混合无功补偿变电站内特快速暂态波幅频特性分析方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及特高压混合无功补偿变电站技术领域，尤其涉及一种特高压混合无功 补偿变电站内特快速暂态波幅频特性分析方法。
【背景技术】
[0002] 特高压交流电网可以实现区域电网互联、资源优化配置和调整能源结构，但随着 系统输送功率增大，无功功率变化更加频繁，会对系统的安全运行产生一定的影响。其影响 主要体现在系统阻抗限制输送功率增长和过电压限制与输送大功率无功需求形成矛盾两 方面，采用串补、分级可控高抗相协调的混合无功补偿方式是解决上述问题较为理想的方 案。
[0003] 当混合无功补偿装置安装在特高压变电站内时，气体绝缘设备（GIS)中隔离开关 (DS)分合会产生的快速暂态过电压（VFTO)以及快速暂态过电流（VFTC)的幅频特性会受到 补偿装置的影响，会对电气设备绝缘和其控制系统产生威胁。
[0004] 国内外对常规线路的VFTO和VFTC的机理特性、影响因素、危害与防护进行了大量 的研究，比如，提出一种基于时域有限元的计算方法，得到传输线上各点的电压与电流值。 根据GIS隔离开关的电场分布，采用有限元分析方法建立三维静电场数学模型。进行特高 压变电站内部结构对隔离开关动作所产生VFTO的幅频特性的暂态分析。分析了不同抑制 设备作用下VFTO、VFTC变化规律以及各种抑制方法的优劣等等。上述研究对VFTO的产生 机理、影响因素及抑制方法进行了深入分析，但尚未有涉及含有混合无功补偿装置变电站 VFTO幅频特性的研究，也尚未有特快速暂态波作用下的混合无功补偿集中参数等效模型提 出。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的就是为了解决上述问题，提出了一种特高压混合无功补偿变电站内 特快速暂态波幅频特性分析方法，该方法充分考虑特快速暂态波的传输特性，通过分析特 快速暂态波频率的主要影响因素，得到了变电站内不同位置DS闭合时混合无功补偿装置 端口 VFTO的幅频特性，可以为特高压变电站内部设计提供理论支撑，具有现实意义。
[0006] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0007] -种混合无功补偿变电站内特快速暂态波幅频特性分析方法，包括以下步骤：
[0008] (1)根据特高压混合无功补偿变电站内混合无功补偿装置的组成以及特高压混合 无功补偿变电站内传输线路的架构，分别建立混合无功补偿装置等效模型和传输线模型；
[0009] (2)将混合无功补偿装置以及变电站内其他电力设备进行等效，得到变电站内系 统等效模型；
[0010] (3)根据变电站内系统等效模型，结合传输线模型，得到变电站内系统分布参数等 值电路；
[0011] (4)分别求取GIS内部和可控高抗端口的电压、电流的频域函数表达式；
[0012] (5)通过上述时域函数表达式分析GIS中DS闭合过程中，可控高抗等效电容心分 别对在GIS内部以及可控高抗端口处产生的VFTO的幅频的影响；
[0013] (6)通过上述时域函数表达式分析串补装置中DS闭合过程中，对在可控高抗端口 处产生的VFTO的幅频的影响。
[0014] 所述步骤⑴中，特高压混合无功补偿变电站内混合无功补偿装置包括：串补装 置和分级可控高抗；串补装置包括：电容器组、氧化锌避雷器、火花间隙、旁路断路器和阻 尼装置；电容器组、氧化锌避雷器、火花间隙和旁路断路器依次并联连接，阻尼装置连接在 氧化锌避雷器和火花间隙之间；
[0015] 分级可控高抗包括：高阻抗变压器、串联电抗、机械开关和晶闸管；高阻抗变压器 与串联电抗串联连接，机械开关和晶闸管并联连接组成并联支路一，串联电抗分级与并联 支路一并联连接，通过开断晶闸管进行感性无功功率调节。
[0016] 所述步骤（1)中，建立的混合无功补偿装置等效模型包括：串补装置等效模型和 分级可控高抗等效模型；
[0017] 串补装置等效模型具体为：依次并联的等效电容CD、Ce、CM、4和C s，在等效电容Cm 和Ch之间串联等效电容C ^
[0018] 分级可控高抗等效模型具体为：等效电容C12的一端与等效电容C1连接，等效电容 C12的另一端与等效电容C 2连接，等效电容C i和等效电容C 2的另一端均接地；
[0019] 其中，Cd为旁路开关，Ce为电容器组，Cm为避雷器，C h为火花间隙，q为阻尼装置， Cs为旁路断路器，C i为原边入口电容，C2为副边入口电容，C 12为原、副边转移电容。
[0020] 所述步骤（2)中，所述变电站内系统等效模型建立的时候，变压器、断路器暂态等 效模型采用固定电容表示，站内的其它电力设备等效波阻抗与母线相近，等效为固定长度 的母线，假定不发生电晕，省略线路的并联电导；
[0021] 得到的变电站内系统等效模型具体为：
[0022] 电力变压器等效电容Ct、隔离开关DS、断路器与隔离开关之间的母线M1、断开状态 断路器CB、断路器与末端之间母线M 2、空载侧架空线路W1、串补对地杂散电容(^依次串联 连接；串补装置Zc和串补对地杂散电容C m串联后与串补对地杂散电容C μ并联连接；可控 高抗Zr-端连接在断路器与末端之间母线M2和空载侧架空线路W i之间，另一端接地；隔离 开关DS两端分别连接电源侧电压Us和空载侧架空线路W i之间。
[0023] 所述步骤⑷中，GIS内部电压、电流的拉普拉斯频域函数表达式Ua(S)、I a(S)分 别为：
[0024]
[0025] 其中，s为拉普拉斯算子，P1为隔离开关动作时变电站内VFTO与VFTC的自然振荡 频率，i = 1…n ;US(s)为隔离开关电源侧的拉普拉斯变换式，Za(S)为空载侧GIS内部等效 阻容的拉普拉斯变换式，Zd(S)为断路器与隔离开关之间的母线等效阻抗的拉普拉斯变换 式，U a(S)为GIS内部电压的拉普拉斯变换式，Na(S)A1 (S)与Ma(S)分别表不Ua(S)的分子、 分母与IA(s)的分子，n 2ii(i = Ρ··η)和m2ii(i = Ρ··η)为待定系数，应用求极限的方法确 定待定系数的值。
[0026] 所述步骤（4)中，可控高抗端口的电压、电流的拉普拉斯频域函数表达式UB(s)、 IB(s)分别为：
[0027]
[0028]
[0029] 其中，Ua(S)为GIS内部电压的拉普拉斯变换式，Zb(S)为空载侧可控高抗端口处 等效阻容的拉普拉斯变换式，Z ab(S) = Zb (s)+Ze2, Ze2为断路器与末端之间母线等效阻抗的 拉普拉斯变换式，Ye2为断路器与末端之间母线等效导纳的拉普拉斯变换式，Z R (s)为可控高 抗的暂态等效电路参数的拉普拉斯变换式，Cb为断路器断口电容。
[0030] 所述步骤（5)中，GIS中DS闭合过程中，可控高抗等效电容(^分别对在GIS内部 以及可控高抗端口处产生的VFTO的幅频的影响具体为：
[0031] 串补装置电容等效参数较大，在特快速暂态波作用下相当于短路，基本不会对 VFTO产生影响。
[0032] 所述步骤（5)中，GIS中DS闭合过程中，可控高抗等效电容(^分别对在GIS内部 以及可控高抗端口处产生的VFTO的幅频的影响具体为：
[0033] GIS内部以及可控高抗端口处产生的VFTO的自然振荡角频率在一定的频率范围 内，随着可控高抗等效电容(^的增大而减小；通过调整可控高抗的补偿度从而改变可控高 抗等效电容C r的幅值，能够调节VFTO的频率；
[0034] 通过增加可控高抗等效电容Cr，能够降低可控高抗端口的VFTO峰值。
[0035] 所述