[发明专利]高压磁控式并联电抗器的双向等值反双曲微分控制器设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高压磁控式并联电抗器的双向等值反双曲微分控制器设计方法，属于数 字仿真建模方法领域，可应用于饱和磁路元件的控制器设计，特别是磁控式并联电抗器的控 制器设计。

背景技术

随着三峡水利枢纽电站，酒泉千万千瓦级风电基地、青海/甘肃大规模光伏电站的相继启 动建设，为解决煤炭、水利等一次能源与负荷中心分布极不平衡的问题，我国交流电力系统 骨干网架宜采用超/特高压紧凑型线路实现远距离、大容量的输电，充分发挥电网大范围优 化能源资源配置的重要作用；促进一次能源的高效集约开发和利用；有利于促进电网、电源 协调发展；统筹利用环境容量，缓解能源和环境对国民经济发展的制约。

超/特高压交流输电线路的容性充电功率巨大、潮流变化剧烈以及有限的绝缘裕度给系 统的无功调节、过电压抑制造成了巨大的挑战。传统的无功补偿装置如：普通高压并联电抗 器、可投切低压并联电容器和电抗器组、发电机进相运行和静止无功补偿器(staticvar compensator，SVC)等大都无法同时满足无功调节和过电压抑制的需要。

可控并联电抗器(controllableshuntreactor，CSR)能够简化超/特高压电网中的系统无功 电压控制、抑制工频过电压和操作过电压、消除发电机自励磁、动态补偿线路充电功率、抑 制潜供电流、阻尼系统谐振等，能满足系统多方面需求，因而具有非常广阔的应用前景。

2007年9月首套500kV高压磁控式并联电抗器(magneticallycontrolledshuntreactor)在 湖北江陵(荆州)换流站投运成功，在系统运行中发挥了重要作用，为我国特高压可控电抗 器的研制、运行与维护积累了宝贵经验。

高压磁控式并联电抗器具有容量可大范围连续调节(从空载到满载的调节率均可达到90 ％以上)、高次谐波和有功损耗较小、可靠性高、应用较少的电力电子器件，结构简单、综 合成本低的显著特点，技术比较成熟，国内目前研究和工程应用的主要类型。

关于高压磁控式并联电抗器的数学建模方面的理论研究，目前已有的技术中只有中国专 利申请200810056973.1公开了一种磁控式并联电抗器数字仿真建模方法，其特征在于：它包 括等效磁路的分解方法，根据磁路定律和电路定律，将磁控式并联电抗器模型等效成多个饱 和变压器和饱和电抗器模型；其利用现有仿真软件中的饱和变压器和饱和电抗器模型，构建 磁控式并联电抗器仿真模型可集成于现有的仿真软件中，扩展相应的仿真功能；可检验系统 稳态控制方法和暂态控制方法。该发明的主要原理是用现有的饱和变压器和电抗器拼接来模 拟磁控式并联电抗器的特性，对高压磁控式并联电抗器的进一步研究有重要的参考价值，但 只是一种离线数字仿真搭建方法，并未建立反应磁控式并联电抗器的连续饱和磁路特性的准 确数学模型(数字仿真和数学模型是两个不同的概念)，而且其采用了补偿法和分段线性化方 法，补偿法不仅需要反复迭代，对实时/超实时电磁暂态仿真造成障碍，而且规格化的Φ-I磁 化曲线与实际励磁特性的差别，造成模型的计算误差很大；分段线性化方法虽然计算简单， 但是不同分段之间不可避免的引起数值震荡，而且超/特高压磁控式并联电抗器不是一般的非 线性元件在小范围内微调，而是大范围的连续光滑调节，高压磁控式并联电抗器作为智能电 网高压柔性输电的组成部分，若采用分段线性化方法既不能满足其大范围调节的计算精度， 也不能反应其连续光滑调节的智能柔性特征，抹掉了本体元件的诸多优点和特征，损害了数 学模型的精确性；不但无法描述了磁控式并联电抗器的连续光滑调节特性，而且仿真精度误 差很大，无法满足电力系统电磁暂态仿真的需要。

以往的研究主要针对稳态稳态进行分析，对于暂态调节这种比较棘手的问题，尚未有文 献研究见著报道。

尚未有实用化的高压磁控式并联电抗器控制器设计见诸文献，本发明创新性的提出了磁 路电路双向等值算法，并以此为控制系统的设计思路，把复杂耦合的非线性磁路和微分电路 方程组解耦，以解析解形式直接求出控制需要的励磁电流，减少了迭代调节过程，避免了常 规控制系统中微积分环节的时间延迟，节省了计算时间和内存，增强了控制可靠性。有利于 提高高压磁控式并联电抗器在超特高压电网中应对工频和操作过电压的整体反应速度。已在 电力系统全数字实时仿真装置(AdvancedDigitalPowerSystemSimulator-ADPSS)中编程实现 了控制模块的工程化应用。

发明内容