuzzylogicdiagnosissystemforaninduction8 7 4Proc ofCICEM motorwithrotorfaults CangzhouChina李占锋 韩芳芳 郑德忠 基于BP神经网络的电机转子故障诊断研究 河北科技大学学报董建园 段志善 基于BP网的异步电机故障诊断方法 西安建筑科技大学学报 8 刘建成 蒋新华 吴今培 基于多层NN结构的电机故障诊断应用研究 湘潭大学学报 4 77ChowMt etal Aneuralnetworkapprochtoreal- timeconditionmonitoringofinductionmotor 8 44 4 IEEETrans OnIE何雨傧 闫桂荣 徐健学等 基于神经网络的电机状态监测与早期故障诊断 电工技术学报 7 4 44刘胜利 曾鸣 苏宝库 基于模糊神经网络的故障诊断及其在无刷直流电机系统中的应用 中国惯性技术 学报 7 4 4曹志杉 陈宏平 基于混沌神经网络动态联想记忆的电机故障诊断 电工技术学报 朱大奇 徐振斌 于盛林 基于证据理论的电机故障诊断方法研究 华中科技大学学报 8上接第8 页CarsonWTaylor PowerSystemVoltageStability 北京 中国电力出版社 M雷宪章 PovhD 串联补偿技术在远距离高电压交