高電壓FACTS變電站的高頻電磁兼容研究.pdf

1、電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展為新型電氣設(shè)備的涌現(xiàn)提供了機遇，繼而推動現(xiàn)代電力系統(tǒng)的技術(shù)創(chuàng)新與進步。在過去的二十年間，電氣科學家與工程師們提出了靈活交流輸電系統(tǒng)（FACTS）的概念與技術(shù)，并研制了一系列的FACTS控制裝置。所有的FACTS設(shè)備均是通過控制電力電子器件的開關(guān)過程，以有效實現(xiàn)電力系統(tǒng)的潮流控制、電壓調(diào)節(jié)、提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性以及抑制系統(tǒng)低頻振蕩等功能。然而，大功率電力電子器件的頻繁開關(guān)操作將產(chǎn)生很陡的瞬態(tài)脈沖，經(jīng)近場耦合和遠場輻射而

2、形成較嚴重的高頻傳導(dǎo)和輻射騷擾，對電網(wǎng)設(shè)備及附近的電子單元造成電磁環(huán)境污染。另一方面，為實現(xiàn)電力系統(tǒng)運行的智能監(jiān)測、故障診斷與自動控制，在現(xiàn)代化變電站的二次側(cè)越來越多地安裝了各種電子通訊與保護單元。FACTS設(shè)備產(chǎn)生的電磁騷擾將會嚴重影響這些非常敏感的二次電子單元，甚至導(dǎo)致其發(fā)生功能性故障或永久損壞。目前隨著FACTS裝置的高壓大容量化，其電磁騷擾程度也愈加嚴重。因此，需要通過測試分析對FACTS變電站的電磁環(huán)境進行重新評估，并采取有效

3、的電磁抗擾性措施以保證二次系統(tǒng)單元的安全與可靠運行。 本文提出采用綜合性的策略研究FACTS變電站的電磁兼容問題。研究內(nèi)容主要包括以下幾個方面：測量傳感器的建模與數(shù)字化校正技術(shù)，電磁騷擾測量系統(tǒng)的建立，電磁騷擾的特征提取方法，高頻電磁騷擾機制的仿真建模，電磁騷擾抑制方法與抗擾性試驗措施，等。 一般電磁場天線的幅頻特性并不平坦，必須建立其等效傳遞函數(shù)以對測量數(shù)據(jù)進行數(shù)字化校正，才能正確歸算出實際的電磁騷擾強度。本文提出了兩

4、種新的基于頻域傳遞函數(shù)建模的數(shù)字化校正算法：一種是改進的復(fù)向量擬合法，它通過增加一階導(dǎo)數(shù)信息以及將系數(shù)矩陣右乘一個對角陣來實現(xiàn)；另一種算法是極點置換法，它通過將一個給定極點的密切相關(guān)傳遞函數(shù)的零點置換為目標函數(shù)的初始極點來實現(xiàn)。仿真和應(yīng)用結(jié)果表明，兩種方法都具有較高的擬合準確度。 現(xiàn)場測量的天氣情況與標準校核條件可能存在較大差別，有必要研究不同天氣因素對電磁天線測量特性的影響。基于實驗研究、數(shù)字信號處理方法、改進的復(fù)向量擬合法以

5、及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，本文提出了一種定量分析、預(yù)測天氣因素對電磁天線測量特性影響的一般方法。其中，實驗測量和數(shù)字信號處理方法用以獲取各種天氣條件下的天線響應(yīng)特性；改進的復(fù)向量擬合法用以獲取天線頻域特性的等效傳遞函數(shù)；BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用以建立天氣因素與天線頻域特征參數(shù)之間的非線性映射關(guān)系。實驗與分析結(jié)果表明，利用該方法能夠分析天氣因素的具體影響，并可根據(jù)天氣因素變化對電磁天線的頻域特征參數(shù)作出有效預(yù)測。 基于路-場傳感器、光纖傳輸、數(shù)字存儲

6、示波器以及終端屏蔽單元等，本文建立了先進的電磁騷擾測量系統(tǒng)，并對多個FACTS變電站的電磁環(huán)境進行了現(xiàn)場測量，獲得了寬頻帶的輻射騷擾與傳導(dǎo)騷擾時域波形。通過分析一個工頻周期內(nèi)靜態(tài)無功補償器（SVC）的瞬態(tài)沖擊脈沖特征，給出了電磁騷擾的幅值以及頻率分布范圍，積累了大量第一手的電磁騷擾原始數(shù)據(jù)。 在時、頻域內(nèi)系統(tǒng)建立了電磁騷擾信號的特征提取與表征方法。提出基于雙正交數(shù)字濾波器和基于Hough變換的兩種瞬時頻率估計算法，可分別應(yīng)用于瞬

7、時頻率緩變和大幅度變化的電磁騷擾信號，具有較快的瞬時頻率跟蹤速度與較高的計算準確度。更進一步，通過引入短時傅立葉變換、Wigner分布、平滑偽Wigner分布及重排平滑偽Wigner分布等時頻分析技術(shù)，在三維空間內(nèi)建立了基于時頻分析的電磁騷擾特征提取方法，以更加形象地描述電磁騷擾的非平穩(wěn)時變特征，獲取更豐富的電磁騷擾信息，為深入分析FACTS變電站的高頻電磁騷擾機制和評估電磁環(huán)境提供了直接依據(jù)。 為分析SVC的高頻電磁騷擾機制，

8、基于晶閘管的動態(tài)開關(guān)特性，本文提出了SVC傳導(dǎo)騷擾的仿真建模方法。以非線性時變電阻作為晶閘管宏模型的內(nèi)核，建立了含晶閘管控制電抗器支路、晶閘管開關(guān)電容器支路的SVC仿真模型。SVC傳導(dǎo)騷擾的仿真結(jié)果與現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)相比具有相似性，表明晶閘管的動態(tài)開關(guān)特性是導(dǎo)致高頻騷擾的主要機制。為分析負荷隨機變化對傳導(dǎo)騷擾的影響，進一步建立了含可變負載的SVC傳導(dǎo)騷擾仿真模型，可預(yù)測各種負荷條件下的電磁騷擾水平。 根據(jù)FACTS設(shè)備的具體拓撲結(jié)構(gòu)