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相间功率控制器过电压及其保护的仿真分析

更新时间：2019-12-30 08:17:32 大小：550K 上传用户：xiaohei1810 查看TA发布的资源 标签：功率控制器过电压 下载积分：1分评价赚积分（如何评价?）打赏收藏评论(0) 举报

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针对相间功率控制器(interphase power controller,IPC)在潮流控制过程中过电压及其保护的问题,基于相间功率控制器的基本结构原理,建立了电压与元件参数之间关系的数学模型,探讨了IPC过电压出现的原因及其保护系统的组成,并以两电网带IPC 240联络线为例采用Matlab中的Simulink搭建了仿真模型,进行了各种运行状态下的过电压及其保护的仿真分析.结果表明:正常运行时调节IPC的参数超过一定的范围会引起过电压;IPC端口开路时产生的谐振过电压是各种运行状态下最严重的;由于受断路器动作的影响,单相接地短路故障引起暂态过电压是各种短路故障中最严重的.在各种运行状态的过电压保护仿真中,IPC端口并联氧化物限压器(metal oxide varistors,MOV)及IPC电容、电感元件两端并联带触发间隙和旁路开关的MOV与断路器配合均能起到有效的过电压保护作用,严重情况下MOV并联的间隙电路被触发后能保护MOV.

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高电压技术第37卷第1期2011年1月31目

31，201I

High Voltage Engineering．V01．37，No．1，January

相间功率控制器过电压及其保护的仿真分析

李

娟1，郑明1，张乐斌2，陈继军3

(1．东北电力大学电气工程学院，吉林132012；2．衡水供电公司，衡水053000；

3．池州供电公司，池州247100)

摘要：针对相间功率控制器(interphase powercontroller，IPC)在潮流控制过程中过电压及其保护的问题，基于

相间功率控制器的基本结构原理，建立了电压与元件参数之间关系的数学模型。探讨了IPC过电压出现的原因及

其保护系统的组成，并以两电网带IPC 240联络线为例采用Matlab中的Simulink搭建了仿真模型，进行了各种运

行状态下的过电压及其保护的仿真分析。结果表明：正常运行时调节IPC的参数超过一定的范围会引起过电压；

IPC端口开路时产生的谐振过电压是各种运行状态下最严重的；由于受断路器动作的影响，单相接地短路故障引

起暂态过电压是各种短路故障中最严重的。在各种运行状态的过电压保护仿真中，IPC端口并联氧化物限压器

(metal oxide

varistors，MOV)及IPC电容、电感元件两端并联带触发间隙和旁路开关的MOV与断路器配合均能

起到有效的过电压保护作用，严重情况下MOV并联的间隙电路被触发后能保护MOV。

关键词：相问功率控制器(IPC)}过电压；过电压保护，氧化物限压器(MOV)I触发问隙；旁路开关；仿真

分析

中图分类号：TM76

文献标志码：A

文章编号：1003-6520(2011)01-0050-07

on the Simulation of

Power Controller

Interphase

Analysis

and Its Protection

Over-voltage

un3

Juanl，ZHENG

Le-bin2，CHEN Ji．j

Min91，ZHANG

Power

(1．School ofElectrical

Dianli

University，Jilin 132012，China；2．Hengshui

Engineering，Northeast

Power

247100，China)

Supply Company，Hengshui 053000，China；3．Chizhou

Supply Company，Chizhou

Abstract：The

and its

controller

problem

over-voltage

protection

interphase power

between

IPC)during controlling

wases—

mathematical modelot

and

flow were

power

analyzed．A

relationship

voltage

component parameters

tablished based

the

of IPC

the reasons of

and

protection

basic theory

over-voltage

construction，then

component

were discussed．The simulation modelof tWOnetworks with IPC240 tie-line was established tO

the

analyze

problem

the

adjusting parame—

the Simulink modelof MATLAB．The results show that

be caused if

using

over-voltage may

with IPC_port

ters of IPC

the certain

resonance

values aremaximal

breakers．Consequently，metal ^OX—

for action of

the

beyond

scope。the

over-voltage

opening．and

most severe transient

OCCURS on

over-voltage

single phase

ground

at the IPC

IPC_capacitiveandinductive branch arecombined with circuit

ide varistors【MOV)are installed

port。and

breakers

MOVwith

and

circuit

values are

effectively

re-

parallel

triggered

breaker-then over-voltage

gap

bypass

ducedin different

states

MOVand breakers coordinated action．The

tO _protectMOV

operation

gap

triggered

when the

energy

in the arresters exceeds

value．

predetermined

oxide

words：interphase

varistorsl MOV)；

Key

power controller【IPC)；over-voltage；over-voltage protection；metal

circuit

triggered gap；bypass

breaker；simulation analysis

为FACTS的一种组成部分，在国外一些典型输电

工程中广泛采用，以提高线路输送能力。我国要想

大力发展超、特高压电力系统，就可以吸收国外的成

功经验，采用串联补偿技术来提高线路的输电能力、

降低工程投资。

0引言

现代电网通过互联，其规模日益扩大。电网互

联提高了能源资源优化配置，也提高了供电可靠性；

与此同时，电网互联也带来了一系列的问题。如潮流

控制问题、传输容量问题等。．随着电力电子技术和

控制技术的发展，出现了灵活交流输电(FACTS)这

一有效解决上述问题的技术[1-s]。串联补偿技术作

相间功率控制器(IPC)作为一种新型串联

FACTS器件，最初是由加拿大魁北克能量技术革

新中心的专家提出来的。近10年来国内外研究学

者对其基本工作原理、样机设计、特性仿真分析等问

题进行了较系统的研究。研究证实IPC控制策略

较简单[HI，并且具有有功功率控制的鲁棒性和隔离

基金资助项目：吉林省教育厅科研规划项目(200618)．

Research

of Education

Planning Project

Projeet Supported by

Department ot Jilin Provinee(200618)．

万方数据

李娟，郑明，张乐斌，等．相间功率控制器过电压及其保护的仿真分析

故障的优良特性[10-12]，所以被誉为电网互联最适宜

的控制器之一。

IPC在潮流控制中会在不同的情况下出现过电

压，而学者们对过电压保护的研究目前仍然很少，本

文基于通用型IPC的基本结构，探讨了IPC运行中

的过电压问题，设计了保护电路。与以前的过电压

保护相比，本文对断路器和避雷器进行了合理配置，

降低了工程投资，以断路器作为过电压的主保护并

圈1 IPC的基本结构模型

model of Ipc

啦!Structure

且为避雷器并联旁路开关和阻尼回路更加符合我国

串补工程的实际需求。最后，本文对IPC各种运行

状态下的过电压及其保护进行了仿真分析。

发生变化，引起系统内部电磁能量的振荡转化或传

递造成过电压。组成IPC器件的电容、电感均为储

能元件，当系统中操作或故障使其工作状态发生变

化时，将产生电磁能量振荡的过渡过程。在此过程

中，电感元件存储的磁能会在某一瞬间转换为电场

能贮存于电容元件之中，可能会产生高于电源电压

的过渡过程的过电压。

IPC过电压问题的探讨

IPC的单相通用等值电路如图1所示，电感和

电容分别连接移相角为以、他的移相器后组成并联

支路，其中咖、她对于特定类型的相间功率控制器

IPC的过电压及其保护的仿真分析

经常为反相角，例如在IPC

240中咖=120。、她一

一120。。

从20世纪80年代初开始，随着工业制造技术

的发展，金属氧化物避雷器在电网中逐步得到了广

泛应用。氧化物限压器(MOV)作为避雷器的一种，

与其它的氧化物避雷器参数基本一致，但因具有吸

收能量大、流过大电流的持续时间长等优点而在近

些年的串并联补偿工程中颇受青睐。

IPC在正常运行时，由图1可以推导出电感和

电容上的电压分别为：

(1)

OL=Us么(艿+A)一UeZ0，

Uc=Us么(艿+如)一URL0。

(2)

式中，Us么艿为IPC入口电压；【，RL0为IPC出口电

压。由式(1)、(2)可知，由于两支路的移相角为反相

角，所以支路移相角越大，电容器、电感器上承受的

电压值就越大，并且电压大小与两侧IPC入口和出

口电压的大小和相位差角有一定关系，若运行条件

引起IPC两侧端口电压和相位差角较大，则IPC电

容和电感上的电压很大，可能出现过电压问题[1副。

由图1可推导出通过IPC流人线路的有功功

率、无功功率分别为：

2．1

IPC过电压保护系统的组成

1)IPC端口并联避雷器

超高压系统中大多是两端供电，而且线路较长，

因此需要在线路两端即在含IPC电网的送端和受

端装设MOV。由于运行中IPC的端口可能会出现

过电压，所以应在IPC入口和出口并联MOV，它既

能使IPC在线路故障时得到有效的过电压保护，又

能在故障清除后在绝大多数情况下使IPC和线路

一起立即投入运行，恢复送电[1¨ 。

(3)

P一警sin(艿+咖)+警sin(艿+咖)，

2)MOV的过载保护

为了限制IPC电容和电感上的过电压，在电容

和电感上并联MOV；当装设IPC的线路发生故障

时，流过IPC上的电流有可能很大，使MOV吸收能

量的上升速度很快。为了避免大电流或温度等对

MOV造成损坏，用触发间隙、旁路开关和阻尼回路

作为安装在IPC电容和电感上的MOV的过载保

护，当流过MOV的电流和时间超过限定值时，旁路

开关动作，将MOV短路，实现间隙放电。保护电路

不仅能在严重故障情况下旁路MOV，而且能减少

Q={—-／矿su—Rcos(艿+咖)一古魄+

』1L

(4’

—O矿SO—RcOs(艿+咖)一古u蠢。

由式(3)、(4)可见，通过调节IPC的电容和电

感参数，可以控制传输的有功功率，但同时，IPC向

系统提供的无功功率将发生变化，如果由于参数调

节使得提供的无功功率增大，就有可能使IPC的端

口电压过大，电容和电感上也容易出现过电压。

当IPC首端或末端开路时，由图1可见IPC的

电感、电容支路组成串联支路，如果电感、电容等效

基频电抗相等，就可能会谐振，从而出现谐振过电

压。

51。

并联的避雷器阀片(由ZnO材料制成)数量[1

3)采用带有合闸电阻的断路器

随着超、特高压输电技术的发展以及电能传输

距离的增长，空载长线路电容效应的工频过电压较

此外，在线路中，断路器的操作也会使系统参数

万方数据

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