如何分析串聯電容補償裝置高壓短路

首先在測試實驗開始時，先在Simulink仿真平臺上搭建含有串聯電容補償裝置的高壓輸電網絡仿真模型，把實驗需要的裝置搭建完畢后，利用Matlab軟件進行研究數據，并對線路發生單相接地短路故障進行仿真實驗，對短路后暫態過程及頻率進行分析。實驗結果表明Matlab軟件為研究含串聯電容補償裝置的電網產生次同步諧振問題提供很有必要的工具，對裝置高壓短路的測試起到了十分重要的作用。
    這個實驗的原理是利用串聯電容補償就是在線路上串聯電容器以補償線路的電抗。采用一種經濟有效的方法將串聯補償是提高交流輸電線路輸送能力和增強電力系統穩定性，但是超高壓輸電線路加串聯補償后會引發次同步諧振問題。所以我們攻克這個問題是我們實驗的目的。

    (二)實驗原理及過程

    實驗的過程主要利用MATLAB/SIMULINK對含有串聯電容器的高壓輸電網絡建模，對線路發生單相接地短路故障進行仿真，進而對研究其暫態過程并對頻率進行分析。

    1串聯電容補償原理

    根據補償容量要求，電容器組由若干單個電容器串、并聯組成。而常規串聯電容補償裝置由電容器組、電容器組過電壓保護、阻尼回路、串補旁路開關、隔離開關以及監測、保護系統組成。補償容量的電容器是由金屬氧化物(通常為氧化鋅)避雷器MOV及其放電間隙保護構成電容器組的過電壓保護。

    一切正常的情況下，MOV呈現高阻特性，流過電流基本為零;在發生事故后，當電容器兩端的電壓達到MOV保護水平時，MOV的電阻迅速降低，從而流過MOV的電流迅速增大，限制加在串聯電容器上的電壓，并在故障電流終止時，瞬時將電容器再投入。放電間隙的作用是保護MOV。當電容器需要退出運行，串補旁路開關將閉合。阻尼回路包括電抗器和并聯電阻，當間隙和旁路開關動作時，抑制間隙放電可能引發的振蕩，限制電容器的放電電流。

    2串聯電容補償系統仿真與分析

    對于模塊參數設置：系統頻率為60Hz，電機輸出有功功率為15MW，初始電壓為13.8kV，串聯補償裝置補償度為40%，通過三相故障模塊Transitiontimes設置故障時間段，故障起始時間設為1/60s，切除時間設為6/60s，斷路器CB1、CB2在5/60s三相斷開切除故障線路。

    仿真參數設置：Powergui選擇連續系統仿真，仿真終止時間為0.2s;算法為變步長ode23tb。

    (a)A相短路電流波形

    (b)Gap電壓

    (c)MOV電流(d)MOV能量

    仿真開始時，系統處于穩定狀態。

    1.當我們設置t=1/60s時，A相發生接地的故障，最大故障電流為10kA，MOV每半個周期導通一次，因此MOV中的能量成階梯上升。

    2.當t=5/60s時，線路上的斷路器CB1、CB2斷開，MOV中的能量不再變化，維持13MJ，其未超過閾值30MJ，放電間隙不動作，Gap電壓緩慢減小，斷路器斷開后，故障電流在第一個過零點時降為0，由此進行頻率分析。

    2)頻率分析

    修改仿真模型，三相電源模塊代替簡化同步電機模塊。在SimpowerSystems庫中選取阻抗測量模塊連接在B2母線a相和b相上，模塊增益參數設置為0.5，即得一相阻抗。在Powergui中得到阻抗的依頻特性如圖5所示。

    從實驗中可以得到系統是有三種震蕩模式，分別在9Hz、175Hz和370Hz處。9Hz為串聯電容和并聯電感的并聯諧振頻率，175Hz和370Hz是分布參數線路導致的諧振頻率。清除故障時，這三種震蕩模式均可能被激發。可見超高壓輸電線路加串聯補償后可能會引發次同步諧振問題。

    3實驗的最終結論

    在Matlab/Simulink仿真平臺上搭建含有串聯電容補償裝置的高壓輸電網絡仿真模型進行單相接地短路故障仿真。仿真結果表明Matlab為研究含串聯電容補償裝置的電網產生次同步諧振問題提供了強有力的工具。完成了實驗的最初目的，對于以后解決相應的問題找到了突破口，能夠更有效的掌握實驗技術以及總結了經驗。