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)對系統(tǒng)無功和電壓的控制，可根據(jù)系統(tǒng)運行需要平滑調(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)站投運了我國亦是世界上首臺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)越的本體保護是確保MCSR安全可靠運行的關(guān)鍵，在國家自然科學(xué)基金面上項目（51677069）超/特高壓磁控式并聯(lián)電抗器保護新原理及其關(guān)鍵問題研究資助下，課題組結(jié)合我國亦是世界首臺750kV MCSR的本體保護在研制和示范工程調(diào)試中遇到的難題，重點開展MCSR本體保護新原理、不同合閘方式暫態(tài)過程及保護閉鎖措施、容量調(diào)節(jié)暫態(tài)過程及保護防誤動方法研究。

該文重點圍繞MCSR匝間保護新原理展開研究，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，而已有保護方案可靠性、靈敏度不足，且無法識別故障繞組。針對目前MCSR匝間故障的保護靈敏度不足，傳統(tǒng)保護方案的適應(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)辨識的保護新方案，為MCSR匝間故障保護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靈敏度低、識別難度大且無法定位故障繞組的難題，對實際工程具有重要參考價值。

論文方法及創(chuàng)新點

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)也會發(fā)生相應(yīng)的改變。

（2）基于MCSR網(wǎng)側(cè)與控制側(cè)、補償側(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)辨識模型。采用帶遺忘因子的遞推最小二乘法，實時辨識MCSR網(wǎng)-控、網(wǎng)-補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)成匝間保護啟動判據(jù)；進一步，故障相與非故障相的等效漏電感參數(shù)辨識結(jié)果差異較大，利用網(wǎng)-控、網(wǎng)-補回路等效漏電感參數(shù)三相差異度構(gòu)建故障繞組識別判據(jù)。

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

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)辨識模型，利用遞推最小二乘算法進行計算，實時監(jiān)控網(wǎng)-控、網(wǎng)-補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方案，并基于實際工程搭建750kV磁控式并聯(lián)電抗器仿真模型對參數(shù)辨識結(jié)果及保護方案驗證。新方案在MCSR正常運行、帶預(yù)勵磁合閘及區(qū)外故障下，不會發(fā)生誤動；在任一繞組發(fā)生匝間故障時，能夠快速識別出故障，并能夠?qū)崿F(xiàn)故障繞組的定位。

團隊介紹

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)”國家重點實驗室固定研究人員。團隊目前有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)進步一等獎，2019年榮獲中國電力科學(xué)技術(shù)進步二等獎、三等獎各一項及寧夏回族自治區(qū)科學(xué)技術(shù)進步獎三等獎；主持國家自然科學(xué)基金項目2項，參與國家重點研發(fā)計劃專項課題1項，973項目1項，863項目2項；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；出版學(xué)術(shù)專著《超/特高壓變壓器差動保護關(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配置、保護新原理研究；風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、光伏系統(tǒng)故障機理和保護新算法研究；高壓直流輸電/地磁暴引發(fā)的直流偏磁對交流系統(tǒng)保護的影響研究；交直流輸電故障耦合機理研究等。