特高压直流换流阀塔阀层集成宽频等效电路模型的建模方法技术

本发明专利技术属于电力系统电磁暂态分析领域，特别涉及一种用于特高压直流换流阀塔层间瞬态电压分析的宽频等效模型的建模方法，具体包括，以一个阀层为单元，建立阀层内关键元器件集总参数等效模型和阀层端子电容模型；将所述阀层内关键元器件集总参数等效模型和所述阀层端子电容模型按照阀塔的实际电气连接状况进行连接，得到最终的用于特高压直流换流阀塔层间瞬态电压分析的宽频等效模型。本发明专利技术考虑了在过电压作用下阀内关键元器件参数以及屏蔽罩寄生电容参数对阀层间电压分布的影响，适用于在各类过电压下准确高效的分析特高压直流换流阀塔层间瞬态电压。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力系统电磁暂态分析领域，特别涉及一种用于特高压直流换流阀塔阀层集成宽频等效电路模型的建模方法。
技术介绍
直流换流阀塔是直流输电系统的核心设备，由众多晶闸管及相关元器件串联而构成，在运行时受交、直流系统条件变化的影响，会遭受不同类型的过电压。为了保证直流系统能够安全稳定运行，研究各种过电压下换流阀内的电压分布特性是十分必要的。过电压下阀塔层间瞬态电压作为一个重要的考虑因素，建立合理的换流阀宽频模型，以便于在各类电压形式下尤其是速变型电压下对其进行分析也是必不可少的。随着特高压直流系统的电压等级不断提高以及输送容量不断提升，换流阀体积更为庞大，整个换流阀系统的拓扑结构更加复杂。特高压直流换流阀系统由饱和电抗器、晶闸管、阻容吸收回路、均压电阻回路、控制模型、冷却系统、电晕屏蔽罩、悬吊绝缘子等多个部分构成，不同器件在各种正常工况及过电压工况下要承受大小各异的电压分布。在阀组件、阀层、阀塔、四周墙壁、关键设备本体及相互间存在大量的寄生电容，由于这些寄生电容的存在，不同位置的相同零部件电压分布会存在差异。因此，在对换流阀进行宽频建模的过程中，既需要考虑阀内关键元器件的高频特性，又需要考虑屏蔽罩寄生电容参数造成的电压不均的影响。现有的换流阀塔宽频等效模型，多基于单个器件的宽频等效模型搭建过电压下阀塔层间瞬态电压分析模型，并考虑屏蔽罩间寄生电容参数对电压分布的影响，但是由于换流阀内元器件很多，并且传统的寄生电容参数提取方法具有很高的时间复杂度和空间复杂度，导致建模和仿真时间过长，仿真效率偏低，对阀塔层间瞬态电压的分析造成了极大地不便。如文献1(方超.高压直流换流阀模块宽频特性测量与建模方法研究[D].华北电力大学,2013)和文献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，现有技术中存在以下问题和缺陷：1、现有技术中的特高压直流换流阀塔层间瞬态电压分析的宽频等效模型只基于单个器件的宽频等效模型，没有基于关键元器件的工作参数集考虑阀内关键元器件的高频特性的影响。2、现有技术采用的传统的寄生电容参数提取方法具有很高的时间复杂度和空间复杂度，导致建模和仿真时间过长，仿真效率偏低，对阀塔层间瞬态电压的分析造成了极大地不便。为了提高直流换流阀塔层间瞬态电压仿真分析的效率，并同时考虑阀内关键元器件的高频特性，以及屏蔽罩寄生电容参数带来的影响，亟待提出一种既能实现高速建模仿真并具有很高等效性，又能保证极高的精确度和具有实际物理意义的，适用于各种形式的过电压作用下特高压直流换流阀塔层间瞬态电压分析的宽频等效建模方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服已有技术的不足之处，提出了一种既能实现高速建模仿真并具有很高等效性，又能保证极高的精确度和具有实际物理意义的，适用于各种形式的过电压作用下特高压直流换流阀塔层间瞬态电压分析的宽频等效模型的建模方法。本专利技术提出了一种特高压直流换流阀塔阀层集成宽频等效电路模型的建模方法，其特征在于，所述宽频等效模型用于分析所述直流换流阀塔层间的瞬态电压，所述方法具体包括以下步骤：以一个阀层为单元，获取所述一个阀层内关键元器件的工作参数集，根据所述工作参数集建立阀层内关键元器件集总参数等效模型；根据阀层端子电容建立阀层端子电容模型；将所述阀层内关键元器件集总参数等效模型和所述阀层端子电容模型按照阀塔的实际电气连接状况进行连接，得到用于特高压直流换流阀塔层间瞬态电压分析的宽频等效模型。本专利技术中一个阀层内关键元器件的工作参数集包括：饱和电抗器的主电感、饱和电抗器的铁耗的等效电阻、晶闸管级阻容回路电阻、晶闸管结电容。本专利技术中阀层端子电容包括各阀层对地等效寄生电容、阀层两端等效寄生电容、阀层间等效寄生电容。本专利技术中阀层内关键元器件集总参数等效模型的建立是通过对换流阀内关键元器件及其基本电气参数所构成的模型进行阻抗频率特性分析并简化而得到的；阀层端子电容是通过对阀层内关键元器件集总参数等效模型在高频段时所表现出的阻抗特性分析获得阀塔各个屏蔽罩间的电位关系，并使用ANSYS商业有限元软件计算获得。本专利技术中根据所述阀层端子电容建立阀层端子电容模型，是基于阀塔屏蔽罩各个导体之间的电位关系，将所述一个阀层中各个屏蔽罩导体间的寄生电容等效至所述一个阀层的两端，建立阀层端子电容模型。结合以上两部分内容即可获得适用于特高压直流换流阀塔层间瞬态电压分析的宽频等效模型。本专利技术的有益效果在于：1.本专利技术提出的特高压直流换流阀塔阀层集成宽频等效电路模型同时考虑了阀内关键元器件的高频特性，以及屏蔽罩寄生电容参数带来的影响，在各类过电压下都能够精确反映阀塔层间瞬态电压；2.本专利技术建立的宽频等效模型以一个阀层为单元，通过对换流阀内关键元器件及其基本电气参数所构成的模型进行阻抗频率特性分析并简化，建立阀层内关键元器件集总参数等效模型，极大地缩短了建模和仿真时间，提高了仿真分析的效率；3.本专利技术建立的宽频等效模型以一个阀层为单元，通过阀塔屏蔽罩各个导体之间的电位关系，将阀层中各个屏蔽罩导体间的寄生电容等效至阀层的两端，建立阀层端子电容模型。相比于传统的部分电容方法仍是将每个导体看作孤立导体，进而分析整个多导体系统的电容效应，本专利技术对于寄生电容参数的提取大大缩短了提取的时间和计算复杂度。附图说明图1为阀模块结构示意图图2为饱和电抗器等效模型图3为晶闸管级电气连接示意图图4为简化前的阀层内关键元器件集总参数等效模型图5为简化后的阀层内关键元器件集总参数等效模型图6为本专利技术的阀层内关键元器件集总参数等效模型与文献1模型的阻抗频率特性对比结果图7为阀塔屏蔽罩三维模型图8为阀模块等效模型图9为阀模块屏蔽罩电压关联系数-频率特性曲线图图10为本专利技术提出的特高压直流换流阀塔阀层集成宽频等效电路模型图11为本专利技术提出的特高压直流换流阀塔阀层集成宽频等效电路模型与文献2模型仿真结果对比图具体实施方式下面结合附图，对实施例作详细说明。本专利技术提出的一种特高压直流换流阀塔阀层集成宽频等效电路模型的建模方法，该宽频等效模型用于分析特高压直流换流阀塔层间的瞬态电压。详细说明如下：如图10所示的一种适用于特高压直流换流阀塔层间瞬态电压分析的宽频等效模型，本专利技术提出的宽频等效模型由阀层内关键元器件集总参数等效模型和阀层端子电容模型共同组成。其中模块VL即为阀层内关键元器件集总参数等效模型。所述的阀层内关键元器件集总参数包括饱和电抗器的主电感Lm、饱和电抗器的铁耗的等效电阻Rm、晶闸管级阻容回路电阻Rd、晶闸管结电容Cthy。所述的阀层端子电容包括各阀层对地等效寄生电容Cig(i＝1,2,..,6)、阀层两端等效寄生电容Cii+1(i＝1,2,..,5)、阀层间等效寄生电容Cij(i＝1,2,..,4；j＝i+2,i+3,..,6)。以下，以本专利技术的一个实施例进行说明，对±1100kV特高压换流阀塔建立其层间瞬态电压分析的宽频等效模型。±1100kV换流阀为二重阀本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种特高压直流换流阀塔阀层集成宽频等效电路模型的建模方法，其特征在于，所述宽频等效模型用于分析所述特高压直流换流阀塔层间的瞬态电压，所述建模方法具体包括：以一个阀层为单元，获取所述一个阀层内关键元器件的工作参数集，根据所述工作参数集建立阀层内关键元器件集总参数等效模型；根据阀层端子电容建立阀层端子电容模型；将所述阀层内关键元器件集总参数等效模型和所述阀层端子电容模型按照阀塔的实际电气连接状况进行连接，得到用于特高压直流换流阀塔阀层集成宽频等效电路模型。

【技术特征摘要】
1.一种特高压直流换流阀塔阀层集成宽频等效电路模型的建模方法，其特征在于，所述宽频等效模型用于分析所述特高压直流换流阀塔层间的瞬态电压，所述建模方法具体包括：以一个阀层为单元，获取所述一个阀层内关键元器件的工作参数集，根据所述工作参数集建立阀层内关键元器件集总参数等效模型；根据阀层端子电容建立阀层端子电容模型；将所述阀层内关键元器件集总参数等效模型和所述阀层端子电容模型按照阀塔的实际电气连接状况进行连接，得到用于特高压直流换流阀塔阀层集成宽频等效电路模型。2.根据权利要求1所述的建模方法，其特征在于：所述一个阀层内关键元器件的工作参数集包括：饱和电抗器的主电感、饱和电抗器的铁耗的等效电阻、晶闸管级阻容回路电阻、晶闸管结电容。3.根据权利要求1所述的建模方法，其特征在于：所述根据所述工作...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐磊，唐义，李小萌，崔翔，欧阳文敏，杨俊，王高勇，纪锋，
申请(专利权)人：华北电力大学，全球能源互联网研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11