[发明专利]大型交直流互联电网短路限流器机电暂态模型的控制方法

说明书

技术领域

本发明提出一种适用于大型交直流互联电网的短路限流器机电暂态模型，涉及大型交直流互联电网控制技术，属于大型互联电力系统的创新技术。 

背景技术

电力系统的迅速发展，单机和发电厂容量、变电站容量、城市和工业中心的负荷和负荷密度的增加，以及电力系统之间的互联，导致现代大电力系统各级电网中的短路电流水平不断增加，给电网内各种电器设备，如断路器、变压器、互感器以及变电站的母线、构架、导线和支承瓷瓶等提出了更苛刻的要求，因此，限制电力系统短路电流成为一个亟待解决的问题。 

通常限制短路电流的措施可以从电网结构、系统运行方式和设备性能三方面考虑。改造电网结构，投资昂贵且周期较长，改变系统运行方式容易造成电力系统运行的不稳定性。在设备端加装电抗器、高阻抗变压器则会导致网络损耗增加，并且降低系统的稳定性。随着电力电子技术、高温超导技术的发展，故障限流装置成为上述方法的有益补充，在未来具有可观的实际应用前景，很可能成为“坚强与智能电网”中新兴FACTS装备的主要增长点。 

近年来，在柔性交流输电系统技术（Flexible AC Transmission System，简称FACTS）中，一种可应用于500kV等级电网的基于可控硅保护型的串联补偿装置(Thyristor Protected Series Compensation，简称TPSC)的串联谐振谐振型故障电流限制器，又称短路电流限制器(Short Circuit Current Limiter，简称SCCL)引起了业界学者和专家的关注。它可以在稳态条件下运行在零阻抗状态，系统短路时，可以在几个到几十ms内转换到限流电抗器的阻抗值，从而限制短路电流。 

若大型交直流互联电网（比如：中国南方电网）拟安装该类装置，则在考察其限制短路电流效果的同时，还需要研究这种装置对全网稳定性的影响。因此，研发适用于大型交直流互联电网机电暂态仿真的高压SCCL模型具有重要的应用价值，对于电网的规划和设计具有重要意义。 

SCCL技术发展历程和目前应用现状，以及SCCL简化拓扑结构和工作原理如下： 

（1）SCCL技术发展历程和应用现状

SCCL是根据串联补偿技术发展而来的。可控硅保护型的串联补偿装置(Thyristor Protected Series Compensation，以下简称TPSC)已是一类非常成熟的产品，已经在国内外应用。例如，2000年美国南加洲Edison电力公司的输电系统中的500 kV Vincent变电所成功投入运行了3个TPSC，2003年又有2套TPSC在500 kV Midway变电站投运；2009年12月25日，在中国华东电网500 kV瓶窑站投入试运行了500kV电压等级、基于TPSC技术的短路限流装置。这是中国电力科学研究院、中电普瑞、华东电网公司研制，为国内第一台500 kV谐振型故障限流装置（FCL），。具体为：在500kV瓶和 5411 线上安装了一台8Ω，额定电流为2kA的FCL；短路电流限制设计目标为，降低流经该线路的短路电流并能把短路点的总电流降低到47kA以下。该装置接线结构示意图如图1所示。

（2）SCCL简化拓扑结构和工作原理 

针对图1所示的该类串联谐振型故障限流装置接线结构，可以采用TPSC加外接的串联电抗器(按容许的短路电流水平设计)的组合，作为短路电流限制器(SCCL)的简化拓扑结构，如图2所示。

而短路电流限制器SCCL的静态工作特性，可以用图3表示。其对应的工作原理可以描述为： 

a)稳态时电容器和电抗器构成串联谐振,不增加系统阻抗，对系统的潮流分布、无功和电压无影响。

b)短路电流发生时,当流过限制器的电流超过设定阈值,晶闸管保护动作,几个至几十ms内旁路掉电容器组,相当于线路中串入了限流电抗器,从而短路电流得到抑制。这样就避免了限流电抗器增加系统阻抗、消耗无功的缺点,而保留了限流电抗器强力抑制短路电流的优点。 

c)其次，短路故障消除后,由于TPSC采用自冷却的直接光触发技术的晶闸管(LTT)，电容器可以很快的重新投入,提高了大干扰后的系统稳定性。 

发明内容

本发明提出一种物理概念明确、工程实现方便、扩展性好的大型交直流互联电网短路限流器机电暂态模型的控制方法。本发明能提高电力系统稳定性。 

本发明大型交直流互联电网短路限流器机电暂态模型的控制方法，包括如下步骤： 

1）完成短路限流器机电暂态模型构建；