CN105375493A - 一种额定参数可调整的串补设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种额定参数可调整的串补设计方法，包括步骤1：确定串联补偿装置所在电力系统的发展阶段；步骤2：确定电力系统在不同发展阶段需要串联补偿装置进行补偿时的额定电流和额定容抗；步骤3：优化电力系统在不同发展阶段的串补额定参数；步骤4：确定电力系统在不同发展阶段的串补电容器扩展方案；步骤5：确定串补过电压保护装置的参数和扩展方案。与现有技术相比，本发明提供的一种额定参数可调整的串补设计方法，依据电力系统的发展阶段分阶段扩展串联补偿装置及其过电压保护装置的参数，提高了串联补偿装置的经济性和可靠性。

Description

一种额定参数可调整的串补设计方法
技术领域
本发明涉及远距离输电技术领域，具体涉及一种额定参数可调整的串补设计方法。
背景技术
串联补偿技术可以提高远距离输电系统传输容量、改善系统稳定性，串补在电力系统中有广阔的应用前景。在串联补偿中，电容器是用来补偿线路阻抗的，从而提高了系统的稳定性。但是在暂态过程中，短路电流将造成电容器组两端的高电压。电容器承受过电压能力有限，必须将其限制到规定的一定水平以内。因此还需要装设一定的过电压保护装置，“MOV-并联间隙组合”是目前应用较广泛，较成熟的过电压保护技术。图1给出了采用“MOV-并联间隙组合”过电压保护的串补装置接线示意图。其中，MOV是限制电容器电压的主保护；间隙是MOV和电容器的后备保护；旁路断路器是系统检修、调度的必要装置，同时也为火花间隙去游离提供必要条件；阻尼回路则用于限制电容器放电电流，防止电容器、间隙、旁路断路器在放电过程中损坏。
串补额定参数主要包括串补额定电流，串补容抗，串补额定参数的选择和系统条件有关。串补的过电压保护装置参数又和系统条件，及所确定的串补额定参数有关，包括MOV额定电压、MOV容量，间隙的动作电压，动作定值，阻回路参数等。
目前通用的设计方法是：
①：根据电网近期和远期规划，进行系统潮流和稳定计算，综合考虑近期和远期的最大正常功率输送所需的电流值，在此基础上，考虑一定裕度后，确定串补额定电流。
②：根据电网近期和远期系统输送能力的需求，分别确定近期和远期所需的串补容抗，取最大值作为额定容抗。
③：根据所确定的串补额定参数，进行电磁暂态计算，分别计算不同故障情况下，近期和远期系统条件下所需的MOV容量、MOV额定电压。一般MOV额定电压取近期和远期所需的最小值，额定容量取近期和远期所需的最大值。
④：根据所确定的MOV参数，确定间隙动作电压值，确定阻尼回路相关参数。
现有串补设计方法，通过考虑近期和远期系统条件，确定串补额定参数及过电压保护装置的参数。所设计的串补及相关装置参数满足近期和远期系统需求，虽然避免了串补的改造升级，但存在以下不足：
①：串补设计过程中，远期的系统条件，如电网结构、输送潮流等难以准确估计，现在的作法是按照远期规划并考虑较大的裕度选择额定电流，在初期一次性建成，若一定时期内甚至整个设备周期系统实际潮流水平显著低于设计水平，则对工程来说是一种巨大的浪费，同时还可能由于元件数量巨大给可靠性带来不利影响。
②；虽然在设计时考虑了较大裕度，但系统条件可能出现预期外的变化，这时串补及其过电压保护装置往往不能适应，仍然需要进行改造。
因此，需要提供一种能够根据系统发展分阶段扩展串补额定参数，提高串补应用的经济性、可靠性的串补设计方法。
发明内容
为了满足现有技术的需要，本发明提供了一种额定参数可调整的串补设计方法。
本发明的技术方案是：
所述方法包括：
步骤1：确定串联补偿装置所在电力系统的发展阶段；
步骤2：确定所述电力系统在不同发展阶段需要串联补偿装置进行补偿时的额定电流和额定容抗；
步骤3：依据所述需要串联补偿装置进行时的额定电流和额定容抗，优化电力系统在不同发展阶段的串补额定参数；
步骤4：依据所述优化后的串补额定参数，确定电力系统在不同发展阶段的串补电容器扩展方案；
步骤5：依据所述优化后的串补额定参数和电力系统在不同发展阶段的电磁暂态仿真模型，计算不同工况条件下串联补偿装置的过电压，依据所述过电网确定串补过电压保护装置的参数和扩展方案。
优选的，所述步骤2中确定串联补偿装置的额定电流和额定容抗：
步骤21：构建电力系统的机电暂态仿真模型；
步骤22：依据所述机电暂态仿真模型计算电力系统正常运行时串联补偿装置的输出功率Qn，获取电力系统在所有发展阶段中该输出功率Qn的最大值Qnmax；以及计算电力系统故障时串联补偿装置的输出功率Qf；
步骤23：依据所述输出功率Qnmax和输出功率Qf确定所述串联补偿装置的额定电流：
所述额定电流的电流值大于所述输出功率Qnmax对应的电流值，并满足输出功率Qf的要求；
步骤24：依据所述电力系统在不同发展阶段的接地系统的输送能力确定所述串联补偿装置的额定容抗；
优选的，当所述电力系统的发展阶段包括第一发展阶段和第二发展阶段，所述步骤3中依据所述第一发展阶段的串联补偿装置的额定电流IA和第二发展阶段的串联补偿装置的额定电流IB，得到优化后的第一发展阶段的串联补偿装置的额定电流I'A和第二发展阶段的串联补偿装置的额定电流I'B：
(1)若则I'A＝I′b＝max(IA,Ib)；
(2)若则I'A＝IA，I'B＝IB；
所述步骤3中依据所述第一发展阶段的串联补偿装置的额定容抗XCA和第二发展阶段的串联补偿装置的额定容抗XCB，得到优化后的第一发展阶段的串联补偿装置的额定容抗X'CA和第二发展阶段的串联补偿装置的额定容抗X'CB：
(1)若则X'CA＝X'CB＝max(XCA,XCB)；
(2)若则X'CA＝XCA，X'CB＝XCB；
优选的，当所述电力系统的发展阶段包括第一发展阶段和第二发展阶段，优化后的串补额定参数包括第一发展阶段的串联补偿装置的额定电流I'A和第二发展阶段的串联补偿装置的额定电流I'B，以及第一发展阶段的串联补偿装置的额定容抗X'CA和第二发展阶段的串联补偿装置的额定容抗X'CB，所述步骤4中串补电容器扩展方案包括：
(1)若I'B＝I'A且X'CB＝X'CA，则不需要扩展串联补偿装置的电容器；
(2)若X'CB＝X'CA且I'B＞I'A，则增加串联补偿装置中电容器的串联数和并联数；
(3)若I'B＝I'A且X'CB＞X'CA，则增加串联补偿装置中电容器的串联数；
(4)若I'B＞I'A且X'CB＞X'CA，则增加串联补偿装置中电容器的串联数和并联数；
优选的，所述步骤5中串补过电压保护装置的参数包括MOV额定电压、MOV额定容量、间隙动作电压，阻尼回路的电阻值和电感值；
当所述电力系统的发展阶段包括第一发展阶段和第二发展阶段，依据所述串补过电压保护装置确定其在电力系统的不同发展阶段的扩展方案包括：
依据所述MOV额定电压和MOV额定容量确定第一发展阶段中MOV的阀片串联数S1和阀片并联数P1，以及第二发展阶段中MOV的阀片串联数S2和阀片并联数P2，则第二发展阶段中对MOV进行扩展的阀片串联数S1'＝S2-S1，阀片并联数P2'＝P2；
依据所述电阻值和电感值确定第一发展阶段阻尼回路的放电谐振频率f1和第二发展阶段阻尼回路的放电谐振频率f2，则依据所述放电谐振频率f1和放电谐振频率f2的差值确定第二发展阶段中对阻尼回路进行扩展需要的电感值，并依据该电感值得到对阻尼回路进行扩展需要的电阻值；
所述串补过电压保护装置的放电间隙为可调节式并联间隙。
与最接近的现有技术相比，本发明的优异效果是：
1、本发明提供的一种额定参数可调整的串补设计方法，考虑了电力系统不同发展阶段对串联补偿装置的额定参数需求不同，分阶段确定该参数；
2、本发明提供的一种额定参数可调整的串补设计方法，分阶段扩展串联补偿装置的额定参数；
3、本发明提供的一种额定参数可调整的串补设计方法，分阶段扩展串补过电压保护装置的参数；
4、本发明提供的一种额定参数可调整的串补设计方法，依据电力系统的发展阶段分阶段扩展串联补偿装置及其过电压保护装置的参数，提高了串联补偿装置的经济性和可靠性。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1：本发明实施例中一种额定参数可调整的串补设计方法流程图；
图2：本发明实施例中串补过电压保护装置的结构示意图；
图3：本发明实施例中串补过电压保护装置的阻尼回路示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明提供的一种额定参数可调整的串补设计方法的实施例如图1所示，具体为：
一、确定串联补偿装置所在电力系统的发展阶段。
本实施例中按照电力系统投入后运行时间的先后顺序将电力系统的发展阶段划分为第一发展阶段和第二发展阶段，即近期和远期两个阶段。
二、确定电力系统在不同发展阶段需要串联补偿装置进行补偿时的额定电流和额定容抗。
1、根据电力系统不同发展阶段的电网结构、输送潮流、运行方式等，构建包括串联补偿装置在内的机电暂态仿真模型。
2、依据机电暂态仿真模型计算电力系统正常运行时串联补偿装置的输出功率Qn，获取电力系统在所有发展阶段中该输出功率Qn的最大值Qnmax；以及计算电力系统故障时串联补偿装置的输出功率Qf。
3、依据输出功率Qnmax和输出功率Qf确定串联补偿装置的额定电流：
额定电流的电流值大于所述输出功率Qnmax对应的电流值，并满足输出功率Qf的要求。
4、依据电力系统在不同发展阶段的接地系统的输送能力确定所述串联补偿装置的额定容抗。
三、依据需要串联补偿装置进行时的额定电流和额定容抗，优化电力系统在不同发展阶段的串补额定参数。
1、依据第一发展阶段的串联补偿装置的额定电流IA和第二发展阶段的串联补偿装置的额定电流IB，得到优化后的第一发展阶段的串联补偿装置的额定电流I'A和第二发展阶段的串联补偿装置的额定电流I'B：
(1)若则I'A＝I′b＝max(IA,Ib)；
(2)若则I'A＝IA，I'B＝IB；
2、依据第一发展阶段的串联补偿装置的额定容抗XCA和第二发展阶段的串联补偿装置的额定容抗XCB，得到优化后的第一发展阶段的串联补偿装置的额定容抗X'CA和第二发展阶段的串联补偿装置的额定容抗X'CB：
(1)若则X'CA＝X'CB＝max(XCA,XCB)；
(2)若则X'CA＝XCA，X'CB＝XCB。
四、依据优化后的串补额定参数，确定电力系统在不同发展阶段的串补电容器扩展方案。
串联补偿装置的电容器组是有多个电容器串并联组成的，串联补偿装置的额定参数变化后，电容器的串联数和并联数也会发生变化，以第一发展阶段的串联补偿装置的额定参数为初始参数，确定第二发展阶段中串补电容器扩展方案为：
(1)若I'B＝I'A且X'CB＝X'CA，则不需要扩展串联补偿装置的电容器；
(2)若X'CB＝X'CA且I'B＞I'A，则增加串联补偿装置中电容器的串联数和并联数；
(3)若I'B＝I'A且X'CB＞X'CA，则增加串联补偿装置中电容器的串联数；
(4)若I'B＞I'A且X'CB＞X'CA，则增加串联补偿装置中电容器的串联数和并联数。
五、依据优化后的串补额定参数和电力系统在不同发展阶段的电磁暂态仿真模型，计算不同工况条件下串联补偿装置的过电压，依据过电网确定串补过电压保护装置的参数和扩展方案。
本实施例中串补过电压保护装置的参数包括MOV额定电压、MOV额定容量、间隙动作电压，阻尼回路的电阻值和电感值。
当电力系统的发展阶段包括第一发展阶段和第二发展阶段，依据串补过电压保护装置确定其在电力系统的不同发展阶段的扩展方案包括：
1、MOV
如图2所示的MOV是多个由阀片串并联租场的，其中串联数由额定电压决定，MOV容量则由阀片总数决定。该额定电压由串联补偿装置的额定参数确定，当串联补偿装置的额定参数变化后，该额定电压发生变化，从而可以依据不同发展阶段的额定电压和容量确定第一发展阶段的阀片串联数和并联数，以及第二发展阶段的阀片串联数和并联数。
本实施例中依据MOV额定电压和MOV额定容量确定第一发展阶段中MOV的阀片串联数S1和阀片并联数P1，以及第二发展阶段中MOV的阀片串联数S2和阀片并联数P2，则第二发展阶段中对MOV进行扩展的阀片串联数S1'＝S2-S1，阀片并联数P2'＝P2。
2、阻尼回路
如图3所示，阻尼回路由电阻和电感组成。其中电感值与MOV电容器的额定参数相关，电阻值与电感值相关。
本实施例中依据电阻值和电感值确定第一发展阶段阻尼回路的放电谐振频率f1和第二发展阶段阻尼回路的放电谐振频率f2，则依据所述放电谐振频率f1和放电谐振频率f2的差值确定第二发展阶段中对阻尼回路进行扩展需要的电感值，并依据该电感值得到对阻尼回路进行扩展需要的电阻值；
3、放电间隙
放电间隙的放电电压随着串联补偿装置的额定参数变化而变化。在放电间隙设计是需要考虑不同发展阶段放电电压的要求，因此本实施例中串补过电压保护装置的放电间隙为可调节式并联间隙，满足不同发展阶段对放电电压的要求。
最后应当说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

Claims (5)

1.一种额定参数可调整的串补设计方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤1：确定串联补偿装置所在电力系统的发展阶段；
步骤2：确定所述电力系统在不同发展阶段需要串联补偿装置进行补偿时的额定电流和额定容抗；
步骤3：依据所述需要串联补偿装置进行时的额定电流和额定容抗，优化电力系统在不同发展阶段的串补额定参数；
步骤4：依据所述优化后的串补额定参数，确定电力系统在不同发展阶段的串补电容器扩展方案；
步骤5：依据所述优化后的串补额定参数和电力系统在不同发展阶段的电磁暂态仿真模型，计算不同工况条件下串联补偿装置的过电压，依据所述过电网确定串补过电压保护装置的参数和扩展方案。
2.如权利要求1所述的一种额定参数可调整的串补设计方法，其特征在于，所述步骤2中确定串联补偿装置的额定电流和额定容抗：
步骤21：构建电力系统的机电暂态仿真模型；
步骤22：依据所述机电暂态仿真模型计算电力系统正常运行时串联补偿装置的输出功率Qn，获取电力系统在所有发展阶段中该输出功率Qn的最大值Qnmax；以及计算电力系统故障时串联补偿装置的输出功率Qf；
步骤23：依据所述输出功率Qnmax和输出功率Qf确定所述串联补偿装置的额定电流：
所述额定电流的电流值大于所述输出功率Qnmax对应的电流值，并满足输出功率Qf的要求；
步骤24：依据所述电力系统在不同发展阶段的接地系统的输送能力确定所述串联补偿装置的额定容抗。
3.如权利要求1所述的一种额定参数可调整的串补设计方法，其特征在于，当所述电力系统的发展阶段包括第一发展阶段和第二发展阶段，所述步骤3中依据所述第一发展阶段的串联补偿装置的额定电流IA和第二发展阶段的串联补偿装置的额定电流IB，得到优化后的第一发展阶段的串联补偿装置的额定电流I'A和第二发展阶段的串联补偿装置的额定电流I'B：
(1)若则I'A＝Ib'＝max(IA,Ib)；
(2)若则I'A＝IA，I'B＝IB；
所述步骤3中依据所述第一发展阶段的串联补偿装置的额定容抗XCA和第二发展阶段的串联补偿装置的额定容抗XCB，得到优化后的第一发展阶段的串联补偿装置的额定容抗X'CA和第二发展阶段的串联补偿装置的额定容抗X'CB：
(1)若则X'CA＝X'CB＝max(XCA,XCB)；
(2)若则X'CA＝XCA，X'CB＝XCB。
4.如权利要求1所述的一种额定参数可调整的串补设计方法，其特征在于，当所述电力系统的发展阶段包括第一发展阶段和第二发展阶段，优化后的串补额定参数包括第一发展阶段的串联补偿装置的额定电流I'A和第二发展阶段的串联补偿装置的额定电流I'B，以及第一发展阶段的串联补偿装置的额定容抗X'CA和第二发展阶段的串联补偿装置的额定容抗X'CB，所述步骤4中串补电容器扩展方案包括：
(1)若I'B＝I'A且X'CB＝X'CA，则不需要扩展串联补偿装置的电容器；
(2)若X'CB＝X'CA且I'B＞I'A，则增加串联补偿装置中电容器的串联数和并联数；
(3)若I'B＝I'A且X'CB＞X'CA，则增加串联补偿装置中电容器的串联数；
(4)若I'B＞I'A且X'CB＞X'CA，则增加串联补偿装置中电容器的串联数和并联数。
5.如权利要求1所述的一种额定参数可调整的串补设计方法，其特征在于，所述步骤5中串补过电压保护装置的参数包括MOV额定电压、MOV额定容量、间隙动作电压，阻尼回路的电阻值和电感值；
当所述电力系统的发展阶段包括第一发展阶段和第二发展阶段，依据所述串补过电压保护装置确定其在电力系统的不同发展阶段的扩展方案包括：
依据所述MOV额定电压和MOV额定容量确定第一发展阶段中MOV的阀片串联数S1和阀片并联数P1，以及第二发展阶段中MOV的阀片串联数S2和阀片并联数P2，则第二发展阶段中对MOV进行扩展的阀片串联数S1'＝S2-S1，阀片并联数P2'＝P2；
依据所述电阻值和电感值确定第一发展阶段阻尼回路的放电谐振频率f1和第二发展阶段阻尼回路的放电谐振频率f2，则依据所述放电谐振频率f1和放电谐振频率f2的差值确定第二发展阶段中对阻尼回路进行扩展需要的电感值，并依据该电感值得到对阻尼回路进行扩展需要的电阻值；
所述串补过电压保护装置的放电间隙为可调节式并联间隙。
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