耦合线路电气特性分析与软件开发

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输电线路在电网中的地位不言而喻,土地资源的日益紧张给输电线路建设带来了新的变化:一是电力电缆的大规模应用,二是架空线共用走廊越来越常见。这两个场景会分别带来多导体线路耦合问题。电力电缆运行过程中,由于电磁耦合,电缆线芯会在护套上感应出电流,进而引起护套损耗。而交直流线路共用走廊则使得交流线路在直流线路中感应出基波电流并对直流换流器带来不利影响。在耦合线路研究领域前人已经做了大量的工作并取得了许多成果,但是仍然存在着一些问题需要深入研究和解决。当前该领域的研究存在以下不足:(1)护套损耗计算方法不够理想;(2)对护套连接阻抗器降损策略的特性研究不够深入;(3)直流侧基频电流对MMC换流器影响的研究不足;(4)交直流耦合对LCC-MMC系统影响的研究尚属空白。针对上述几个问题,本文对耦合线路的建模和分析方法进行研究,主要内容如下:(1)研究快速精确的电缆护套损耗计算算法。在非解耦模型的基础上,通过递推公式使节点电压方程降阶。在不损失计算精度的前提下(误差<0.1%),使电缆护套损耗计算速度提升80%以上。该算法适用于目前电缆工程中出存在的诸多护套连接方式。基于本算法,开发Windows下运行的护套分析软件。可以输出指定电缆结构和运行状态下的护套电流电压分布和护套损耗。(2)研究电缆结构对护套损耗的影响。在得到快速精确的护套损耗计算算法后,本文对护套降损策略进行了全面研究。从不同电缆护套连接方式入手,比较了单端接地、双端接地、交叉互联电缆的护套损耗。此外还研究了交叉互联电缆在交叉互联数不同和分段长度不均匀时的护套损耗。(3)系统性地研究了串联阻抗的降损策略。研究串联阻抗的相角和幅值对降损效果的影响。本文研究发现当串联阻抗的阻抗角为90°时(即串联纯电感)降损效果最好,同时护套上的电压也达到最小。针对研究算例,本文推荐了交叉互联数不同时的串联阻抗幅值。(4)研究直流侧基频电流对MMC换流器的影响。在时域中推导了给定直流侧基频分量下交流侧出现的直流偏置公式。公式的计算结果与PSCAD的仿真结果高度一致。从公式中可以看出,MMC交流侧的直流偏置量小于同等条件下LCC交流侧的直流偏置量。(5)研究交直流耦合效应对LCC-MMC系统的影响。研究了耦合效应与交直流线路杆塔架设间距、并行架设长度、交流线路零序分量和交流线路故障状态之间的关系。交流输电线上的零序分量会明显增大耦合效应。在考虑零序分量的前提下,本文给出了交直流线路杆塔间距和并行长度之间应该满足的关系,为实际工程建设提供指导意见。
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