Powerformer故障仿真、保護(hù)及相關(guān)的電力系統(tǒng)穩(wěn)定問題.pdf

1、Powerformer是一種高壓發(fā)電機(jī)，可以直接和高壓母線直接連接而無需升壓變壓器進(jìn)行升壓。和常規(guī)發(fā)電機(jī)相比，Powerformer有望提高系統(tǒng)可靠性、提升轉(zhuǎn)換效率、減少電廠占地面積和系統(tǒng)穩(wěn)定。由于Powerformer發(fā)明的時(shí)間不長，其內(nèi)外部故障的形成機(jī)理及其對保護(hù)特性的影響，包括Powerformer運(yùn)行特性與電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的關(guān)系，都需要深入研究。論文具體內(nèi)容如下： 研究了Powerformer定子繞組的分割方法，以計(jì)算相應(yīng)

2、子繞組的等效匝數(shù)和磁軸的正方向，該方法可推廣應(yīng)用于其他大型同步發(fā)電機(jī)。 建立了Powerformer的定子繞組內(nèi)部相間故障和接地故障分析的數(shù)學(xué)模型。該模型以直接相量法為依據(jù)，同時(shí)考慮了定子繞組對地電容的影響。為準(zhǔn)確地仿真內(nèi)部故障時(shí)的情形，計(jì)算了各個(gè)故障分支磁軸的正方向。模型建立了轉(zhuǎn)子和定子的電流方程、電壓方程、磁鏈方程和運(yùn)動(dòng)方程，并且給出了接地故障和相間故障等各種故障類型下的仿真結(jié)果。利用該模型可以對Powerformer的保護(hù)

3、方案進(jìn)行有效的驗(yàn)證，或?yàn)樾略淼难芯刻峁┛尚诺臄?shù)據(jù)。該方法可推廣應(yīng)用于其他大型同步發(fā)電機(jī)。 內(nèi)部故障仿真求解是典型的非線性剛性微分方程問題，需采用變步長的適合求解剛性問題的算法。在比較了剛性微分方程數(shù)值積分幾種典型算法后，采用適用于求解剛性微分方程的數(shù)值積分方法Gear法作為仿真軟件的基本算法。 以一個(gè)75MVA/150kV的新型的電纜繞制高壓同步發(fā)電機(jī)（Powerformer）為例，利用該模型仿真了一系列內(nèi)部故障時(shí)的情

4、況，并且給出了單相接地故障、兩相接地故障和相間短路故障的波形。 針對具有雙定子繞組（對稱分布或非對稱分布）的同步發(fā)電機(jī)（Powerformer具有雙定子），建立了正常運(yùn)行或外部故障的仿真模型，并且給出了穩(wěn)態(tài)和故障情況下的仿真結(jié)果。 提出了一種能夠自適應(yīng)補(bǔ)償Powerformer定子電容電流的新方法，提高Powerformer差動(dòng)保護(hù)的靈敏度。Powerformer定子繞組為分級(jí)絕緣，電容電流分布不均勻。論文根據(jù)Power

5、former正常運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的電容電流自適應(yīng)地確定一個(gè)分布系數(shù)，用該分布系數(shù)將繞組總電容以集中電容的形式分割成2個(gè)電容，分布在機(jī)端和中性點(diǎn)用于計(jì)算各種狀態(tài)下的電容電流。在此基礎(chǔ)上，采用線路差動(dòng)保護(hù)的補(bǔ)償方式進(jìn)行電容電流補(bǔ)償，則無論P(yáng)owerformer處于何種運(yùn)行狀態(tài)（正常運(yùn)行、外部故障、內(nèi)部故障），差動(dòng)電流中的電容電流都可以被完全補(bǔ)償，從而提高了保護(hù)的靈敏度。 提出了確定系統(tǒng)具有相同或相似RRB的耦合節(jié)點(diǎn)組的算法。當(dāng)用Power

6、former替代常規(guī)發(fā)電機(jī)組時(shí)，利用該算法可以確定最佳替換地點(diǎn)，從而增大關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)或弱節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷裕度。 以單機(jī)－無窮大系統(tǒng)為例，分析了Powerformer機(jī)端電壓控制提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的機(jī)理，從Powerformer阻抗的補(bǔ)償作用和系統(tǒng)阻尼的改善兩個(gè)方面論證了Powerformer機(jī)端電壓控制對系統(tǒng)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的影響。通過對具體算例的特征值分析和時(shí)域仿真，驗(yàn)證了理論分析的正確性。 論文最后對上述研究結(jié)果進(jìn)行了總結(jié)，提出了