[发明专利]磁控式并联电抗器非线性磁路的等值磁通差暂态建模方法

说明书

技术领域

本发明属于数字仿真建模方法领域，特别涉及一种磁控式并联电抗器非线性磁路的等值 磁通差暂态建模方法，可应用于饱和磁路元件的建模方法，特别是磁控式并联电抗器的数字 建模仿真。

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(static var  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“一种 磁控式并联电抗器数字仿真建模方法”(申请号：200810056973)涉及到磁控式并联电抗器 的仿真建模方法，其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，但并未建立反应磁控式 并联电抗器的核心机理的准确数学模型，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。而且使用分段线性化的方法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。

由于超/特高压磁控式并联电抗器调节范围大，调节频繁，按以往的电磁暂态建模方法， 必然频繁的修改导纳矩阵，这将占用大量的内存和时间，对实时/超实时仿真计算造成巨大的 困难和挑战。以往的研究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。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种既能精确描述高压磁控式并联电抗器的非线性 磁路饱和特性、充分考虑每相各绕组之间的磁耦合，又能反应高压磁控式并联电抗器的大范 围连续频繁的暂态调节特性、满足实时和超实时仿真计算速度和精度要求的电磁暂态建模方 法。为超/特高压高压磁控式并联电抗器的系统分析提供了必要和有效的仿真手段。

本发明提出了一种磁控式并联电抗器非线性磁路的等值磁通差暂态建模方法，其特征在 于该方法以反双曲函数描述非线性磁路特性，并利用磁通替代算法，把非线性磁路和微分电 路方程组解耦，对耦合磁路方程进行解耦，从而建立等值磁通差电磁暂态模型。

本发明的建模方法包括以下步骤：