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变压器式串联电抗器(限流电抗器)的含义及其特点

    一、变压器式串联电抗器(限流电抗器)的含义
    我国一次能源与负荷中心分布不均衡。随着国民经济的快速发展,需要将更大容量的电力输送到更远距离的负荷中心[1-3]。因此,特高压、超高压紧凑型长距离输电线路的建设规模不断扩大[4-7],无功平衡与电压控制问题日益突出[8-10]。为解决上述问题,串联电抗器(限流电抗器)的研究受到了众多科研工作者的关注,经过长期努力,基于不同工作原理的串联电抗器(限流电抗器)相继出现[11-20]。

    变压器式串联电抗器(限流电抗器)(Controllable Reactor ofTransformer type, 串联电抗器)具有对外等效电抗能在大范围内快速平滑调节的优点,是一种适用于超高压长距离输电线路的无功补偿设备,对于稳定线路末端电压具有重要作用[14]。而在串联电抗器(限流电抗器) 的设计过程中,为各控制绕组匹配合适的限流电感则是实现串联电抗器(限流电抗器) 给定运行性能的关键所在。

    文献[14]在顺次单支路调节模式(逐级短路调节模式)下,按照电网对谐波电流的要求,确定了调节级数及各级额定容量,然后采用递推算法求解了各限流电感参数。然而串联电抗器(限流电抗器) 以逐级短路调节模式运行时,在大多数工况下总是让大容量的控制绕组作为调节控制绕组,此时串联电抗器(限流电抗器) 工作绕组电流的谐波含量往往很大。由此可见,逐级短路调节模式并非一种性能优良的调节模式,因此,按照这种模式来确定限流电感参数显然不是一种很好的设计方案。

    目前,在串联电抗器(限流电抗器)诸调节模式中,固定单支路调节模式[14](支撑导通法[16])以其优越的谐波性能而受到了广泛关注[14,16,17]。当串联电抗器(限流电抗器) 按照固定单支路调节模式运行时,谐波含量要明显小于逐级短路调节模式,因此在固定单支路调节模式下研究串联电抗器(限流电抗器) 限流电感的合理匹配具有重要的应用价值。

    但目前已有文献均是在假定各控制绕组电流之间互不影响的情况下对固定单支路调节模式进行分析的[14,16,17],本文将这种情况称为理想情况。在理想情况下,只要各控制绕组所匹配的限流电感能使各控制绕组单独短路时串联电抗器(限流电抗器) 的输出容量之比为1∶1∶2∶4∶8(5 个控制绕组),便能很好地实现固定单支路调节模式。但是由于串联电抗器(限流电抗器) 各绕组之间不可避免地会存在电磁耦合,各控制绕组的电流总会相互影响,若仍按理想情况来计算各限流电感,其实根本无法保证串联电抗器(限流电抗器) 在固定单支路调节模式下正常运行。

    二、变压器式串联电抗器(限流电抗器)的主要特点
    串联电抗器(限流电抗器)具有动态无功补偿作用,能使线路末端电压保持不变,因此,本文直接用串联电抗器(限流电抗器) 的工作绕组电流基波分量有效值来表示串联电抗器(限流电抗器) 的输出容量。此外,起补偿作用的是串联电抗器(限流电抗器) 工作绕组电流中的基波无功电流,由于本文忽略了所有电阻,因此,工作绕组的基波电流全部为无功电流。

    对于固定单支路调节模式,其基本原理就是在串联电抗器(限流电抗器)运行时的任何工况下,始终只允许容量最小的一个控制绕组所串联的反并联晶闸管的触发延迟角介于0 ~π/2(称为调节绕组)之间,而其余各绕组反并联晶闸管的触发延迟角要么为0(称为短路绕组),要么为π/2(称为截止绕组)。不考虑铁心磁化曲线的非线性,忽略所有电阻。若某一时刻串联电抗器(限流电抗器)所有控制绕组的反并联晶闸管均处于导通状态。

    本文将导出固定单支路调节模式下串联电抗器(限流电抗器)工作绕组基波电流有效值的计算公式,并给出调节过程及容量区间的概念;然后基于固定单支路调节模式的切换流程,根据输出容量全程连续且容量区间重叠最小的原则,建立了非线性优化模型,并寻优求解,得出了各限流电感参数的合理取值。

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