CN114784805A - 一种电源系统甩负荷过电压抑制方法 - Google Patents

一种电源系统甩负荷过电压抑制方法 Download PDF

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CN114784805A CN202210694636.5A CN202210694636A CN114784805A CN 114784805 A CN114784805 A CN 114784805A CN 202210694636 A CN202210694636 A CN 202210694636A CN 114784805 A CN114784805 A CN 114784805A
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田贇祥
许留伟
卢晶
茆智伟
茆华风
李俊
王鹏飞
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Abstract

本发明公开了一种电源系统甩负荷过电压抑制方法，所述方法包括：对电源系统建立等效电路模型；基于所述等效电路模型，计算所述电源系统的甩负荷过电压；当所述电源系统发生失超故障时会触发电源系统紧急停运命令；无功补偿装置响应于所述电源系统紧急停运命令，对所述电源系统执行电压限制控制，以抑制所述电源系统的甩负荷过电压；本发明实施例能够在电源系统发生诸如失超等严重故障时，能实现对负载的及时有效切除，保障电源系统稳定安全运行。

Description

一种电源系统甩负荷过电压抑制方法
技术领域
本发明涉及电气技术领域，尤其涉及一种电源系统甩负荷过电压抑制方法。
背景技术
Tokamak电源系统容量大、结构复杂、故障种类也很多，比如直流侧短路、晶闸管误触发、水冷失效、逆变失败、交流侧开关断开、整流变压器短路故障等等。保护系统会根据故障严重程度，分别采取慢退磁、快退磁、失超保护等措施将电源系统退出运行。最为严重也是对供电网络影响较大的一种故障是超导磁体失去超导态，若短时间内不采取有效措施可能会导致巨大电流烧毁价格昂贵的超导线圈。当失超故障发生时，需要迅速断开直流回路电流，将超导线圈中的能量快速转移出来，此时电源系统迅速改为逆变运行，同时根据故障前负载电流方向，触发相应的外旁通晶闸管开关，为其提供一条续流通道，否则在极短时间内线圈电流降为零，将产生很高的过压，破坏线圈绝缘，其后封锁变流器的触发脉冲，使其退出运行，最后延时100ms断开交流电源系统断路器。电流转移过程时间的长短与变流器负载电流、触发旁通的时刻、平衡电抗器以及交流系统的等效电感有关，从发出旁通指令到电流转移完成，这一过程通常只需8ms，正常控制方式下无功补偿系统无法响应，将引起供电网络很高的暂时过电压，给设备安全带来很大危险。
简单来说Tokamak电源系统运行时发生诸如失超等严重故障时候，需要立即切除电源等大容量无功负载，这一过程通常很短，由于无功补偿装置无法及时响应及滤波补偿支路的过补偿，将在供电线路上引起很高的过电压，即产生所谓甩负荷过电压。GB/T18481-2001《电能质量暂时过电压和瞬态过电压》将甩负荷过电压划分为暂时过电压中的工频过电压。因此，在电源系统运行时发生失超故障时如何及时有效切除负载以确保电源系统稳定安全运行是本领域亟需解决的问题。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种甩大容量变流器负荷无功补偿系统过电压抑制方法，在电源系统发生诸如失超等严重故障时，能实现对负载的及时有效切除，保障电源系统稳定安全运行。
本发明实施例提供了一种电源系统甩负荷过电压抑制方法，包括：
对电源系统建立等效电路模型；
根据所述等效电路模型，计算所述电源系统的甩负荷过电压；
无功补偿装置响应于电源系统紧急停运命令，对所述电源系统执行电压限制控制，以抑制所述电源系统的甩负荷过电压；其中，所述电源系统紧急停运命令是在所述电源系统发生失超故障时触发。
作为上述方案的改进，所述对电源系统建立等效电路模型，包括：
将电源系统等效为恒压源、电阻和电感串联，将变流器等效为感性负载，将滤波支路等效为电阻、电感和电容串联，得到所述等效电路模型；
则，所述等效电路模型的函数表达为：
Figure 653884DEST_PATH_IMAGE001
；
其中，Um表示电源系统母线电压幅值，uc(t)表示电容电压瞬时值，
Figure 55784DEST_PATH_IMAGE002
表示电源角频率，
Figure DEST_PATH_IMAGE003
表示初相角，Ls表示接入点等效电感，Rs表示接入点等效电阻，L表示滤波支路的等效电感，R表示滤波支路的等效电阻，C表示滤波支路的等效电容，t表示时间。
作为上述方案的改进，所述根据所述等效电路模型，计算所述电源系统的甩负荷过电压，包括：
根据所述等效电路模型，得到变流器等效参数和各滤波支路等效参数；
根据所述电源系统的变流器接入点短路容量、所述无功补偿装置的电压等级以及变流器等效参数，计算接入点等效电感、接入点等效电阻和接入点等效电抗；
根据各滤波支路等效参数，计算滤波支路的等效电阻；
根据各滤波支路等效参数、所述接入点等效电感和所述接入点等效电抗，计算滤波支路的等效电容和等效电感；
根据所述接入点等效电感、接入点等效电阻、接入点等效电抗和所述滤波支路的等效电容、等效电感、等效电阻，计算所述电源系统的甩负荷过电压。
作为上述方案的改进，所述根据各滤波支路等效参数、所述接入点等效电感和所述接入点等效电抗，计算滤波支路的等效电容和等效电感，包括：
根据各滤波支路等效参数和所述接入点等效电感，计算变流器并联谐振频率点；
根据所述变流器并联谐振频率点和接入点等效电抗，计算滤波支路的等效电容和等效电感。
作为上述方案的改进，所述根据各滤波支路等效参数和所述接入点等效电感，计算变流器并联谐振频率点，包括：
根据公式（1），计算变流器并联谐振频率点；
Figure 299684DEST_PATH_IMAGE004
；（1）
其中，C3、L3表示3滤波支路的等效电容和等效电感；C5、L5表示5滤波支路的等效电容和等效电感；C7、L7表示7滤波支路的等效电容和等效电感；C11、L11表示11滤波支路的等效电容和等效电感；n表示变流器并联谐振频率点；
Figure 302406DEST_PATH_IMAGE002
表示电源角频率；
Figure DEST_PATH_IMAGE005
表示电源系统和TCR支路并联的等效电感。
作为上述方案的改进，所述根据所述变流器并联谐振频率点和接入点等效电抗，计算滤波支路的等效电容和等效电感，包括：
根据公式（2），计算滤波支路的等效电抗和等效感抗；
Figure 513814DEST_PATH_IMAGE006
；（2）
其中，n表示变流器并联谐振频率点；
Figure DEST_PATH_IMAGE007
表示滤波支路的等效电抗；XC表示滤波支路的等效容抗；XL表示滤波支路的等效感抗；XS表示接入点等效电抗。
作为上述方案的改进，所述根据接入点等效电感、接入点等效电阻、接入点等效电抗和所述滤波支路的等效电容、等效电感、等效电阻，计算所述电源系统的甩负荷过电压，包括：
根据公式（3），计算所述电源系统的甩负荷过电压uc(t)；
Figure 329192DEST_PATH_IMAGE008
；（3）
其中，C1、C2表示设定的常数；
Figure DEST_PATH_IMAGE009
表示衰减系数，
Figure 817811DEST_PATH_IMAGE010
；
Figure DEST_PATH_IMAGE011
表示谐振角频率，
Figure 614603DEST_PATH_IMAGE012
；j表示虚数单位；Um表示电源系统母线电压幅值；
Figure DEST_PATH_IMAGE013
表示初相角；XS表示接入点等效电抗；XL表示滤波支路的等效感抗；XC表示滤波支路的等效容抗；RS表示接入点等效电阻；LS表示接入点等效电感；R表示滤波支路的等效电阻；L表示滤波支路的等效电感；
Figure 814771DEST_PATH_IMAGE014
、Z表示变量，
Figure 558474DEST_PATH_IMAGE002
表示电源角频率，t表示时间，
Figure DEST_PATH_IMAGE015
表示根据衰减系数
Figure 324436DEST_PATH_IMAGE009
和谐振角频率
Figure 183808DEST_PATH_IMAGE011
计算出的中间参数。
作为上述方案的改进，所述无功补偿装置响应于所述电源系统紧急停运命令，对所述电源系统执行电压限制控制，包括：
所述电源系统在触发电源系统紧急停运命令后，向无功补偿装置下发快速切除感性负载命令；
判断所述无功补偿装置是否执行所述快速切除感性负载命令；
若是，所述无功补偿装置启动电压限制控制并将触发角钳制在第一角度；
若否，所述无功补偿装置闭锁电压限制控制；
在启动电压限制控制并将触发角钳制在第一角度之后，判断所述电源系统的感性负载是否已切除；
若是，则在延时设定时间后，所述无功补偿装置闭锁电压限制控制；
若否，则所述无功补偿装置将触发角钳制在第一角度。
相对于现有技术，本发明实施例的有益效果在于：通过对电源系统建立等效电路模型；然后基于所述等效电路模型，计算所述电源系统的甩负荷过电压；当所述电源系统发生失超故障时会触发电源系统紧急停运命令；无功补偿装置响应于所述电源系统紧急停运命令，对所述电源系统执行电压限制控制，以抑制所述电源系统的甩负荷过电压。本发明实施例能够在电源系统发生诸如失超等严重故障时，能实现对负载的及时有效切除，保障电源系统稳定安全运行。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种电源系统甩负荷过电压抑制方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的变流器并联谐振等值简化电路图；
图3是本发明实施例提供的用于过电压计算的等效电路模型的电路图；
图4a是初相角90°时66kV母线甩负荷过电压波形图；
图4b是初相角90°时66kV母线甩负荷过电压衰减的暂态高频分量波形图；
图5a是初相角0°时66kV母线甩负荷过电压波形图；
图5b是初相角0°时66kV母线甩负荷过电压衰减的暂态高频分量波形图；
图6a是初相角-90°时66kV母线甩负荷过电压波形图；
图6b是初相角-90°时66kV母线甩负荷过电压衰减的暂态高频分量波形图；
图7是PSCAD仿真无功补偿装置30ms完全响应时甩负荷过电压波形图；
图8是电压限制控制无功补偿装置8ms完全响应时甩负荷过电压波形图；
图9是本发明实施例提供的电压限制控制流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，其是本发明实施例提供的一种电源系统甩负荷过电压抑制方法的流程图，所述电源系统甩负荷过电压抑制方法，包括：
S1：对电源系统建立等效电路模型；
进一步，所述对电源系统建立等效电路模型，包括：
将电源系统等效为恒压源、电阻和电感串联，将变流器等效为感性负载，将滤波支路等效为电阻、电感和电容串联，得到所述等效电路模型，如图2所示；
在图2中，变流器发出的第n次谐波总电流；滤波支路第n次谐波电流；TCR支路第n次谐波电流；接入点等效电路第n次谐波电流；滤波支路等效电阻；滤波支路等效感抗；滤波支路等效容抗；表示滤波支路的等效电抗；TCR支路等效电阻；TCR支路等效电抗；接入点等效电路等效电阻；接入点等效电路等效电抗；表示接入点等效电路和TCR支路并联的等效电抗。
则，根据电路原理，可以得到所述等效电路模型相关的微分方程：
Figure 166545DEST_PATH_IMAGE001
其中，Um表示电源系统母线电压幅值，uc(t)表示电容电压瞬时值，
Figure 526988DEST_PATH_IMAGE002
表示电源角频率，
Figure 537669DEST_PATH_IMAGE003
表示初相角，Ls表示接入点等效电感，Rs表示接入点等效电阻，L表示滤波支路的等效电感，R表示滤波支路的等效电阻，C表示滤波支路的等效电容，t表示时间。
示例性，对于66kV的电源系统母线来说，Um=66*
Figure 567942DEST_PATH_IMAGE016
=93.338kV。
S2：根据所述等效电路模型，计算所述电源系统的甩负荷过电压；
在计算电源系统的甩负荷过电压之前，需要先计算甩负荷回路等值参数，即滤波支路的等效电阻R、等效电感L以及等效电容C，具体求解过程如下：
S21：根据所述等效电路模型，得到变流器等效参数和各滤波支路等效参数；
基于电源系统的等效电路，可以得到各滤波支路等效参数，以ITERPF变流器并入电源系统为例，如图3所示，为了求取甩满功率负荷时的过电压并简化计算假设PF变流器并联55kA运行时无功为83.208Mvar（实际小于该值），同时ITER无功补偿及滤波系统测试平台电压等级为66kV（即无功补偿装置的电压等级），基波补偿容量83.208Mvar，无功补偿装置无功为0视为断路。
需要说明的是，滤波支路等效参数、变流器等效参数可根据电源系统实际参数计算得到。
变流器等效参数包括：变流器等效电阻、变流器等效电抗；滤波支路等效参数包括：支路等效电阻、支路等效电感以及支路等效电容。
S22：根据所述电源系统的变流器接入点短路容量、所述无功补偿装置的电压等级以及变流器等效参数，计算接入点等效电感、接入点等效电阻和接入点等效电抗；
以ITERPF变流器接入电源系统为例，如1是变流器并联谐振等值简化电路图，结合电压等级、变流器接入点短路容量以及变流器等效参数，得出接入点等效电抗，进一步得到接入点等效电感。再依据电源系统容量大小和负载轻重，确定接入点等效电抗XS与接入点等效电阻之比值XS/RS，得到接入点等效电阻RS。
具体得，可根据所述电源系统的变流器接入点短路容量，计算接入点等效电抗和接入点等效电阻；
根据110kV变流器接入点短路容量922MVA，其中，110kV电压等级中，按平均电压约为1.05倍标称电压计算，得到电压为115kV，则110kV侧接入点等效电抗为：
Figure DEST_PATH_IMAGE017
；
取
Figure 539440DEST_PATH_IMAGE018
，则110kV侧接入点等效电阻
Figure DEST_PATH_IMAGE019
。
根据所述无功补偿装置的电压等级、变流器等效参数、接入点等效电抗和接入点等效电阻，计算得到对应所述电压等级一侧的接入点等效电抗、接入点等效电阻、接入点等效电感；
以变流器等效电阻RT=0.1558
Figure 624946DEST_PATH_IMAGE020
，变流器等效电抗XT=15.8303
Figure 303183DEST_PATH_IMAGE020
为例，将接入点等效电抗和接入点等效电阻换算到66kV侧，可以得到：
接入点等效电抗
Figure 301095DEST_PATH_IMAGE021
，则接入点等效电感LS=31.6355mH；
接入点等效电阻
Figure 422807DEST_PATH_IMAGE022
。
S23：根据各滤波支路等效参数，计算滤波支路的等效电阻；
需要说明的是，基于各滤波支路的并联关系和滤波支路等效参数，可以直接计算出总的滤波支路的等效电阻，这属于现有技术，在这里不展开说明。
S24：根据各滤波支路等效参数、所述接入点等效电感和所述接入点等效电抗，计算滤波支路的等效电容和等效电感；
进一步，所述根据各滤波支路等效参数、所述接入点等效电感和所述接入点等效电抗，计算滤波支路的等效电容和等效电感，包括;
根据各滤波支路等效参数和所述接入点等效电感，计算变流器并联谐振频率点；
具体地，根据公式（1），计算变流器并联谐振频率点；
Figure 734840DEST_PATH_IMAGE023
；（1）
其中，C3、L3表示3滤波支路的等效电容和等效电感；C5、L5表示5滤波支路的等效电容和等效电感；C7、L7表示7滤波支路的等效电容和等效电感；C11、L11表示11滤波支路的等效电容和等效电感；n表示变流器并联谐振频率点；
Figure 329900DEST_PATH_IMAGE002
表示电源角频率；
Figure 905238DEST_PATH_IMAGE005
表示电源系统和TCR支路并联的等效电感。
根据所述变流器并联谐振频率点和接入点等效电抗，计算滤波支路的等效电容和等效电感。
具体地，根据公式（2），计算滤波支路的等效电抗和等效感抗；
Figure 84285DEST_PATH_IMAGE006
；（2）
其中，n表示变流器并联谐振频率点；
Figure 403270DEST_PATH_IMAGE007
表示滤波支路的等效电抗；XC表示滤波支路的等效容抗；XL表示滤波支路的等效感抗；XS表示接入点等效电抗。
示例性，滤波支路的等效电抗和等效电阻可由每条滤波支路的等效参数计算得出，故滤波支路的等效电容可进一步得出。对于一定的感性基波电抗（即接入点等效电抗XS）和容性基波电抗（滤波支路的等效电抗XC）而言，并联谐振等值电路（如图3所示）有一个固有振荡频率f及其相当的次数n。如果固有振荡频率f及其相当次数n等于变流器一系列谐波频率和次数中的任一数值时，则发生并联电流谐振现象。根据各滤波支路的等效电容和等效电感以及接入点等效电感，设3、5、7、11滤波支路的等效电容和电感分别为C3、C5、C7、C11和L3、L5、L7、L11，通过公式（1）可得并联谐振频率点n。
以3、5、7、11滤波支路为例，滤波支路等效参数如下表所示：
Figure 56100DEST_PATH_IMAGE024
根据上表各滤波支路等效参数，易得滤波支路的等效电抗
Figure 395814DEST_PATH_IMAGE025
，滤波支路的等效电阻R=0.1315
Figure 688255DEST_PATH_IMAGE020
。
根据上表中各滤波支路的支路等效电容、支路等效电感以及接入点等效电感，通过公式（1）可得变流器并联谐振频率点n=2.09745。
最后，将滤波支路的等效电抗
Figure 60200DEST_PATH_IMAGE025
、接入点等效电抗XS=9.9386
Figure 613541DEST_PATH_IMAGE020
、变流器并联谐振频率点n=2.09745S23代入公式（2），可以求解出滤波支路的等效电容C=57.3413
Figure 78151DEST_PATH_IMAGE026
F，滤波支路的等效电感L=6.878mH。
S25：根据所述接入点等效电感、接入点等效电阻、接入点等效电抗和所述滤波支路的等效电容、等效电感、等效电阻，计算所述电源系统的甩负荷过电压。
具体地，根据公式（3），计算所述电源系统的甩负荷过电压uc(t)；
Figure 389047DEST_PATH_IMAGE008
；（3）
其中，C1、C2表示设定的常数；
Figure 784256DEST_PATH_IMAGE009
表示衰减系数，
Figure 441371DEST_PATH_IMAGE010
；
Figure 794992DEST_PATH_IMAGE011
表示谐振角频率，
Figure 734129DEST_PATH_IMAGE012
；j表示虚数单位；Um表示电源系统母线电压幅值；
Figure 933030DEST_PATH_IMAGE013
表示初相角；XS表示接入点等效电抗；XL表示滤波支路的等效感抗；XC表示滤波支路的等效容抗；RS表示接入点等效电阻；LS表示接入点等效电感；R表示滤波支路的等效电阻；L表示滤波支路的等效电感。
Figure 710231DEST_PATH_IMAGE014
、Z表示与滤波支路的等效参数（等效容抗、等效容抗、等效电阻和等效感抗）以及接入点等效参数（等效电抗）相关的变量，
Figure 844540DEST_PATH_IMAGE002
表示电源角频率，t表示时间，
Figure 910454DEST_PATH_IMAGE015
表示根据衰减系数
Figure 913045DEST_PATH_IMAGE009
和谐振角频率
Figure 46217DEST_PATH_IMAGE011
计算出的中间参数。
示例性，根据步骤21-24计算得到的接入点等效电阻、接入点等效电感、滤波支路的等效电阻、滤波支路的等效电感、滤波支路的等效电容C以及滤波支路的等效电容，得到甩负荷回路等值参数。具体甩负荷回路等值参数如下表所示：
Figure 538378DEST_PATH_IMAGE027
其中，甩负荷回路的拉普拉斯特征方程为：
Figure 514424DEST_PATH_IMAGE028
；
其中，s为拉式算子，是拉氏变换中的自变量。
解上述特征方程，得到其特征根为：
Figure 366712DEST_PATH_IMAGE029
；
其中，s1,2为拉普拉斯方程特征根的解。
Figure 885549DEST_PATH_IMAGE030
，为电路的衰减系数；
Figure 220715DEST_PATH_IMAGE031
，为系统的谐振角频率。
因为
Figure 323538DEST_PATH_IMAGE032
，所以上述特征方程有一对共轭复根。
令
Figure 402353DEST_PATH_IMAGE033
，则可以得到uc(t)的通解如下式，uc(t)包含一个强制的基波稳态分量和系统谐振角频率决定的衰减的暂态高频分量。
Figure 962647DEST_PATH_IMAGE034
；
其中，将RS、R、L、C、
Figure 281764DEST_PATH_IMAGE035
代入相应公式，可以得到：
Figure 560299DEST_PATH_IMAGE036
；
Figure 754388DEST_PATH_IMAGE037
；
C1、C2是由电路的初始
Figure 106872DEST_PATH_IMAGE038
状态来决定的常数。
假设初相角
Figure 111737DEST_PATH_IMAGE003
=90°，电路的初始状态由下式决定：
Figure 362721DEST_PATH_IMAGE039
；
其中，
Figure 845655DEST_PATH_IMAGE040
，主要为有功电流，对结果影响不大；
Figure 629809DEST_PATH_IMAGE041
；
Figure 477680DEST_PATH_IMAGE042
；
由
Figure 465227DEST_PATH_IMAGE043
可以得到C1sinC2=-25986.551，即
Figure 502584DEST_PATH_IMAGE044
。
将
Figure 891977DEST_PATH_IMAGE045
代入电路电压初始状
Figure 487913DEST_PATH_IMAGE046
，可以得到：
Figure 962756DEST_PATH_IMAGE047
，
Figure 538225DEST_PATH_IMAGE048
。
从而得到：
Figure 719808DEST_PATH_IMAGE049
；
等效电压源的电压：
Figure 237377DEST_PATH_IMAGE050
。
同理，若初相角
Figure 448784DEST_PATH_IMAGE003
=0°，则有：
Figure 77212DEST_PATH_IMAGE051
；
同理，若初相角
Figure 926350DEST_PATH_IMAGE003
=-90°，则有：
Figure 552504DEST_PATH_IMAGE052
。
从计算分析以及如图4a、图4b、图5a、图5b、图6a、图6b所示的不同初相角下的甩负荷过电压波形中可以看出，甩负荷时母线电压包含着一个强制的基波稳态分量和衰减的暂态高频分量。基波稳态分量主要由补滤波支路的容抗和整个系统阻抗的比值决定，也可以说是由电源系统的短路容量和变流器所需的无功补偿容量决定的，在系统未改变条件下稳定存在，且不随时间变化而变化，与甩负荷时电压相位无关，即与甩负荷时刻无关。
衰减的暂态高频分量主要与系统衰减系数，谐振角频率及初始状态相关。衰减系数主要受系统等效电阻、电感（包括接入点等效电阻、接入点等效电感、滤波支路的等效电阻和滤波支路的等效电感）影响，电阻越大，电感越小，衰减系数越大，高频分量的衰减速度越快。谐振角频率主要受系统等效电容、电感（包括接入点等效电感、滤波支路的等效电容和滤波支路的等效电感）串联作用的影响，在补偿容量一定的情况下，短路容量越大，等效电感越小，谐振角频率越大，高频分量能量越集中，但同时电感减小会减小基波稳态分量，提高暂态分量衰减速度，所以对系统危害是一个不利因素和两个有利因素博弈的结果，但总体来看还是有利于减小甩负荷带来的影响。在系统短路容量一定的情况下，补偿容量越大，等效电容越大，基波稳态分量越大，谐振角频率减小，但高频分量能量的分散依然不能抵消基波稳态电压分量增大对供电网络的影响。
初始状态对高频分量的幅值影响较大，在母线电压相角为0°，即母线电压幅值为0，电容初始电压最高时，甩负荷引起的高频分量幅值达到41kV，66kV母线电压峰值最高达到148.25kV。而在母线电压相角90°和-90°，即电容初始电压为0时，高频分量幅值约为20kV，母线峰值电压最高不超过132.85kV，可见，电容电压达到峰值时甩负荷对电网危害更大。如果无功补偿装置30ms完全响应，在母线电压为0时甩负荷，系统30ms内需要经历3个峰值电压，而初相位90°和-90°时甩负荷，只需经历2个峰值电压，无功补偿装置就会将电压拉回正常值。需要说明的是，以上计算都是以甩83.2Mvar感性无功并忽略负荷有功得到的极值，较实际情况更为恶劣，但并不影响计算方法和定性分析的正确性。
S3：无功补偿装置响应于电源系统紧急停运命令，对所述电源系统执行电压限制控制，以抑制所述电源系统的甩负荷过电压；其中，所述电源系统紧急停运命令是在所述电源系统发生失超故障时触发。
进一步，所述无功补偿装置响应于所述电源系统紧急停运命令，对所述电源系统执行电压限制控制，包括：
所述电源系统在触发电源系统紧急停运命令后，向无功补偿装置下发快速切除感性负载命令；
判断所述无功补偿装置是否执行所述快速切除感性负载命令；
若是，所述无功补偿装置启动电压限制控制并将触发角钳制在第一角度；
若否，所述无功补偿装置闭锁电压限制控制；
在启动电压限制控制并将触发角钳制在第一角度之后，判断所述电源系统的感性负载是否已切除；
若是，则在延时设定时间后，所述无功补偿装置闭锁电压限制控制；
若否，则所述无功补偿装置将触发角钳制在第一角度。
示例性，所述无功补偿装置包括晶闸管控制电抗器（TCR）型静止无功补偿器（SVC）、无源滤波支路以及静止同步补偿器（STATCOM）。当Tokamak总控系统因严重故障比如失超故障发出电源系统紧急停运命令时，可快速切除感性负载。
当Tokamak总控系统因严重故障（如超导磁体失超）发出电源系统紧急停运命令时，无功补偿装置直接接受此命令，启动电压限制控制策略，钳制无功补偿系统以最小触发角输出最大感性无功，以抵消系统容性无功过剩，达到抑制甩负荷过电压的目的。结合图9所示，无功补偿装置在接收到电源系统紧急停运命令后，抑制甩负荷过电压的控制逻辑具体步骤如下：
步骤a：接收上级下发的快速切除感性负载命令；
步骤b：执行快速切除感性负载命令；
步骤c：判断是否执行快速切除感性负载命令，若已执行则进入步骤e，否则进入步骤d；
步骤d：闭锁电压限制控制；
步骤e：启动电压限制控制钳制触发角在105°，并闭锁其他所有控制（包括主控制和其他辅助控制）；
步骤f：判断感性负载是否已切除，若已切除则进入步骤h，否则进入步骤g；
步骤g：钳制触发角在105°；
步骤h：延迟5秒；
步骤i：闭锁电压限制控制。
采用PSCAD仿真无功补偿装置30ms和8ms完全响应时甩负荷过电压波形，分别如图7和图8所示。无功补偿装置30ms完成响应的时间内，甩负荷过电压峰值依然达到121kV，可见如果无功补偿装置响应时间较长，对甩负荷过电压的抑制作用极其有限。而采用本发明实施例中的电压限制控制策略的无功补偿装置8ms完成响应，甩负荷过电压峰值约为100kV，能有效抑制甩负荷过电压。
相对于现有技术，本发明实施例的有益效果在于：
本发明的有益效果在于：
（1）建立电源系统的等效模型，考虑3、5、7、11次滤波支路，计算系统各部分阻抗，特别地将滤波支路等效为电阻、电感和电容串联，能够更加真实地反映实际运行工况，提高过电压计算精度，为抑制甩负荷过电压提供有益参考；
（2）无功补偿装置包括晶闸管控制电抗器（TCR）型静止无功补偿器（SVC）、无源滤波支路以及静止同步补偿器（STATCOM），当总控系统因严重故障发出电源系统紧急停运命令时，可快速执行切除感性负载的任务。
（3）通过本发明实施例提供的电压抑制控制逻辑，与常规甩负荷过电压抑制策略相比，能够极大减小过电压峰值，保障了甩负荷过电压抑制效果。
需说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元限制的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。另外，本发明提供的装置实施例附图中，模块之间的连接关系表示它们之间具有通信连接，具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种电源系统甩负荷过电压抑制方法，其特征在于，包括：
对电源系统建立等效电路模型；
根据所述等效电路模型，计算所述电源系统的甩负荷过电压；
无功补偿装置响应于电源系统紧急停运命令，对所述电源系统执行电压限制控制，以抑制所述电源系统的甩负荷过电压；其中，所述电源系统紧急停运命令是在所述电源系统发生失超故障时触发。
2.如权利要求1所述的电源系统甩负荷过电压抑制方法，其特征在于，所述对电源系统建立等效电路模型，包括：
将电源系统等效为恒压源、电阻和电感串联，将变流器等效为感性负载，将滤波支路等效为电阻、电感和电容串联，得到所述等效电路模型；
则，所述等效电路模型的函数表达为：
Figure 837106DEST_PATH_IMAGE001
；
其中，Um表示电源系统母线电压幅值，uc(t)表示电容电压瞬时值，
Figure 480577DEST_PATH_IMAGE002
表示电源角频率，
Figure 213082DEST_PATH_IMAGE003
表示初相角，Ls表示接入点等效电感，Rs表示接入点等效电阻，L表示滤波支路的等效电感，R表示滤波支路的等效电阻，C表示滤波支路的等效电容，t表示时间。
3.如权利要求2所述的电源系统甩负荷过电压抑制方法，其特征在于，所述根据所述等效电路模型，计算所述电源系统的甩负荷过电压，包括：
根据所述等效电路模型，得到变流器等效参数和各滤波支路等效参数；
根据所述电源系统的变流器接入点短路容量、所述无功补偿装置的电压等级以及变流器等效参数，计算接入点等效电感、接入点等效电阻和接入点等效电抗；
根据各滤波支路等效参数，计算滤波支路的等效电阻；
根据各滤波支路等效参数、所述接入点等效电感和所述接入点等效电抗，计算滤波支路的等效电容和等效电感；
根据所述接入点等效电感、接入点等效电阻、接入点等效电抗和所述滤波支路的等效电容、等效电感、等效电阻，计算所述电源系统的甩负荷过电压。
4.如权利要求3所述的电源系统甩负荷过电压抑制方法，其特征在于，所述根据各滤波支路等效参数、接入点等效电感和接入点等效电抗，计算滤波支路的等效电容和等效电感，包括；
根据各滤波支路等效参数和所述接入点等效电感，计算变流器并联谐振频率点；
根据所述变流器并联谐振频率点和接入点等效电抗，计算滤波支路的等效电容和等效电感。
5.如权利要求4所述的电源系统甩负荷过电压抑制方法，其特征在于，所述根据各滤波支路等效参数和所述接入点等效电感，计算变流器并联谐振频率点，包括：
根据公式（1），计算变流器并联谐振频率点；
Figure 4320DEST_PATH_IMAGE004
；（1）
其中，C3、L3表示3滤波支路的等效电容和等效电感；C5、L5表示5滤波支路的等效电容和等效电感；C7、L7表示7滤波支路的等效电容和等效电感；C11、L11表示11滤波支路的等效电容和等效电感；n表示变流器并联谐振频率点；
Figure 83135DEST_PATH_IMAGE002
表示电源角频率；
Figure 456479DEST_PATH_IMAGE005
表示电源系统和TCR支路并联的等效电感。
6.如权利要求4所述的电源系统甩负荷过电压抑制方法，其特征在于，所述根据所述变流器并联谐振频率点和接入点等效电抗，计算滤波支路的等效电容和等效电感，包括：
根据公式（2），计算滤波支路的等效电抗和等效感抗；
Figure 228125DEST_PATH_IMAGE006
；（2）
其中，n表示变流器并联谐振频率点；
Figure 490348DEST_PATH_IMAGE007
表示滤波支路的等效电抗；XC表示滤波支路的等效容抗；XL表示滤波支路的等效感抗；XS表示接入点等效电抗。
7.如权利要求3所述的电源系统甩负荷过电压抑制方法，其特征在于，所述根据所述接入点等效电感、接入点等效电阻、接入点等效电抗和所述滤波支路的等效电容、等效电感、等效电阻，计算所述电源系统的甩负荷过电压，包括：
根据公式（3），计算所述电源系统的甩负荷过电压uc(t)；
Figure 435171DEST_PATH_IMAGE008
；（3）
其中，C1、C2表示设定的常数；
Figure 787655DEST_PATH_IMAGE009
表示衰减系数，
Figure 543252DEST_PATH_IMAGE010
；
Figure 981187DEST_PATH_IMAGE011
表示谐振角频率，
Figure 464121DEST_PATH_IMAGE012
；j表示虚数单位；Um表示电源系统母线电压幅值；
Figure 936690DEST_PATH_IMAGE013
表示初相角；XS表示接入点等效电抗；XL表示滤波支路的等效感抗；XC表示滤波支路的等效容抗；RS表示接入点等效电阻；LS表示接入点等效电感；R表示滤波支路的等效电阻；L表示滤波支路的等效电感；
Figure 50140DEST_PATH_IMAGE014
、Z表示变量，
Figure 286955DEST_PATH_IMAGE002
表示电源角频率，t表示时间，
Figure 511263DEST_PATH_IMAGE015
表示根据衰减系数
Figure 572760DEST_PATH_IMAGE009
和谐振角频率
Figure 919428DEST_PATH_IMAGE011
计算出的中间参数。
8.如权利要求1所述的电源系统甩负荷过电压抑制方法，其特征在于，所述无功补偿装置响应于电源系统紧急停运命令，对所述电源系统执行电压限制控制，包括：
所述电源系统在触发电源系统紧急停运命令后，向无功补偿装置下发快速切除感性负载命令；
判断所述无功补偿装置是否执行所述快速切除感性负载命令；
若是，所述无功补偿装置启动电压限制控制并将触发角钳制在第一角度；
若否，所述无功补偿装置闭锁电压限制控制；
在启动电压限制控制并将触发角钳制在第一角度之后，判断所述电源系统的感性负载是否已切除；
若是，则在延时设定时间后，所述无功补偿装置闭锁电压限制控制；
若否，则所述无功补偿装置将触发角钳制在第一角度。
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