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不對稱接地引起的工頻過電壓的仿真分析本科論文.doc

'不對稱接地引起的工頻過電壓的仿真分析本科論文.doc'
?不對稱接地引起的工頻過電壓的仿真分析摘要工頻過電壓是由于空載長線路電容效應、不對稱短路、甩負荷引起的電壓升高,工頻過電壓是造成電網內高電壓設備損壞的重要原因之一,工頻電壓升高其大小直接影響操作過電壓的幅值,工頻電壓升高的數值是決定避雷器額定電壓(它決定了避雷器的保護水平)的重要依據,且持續時間較長的工頻電壓升高,即使其幅值較其它過電壓低,仍能決定設備內、外絕緣的設計,并且危及設備的安全運行。所以,要了解輸電線路過電壓情況,以便采取防護措施,指導生產運行和科學試驗,防止過電壓損壞設備?;趯ΨQ分量法關于短路時的各相電流、電壓的理論分析,利用MATLAB軟件中的SIMULINK模塊建立電網的仿真模型,對幾種簡單的不對接地引起的工頻過電壓進行了仿真分析,從仿真的圖形上可以更直觀的了解工頻過電壓發生時各相的電壓變化。最后,模擬了輸電線路串聯補償電容時的不對稱接地引起的工頻過電壓的情況,發現串聯補償電容后可明顯改善工頻過電壓的影響,為電網的運行安全可靠性和電網系統試驗提供理論依據。關鍵詞 工頻過電壓;不對稱接地;對稱分量法;仿真Simulation on Power Frequency Overvoltage caused by Asymmetric Earthing Fault Abstract The frequency over-voltage is due to no-load long the capacitance effects, asymmetric short circuit, load rejection of the voltage caused by elevated. Frequency over-voltage is the main reason that caused the damage of high voltage equipments in power network. Frequency voltage raise decide the amplitude of switching over-voltage. It is to decide an important basis for the voltage rating of arrester. Even though it is lower than other over-voltage, it is decide the design of inner insulation and external of electrical equipment, and endanger electrical equipment. So for any factual engineer, we must calculate the over-voltage,find out its condition, take protection measures, instruct producing course and scientific test, thus prevent the equipment from over-voltage. This paper discusses in detail the use of symmetrical component short-circuit point method to calculate the current, voltage basis. Use of MATLAB software SIMULINK lord of the simulation model of a build power grid, For simple wrong grounding caused by power frequency over-voltage simulation analysis. Both simplified the system model, and reduced the computing workload, from the simulation of the waveform more intuitive, closer to understanding industrial frequency overvoltage occur every phase voltage change. At last paper, simulated transmission lines series compensation capacitor when asymmetry caused by the ground work frequency of over-voltage, discovered that after series compensation capacitor can improve frequency over-voltage, these results will propose theoretical basis to enhance the operation reliability for power network.Keywords  power frequency overvoltage; asymmetric earthing fault; symmetrical component method; simulation不要刪除行尾的分節符,此行不會被打印目 錄摘要 IAbstract II第1章 緒論 11.1 工頻過電壓概述 11.2 國內外電力系統工頻過電壓研究現狀 11.3 不對稱接地故障的危害和影響 21.4 工頻過電壓的限制方法 21.5 研究內容 4第2章 電力系統的短路故障理論分析 52.1 電力系統的短路故障簡介 52.2 無限大功率電源供電網絡的三相短路 52.3 單相接地故障 92.4 兩相接地故障 122.5 本章小結 14第3章 MATLAB仿真 153.1 MATLAB/ Simulink簡介 153.2 輸電線路的不對稱接地簡化模型仿真 153.2.1 單相接地故障的仿真分析 163.2.2 兩相接地故障的仿真分析 173.2.3 三相接地故障的仿真分析 183.3 輸電線路串聯電容補償裝置后不對稱接地的仿真 183.3.1 初始狀態設置和穩態分析 213.3.2 暫態分析 233.4 本章小結 24結論 25致謝 26參考文獻 27附錄 29千萬不要刪除行尾的分節符,此行不會被打印。在目錄上點右鍵“更新域”,然后“更新整個目錄”。打印前,不要忘記把上面“Abstract”這一行后加一空行第1章 緒論1.1 工頻過電壓概述通常情況下,電力系統處于正常的工作狀態,系統的運行也正常,此時電氣設備在額定的電壓之下處于絕緣的狀態,而一旦遭遇雷擊或者由于操作不當、儀器發生故障或者參數配置不合理等原因,造成系統中的某區域的。省略部分。此,故障電流控制器投入后圖2 中的線路電流為式中:之和。根據式(12)—(14),調節不會改變,因而就不會影響的相位,但會改變從而改變的幅值;調整不會改變的相位,但會改變的幅值和,從而改變的幅值和相位。但是調整引起幅值的變化總可以通過調節給予補償,實現在不改變幅值的情況下使其相位得到調節。因此,調整將改變電流的幅值而不改變電流的相位,電流幅值背離希望值時,在有效調節范圍內,調節總可以使電流幅值達到希望值,這與引起電流幅值偏移的原因無關,即使偏移是調節引起的;調節能調節電流的相位,它也會改變電流的幅值,但電流幅值的變化可以通過調節來補償。因此故障電流控制器的控制策略為:根據線路的運行狀態(發送端還是接受端)控制的位置,使的原邊電壓與超前或滯后于故障相的電源電壓同相;調節以控制電流相位,調節以控制電流幅值。圖3 控制系統框圖圖3為控制系統的原理框圖,開關控制信號G由線路的運行狀態決定。正常時,G控制在位置4,在閉合狀態。故障時,G控制斷開;如果控制器位于發送端(或接收端),則G控制使其的原邊電壓與超前(或滯后)于故障相的電源電壓同相。測量線路電流,經快速傅里葉變換(fast Fourier transform,FFT)計算其幅值和相位,選擇非接地相基波電流幅值作為故障電流控制幅值的給定值;根據選擇的非故障相基波電流的相位以及正常運行期間它與控制的接地相基波電流相位的關系確定故障電流控制器的相位給定值。例如,A相接地,可以選擇B相(或C相)的基波電流幅值作為A相故障電流控制器電流幅值的給定值;而正常運行時B相(或C相)電流滯后(或超前)A相電流,因此B相(或C相)電流的相位與(或-)之和作為A相故障電流控制器電流相位的給定值。圖3 中的“相位校正”為(或-);“FFT”就是對輸入電流進行快速傅里葉分析;“選擇”就是選擇其中的非接地相電流,其幅值和相位作為故障電流幅值和相位控制給定值的基礎。圖3 是以故障電流控制器的控制策略為基礎,因此它將電流相位的給定值與故障相電流相位的差作為PI控制器的輸入信號,其輸出信號作為的控制信號;將電流幅值的給定值與故障相電流幅值的差作為另一個PI控制器的輸入信號,其輸出信號作為的控制信號。圖3 中“控制信號”和“控制信號”為對應電感控制器的給定值。4 實驗與仿真4.1 實驗分析故障電流控制器的目標就是控制故障線路電流等于正常電流。正常運行時,圖1 中的電流分別為當超前的角度為,且忽略其幅值差時,則有因此和分別為由此可知,正常運行期間線路發送端的電流滯后其母線電壓,接受端的電流滯后其母線電壓。而線路重載時不會大于,輕載時也在左右,因此線路發送端電流滯后其母線電壓,接受端電流滯后其母線電壓。圖4 為實驗系統示意圖,K、、、 為固態開關,模擬故障相電源,其有效值為250V,頻率為60Hz;R和L模擬故障點至電源間的電阻和電感,其中R為L為20mH。故障電流控制器由變壓器1、2和可控電感、構成,變壓器1 的變比為1:2.5,、、為對稱正序電源。變壓器2 的變比為1:1,、為負載可調節的可調電抗器,它們的調節范圍分別為mH和mH。其控制方案如圖5 所示,由于僅模擬了單相故障線路,同時也不存在故障前線路的狀態,因此圖5 不同于圖3,但它與圖3 的控制原理相同。圖4 實驗系統原理圖在圖5中,“測量電流”和“測量電壓”為圖4中和的測量值,經FFT 計算其幅值和相位;“電流幅值給定”為控制電流幅值的希望值,“電流相位給定”為控制電流滯后電源電壓的希望值。非工作狀態時,“啟動信號”無效,“判斷”輸出的G將控制K和導通,和關斷;工作狀態時,“啟動信號”有效,如果“電流相位給定”在之間,表明控制器處于發送端,G控制K、、關斷,導通;“電流相位給定”在之間,表明控制器位于接收端,G控制K、、 關斷,導通?!半娏鞣到o定”與實際電流幅值的誤差控制;由于“電流相位給定”為控制電流滯后電源電壓的希望值,因此首先將電源電壓相位減去“電流相位給定”,其差與實際電流相位的誤差控制。、的控制器采用文獻中的控制器。圖5 實驗中采用的控制系統原理圖在圖6—9 中,I滯后的角度為,為故障電流控制器的等效串聯電壓(包括了等效電壓源電壓和串聯電感的壓降)。圖6—9是保持I的幅值為25A,控制時的、I和的實驗波形圖。圖6為在30ms時投入控制器的實驗波形。投入前I的幅值接近50A,約為4;投入后,電流控制器控制I幅值為25A,為;保持I的幅值為25A,將調節為不同值時的實驗結果如圖7—9所示。保持為,I的幅值從25A調整到15A的實驗結果如圖10所示。根據圖6—10,在保持電流幅值不變的情況下,控制器能控制故障電流的相位等于正常電流的相位;在保持電流相位不變的情況下,它也能控制電流幅值。因此故障電流控制器能控制故障相電流使其等于正常運行電流。圖6 30ms時投入控制器的實驗波形圖7 圖8 圖9 時的實驗波形圖10 的幅值從25A調整到15A的實驗波形圖4.2 仿真分析在SABER仿真軟件上建立圖1所示系統,和為對稱三相電源,頻率為50Hz,幅值為179.6kV,超前的角度為,該系統模擬了220kV 電壓等級的線路;k取0.3。與圖1不同的是,線路模型為電阻、電感的串聯模型,其中每相線路的總電阻和電感分別為10.14和0.252H。故障電流控制器為圖2所示模型,其中的變比為2.2,的變比為1,可調電感采用文獻中的電感,其調節范圍均為H;控制系統為圖3 所示模型。線路A相在F點發生接地后的故障電流如圖11所示,故障電流控制器的等效串聯電壓(包括了等效電壓源電壓和電感壓降)及線路電流如圖12、13所示(、分別為發送端和接收端的等效串聯電壓)。在大約1s前,系統處于正常狀態,為0,線路三相電流對稱,、均為0;接近1s時,A相接地,線路電流嚴重不對稱,A相電流增大;故障電流控制器投入后,大約在1.26s故障電流接近0,而線路的三相電流再次對稱,且等于故障前的電流。線路B、C相在F點發生接地故障后,啟動故障電流控制器也能控制故障電流為0,故障線路上的電流等于故障前的電流。圖11 故障接地電流波形圖圖12 接受端的線路電流和串聯電壓波形圖圖13 發送端的線路電流和串聯電壓波形圖21 結論不對稱接地故障為電力系統的主要故障。本文分析了不對稱接地狀態下控制串聯電壓源電壓及電感以控制故障線路電流等于正常電流的可能性,提出了線路發送端(和接受端)的串聯電壓與超前(和滯后)于故障相的電源電壓同相時,通過控制串聯電壓的幅值和串聯電感的值,能控制故障線路的電流等于正常電流。在此基礎上提出了一種新型的故障電流控制器和與之對應的故障電流控制策略和控制方法。故障電流控制器由并、串聯變壓器,可調電感和開關等元件構成,控制與并聯變壓器原邊相連開關的位置和協調控制可調電感,能控制故障相線路的電流等于正常電流。這樣線路的故障電流不僅為0,而且故障線路可以繼續運行且其電流等于正常電流,這將提高系統運行的可靠性。由于故障狀態下僅需啟動故障相的故障電流控制器,因此它對非故障相的運行沒有影響,不會引起系統的過電壓。通過仿真和實驗驗證了本文提出方法的正確性。
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