特高壓直流換流閥塔閥層集成寬頻等效電路模型的建模方法技術

本發明專利技術屬于電力系統電磁暫態分析領域，特別涉及一種用于特高壓直流換流閥塔層間瞬態電壓分析的寬頻等效模型的建模方法，具體包括，以一個閥層為單元，建立閥層內關鍵元器件集總參數等效模型和閥層端子電容模型；將所述閥層內關鍵元器件集總參數等效模型和所述閥層端子電容模型按照閥塔的實際電氣連接狀況進行連接，得到最終的用于特高壓直流換流閥塔層間瞬態電壓分析的寬頻等效模型。本發明專利技術考慮了在過電壓作用下閥內關鍵元器件參數以及屏蔽罩寄生電容參數對閥層間電壓分布的影響，適用于在各類過電壓下準確高效的分析特高壓直流換流閥塔層間瞬態電壓。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于電力系統電磁暫態分析領域，特別涉及一種用于特高壓直流換流閥塔閥層集成寬頻等效電路模型的建模方法。
技術介紹
直流換流閥塔是直流輸電系統的核心設備，由眾多晶閘管及相關元器件串聯而構成，在運行時受交、直流系統條件變化的影響，會遭受不同類型的過電壓。為了保證直流系統能夠安全穩定運行，研究各種過電壓下換流閥內的電壓分布特性是十分必要的。過電壓下閥塔層間瞬態電壓作為一個重要的考慮因素，建立合理的換流閥寬頻模型，以便于在各類電壓形式下尤其是速變型電壓下對其進行分析也是必不可少的。隨著特高壓直流系統的電壓等級不斷提高以及輸送容量不斷提升，換流閥體積更為龐大，整個換流閥系統的拓撲結構更加復雜。特高壓直流換流閥系統由飽和電抗器、晶閘管、阻容吸收回路、均壓電阻回路、控制模型、冷卻系統、電暈屏蔽罩、懸吊絕緣子等多個部分構成，不同器件在各種正常工況及過電壓工況下要承受大小各異的電壓分布。在閥組件、閥層、閥塔、四周墻壁、關鍵設備本體及相互間存在大量的寄生電容，由于這些寄生電容的存在，不同位置的相同零部件電壓分布會存在差異。因此，在對換流閥進行寬頻建模的過程中，既需要考慮閥內關鍵元器件的高頻特性，又需要考慮屏蔽罩寄生電容參數造成的電壓不均的影響。現有的換流閥塔寬頻等效模型，多基于單個器件的寬頻等效模型搭建過電壓下閥塔層間瞬態電壓分析模型，并考慮屏蔽罩間寄生電容參數對電壓分布的影響，但是由于換流閥內元器件很多，并且傳統的寄生電容參數提取方法具有很高的時間復雜度和空間復雜度，導致建模和仿真時間過長，仿真效率偏低，對閥塔層間瞬態電壓的分析造成了極大地不便。如文獻1(方超.高壓直流換流閥模塊寬頻特性測量與建模方法研究[D].華北電力大學,2013)和文獻2(L.Qi；Q.Shuai；X.Cui；C.Fang；H.Sun；w.guang；C.Gao,\ParametersExtractionandWidebandModelingof±1100kVConverterValve,\inIEEETransactionsonPowerDelivery,vol.PP,no.99,pp.1-1)因此，現有技術中存在以下問題和缺陷：1、現有技術中的特高壓直流換流閥塔層間瞬態電壓分析的寬頻等效模型只基于單個器件的寬頻等效模型，沒有基于關鍵元器件的工作參數集考慮閥內關鍵元器件的高頻特性的影響。2、現有技術采用的傳統的寄生電容參數提取方法具有很高的時間復雜度和空間復雜度，導致建模和仿真時間過長，仿真效率偏低，對閥塔層間瞬態電壓的分析造成了極大地不便。為了提高直流換流閥塔層間瞬態電壓仿真分析的效率，并同時考慮閥內關鍵元器件的高頻特性，以及屏蔽罩寄生電容參數帶來的影響，亟待提出一種既能實現高速建模仿真并具有很高等效性，又能保證極高的精確度和具有實際物理意義的，適用于各種形式的過電壓作用下特高壓直流換流閥塔層間瞬態電壓分析的寬頻等效建模方法。
技術實現思路
本專利技術的目的是為了克服已有技術的不足之處，提出了一種既能實現高速建模仿真并具有很高等效性，又能保證極高的精確度和具有實際物理意義的，適用于各種形式的過電壓作用下特高壓直流換流閥塔層間瞬態電壓分析的寬頻等效模型的建模方法。本專利技術提出了一種特高壓直流換流閥塔閥層集成寬頻等效電路模型的建模方法，其特征在于，所述寬頻等效模型用于分析所述直流換流閥塔層間的瞬態電壓，所述方法具體包括以下步驟：以一個閥層為單元，獲取所述一個閥層內關鍵元器件的工作參數集，根據所述工作參數集建立閥層內關鍵元器件集總參數等效模型；根據閥層端子電容建立閥層端子電容模型；將所述閥層內關鍵元器件集總參數等效模型和所述閥層端子電容模型按照閥塔的實際電氣連接狀況進行連接，得到用于特高壓直流換流閥塔層間瞬態電壓分析的寬頻等效模型。本專利技術中一個閥層內關鍵元器件的工作參數集包括：飽和電抗器的主電感、飽和電抗器的鐵耗的等效電阻、晶閘管級阻容回路電阻、晶閘管結電容。本專利技術中閥層端子電容包括各閥層對地等效寄生電容、閥層兩端等效寄生電容、閥層間等效寄生電容。本專利技術中閥層內關鍵元器件集總參數等效模型的建立是通過對換流閥內關鍵元器件及其基本電氣參數所構成的模型進行阻抗頻率特性分析并簡化而得到的；閥層端子電容是通過對閥層內關鍵元器件集總參數等效模型在高頻段時所表現出的阻抗特性分析獲得閥塔各個屏蔽罩間的電位關系，并使用ANSYS商業有限元軟件計算獲得。本專利技術中根據所述閥層端子電容建立閥層端子電容模型，是基于閥塔屏蔽罩各個導體之間的電位關系，將所述一個閥層中各個屏蔽罩導體間的寄生電容等效至所述一個閥層的兩端，建立閥層端子電容模型。結合以上兩部分內容即可獲得適用于特高壓直流換流閥塔層間瞬態電壓分析的寬頻等效模型。本專利技術的有益效果在于：1.本專利技術提出的特高壓直流換流閥塔閥層集成寬頻等效電路模型同時考慮了閥內關鍵元器件的高頻特性，以及屏蔽罩寄生電容參數帶來的影響，在各類過電壓下都能夠精確反映閥塔層間瞬態電壓；2.本專利技術建立的寬頻等效模型以一個閥層為單元，通過對換流閥內關鍵元器件及其基本電氣參數所構成的模型進行阻抗頻率特性分析并簡化，建立閥層內關鍵元器件集總參數等效模型，極大地縮短了建模和仿真時間，提高了仿真分析的效率；3.本專利技術建立的寬頻等效模型以一個閥層為單元，通過閥塔屏蔽罩各個導體之間的電位關系，將閥層中各個屏蔽罩導體間的寄生電容等效至閥層的兩端，建立閥層端子電容模型。相比于傳統的部分電容方法仍是將每個導體看作孤立導體，進而分析整個多導體系統的電容效應，本專利技術對于寄生電容參數的提取大大縮短了提取的時間和計算復雜度。附圖說明圖1為閥模塊結構示意圖圖2為飽和電抗器等效模型圖3為晶閘管級電氣連接示意圖圖4為簡化前的閥層內關鍵元器件集總參數等效模型圖5為簡化后的閥層內關鍵元器件集總參數等效模型圖6為本專利技術的閥層內關鍵元器件集總參數等效模型與文獻1模型的阻抗頻率特性對比結果圖7為閥塔屏蔽罩三維模型圖8為閥模塊等效模型圖9為閥模塊屏蔽罩電壓關聯系數-頻率特性曲線圖圖10為本專利技術提出的特高壓直流換流閥塔閥層集成寬頻等效電路模型圖11為本專利技術提出的特高壓直流換流閥塔閥層集成寬頻等效電路模型與文獻2模型仿真結果對比圖具體實施方式下面結合附圖，對實施例作詳細說明。本專利技術提出的一種特高壓直流換流閥塔閥層集成寬頻等效電路模型的建模方法，該寬頻等效模型用于分析特高壓直流換流閥塔層間的瞬態電壓。詳細說明如下：如圖10所示的一種適用于特高壓直流換流閥塔層間瞬態電壓分析的寬頻等效模型，本專利技術提出的寬頻等效模型由閥層內關鍵元器件集總參數等效模型和閥層端子電容模型共同組成。其中模塊VL即為閥層內關鍵元器件集總參數等效模型。所述的閥層內關鍵元器件集總參數包括飽和電抗器的主電感Lm、飽和電抗器的鐵耗的等效電阻Rm、晶閘管級阻容回路電阻Rd、晶閘管結電容Cthy。所述的閥層端子電容包括各閥層對地等效寄生電容Cig(i＝1,2,..,6)、閥層兩端等效寄生電容Cii+1(i＝1,2,..,5)、閥層間等效寄生電容Cij(i＝1,2,..,4；j＝i+2,i+3,..,6)。以下，以本專利技術的一個實施例進行說明，對±1100kV特高壓換流閥塔建立其層間瞬態電壓分析的寬頻等效模型。±1100kV換流閥為二重閥本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種特高壓直流換流閥塔閥層集成寬頻等效電路模型的建模方法，其特征在于，所述寬頻等效模型用于分析所述特高壓直流換流閥塔層間的瞬態電壓，所述建模方法具體包括：以一個閥層為單元，獲取所述一個閥層內關鍵元器件的工作參數集，根據所述工作參數集建立閥層內關鍵元器件集總參數等效模型；根據閥層端子電容建立閥層端子電容模型；將所述閥層內關鍵元器件集總參數等效模型和所述閥層端子電容模型按照閥塔的實際電氣連接狀況進行連接，得到用于特高壓直流換流閥塔閥層集成寬頻等效電路模型。

【技術特征摘要】
1.一種特高壓直流換流閥塔閥層集成寬頻等效電路模型的建模方法，其特征在于，所述寬頻等效模型用于分析所述特高壓直流換流閥塔層間的瞬態電壓，所述建模方法具體包括：以一個閥層為單元，獲取所述一個閥層內關鍵元器件的工作參數集，根據所述工作參數集建立閥層內關鍵元器件集總參數等效模型；根據閥層端子電容建立閥層端子電容模型；將所述閥層內關鍵元器件集總參數等效模型和所述閥層端子電容模型按照閥塔的實際電氣連接狀況進行連接，得到用于特高壓直流換流閥塔閥層集成寬頻等效電路模型。2.根據權利要求1所述的建模方法，其特征在于：所述一個閥層內關鍵元器件的工作參數集包括：飽和電抗器的主電感、飽和電抗器的鐵耗的等效電阻、晶閘管級阻容回路電阻、晶閘管結電容。3.根據權利要求1所述的建模方法，其特征在于：所述根據所述工作...

【專利技術屬性】
技術研發人員：齊磊，唐義，李小萌，崔翔，歐陽文敏，楊俊，王高勇，紀鋒，
申請(專利權)人：華北電力大學，全球能源互聯網研究院，
類型：發明
國別省市：北京;11