變壓器式串聯(lián)電抗器(限流電抗器)的含義及其特點

    一、變壓器式串聯(lián)電抗器(限流電抗器)的含義
    我國一次能源與負荷中心分布不均衡。隨著國民經濟的快速發(fā)展，需要將更大容量的電力輸送到更遠距離的負荷中心[1-3]。因此，特高壓、超高壓緊湊型長距離輸電線路的建設規(guī)模不斷擴大[4-7]，無功平衡與電壓控制問題日益突出[8-10]。為解決上述問題，串聯(lián)電抗器(限流電抗器)的研究受到了眾多科研工作者的關注，經過長期努力，基于不同工作原理的串聯(lián)電抗器(限流電抗器)相繼出現(xiàn)[11-20]。

    變壓器式串聯(lián)電抗器(限流電抗器)（Controllable Reactor ofTransformer type, 串聯(lián)電抗器）具有對外等效電抗能在大范圍內快速平滑調節(jié)的優(yōu)點，是一種適用于超高壓長距離輸電線路的無功補償設備，對于穩(wěn)定線路末端電壓具有重要作用[14]。而在串聯(lián)電抗器(限流電抗器) 的設計過程中，為各控制繞組匹配合適的限流電感則是實現(xiàn)串聯(lián)電抗器(限流電抗器) 給定運行性能的關鍵所在。

    文獻[14]在順次單支路調節(jié)模式（逐級短路調節(jié)模式）下，按照電網對諧波電流的要求，確定了調節(jié)級數及各級額定容量，然后采用遞推算法求解了各限流電感參數。然而串聯(lián)電抗器(限流電抗器) 以逐級短路調節(jié)模式運行時，在大多數工況下總是讓大容量的控制繞組作為調節(jié)控制繞組，此時串聯(lián)電抗器(限流電抗器) 工作繞組電流的諧波含量往往很大。由此可見，逐級短路調節(jié)模式并非一種性能優(yōu)良的調節(jié)模式，因此，按照這種模式來確定限流電感參數顯然不是一種很好的設計方案。

    目前，在串聯(lián)電抗器(限流電抗器)諸調節(jié)模式中，固定單支路調節(jié)模式[14]（支撐導通法[16]）以其優(yōu)越的諧波性能而受到了廣泛關注[14,16,17]。當串聯(lián)電抗器(限流電抗器) 按照固定單支路調節(jié)模式運行時，諧波含量要明顯小于逐級短路調節(jié)模式，因此在固定單支路調節(jié)模式下研究串聯(lián)電抗器(限流電抗器) 限流電感的合理匹配具有重要的應用價值。

    但目前已有文獻均是在假定各控制繞組電流之間互不影響的情況下對固定單支路調節(jié)模式進行分析的[14,16,17]，本文將這種情況稱為理想情況。在理想情況下，只要各控制繞組所匹配的限流電感能使各控制繞組單獨短路時串聯(lián)電抗器(限流電抗器) 的輸出容量之比為1∶1∶2∶4∶8（5 個控制繞組），便能很好地實現(xiàn)固定單支路調節(jié)模式。但是由于串聯(lián)電抗器(限流電抗器) 各繞組之間不可避免地會存在電磁耦合，各控制繞組的電流總會相互影響，若仍按理想情況來計算各限流電感，其實根本無法保證串聯(lián)電抗器(限流電抗器) 在固定單支路調節(jié)模式下正常運行。

    二、變壓器式串聯(lián)電抗器(限流電抗器)的主要特點
    串聯(lián)電抗器(限流電抗器)具有動態(tài)無功補償作用，能使線路末端電壓保持不變，因此，本文直接用串聯(lián)電抗器(限流電抗器) 的工作繞組電流基波分量有效值來表示串聯(lián)電抗器(限流電抗器) 的輸出容量。此外，起補償作用的是串聯(lián)電抗器(限流電抗器) 工作繞組電流中的基波無功電流，由于本文忽略了所有電阻，因此，工作繞組的基波電流全部為無功電流。

    對于固定單支路調節(jié)模式，其基本原理就是在串聯(lián)電抗器(限流電抗器)運行時的任何工況下，始終只允許容量最小的一個控制繞組所串聯(lián)的反并聯(lián)晶閘管的觸發(fā)延遲角介于0 ～π/2（稱為調節(jié)繞組）之間，而其余各繞組反并聯(lián)晶閘管的觸發(fā)延遲角要么為0（稱為短路繞組），要么為π/2（稱為截止繞組）。不考慮鐵心磁化曲線的非線性，忽略所有電阻。若某一時刻串聯(lián)電抗器(限流電抗器)所有控制繞組的反并聯(lián)晶閘管均處于導通狀態(tài)。

    本文將導出固定單支路調節(jié)模式下串聯(lián)電抗器(限流電抗器)工作繞組基波電流有效值的計算公式，并給出調節(jié)過程及容量區(qū)間的概念；然后基于固定單支路調節(jié)模式的切換流程，根據輸出容量全程連續(xù)且容量區(qū)間重疊最小的原則，建立了非線性優(yōu)化模型，并尋優(yōu)求解，得出了各限流電感參數的合理取值。