基於傳輸線結構的平波電抗器寬頻電磁暫態分析等效電路的製作方法

2023-05-24 17:30:41

基於傳輸線結構的平波電抗器寬頻電磁暫態分析等效電路的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種基於傳輸線結構的平波電抗器寬頻電磁暫態分析模型，屬於電力系統電磁暫態寬頻模型領域。本發明提出的等效電路由n個相同的平波電抗器單位長度寬頻等效電路依次串聯而成，形成多個分布式傳輸線結構，通過該分布式傳輸線結構模擬平波電抗器內部暫態波過程的傳播。本發明考慮了在高頻趨膚效應和臨近效應作用下平波電抗器分布參數的寄生電容、雜散電感以及繞組電阻的變化，在工頻特性和騷擾特性下準確模擬平波電抗器電磁暫態。
【專利說明】基於傳輸線結構的平波電抗器寬頻電磁暫態分析等效電路

【技術領域】
[0001] 本發明屬於電力系統電磁暫態寬頻模型領域，特別涉及一種基於傳輸線結構的寬 頻電磁暫態分析等效電路，考慮在高頻趨膚效應和臨近效應作用下平波電抗器分布參數的 寄生電容、雜散電感W及繞組電阻的變化，適用於直流輸電系統平波電抗器的電磁暫態分 析和直流場傳導電磁騷擾水平分析。

【背景技術】
[0002] 平波電抗器是高壓直流換流站內主要設備之一，是連接換流閥與直流側的關鍵設 備。平波電抗器寬頻等效電路模型的準確性直接影響到直流場傳導電磁騷擾水平計算的有 效性，繼而影響到直流場空間電磁騷擾水平預測的準確性。
[0003] 平波電抗器與直流濾波器一起構成高壓直流換流站直流側的直流諧波濾波迴路， 能夠防止由直流線路或直流開關站所產生的睹波過電壓進入閥廳，從而使換流閥免於遭受 過電壓應力而損壞；平波電抗器能平滑直流電流中的波紋，能避免在低直流功率傳輸時電 流的斷續；同時它可W通過限制由快速電壓變化所引起的電流變化率來降低換相失敗率。
[0004] 平波電抗器包括乾式電抗器和油式電抗器兩種，在高壓輸電系統中，乾式和油式 的平波電抗器均在±500 kV高壓直流換流站獲得採用，而±800 kV高壓直流換流站採用 乾式平波電抗器。高頻下，趨膚效應和臨近效應會造成繞組電阻的上升和電感的下降，同 時，分布參數的寄生電容在高頻下將不可忽略。典型的平波電抗器的主要結構如圖1所示， 其中高壓端接口 H位於電抗器上部，低壓端接口 L位於電抗器下部，整個平波電抗器放置於 距離地面一定高度的平臺上，地電位標記為GND。將地面（即零電位點）視為一個端子，貝U 整個平波電抗器可視為H端網絡，H個端子分別為H、UGNDd
[0005] 現有的平波電抗器等效電路模型僅僅由一個電感或者電感與定值電阻的串聯構 成，適用於工頻條件，沒有考慮高頻特性下繞組電阻、電感和電容的變化，因此在分析騷擾 特性時會產生較大的誤差。
[0006] 為了準確分析平波電抗器的電磁暫態特性和直流場傳導電磁騷擾水平，應準確考 慮雜散參數頻變特性。在暫態傳播和電磁騷擾傳播分析中，平波電抗器繞組面線之間的雜 散電感和雜散電容會對平波電抗器傳遞特性產生很大影響，因此有必要針對每一面線研究 雜散參數的分布情況。而對於平波電抗器等效電路模型整體效果上在工頻條件和騷擾條件 下內保證模型計算結果的準確性。


【發明內容】

[0007] 本發明的目的是為克服已有技術的不足之處，提出一種基於傳輸線結構的平波電 抗器寬頻電磁暫態分析等效電路，本發明W平波電抗器單位長度等值電路為基礎，考慮在 高頻趨膚效應和臨近效應作用下平波電抗器分布參數的寄生電容、雜散電感W及繞組電阻 的變化，解決了現有電抗器模型不能滿足騷擾條件下電磁暫態分析的問題，在直流輸電系 統平波電抗器的電磁暫態分析和直流場傳導電磁騷擾水平分析中具有突出的優勢。
[0008] 本發明提出的平波電抗器傳輸線結構寬頻電磁暫態分析等效電路，其理論基礎是 描述平波電抗器內部暫態的波過程，將其等效為傳輸線模型，分別研究單位長度等值電路 雜散參數，便可W準確描述波在繞組中的傳播W及電壓在繞組間的分布。採用電路元件對 平波電抗器暫態過程進行模擬，可W方便的在電路分析平臺中實現，在工頻條件和騷擾條 件下均具有非常高的準確度。
[0009] 本發明提出的一種基於傳輸線結構的平波電抗器寬頻電磁暫態分析等效電路，其 特徵在於，該等效電路由n個相同的平波電抗器單位長度寬頻等效電路依次串聯而成，形 成多個分布式傳輸線結構，通過該分布式傳輸線結構模擬平波電抗器內部暫態波過程的傳 播；
[0010] 該平波電抗器單位長度寬頻等效電路的個數n，根據平波電抗器的平抗繞組等值 長度與單位長度寬頻等效電路對應的研究長度相除得到。
[0011] 所述每個平波電抗器單位長度寬頻等效電路包括一個單位長度電阻R。、一個單位 長度電感L。、一個單位長度面間雜散電容Cs。和兩個單位長度對地雜散電容Cs。；其中，單位 長度電阻R。與單位長度電感L。串聯，單位長度面間雜散電容Cs。的兩端分別與單位長度電 阻R。、單位長度電感L。的另一端相連，單位長度面間雜散電容Cs。與單位長度電阻R。和單位 長度電感L。形成並聯結構；第一單位長度對地雜散電容Cg。的一端與單位長度電阻R。和單 位長度面間雜散電容Cs。的連接點相連，第一單位長度對地雜散電容Cg。的另一端接地；第 二單位長度對地雜散電容Cg。的一端與單位長度電感L。和單位長度面間雜散電容Cs。的連 接點相連，第二單位長度對地雜散電容Cg。的另一端接地；
[001引其中，U、R。根據電抗器的電阻R和電感L由式（1)得到：
[001 引 Ro = R/Len，U = L/Len (D
[0014] 為平波電抗器的平抗繞組等值長度；
[0015] 平波電抗器的電容值(；、CtgY和Cwi從平波電抗器在出廠前進行端對端和端對地的 高頻特性測量結果中得到，(；為總面間電容，CtgY和Cwi分別代表平波電抗器閥側和網側對 地雜散電容測量結果，則由式（2)計算得到單位長度對地雜散電容Cg。、單位長度面間雜散：
[0016]

【權利要求】
1. 一種基於傳輸線結構的平波電抗器寬頻電磁暫態分析等效電路，其特徵在於，該等 效電路由n個相同的平波電抗器單位長度寬頻等效電路依次串聯而成，形成多個分布式傳 輸線結構，通過該分布式傳輸線結構模擬平波電抗器內部暫態波過程的傳播； 該平波電抗器單位長度寬頻等效電路的個數n，根據平波電抗器的平抗繞組等值長度 與單位長度寬頻等效電路對應的研究長度相除得到。
2. 如權利要求1所述等效電路，其特徵在於，所述每個平波電抗器單位長度寬頻等效 電路包括一個單位長度電阻R〇、一個單位長度電感U、一個單位長度阻間雜散電容Cstl和兩 個單位長度對地雜散電容Cstl ;其中，單位長度電阻Rtl與單位長度電感Ltl串聯，單位長度匝 間雜散電容Cstl的兩端分別與單位長度電阻Rtl、單位長度電感Ltl的另一端相連，單位長度匝 間雜散電容Csc!與單位長度電阻R(!和單位長度電感L(!形成並聯結構；第一單位長度對地雜 散電容Cgtl的一端與單位長度電阻Rtl和單位長度匝間雜散電容Cstl的連接點相連，第一單位 長度對地雜散電容Cgtl的另一端接地；第二單位長度對地雜散電容Cgtl的一端與單位長度電 感Ltl和單位長度匝間雜散電容Cstl的連接點相連，第二單位長度對地雜散電容Cgtl的另一端 接地； 其中，U、％根據電抗器的電阻R和電感L由式⑴得到： R0 = R/Len，L0 = L/Len (1) LmS平波電抗器的平抗繞組等值長度； 平波電抗器的電容值Cs、Cegv和Cegl從平波電抗器在出廠前進行端對端和端對地的高頻 特性測量結果中得到，Cs為總匝間電容，Cegv和Cegl分別代表平波電抗器閥側和網側對地雜 散電容測量結果，則由式（2)計算得到單位長度對地雜散電容Cgtl、單位長度匝間雜散：
【文檔編號】G06F17/50GK104331550SQ201410593554
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月28日 優先權日:2014年10月28日
【發明者】黃瑩, 餘佔清, 朱童, 張曉 , 邱偉, 趙曉斌, 曾嶸, 何金良, 王雲超, 張波 申請人:中國南方電網有限責任公司電網技術研究中心, 清華大學