接入IPC的聯絡線并網啟動分析

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增大字體作者：佚名來源：本站整理發布時間：2010-07-17 22:31:31

接入IPC的聯絡線并網啟動分析

劉修寬, 蔣維勇, 李　娟, 紀延超, 柳　焯

(哈爾濱工業大學電氣工程系, 哈爾濱 150001)

　　摘　要: 對IPC接入電網并聯瞬間的啟動狀態進行了相量分析，推導了并網前發生諧振時各電網參數與IPC參數之間的關系式。模擬東北、華北電網聯絡線接入IPC并網運行，對并網運行前后的端口電壓、聯絡線電流和IPC電感、電容兩端電壓和電流狀態進行了仿真。詳細分析比較了選取不同IPC參數時，對并網前串聯諧振問題的抑制程度，提出了一種并網運行的方案。仿真結果表明，可以抑制串聯諧振，同時滿足電網互聯要求。
　　關鍵詞: 靈活交流輸電系統(FACTS); 相間功率控制器（IPC）; 電網互聯; 相量分析; 串聯諧振

Merging Startup Analysis of the Tieline Equipped wi th IPC

LIU Xiukuan, JIANG Weiyong, LI Juan, JI Yanchao, LIU Zhuo

(Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China)

　　Abstract: In this paper, the instant startup state of network merging is analyzed by vec tor analysis, and the relationship formula between the network and IPC parameter s when the syntony happens before merging is provided. By simulating the merging operation of northeast and north network with IPC equipped on the tieline, th e electric quantities before and after merging such as port voltage of network a nd tieline current, the port voltage and current of IPC inductance and conduct ance were simulated. A new scheme of merging startup operation is presented by comparing the restraining levels of resonance with different IPC parameters. Th e results show that it can effectively control resonance and meet the request of network interconnection.
　　Key words: FACTS; IPC; interconnection of power system; vect or analyze; syntony in series

1前言
　　大電網互聯是電網發展的趨勢，也是國家電力主管部門的目標之一，提高安全性、可靠性是大電網互聯技術的關鍵問題之一。隨著現代科學技術的進步，尤其是電力電子技術的飛速發展，傳統的電力系統潮流調控手段與電力電子技術相結合，出現了靈活交流輸電系統FACTS設施的研究，為現代電力系統的潮流控制技術注入了新的活力。
　　相間功率控制器（IPC）是一種復合聯接的輸電型FACTS控制器，該裝置的設計是利用將兩個不同相的端點經電感、電容聯接后，再從中間出線，從而產生控制線路潮流的效果。調節感抗或容抗，可以對IPC所連接線路上的有功和無功功率進行控制。我國在IPC接入電網并聯運行問題上作了一定研究，文［1］借助PV曲線解析式求取戴維南等值參數，對復雜電網進行等值簡化，便于聯網進行計算分析；文［2］對相間功率控制器進行了電路解析；文［3］將IPC自身電抗器和電容器參數與送端和受端電網參數綜合起來考察它們總體對IPC運行狀況的影響，詳細分析了在穩態運行時IPC參數和端口電壓、聯絡線電流和IPC元件兩端電壓和電流之間的關系，同時指出在聯絡線開路情況下，可能發生串聯諧振，導致電網端口電壓及電容器、電抗器兩端過電壓；文［4］對調諧型相間功率控制器潮流調節能力進行了分析。
　　本文針對IPC接入電網并聯瞬間的啟動狀態進行了相量分析，推導了并網前發生諧振時各電網參數與IPC參數之間的關系式。詳細比較分析了選取不同IPC參數時，對并網前諧振問題的抑制程度。假設在東北綏中、華北姜家營的聯絡線上裝設相間功率控制器IPC，針對東北、華北電網接入IPC并網運行進行了仿真，提出了一種并網運行的方案。

2機理及相量分析
　　圖1中，A、B、C是一個三相電源的三個端點，這個三相電源是控方電網的等值電源。該三相電源的外圍，按一定規則連接著三個電感元件和三個電容元件，它們構成相間功率控制器IPC的主體。三相電源和相間功率控制器形成一個出端為A^′、B^′、C^′的控方有源三端網絡。其中
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　　為了便于分析，假設F_L和F_C的模值相等，即f_L=f_C=f,則有F_L+F_C=0。
　http://www.hnygpx.net/article/UploadPic/2009-5/200952114187605.jpg" width=377 border=0 onload="return imgzoom(this,600);" onclick="javascript:window.open(this.src);" style="cursor:pointer;"/>
　　由圖_{http://www.hnygpx.net/article/UploadPic/2009-5/200952114187905.jpg" width=41 border=0 onload="return imgzoom(this,600);" onclick="javascript:window.open(this.src);" style="cursor:pointer;"/>}相量圖和公式（9）可以看出，并網運行前，聯絡線開路情況下，當滿足條件F_L+F_C=0時，將發生串聯諧振，端口電壓_{http://www.hnygpx.net/article/UploadPic/2009-5/200952114188753.jpg" width=32 border=0 onload="return imgzoom(this,600);" onclick="javascript:window.open(this.src);" style="cursor:pointer;"/>}幅值為送端電壓E_A的_{http://www.hnygpx.net/article/UploadPic/2009-5/200952114188930.jpg" width=52 border=0 onload="return imgzoom(this,600);" onclick="javascript:window.open(this.src);" style="cursor:pointer;"/>}倍，相位落后角度為送端電網的等值阻抗角θs。

http://www.hnygpx.net/article/UploadPic/2009-5/200952114188326.jpg" width=258 border=0 onload="return imgzoom(this,600);" onclick="javascript:window.open(this.src);" style="cursor:pointer;"/>

　　含相間功率控制器的控方有源三端網絡,當其三相等值電動勢和各相等值阻抗得出以后,可以通過聯絡線將該有源三端網絡與對側系統的等值三相電源聯接起來，形成簡化電路，假設三相電路對稱，可得單相等值電路如圖3所示。

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　http://www.hnygpx.net/article/UploadPic/2009-5/200952114188257.jpg" width=368 border=0 onload="return imgzoom(this,600);" onclick="javascript:window.open(this.src);" style="cursor:pointer;"/>
設控方主導系數http://www.hnygpx.net/article/UploadPic/2009-5/200952114188373.jpg" width=96 border=0 onload="return imgzoom(this,600);" onclick="javascript:window.open(this.src);" style="cursor:pointer;"/>，為保證控方主導有效性，一般取控方主導系數K＞3 ，則有(f²/3-
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3并網運行啟動狀態分析
　　假設東北電網選取綏中節點，華北電網選取姜家營節點為聯網端點，在此基礎上進行戴維南等值參數計算。電壓基準值VB取為220kV，視在功率基準值SB取為100MVA（本文中未注明單位均采用標幺值）。東北電網綏中節點通過聯絡線向華北輸送有功功率6.0，輸送無功功率1.2，對東北電網進行戴維南等值參數計算，得到等值電勢E_eq1為1.108 988，等值電抗幅值Z_eq1為0.038 262，等值電抗角度F_eq1為79.370 24°。華北電網姜家營節點從聯絡線接收有功功率6.0，接收無功功率1 .2，對華北電網進行戴維南等值參數計算，得到等值電勢E_eq2為1.053 796，等值電抗幅值Zeq2為0.034 969，等值電抗角度Feq2為78.520 365°。
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　　根據公式（12）至（15），其中V_B為電壓基準值，S_B為功率基準值，Z_B為電抗基準值，I_B為電流基準值，可以按基值算有名值，東北電網戴維南等值電勢為 239.75kV，電阻值為3.416Ω，電抗值為 0.057 96H。華北電網戴維南等值電勢為233.72kV，電阻值為3.368 5Ω，電抗值為0.052 82H。為了保證聯絡線潮流滿足功率輸送要求，同時保證控方主導有效性，取K值為4，計算IPC電抗器值為0.408 6H，電容器值為2.4823E-5F。
　　根據上述參數對東北、華北電網接入IPC互聯進行了數值仿真。圖5、6分別為并網前后東北電網綏中節點端口電壓波形和電流波形，在t_S為0.1s時，東北、華北電網通過聯絡線并網。IPC電抗器和電容器兩端電壓和電流波形與其相近。顯然，在并網前，由于串聯諧振，造成端口電壓、電流過高，為正常運行的K倍。同時，由于諧振導致電抗器、電容器兩端電壓過高，對元器件損害較大，不利于長期安全運行。

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4并網啟動IPC參數調整
　　分別適當調整電抗器、電容器值，避開串聯諧振點，保證在電網并網前東北電網端口電壓、電流和IPC電抗器、電容器兩端電壓不至于過高。并網成功后，再根據聯絡線傳送功率要求，調整電抗器、電容器數值。
　　根據式（1）、（16）、（17）計算V_A′O、V_C、V_L。 http://www.hnygpx.net/article/UploadPic/2009-5/200952114188957.jpg" width=330 border=0 onload="return imgzoom(this,600);" onclick="javascript:window.open(this.src);" style="cursor:pointer;"/>
　　表1為電感值0.408 6H保持不變，調整電容器參數的計算結果；表2為電容恒為2.482 3E-05F保持不變，調整電抗器參數的計算結果。

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　　綜合考慮端口電壓、電容器和電抗器兩端電壓，當電抗器值為0.408 6H，電容器值為4.4823E-5F時，V_A′O為373.199 2kV，V_C為262.258 7kV、V_L為474.0551kV，大電壓V_C僅為正常運行時E_A的1.0939倍，遠小于發生串聯諧振時的3.99倍。并網啟動效果比較理想，避開了串聯諧振點。仿真結果如圖7、8、9所示。

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　　圖7、8、9中，在t_S為0.1s時東北、華北電網通過聯絡線并網，在t_S為0.3s時切除部分電容器以滿足聯絡線傳送功率要求。可以看出，在并網運行和電容器投切時刻，在端口和電抗器、電容器兩端存在瞬間過電壓，該暫態過程可以通過將電容投切時間選擇在電源電壓與電容器預先充電電壓相等的時刻，控制電力電子開關元件開通時間和次序等電力電子控制技術進行抑制。
　　通過上述分析，可以得到一種并網啟動方案。先通過東北、華北電網實際數據進行計算分析，得出并網前IPC參數的諧振點，選取合適的電容器、電抗器參數，以避開諧振點，然后通過聯絡線并網，并網成功后，再適當調整IPC參數，達到聯絡線輸送功率要求。再根據輸電功率和兩側電網頻率差進行調控。

5結語
　　通過對東北、華北接入IPC并網啟動狀態的分析，指出并網時發生串聯諧振的問題。通過機理和向量分析對諧振電壓和電流之間的關系進行了推理，得到在并網運行前，端口諧振電壓為東北電網戴維南等值電勢的K倍。
　　根據東北、華北電網實際數據，分別調節IPC電抗器和電容器值，計算并網前東北電網端口和電容器、電抗器兩端電壓。分析查找相關參數，得出并網啟動前IPC參數，通過調整IPC參數，可以避開串聯諧振點。
　　仿真結果驗證，滿足電網并網啟動要求，對實際并網啟動運行具有理論指導意義。此分析結果也同樣適用聯絡線斷路情況，在調控中應引起充分重視。

參考文獻

［1］王芝茗,王漪,徐敬友,等.關鍵負荷節點集合電網側戴維南參數預估［J］. 中國電機工程學報,2002,22(2):16-20
［2］曲祖義,于繼來,柳焯.相間功率控制器控制機理的電路解析［J］.中國電機工程學報,2001,21(3):37-40
［3］柳焯.相間功率控制器運行狀態分析［J］.清華大學學報（自然科學版）,19 99,39(3):69-71
［4］李娟，紀延超.調諧型相間功率控制器潮流調節能力的分析［J］.電力系統及其自動化學報,2002,14(6):52-54