基于流場(chǎng)電流的換流變壓器最小最大檔位計(jì)算

基于流場(chǎng)電流的換流變壓器最小最大檔位計(jì)算

0短路阻抗選擇直流電壓的調(diào)節(jié)速度快、靈活，不存在同時(shí)運(yùn)行的穩(wěn)定性問(wèn)題，不增加交流系統(tǒng)的短路能力，而且具有很強(qiáng)的線路故障恢復(fù)能力。如果超過(guò)一定距離，建設(shè)投資將成為理想的方式。換流變壓器是直流輸電系統(tǒng)中必不可少的重要設(shè)備,其參數(shù)選擇的合適與否關(guān)系整個(gè)直流輸電系統(tǒng)的運(yùn)行性能和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。文獻(xiàn)綜合考慮了各項(xiàng)制約因素,歸納出選擇換流變壓器短路阻抗時(shí)所需遵循的原則,并最終得出換流閥的浪涌電流水平是選擇短路阻抗時(shí)的決定性因素。文獻(xiàn)以向家壩-上?！?00kV特高壓直流輸電工程為依托,根據(jù)直流輸電的基本理論并結(jié)合特高壓直流系統(tǒng)的特點(diǎn)研究了換流變壓器的參數(shù)。文獻(xiàn)以云廣特高壓工程逆變側(cè)穗東換流站為例,根據(jù)晶閘管的制造水平與性能參數(shù)及不同故障時(shí)換流閥能承受的最大可能短路電流,計(jì)算得出換流變壓器的短路阻抗。本文根據(jù)換流站兩側(cè)交直流系統(tǒng)的參數(shù),計(jì)算換流變壓器的基本參數(shù),包括短路阻抗、閥側(cè)額定電壓、額定容量、分接頭檔位數(shù)等。1n和uv值的計(jì)算換流變壓器的結(jié)構(gòu)如圖1所示。兩邊的電壓比如下:式中,UvN、UlN分別是換流變壓器閥側(cè)與網(wǎng)側(cè)電壓額定值;ul、uv分別是網(wǎng)側(cè)電壓和閥側(cè)電壓標(biāo)么值;n是換流變壓器分接頭所處的位置;Δη是換流變壓器調(diào)節(jié)步長(zhǎng);Nv、Nl分別是換流變壓器兩側(cè)電壓為額定值時(shí)對(duì)應(yīng)的線圈匝數(shù)。2換流閥浪涌節(jié)流參數(shù)設(shè)置換流變壓器短路阻抗對(duì)直流故障時(shí)故障閥所承受的短路沖擊電流、換流器消耗的無(wú)功功率及換流變壓器相關(guān)設(shè)備的制造成本都有影響。當(dāng)換流器橋臂短路時(shí),為了限制過(guò)大的短路電流損壞換流閥,換流變壓器應(yīng)具有足夠大的短路阻抗。但短路阻抗過(guò)大,會(huì)使換流器消耗的無(wú)功功率增大,直流電壓中換相壓降過(guò)大。根據(jù)文獻(xiàn),換流變壓器短路阻抗值應(yīng)根據(jù)換流閥的浪涌電流水平進(jìn)行選擇。式中:IdN為額定直流電流;SN為換流變壓器容量;IM為換流閥浪涌水平電流;SSC_max為最大交流三相短路容量。換流變壓器容量式中:UvN為換流變壓器閥側(cè)額定電壓;IvN為閥側(cè)額定電流。式中:UdN為額定直流電壓;n為6脈動(dòng)橋數(shù);UdioN為額定理想空載電壓;αN為額定觸發(fā)角;dxN為感性壓降;drN為阻性壓降;UT為6脈動(dòng)閥組壓降。由式(2)~(6)可看出,換流變壓器的短路阻抗uk、容量SN和閥側(cè)額定電壓UvN等參數(shù)是相互聯(lián)系,耦合在一起的。不能直接通過(guò)式(2)來(lái)求取uk,因?yàn)槭孪炔恢繱N,而這些參數(shù)需根據(jù)交流系統(tǒng)和直流系統(tǒng)參數(shù)共同決定。因而,在實(shí)際工程中,需反復(fù)迭代計(jì)算uk,比較繁瑣。而根據(jù)工程實(shí)際,IdN和UdN在規(guī)劃直流時(shí)就已確定,αN通常為15度,UT和IM由晶閘管決定,SSC_max由交流系統(tǒng)決定,drN的數(shù)值較小,對(duì)計(jì)算結(jié)果影響不大,一般在0.004左右,這些參數(shù)都可認(rèn)為是已知量。因此,聯(lián)列公式(2)~(6),以UvN為變量,消去其他變量,可得因此,由換流閥的浪涌電流水平?jīng)Q定的換流變壓器最小短路阻抗為為了保證一定的裕度,工程實(shí)際中選擇的短路阻抗通常比uk_min大。假設(shè)最終選擇的短路阻抗為uk,則根據(jù)uk反推換流變壓器的其余參數(shù)。以上計(jì)算過(guò)程為整流側(cè)換流變壓器相關(guān)參數(shù)的計(jì)算過(guò)程,逆變側(cè)與其類(lèi)似,只需將式(4)改為式(9)。式(9)中的相應(yīng)的量為逆變側(cè)對(duì)應(yīng)的額定參數(shù)。3逆變側(cè)定值和主要參數(shù)設(shè)計(jì)換流變壓器分接頭檔位太多或調(diào)節(jié)步長(zhǎng)太大都會(huì)給設(shè)備制造帶來(lái)問(wèn)題,并且降低設(shè)備的可靠性。在滿(mǎn)足條件的前提下,換流變壓器分接頭檔位越少、檔距較小為好。換流變壓器分接頭檔距的選擇跟直流系統(tǒng)控制策略有密切的關(guān)系,要考慮到分接頭調(diào)節(jié)一檔對(duì)換流器控制角度的影響,在角度的控制范圍內(nèi)要防止分接頭頻繁動(dòng)作。在以往的工程中,調(diào)節(jié)步長(zhǎng)通常取1.25%。換流變壓器分接頭范圍的確定主要考慮換流母線電壓穩(wěn)態(tài)波動(dòng)范圍、直流輸電系統(tǒng)安排的運(yùn)行方式、降壓運(yùn)行水平、降壓運(yùn)行方式下輸送的功率限制以及換流閥允許的最大觸發(fā)角(關(guān)斷角)。換流變壓器額定觸頭對(duì)應(yīng)0檔,其實(shí)際變比由式(10)決定:當(dāng)計(jì)算換流變壓器的有載調(diào)壓抽頭級(jí)數(shù)范圍時(shí),其相應(yīng)的變比計(jì)算如下:換流變壓器的最大變比換流變壓器的最小變比式中:UlN、Ulmin和Ulmax分別為換流變壓器網(wǎng)側(cè)交流電壓額定值、最小值和最大值;UvN為閥側(cè)交流電壓額定值;UdioN、Udiomin和Udiomax分別為理想空載電壓額定值、最小值和最大值。換流變壓器的有載調(diào)壓抽頭級(jí)數(shù)的計(jì)算公式:式中,Δη為分接頭步長(zhǎng)。這樣,換流變壓器的有載調(diào)壓抽頭級(jí)數(shù)范圍為:換流變壓器抽頭級(jí)數(shù)最大值為換流變壓器抽頭級(jí)數(shù)最小值為換流變壓器正、負(fù)分接頭級(jí)數(shù)需根據(jù)其網(wǎng)側(cè)交流電壓穩(wěn)態(tài)變化范圍,并結(jié)合設(shè)備的各種制造公差和測(cè)量誤差計(jì)算得到的閥側(cè)空載電壓極值來(lái)確定。利用上述公式計(jì)算得到的結(jié)果是換流變壓器正、負(fù)分接頭級(jí)數(shù)的最低要求值。換流變壓器最大正分接頭數(shù)需考慮直流系統(tǒng)降壓70%運(yùn)行時(shí)所需的級(jí)數(shù)來(lái)計(jì)算。根據(jù)換流變壓器以及閥的設(shè)計(jì),直流系統(tǒng)可通過(guò)聯(lián)合控制換流器的控制角與分接頭的調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)直流電壓的降落,大的控制角可實(shí)現(xiàn)部分直流電壓的降落,控制角包括觸發(fā)角與關(guān)斷角。因此,換流變壓器最大正分接頭數(shù)與換流器允許的最大控制角有密切的關(guān)系。換流器控制角的最大允許值取決于晶閘管的特性,不同的廠商生產(chǎn)的換流器允許的最大控制角不同。該控制角越大,相應(yīng)的換流變壓器最大正分接頭數(shù)相對(duì)來(lái)說(shuō)就越少。當(dāng)系統(tǒng)控制方式為整流側(cè)定電流,逆變側(cè)定關(guān)斷角時(shí),相關(guān)文獻(xiàn)已討論過(guò)檔位的計(jì)算。下面基于系統(tǒng)參數(shù)及測(cè)量誤差,系統(tǒng)控制方式為整流側(cè)定電流,逆變側(cè)定電壓,具體描述檔位的計(jì)算過(guò)程。未見(jiàn)文獻(xiàn)討論過(guò)該控制方式下的具體計(jì)算過(guò)程,其計(jì)算過(guò)程與逆變側(cè)定關(guān)斷角時(shí)有區(qū)別。整流側(cè)理想空載直流電壓計(jì)算如式(16)所示:當(dāng)計(jì)算UdiomaxR時(shí),代入式(16)的相關(guān)參數(shù)如下:當(dāng)計(jì)算UdiominROLTC時(shí),考慮直流降壓70%運(yùn)行,并且單極輸送的功率為最小值,通常為0.1PdN,并且觸發(fā)角為最大允許角度,相應(yīng)代入式(16)的相關(guān)參數(shù)如下:將UdiominROLTC和UdiomaxR分別代入式(11)和式(12)并結(jié)合式(13)即可計(jì)算得到整流側(cè)換流變對(duì)應(yīng)的最大、最小檔位數(shù)。逆變側(cè)理想空載直流電壓計(jì)算如式(17)所示。當(dāng)計(jì)算UdiomaxI時(shí),考慮的運(yùn)行方式是直流電阻最小情況下的雙極運(yùn)行方式,代入式(17)的相關(guān)參數(shù)如下:當(dāng)計(jì)算UdiominIOLTC時(shí),考慮的運(yùn)行方式是直流電阻最大情況下的單極金屬回線降壓70%運(yùn)行方式,并且單極輸送的功率為最小值,代入式(17)的相關(guān)參數(shù)如下:將UdiominIOLTC和UdiomaxI分別代入式(11)和式(12)并結(jié)合式(13)即可計(jì)算得到逆變側(cè)換流變對(duì)應(yīng)的最大、最小檔位數(shù)。式中:UdR為整流側(cè)直流電壓;Id為直流電流;Rd為直流電阻;δdx為正常抽頭感性壓降制造公差;δUdmeas為直流電壓測(cè)量誤差;δIdmeas為直流電流測(cè)量誤差;γmeas為關(guān)斷角測(cè)量誤差;αmeas為觸發(fā)角測(cè)量誤差。其余參數(shù)同前或如表1所述。4換流變壓器參數(shù)的確定以國(guó)內(nèi)某特高壓±800kV直流工程為例,校驗(yàn)上述的計(jì)算過(guò)程,相關(guān)參數(shù)如表1所示。根據(jù)表1相關(guān)的參數(shù),代入式(7)和式(8),短路阻抗的結(jié)果如表2所示,考慮一定的裕度,實(shí)際采用的值是合理的。根據(jù)實(shí)際的短路阻抗以及表1中的相關(guān)參數(shù),以本文所述的計(jì)算方法得到的換流變壓器參數(shù)如表3所示