CN113889957B - 一种基于分布式潮流控制的非接触耦合式融冰拓扑及融冰方法 - Google Patents

一种基于分布式潮流控制的非接触耦合式融冰拓扑及融冰方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于分布式潮流控制的非接触耦合式融冰拓扑及融冰方法。该拓扑及方法将单匝耦合变压器分布式卡合在各分裂子导线上，通过优化各子导线分布式卡合的单匝耦合变压器投切策略，将融冰段内几根子导线的电流挪移到某一根或某几根上，使各根子导线依次达到融冰电流值，逐次对各根子导线进行融冰。本发明可以在不停电、不改变线路结构、不改变线路正常电力输送的情况下，对分裂导线的子导线进行逐次融冰，也可用于潮流控制。

Description

一种基于分布式潮流控制的非接触耦合式融冰拓扑及融冰 方法
技术领域
本发明属于智能电网安全稳定运行技术领域。具体涉及一种基于分布式潮流控制的非接触耦合式融冰拓扑及方法，可以在不停电、不改变线路结构、不改变线路正常电力输送的情况下，对分裂导线的子导线进行逐次融冰，也可用于潮流控制。
背景技术
处于高寒地区的输电线路在冬季易发生覆冰现象，不同的覆冰程度可能会产生线路断线、杆塔倒塌、线路振荡、绝缘闪络等事故，致使部分地区电网输变电设施受损以及相关发电机组跳闸停机，不仅会极大地降低系统供电可靠性，还会造成严重的经济损失，对于500kV超高压输电线路，其故障造成的损失更大。
对于500kV超高压输电线路，目前基本采用直流融冰技术，但直流融冰需要停电进行，影响线路正常电力输送。也有部分专家学者采用在各分裂子导线安装短路器，依次开断断路器将潮流挤到某一根子导线上，逐次对子导线进行交流融冰，但，频繁开断断路器也影响了断路器的寿命，增大线路风险，而且由断路器的开断，直接改变了被融冰线路段对外的等效阻抗，虽然没有停电，但将改变线路的正常电力输送，影响负荷的正常用电。
发明内容
本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种基于分布式潮流控制的非接触耦合式融冰拓扑及方法，该拓扑及方法将不改变线路的正常结构，不改变被融冰段对外的等效阻抗，不影响正常电力输送而对子导线进行逐次融冰。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
一种基于分布式潮流控制的非接触耦合式融冰拓扑，其特征在于，将分裂导线进行分段，段头段尾的间隔棒为非绝缘间隔棒，段内的为绝缘间隔棒；将若干单匝耦合变压器分布式卡合在各分裂子导线上，融冰装置接在单匝耦合变压器次级绕组上。
在上述的一种基于分布式潮流控制的非接触耦合式融冰拓扑，融冰装置包括单匝耦合变压器、TCSC以及可控开关，其中，TCSC为实现调节分裂导线阻抗的装置；在需要融冰时，可控开关断开，TCSC可根据实时融冰电流大小调节晶闸管的导通角，从而连续调节装置外部等效阻抗，使分裂导线电流达至融冰电流值；在不需要融冰时，可控开关闭合，TCSC流经电流几乎等于0。
一种基于分布式潮流控制的非接触耦合式融冰拓扑的融冰方法，其特征在于，包括
步骤1、依据式(1)与线路所需融冰电流值，计算单根分裂子导线上所需投入融冰装置的总输出阻抗；
Figure SMS_1
Figure SMS_2
Figure SMS_3
xa为融冰子导线子导线上所需投入融冰装置的总输出阻抗，xb为非融冰子导线上所需投入融冰装置的总输出阻抗；
步骤2、将被融冰的线路段内的间隔棒改造成绝缘间隔棒；
步骤3、将耦合变压器在融冰段内沿着电力杆塔进行安装；
步骤4、依据气象环境设置线路融冰电流；
步骤5、进行各分裂子导线的融冰装置投切；投切控制策略如下：
步骤5.1、计算单根分裂子导线上的融冰装置安装数量M；
单个融冰装置最大输出容抗为xC，最大输出感抗为xL；记系统负荷电流I的最小值、最大值分别为Imin与Imax，代入式(2)得到xa的两组值xa1与xa2，代入式(3)得到xb的两组值xb1与xb2；
Figure SMS_4
当出现计算的安装数量为非整数时，应朝大取整；
步骤5.2、计算融冰的子导线和非融冰子导线分别投入运行融冰装置数量K与L；
将系统实际负荷电流I0代入式(2)与式(3)，得到的结果记为xa0与xb0
Figure SMS_5
Figure SMS_6
融冰的子导线上K个融冰装置输出容性电抗，非融冰子导线上L个融冰装置输出感性电抗；若计算的投入数量K与L为整数，则融冰子导线上融冰装置输出xC，非融冰子导线上融冰装置输出xL；若计算的投入数量K与L为非整数，应朝大取整，再微调融冰装置的输出阻抗，使融冰子导线的实际运行电流等于或略大于融冰电流。
因此，本发明具有如下优点：本发明提出的非接触耦合式整个融冰过程无需停运线路，电网结构没有发生变化，不会影响电力线路的正常电力输送，提高了电力系统可靠性和安全性。也可用于线路的潮流调控。
附图说明
图1是非接触耦合式融冰装置示意图。
图2是分段融冰示意图。
图3是TCSC型融冰装置拓扑示意图。
图4是四分裂线路示意图。
图5是含融冰装置的四分裂导线示意图。
图6是对子导线1进行融冰时的四分裂导线示意图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：
本发明提出一种基于分布式潮流控制的非接触耦合式融冰拓扑及方法。该拓扑及方法将单匝耦合变压器分布式卡合在各分裂子导线上(如图1所示)，通过优化各子导线分布式卡合的单匝耦合变压器投切策略，将融冰段内几根子导线的电流挪移到某一根或某几根上，使各根子导线依次达到融冰电流值，逐次对各根子导线进行融冰。
该拓扑及方法为交流融冰方法，具体如图2所示，将分裂导线进行分段，对段内的间隔棒进行绝缘改造，段头段尾的间隔棒保持原来的非绝缘。融冰电流只在本段内进行挪移，整段线路对外等效阻抗不变，整个融冰过程无需停运线路，电网结构没有发生变化，不会影响电力线路的正常电力输送。
融冰装置接在单匝耦合变压器次级绕组上，本发明提出一种新拓扑可使得单匝耦合变压器初级绕组(输电线路)输出电压呈感性可调，及等效为一个大电抗特性，从而实现分裂导线之间的电流重新分布，使部分分裂导线能达至融冰电流值。
为了使融冰装置仅在有融冰需求的情况下呈现大电抗特性，且具备输出感性和容性电抗的能力，本发明提出一种采用可控串联补偿装置(TCSC)的方式来控制融冰装置等效接入电抗的大小，具体拓扑如图3所示。
如图所示，该装置由单匝耦合变压器、TCSC以及可控开关组成。其中，TCSC为实现调节分裂导线阻抗的装置。由于采取该方案的融冰装置输出阻抗连续可调，因此可以结合实时融冰电流需求连续调节各分裂导线阻抗的变化。在需要融冰时，可控开关断开，TCSC可根据实时融冰电流大小调节晶闸管的导通角，从而连续调节装置外部等效阻抗，使分裂导线电流达至融冰电流值；在不需要融冰时，可控开关闭合，TCSC流经电流几乎等于0。假设分裂导线的根数为n，安装在单根分裂子导线上的融冰装置数量均为M，由于单个融冰装置的最大输出阻抗有限，因此需要使当前进行融冰的子导线和其余n-1根非融冰子导线分别投入特定数量的融冰装置，从而为使融冰子导线的运行电流到达融冰电流。
本发明保持融冰段对外等效阻抗不变的控制方法为：假如此时对子导线1进行融冰，通过投切各子导线上的耦合变压器，则将子导线2～n-1上的电流都往子导线1挤，使子导线1的电流达到融冰所需电流值，但耦合变压器投切情况得保持n根子导线并联的等效阻抗不变。具体阐述如下。
以500kV的GJL630/45四分裂导线线路对象，其单相线路示意图如图4所示。
其中，节点1与节点2之间的分裂导线为融冰段线路，分裂导线之间通过绝缘间隔棒支撑，单个子导线的等效阻抗为Xmelt；XL1与XL2为非融冰段线路的等效阻抗，由于该线路段的分裂导线采取非绝缘的间隔棒支撑，因此等效阻抗即为四根分裂子导线的并联阻抗；I为该相线路四根分裂子导线的电流之和，同时也是负荷电流；I1、I2、I3、I4分别为四根分裂子导线的电流。
本发明在图4中装设本发明中提出的融冰装置后，其等效电路图如图5所示。
其中，X1，X2，X3，X4分别为各分裂子导线上融冰装置的输出阻抗。下面以图中子导线1为融冰导线作为例子阐述本项目拟研究的融冰装置的原理。此时，非融冰子导线输出阻抗相同，记为Xb，融冰子导线输出阻抗记为Xa。相应的，含融冰装置的四分裂导线示意图可进一步表示为下图。
为实现非停电融冰，必须满足负荷电流I保持不变的条件，即在融冰装置工作时，融冰段阻抗要保持不变，由此，本发明提出各量用如下关系式进行相互约束：
Figure SMS_7
其中λ为融冰子导线的分流比，其为融冰电流I融
Figure SMS_8
为了使子导线电流满足融冰需求，本发明提出融冰段子导线的分流比λ应变大，由此可得Xa≤0，Xb≥0。
对于n分裂导线约束关系式(1)更普遍的有
Figure SMS_9
具体实施步骤如下：
1、依据式(3)与线路所需融冰电流值，计算单根分裂子导线上所需投入融冰装置的总输出阻抗；
Figure SMS_10
Figure SMS_11
xa为融冰子导线子导线上所需投入融冰装置的总输出阻抗，xb为非融冰子导线上所需投入融冰装置的总输出阻抗。
2、将被融冰的线路段内的间隔棒按图2所示进行改造成绝缘的；
3、将耦合变压器按图1所示在融冰段内沿着电力杆塔进行安装；
4、依据气象环境设置线路融冰电流；
5、进行各分裂子导线的融冰装置投切。投切控制策略如下：
1)计算单根分裂子导线上的融冰装置安装数量M。
单个融冰装置最大输出容抗为xC，最大输出感抗为xL。记系统负荷电流I的最小值、最大值分别为Imin与Imax，代入式(4)得到xa的两组值xa1与xa2，代入式(5)得到xb的两组值xb1与xb2。
Figure SMS_12
当出现计算的安装数量为非整数时，应朝大取整。
2)计算融冰的子导线和非融冰子导线分别投入运行融冰装置数量K与L。
将系统实际负荷电流I0代入式(4)与式(5)，得到的结果记为xa0与xb0
Figure SMS_13
Figure SMS_14
融冰的子导线上K个融冰装置输出容性电抗，非融冰子导线上L个融冰装置输出感性电抗。若计算的投入数量K与L为整数，则融冰子导线上融冰装置输出xC，非融冰子导线上融冰装置输出xL；若计算的投入数量K与L为非整数，应朝大取整，再微调融冰装置的输出阻抗，使融冰子导线的实际运行电流等于或略大于融冰电流。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (2)

1.一种基于分布式潮流控制的非接触耦合式融冰拓扑，其特征在于，将分裂导线进行分段，段头段尾的间隔棒为非绝缘间隔棒，段内的为绝缘间隔棒；将若干单匝耦合变压器分布式卡合在各分裂子导线上；
融冰装置包括单匝耦合变压器、TCSC以及可控开关，TCSC与可控开关并联后接在单匝耦合变压器的次级绕组上，其中，TCSC为实现调节分裂导线阻抗的装置；在需要融冰时，可控开关断开，TCSC可根据实时融冰电流大小调节晶闸管的导通角，从而连续调节装置外部等效阻抗，使分裂导线电流达至融冰电流值；在不需要融冰时，可控开关闭合，TCSC流经电流几乎等于0。
2.一种根据权利要求1所述的基于分布式潮流控制的非接触耦合式融冰拓扑的融冰方法，其特征在于，包括
步骤1、依据式(1)与线路所需融冰电流值I融，计算单根分裂子导线上所需投入融冰装置的总输出阻抗；
Figure FDA0004229945070000011
Figure FDA0004229945070000012
Figure FDA0004229945070000021
λ为融冰子导线的分流比；xa为融冰子导线上所需投入融冰装置的总输出阻抗，xb为非融冰子导线上所需投入融冰装置的总输出阻抗，单个子导线的等效阻抗为Xmelt，n为子导线数量；
步骤2、将被融冰的线路段内的间隔棒改造成绝缘间隔棒；
步骤3、将耦合变压器在融冰段内沿着电力杆塔进行安装；
步骤4、依据气象环境设置线路融冰电流；
步骤5、进行各分裂子导线的融冰装置投切；投切控制策略如下：
步骤5.1、计算单根分裂子导线上的融冰装置安装数量M；
单个融冰装置最大输出容抗为xC，最大输出感抗为xL；记系统负荷电流I的最小值、最大值分别为Imin与Imax，代入式(2)得到xa的两组值xa1与xa2，代入式(3)得到xb的两组值xb1与xb2；
Figure FDA0004229945070000022
当出现计算的安装数量为非整数时，应朝大取整；
步骤5.2、计算融冰的子导线和非融冰子导线分别投入运行融冰装置数量K与L；
将系统实际负荷电流I0代入式(2)与式(3)，得到的结果记为xa0与xb0
Figure FDA0004229945070000031
Figure FDA0004229945070000032
融冰的子导线上K个融冰装置输出容性电抗，非融冰子导线上L个融冰装置输出感性电抗；若计算的投入数量K与L为整数，则融冰子导线上融冰装置输出xC，非融冰子导线上融冰装置输出xL；若计算的投入数量K与L为非整数，应朝大取整，再微调融冰装置的输出阻抗，使融冰子导线的实际运行电流等于或略大于融冰电流。
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