适用于超导电缆接入的电网运行控制技术研究

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高温超导电缆相比常规电缆具有容量大、损耗低、结构紧凑、环境影响小等优势,适用于现代化都市高密度供电以及电网大规模输电的应用场景。目前,高温超导电缆已逐渐从试验研究走向工程试点应用。超导电缆在并网运行过程中,由于其运行特性与常规电缆存在着较大的差异,给电网的运行控制带来许多新的问题和挑战。本文以南方电网公司科技项目“适应超导电缆接入的电网运行方式及保护与控制技术研究”为依托,结合工程实际,重点围绕高温超导电缆的电气参数计算、潮流优化控制与合环电流分析、适应超导电缆接入的备自投控制策略等方面展开了系统性的研究,以为超导电缆的应用推广提供指导与建议。超导电缆的电气参数计算是研究适应超导电缆接入的电网运行控制技术的基础。论文针对超导电缆三种典型构型,根据其结构特点和电磁耦合特性,分别建立了基于支路参数的数学模型,提出了超导电缆电抗和电容参数的计算方法,并通过与仿真结果对比,验证了所提方法的正确性。针对超导电缆失超后引起电阻参数变化的特点,提出了失超电阻的计算方法,在此基础上,建立了可反映失超电阻时变特性的高温超导电缆仿真模型,为超导电缆失超特性研究提供了有力的仿真分析工具。结合示范工程,对超导电缆接入后电网不同合环运行方式下的潮流优化控制进行了研究。以降低网损为目标,提出了通过调节变压器档位降低网损的潮流优化控制方案。并通过仿真计算,验证了所提出方案的有效性。从通用性角度,对超导电缆合环操作时所产生的合环冲击电流进行了理论分析,提出了合环冲击电流的实用化计算方法,以及保证超导电缆运行安全的最大合环相角差计算方法。以此为基础,论证了示范工程在不同运行方式和不同负荷水平下,超导电缆合环操作的安全性。分析结论对实际工程应用具有良好的指导作用。根据超导电缆传输容量大,接入点存在母线多分段接线复杂结构,现有备自投不能满足工程应用要求的现状,提出了一种利用多间隔信息的备自投优化控制方法。该方法通过在线计算各备用电源的负荷裕度,并判断失电母线的负载功率以及备投电源所带母线段数量等信息,自动优选备用电源,以提高备自投后电网复电率。结合超导电缆示范工程实际,对所提出的备自投优化控制方法的应用效果进行了分析。结果表明,在不同失电故障情况下,所提备自投控制方法均可实现失电母线与备用电源间的合理匹配,有效降低失负荷风险,提高供电可靠性。
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