鐵磁諧振過電壓非線性特性及其柔性抑制策略研究.pdf

1、智能電網(wǎng)是世界電網(wǎng)未來的發(fā)展方向,其重要特征是“自愈”,即要求電網(wǎng)能夠在線、實(shí)時(shí)并連續(xù)對系統(tǒng)安全性進(jìn)行分析和評估,能夠?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行在線診斷并能夠?qū)赡馨l(fā)生的系統(tǒng)故障進(jìn)行及時(shí)預(yù)警,能夠?qū)σ寻l(fā)生的系統(tǒng)故障進(jìn)行預(yù)防、隔離和控制,使系統(tǒng)能夠自我恢復(fù),并能使電網(wǎng)各級防線之間緊密協(xié)調(diào),能夠抵御突發(fā)性事件和嚴(yán)重故障,并有效避免大范圍連鎖故障的發(fā)生,從而大幅提升電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性和供電可靠性,并大幅減少停電損失。
　　鐵磁諧振發(fā)生在非線性電感和電容回

2、路,諧振過程可能產(chǎn)生穩(wěn)定的過電壓和過電流,會(huì)對輸配電裝備和運(yùn)行人員安全構(gòu)成威脅,雖然國內(nèi)外對鐵磁諧振的產(chǎn)生機(jī)理、基本特性、發(fā)展規(guī)律和抑制措施進(jìn)行了大量的研究,但是由于其諧振回路的復(fù)雜性和諧振類型的多樣性,鐵磁諧振抑制措施在某些諧振情況下抑制作用有限,造成電力系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備可能承受較長時(shí)間的鐵磁諧振過電壓,可能使其產(chǎn)生絕緣損傷,最終可能造成設(shè)備損壞,因而鐵磁諧振問題仍然是一個(gè)長期困擾電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的復(fù)雜問題。隨著電網(wǎng)的發(fā)展,一方面配電網(wǎng)的

3、快速發(fā)展造成配電系統(tǒng)參數(shù)變化范圍急劇增大,配電網(wǎng)操作更加頻繁,促使鐵磁諧振發(fā)生率升高;另一方面超特高壓系統(tǒng)對內(nèi)部過電壓倍數(shù)要求更為嚴(yán)格,鐵磁諧振過電壓可能會(huì)超過超特高壓系統(tǒng)內(nèi)部過電壓水平。因此電力系統(tǒng)中的鐵磁諧振問題愈發(fā)突出,亟需對鐵磁諧振的非線性特性和鐵磁諧振過電壓的抑制進(jìn)行深入研究。
　　目前鐵磁諧振的基本特性分析和抑制方法研究大多基于鐵磁諧振回路模型,該回路模型是對典型鐵磁諧振回路簡化而得到的,在一定程度上能夠反映鐵磁諧振的

4、一般規(guī)律,為鐵磁諧振研究奠定了基礎(chǔ),但是傳統(tǒng)鐵磁諧振模型需要精確的諧振電路模型和準(zhǔn)確的系統(tǒng)參數(shù),而在實(shí)際電力系統(tǒng)中,隨著運(yùn)行方式的改變諧振電路和系統(tǒng)參數(shù)都會(huì)隨之發(fā)生變化,因此基于傳統(tǒng)鐵磁諧振模型的特性分析和抑制方法無法滿足情況多變的現(xiàn)場應(yīng)用。以目前研究成果為基礎(chǔ),本文提出了不依賴于鐵磁諧振模型及參數(shù),直接從鐵磁諧振過電壓時(shí)間序列入手進(jìn)行鐵磁諧振的非線性特性分析和抑制方法研究。首先針對鐵磁諧振過電壓時(shí)間序列的特點(diǎn),選取適合鐵磁諧振過電壓的

5、相空間重構(gòu)算法,對鐵磁諧振過電壓時(shí)間序列進(jìn)行相空間重構(gòu),可以挖掘鐵磁諧振時(shí)間序列隱藏的系統(tǒng)信息,進(jìn)而對鐵磁諧振特有的非線性特性進(jìn)行分析,從而對包含準(zhǔn)周期和混沌在內(nèi)的鐵磁諧振過電壓進(jìn)行特征量提取和類型識(shí)別,能夠?yàn)榻㈣F磁諧振過電壓實(shí)時(shí)監(jiān)測、在線分析以及主動(dòng)抑制系統(tǒng)提供支持;其次在鐵磁諧振過電壓時(shí)間序列相空間重構(gòu)的基礎(chǔ)上,根據(jù)重構(gòu)過程的關(guān)鍵參數(shù)建立鐵磁諧振過電壓時(shí)間序列的低階多項(xiàng)式模型,并在此基礎(chǔ)上研究鐵磁諧振過電壓時(shí)間序列的主動(dòng)抑制策略,

6、由此來論證直接通過鐵磁諧振過電壓時(shí)間序列得到抑制方法的可行性和有效性;最后基于以上研究,提出了一種采用高速全可控開關(guān)器件的鐵磁諧振過電壓靈活抑制方法也即柔性抑制方法,并分別搭建了考慮電壓互感器(PT)鐵芯磁滯效應(yīng)的電磁暫態(tài)仿真模型和對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室低壓試驗(yàn)平臺(tái),基于仿真模型和試驗(yàn)平臺(tái)詳細(xì)分析了相關(guān)參數(shù)對鐵磁諧振過電壓抑制效果的影響,并對不同類型和不同諧振程度的鐵磁諧振過電壓進(jìn)行了抑制研究。
　　本文通過理論分析、仿真計(jì)算和試驗(yàn)研究對鐵

7、磁諧振過電壓時(shí)間序列的非線性特性和柔性抑制方法進(jìn)行了詳細(xì)的研究,結(jié)果表明:本文采用互信息法和 Cao氏算法直接對鐵磁諧振過電壓進(jìn)行相空間重構(gòu)后可以得到有效的關(guān)鍵重構(gòu)參數(shù),能夠得出與原鐵磁諧振系統(tǒng)拓?fù)涞葍r(jià)的重構(gòu)吸引子,可以獲取鐵磁諧振系統(tǒng)的基本非線性特征,該方法不但克服了傳統(tǒng)分析方法對精確鐵磁諧振模型和系統(tǒng)參數(shù)的高度依賴,而且分析結(jié)果與傳統(tǒng)分析方法高度一致;基于相空間重構(gòu),獲得不同類型鐵磁諧振過電壓的兩個(gè)重要的非線性特征量:重構(gòu)吸引子的平

8、均灰度和序列的最大Lyapunov指數(shù),兩者可以作為非周期諧振分類器的重要特征量,能夠有效識(shí)別準(zhǔn)周期和混沌鐵磁諧振過電壓;直接采用重構(gòu)參數(shù)和過電壓時(shí)間序列進(jìn)行鐵磁諧振數(shù)學(xué)建模,辨識(shí)得到了其二階多項(xiàng)式模型,能夠反映原鐵磁諧振系統(tǒng)的基本數(shù)學(xué)特征,基于該數(shù)學(xué)模型所得到的鐵磁諧振過電壓抑制方法能夠有效抑制不同類型的鐵磁諧振過電壓;基于以上研究,本文采用全控電力電子開關(guān)調(diào)整高頻阻尼電阻投入特性,構(gòu)造了一個(gè)電網(wǎng)頻率意義下的等效連續(xù)可調(diào)電阻,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)