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串联电容补偿系统仿真与分析实验步骤及结论

放大字体  缩小字体 发布日期:2013-06-05  浏览次数:1426
核心提示:一、实验目的首先在测试实验开始时,先在Simulink仿真平台上搭建含有串联电容补偿装置的高压输电网络仿真模型,把实验需要的装置
一、实验目的
首先在测试实验开始时,先在Simulink仿真平台上搭建含有串联电容补偿装置的高压输电网络仿真模型,把实验需要的装置搭建完毕后,利用Matlab 软件进行研究数据,并对线路发生单相接地短路故障进行仿真实验,对短路后暂态过程及频率进行分析。实验结果表明Matlab软件为研究含串联电容补偿装置 的电网产生次同步谐振问题提供很有必要的工具,对装置高压短路的测试起到了十分重要的作用。

    这个实验的原理是利用串联电容补偿就是在线路上串联电容器以补偿线路的电抗。采用一种经济有效的方法将串联补偿是提高交流输电线路输送能力和增强电力系统稳定性,但是超高压输电线路加串联补偿后会引发次同步谐振问题。所以我们攻克这个问题是我们实验的目的。

二、实验原理及过程

    实验的过程主要利用MATLAB/SIMULINK对含有串联电容器的高压输电网络建模,对线路发生单相接地短路故障进行仿真,进而对研究其暂态过程并对频率进行分析。

    1、串联电容补偿原理

    根据补偿容量要求,电容器组由若干单个电容器串、并联组成。而常规串联电容补偿装置由电容器组、电容器组过电压保护、阻尼回路、串补旁路开关、隔离开关以及监测、保护系统组成。补偿容量的电容器是由金属氧化物(通常为氧化锌)避雷器MOV及其放电间隙保护构成电容器组的过电压保护。

    一切正常的情况下,MOV呈现高阻特性,流过电流基本为零;在发生事故后,当电容器两端的电压达到MOV保护水平时,MOV的电阻 迅速降低,从而流过MOV的电流迅速增大,限制加在串联电容器上的电压,并在故障电流终止时,瞬时将电容器再投入。放电间隙的作用是保护MOV。当电容器 需要退出运行,串补旁路开关将闭合。阻尼回路包括电抗器和并联电阻,当间隙和旁路开关动作时,抑制间隙放电可能引发的振荡,限制电容器的放电电流。

    2、串联电容补偿系统仿真与分析

    对于模块参数设置:系统频率为60Hz,电机输出有功功率为15MW,初始电压为13.8kV,串联补偿装置补偿度为40%,通过 三相故障模块Transitiontimes设置故障时间段,故障起始时间设为1/60s,切除时间设为6/60s,断路器CB1、CB2在5/60s三 相断开切除故障线路。

    仿真参数设置:Powergui选择连续系统仿真,仿真终止时间为0.2s;算法为变步长ode23tb。

    (a)A相短路电流波形

    (b)Gap电压

    (c)MOV电流(d)MOV能量

    仿真开始时,系统处于稳定状态。

    1.当我们设置t=1/60s时,A相发生接地的故障,最大故障电流为10kA,MOV每半个周期导通一次,因此MOV中的能量成阶梯上升。

    2.当t=5/60s时,线路上的断路器CB1、CB2断开,MOV中的能量不再变化,维持13MJ,其未超过阈值30MJ,放电间隙不动作,Gap电压缓慢减小,断路器断开后,故障电流在第一个过零点时降为0,由此进行频率分析。

    2)频率分析

    修改仿真模型,三相电源模块代替简化同步电机模块。在SimpowerSystems库中选取阻抗测量模块连接在B2母线a相和b相上,模块增益参数设置为0.5,即得一相阻抗。在Powergui中得到阻抗的依频特性如图5所示。

    从实验中可以得到系统是有三种震荡模式,分别在9Hz、175Hz和370Hz处。9Hz为串联电容和并联电感的并联谐振频 率,175Hz和370Hz是分布参数线路导致的谐振频率。清除故障时,这三种震荡模式均可能被激发。可见超高压输电线路加串联补偿后可能会引发次同步谐 振问题。

    3、实验的最终结论
    在Matlab/Simulink仿真平台上搭建含有串联电容补偿装置的高压输电网络仿真模型进行单相接地短路故障仿真。仿真结果表明Matlab为研究含串联电容补偿装置的电网产生次同步谐振问题提供了强有力的工具。完成了实验的最初目的,对于以后解决相应的问题找到了突破口,能够更有效的掌握实验技术以及总结了经验。
 
 
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