研究背景

磁控式并聯(lián)電抗器（Magnetically Controlled Shunt Reactor，MCSR）可直掛于超/特高壓電力系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)系統(tǒng)無功和電壓的控制，可根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行需要平滑調(diào)節(jié)自身容量，是解決超/特高壓交流輸電線路無功補(bǔ)償和限制過電壓矛盾的有效措施。2013年7月在新疆與西北主網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)第二通道的魚卡開關(guān)站投運(yùn)了我國亦是世界上首臺(tái)750kV的MCSR，額定容量為330Mvar，其接線示意圖及主網(wǎng)圖如圖1所示。

圖1 魚卡站MCSR 接線示意圖

性能優(yōu)越的本體保護(hù)是確保MCSR安全可靠運(yùn)行的關(guān)鍵，在國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（51677069）超/特高壓磁控式并聯(lián)電抗器保護(hù)新原理及其關(guān)鍵問題研究資助下，課題組結(jié)合我國亦是世界首臺(tái)750kV MCSR的本體保護(hù)在研制和示范工程調(diào)試中遇到的難題，重點(diǎn)開展MCSR本體保護(hù)新原理、不同合閘方式暫態(tài)過程及保護(hù)閉鎖措施、容量調(diào)節(jié)暫態(tài)過程及保護(hù)防誤動(dòng)方法研究。

該文重點(diǎn)圍繞MCSR匝間保護(hù)新原理展開研究，由于MCSR特殊的鐵心結(jié)構(gòu)及繞組連接方式，使得MCSR匝間故障特性極為復(fù)雜，而已有保護(hù)方案可靠性、靈敏度不足，且無法識(shí)別故障繞組。針對(duì)目前MCSR匝間故障的保護(hù)靈敏度不足，傳統(tǒng)保護(hù)方案的適應(yīng)性不明確等問題，研究具有高可靠性和靈敏度的MCSR匝間保護(hù)新原理有重要意義。

論文所解決的問題及意義

本文提出了基于等效漏電感參數(shù)辨識(shí)的保護(hù)新方案，為MCSR匝間故障保護(hù)及故障定位提供了有效手段，解決了磁控式并聯(lián)電抗器匝間故障保護(hù)靈敏度低、識(shí)別難度大且無法定位故障繞組的難題，對(duì)實(shí)際工程具有重要參考價(jià)值。

論文方法及創(chuàng)新點(diǎn)

論文總體研究方法如圖2所示。

圖2 論文研究方案

具體研究方法如下：

（1）匝間故障發(fā)生后，繞組中電流分布的改變使得MCSR鐵心磁場尤其是漏磁場分布發(fā)生變化，因此等效漏電感參數(shù)也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改變。

（2）基于MCSR網(wǎng)側(cè)與控制側(cè)、補(bǔ)償側(cè)的電壓回路等效電路，推導(dǎo)了適用于三相MCSR的等效漏電感參數(shù)辨識(shí)模型。采用帶遺忘因子的遞推最小二乘法，實(shí)時(shí)辨識(shí)MCSR網(wǎng)-控、網(wǎng)-補(bǔ)回路的等效漏電感參數(shù)。

（3）發(fā)生故障后，故障相網(wǎng)-控、網(wǎng)-補(bǔ)回路等效漏電感參數(shù)變化明顯，可利用等效漏電感參數(shù)變化率構(gòu)成匝間保護(hù)啟動(dòng)判據(jù)；進(jìn)一步，故障相與非故障相的等效漏電感參數(shù)辨識(shí)結(jié)果差異較大，利用網(wǎng)-控、網(wǎng)-補(bǔ)回路等效漏電感參數(shù)三相差異度構(gòu)建故障繞組識(shí)別判據(jù)。

（4）基于MATLAB/Simulink搭建了750kV MCSR仿真模型，對(duì)不同運(yùn)行工況下的等效漏電感參數(shù)辨識(shí)結(jié)果及保護(hù)方案的正確性進(jìn)行了分析，正常運(yùn)行、帶勵(lì)磁合閘及區(qū)外故障下，參數(shù)辨識(shí)結(jié)果均接近穩(wěn)態(tài)運(yùn)行下的值；MCSR匝間故障時(shí)，故障相等效漏電感參數(shù)變化明顯，保護(hù)方案可準(zhǔn)確識(shí)別匝間故障，并對(duì)故障繞組進(jìn)行定位。

結(jié)論

1）本文推導(dǎo)了磁控式并聯(lián)電抗器三相通用的參數(shù)辨識(shí)模型，利用遞推最小二乘算法進(jìn)行計(jì)算，實(shí)時(shí)監(jiān)控網(wǎng)-控、網(wǎng)-補(bǔ)回路等效漏電感參數(shù)的變化。故障發(fā)生后，故障相的等效漏電感參數(shù)變化明顯，且故障相與非故障相差異較大。

2）本文構(gòu)建了基于等效漏電感參數(shù)變化率和三相差異度的保護(hù)方案，并基于實(shí)際工程搭建750kV磁控式并聯(lián)電抗器仿真模型對(duì)參數(shù)辨識(shí)結(jié)果及保護(hù)方案驗(yàn)證。新方案在MCSR正常運(yùn)行、帶預(yù)勵(lì)磁合閘及區(qū)外故障下，不會(huì)發(fā)生誤動(dòng)；在任一繞組發(fā)生匝間故障時(shí)，能夠快速識(shí)別出故障，并能夠?qū)崿F(xiàn)故障繞組的定位。

團(tuán)隊(duì)介紹

鄭濤，華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院教授，博導(dǎo)，四方研究所副所長，“新能源電力系統(tǒng)”國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室固定研究人員。團(tuán)隊(duì)目前有2名博士研究生，20名碩士研究生。

2016年榮獲中國電力科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎(jiǎng)，2019年榮獲中國電力科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎(jiǎng)、三等獎(jiǎng)各一項(xiàng)及寧夏回族自治區(qū)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)三等獎(jiǎng)；主持國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目2項(xiàng)，參與國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃專項(xiàng)課題1項(xiàng)，973項(xiàng)目1項(xiàng)，863項(xiàng)目2項(xiàng)；發(fā)表及錄用SCI檢索論文16篇，EI檢索論文80余篇；授權(quán)國家發(fā)明專利21項(xiàng)；出版學(xué)術(shù)專著《超/特高壓變壓器差動(dòng)保護(hù)關(guān)鍵技術(shù)與新原理》1部。

主要從事超特高壓變壓器/可控并聯(lián)電抗器故障特性分析及保護(hù)配置、保護(hù)新原理研究；風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、光伏系統(tǒng)故障機(jī)理和保護(hù)新算法研究；高壓直流輸電/地磁暴引發(fā)的直流偏磁對(duì)交流系統(tǒng)保護(hù)的影響研究；交直流輸電故障耦合機(jī)理研究等。