CN101937484A - 一种换流阀用饱和电抗器的电气分析模型的建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力电子和电力系统领域，具体涉及一种换流阀用饱和电抗器的电气分析模型的建模方法。在换流阀组件电气性能和饱和电抗器电气性能分析基础上，给出了饱和电抗器等效电路各个电气组件及它们之间的串并联形式。在等效电路拓扑关系的基础上，以数学公式的形式表达了铁芯电感、铁芯损耗等效电阻这两个参数与流过铁芯电感支路电流的非线性关系。目前工艺水平已经制造的饱和电抗器，经过试验验证，满足数学公式，进一步证实了公式的科学性。

Description

一种换流阀用饱和电抗器的电气分析模型的建模方法

技术领域

本发明涉及电力电子和电力系统领域，具体涉及一种换流阀用饱和电抗器的电气分析模型的建模方法。

背景技术

直流换流阀用饱和电抗器的等值电路图对于饱和电抗器的设计、换流阀组件整体性能理论分析、换流阀组件安全稳定运行等各个环节都具有重要作用，是揭示饱和电抗器电气性能的重要工具。当前国内的饱和电抗器尚处于仿制阶段，对于饱和电抗器电气特性缺乏深入研究。现有资料只给出了比较粗糙的等值电路模型，用电路元件定性描述了饱和电抗器各组成部件。由于电抗器铁芯的饱和特性，当运行中的铁芯进入饱和段以后，铁芯电感、铁芯损耗等效电阻与支路电流之间均为非线性关系，这种特性极大地增加了公式拟合的复杂性。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种直流换流阀用饱和电抗器准确的数学模型。在换流阀组件电气性能分析基础上和饱和电抗器电气性能给出了饱和电抗器等效电路各个电气组件及它们之间的串并联形式。在等效电路拓扑关系的基础上，以数学公式的形式表达了铁芯电感、铁芯损耗等效电阻这两个参数与流过铁芯电感支路电流的非线性关系。目前工艺水平已经制造的饱和电抗器，经过试验验证，满足数学公式，进一步证实了公式的科学性。

本发明提出的一种换流阀用饱和电抗器的电气分析模型的建模方法，包括以下步骤：

(1)饱和电抗器呈现出的主要特性为电感特性，在电流较低阶段，电感值较高，随着电流的增加，饱和电抗器中的铁芯逐渐趋于饱和，电感值随之降低，定量的描述如下式所示：

$L_m=\left\{\begin{array}{cc}{L}_d& I_m<I_{\mathrm{oL}}\\ L_d{\left(\frac{I_{\mathrm{oL}}}{I_m}\right)}^{{\mathrm{\&alpha;}}_L}& I_m\&GreaterEqual;I_{\mathrm{oL}}\end{array}\right.---\left(1\right)$

式中：Ld为线性电感；

Lm为铁芯电感；

I_oL为饱和电抗器线拐点电流；

α_L为指数；

I_m为电感支路电流；

(2)饱和电抗器在运行中会产生损耗，可用通态电阻R_cu和铁损等值电阻R_m来等效其损耗效应：

$R_m=\left\{\begin{array}{cc}{R}_e& I_m<I_{\mathrm{or}}\\ R_e{\left(\frac{I_{\mathrm{or}}}{I_m}\right)}^{{\mathrm{\&alpha;}}_R}& I_m\&GreaterEqual;I_{\mathrm{or}}\end{array}\right.---\left(2\right)$

式中，Re为铁损等值电阻线性值；

Rm为铁芯损耗等值电阻；

Ior为铁损等值电阻线性拐点电流；

I_m为电感支路电流；

α_R为指数；

(3)饱和电抗器在充分饱和时，铁芯不起作用，此时呈现的外特性近似为空心电感，用L₀表示；

(4)饱和电抗器中还有杂散电容的分布，其电容效应可在端口用一实体电容近似等效。

本发明的有益效果是：

1.给出饱和电抗器详细的电路拓扑；

2.给了饱和电抗器的铁芯电感、铁芯损耗等效电阻与电感支路电流之间的确定的、准确的数学关系；

3.饱和电抗器的铁芯电感、铁芯损耗等效电阻与电感支路电流的数学关系是经过试验验证的。

附图说明

图1示出了本发明的饱和电抗器等值电路，其中U-端口电压，u_lo-空心电感两端电压，u_m-铁芯电感两端电压，I-端口电流，I_C0-电容支路电流，i₂-空心电感支路电流，i_m-铁芯电感支路电流，C₀-杂散电容，R_cu-线圈损耗等值电阻，L₀-空心电感，R_m-铁芯损耗等值电阻，L_m-铁芯电感。

具体实施方式

本发明公布的饱和电抗器等值电路如图1所示，铁损电阻与铁芯电感相串联，再与空心电感、通态电阻相串联，杂散电容并联在输出端口处。

饱和电抗器的铁芯电感、铁芯损耗等效电阻与电感支路电流的数学关系为：

$L_m=\left\{\begin{array}{cc}{L}_d& I_m<I_{\mathrm{oL}}\\ L_d{\left(\frac{I_{\mathrm{oL}}}{I_m}\right)}^{{\mathrm{\&alpha;}}_L}& I_m\&GreaterEqual;I_{\mathrm{oL}}\end{array}\right.---\left(1\right)$

$R_m=\left\{\begin{array}{cc}{R}_e& I_m<I_{\mathrm{or}}\\ R_e{\left(\frac{I_{\mathrm{or}}}{I_m}\right)}^{{\mathrm{\&alpha;}}_R}& I_m\&GreaterEqual;I_{\mathrm{or}}\end{array}\right.---\left(2\right)$

式中：α_R，α_L——指数；

I_m——电感支路电流。

已经制造出的饱和器满足下述关系：

$L_m=\left\{\begin{array}{cc}0.9\mathrm{mH}& I_m<90A\\ 0.9\&CenterDot;{\left(\frac{90}{I_m}\right)}^3\mathrm{mH}& I_m\&GreaterEqual;90A\end{array}\right.---\left(3\right)$

$R_m=\left\{\begin{array}{cc}270\mathrm{\&Omega;}& I_m<30A\\ 270\&CenterDot;\left(\frac{30}{I_m}\right)\mathrm{\&Omega;}& I_m\&GreaterEqual;30A\end{array}\right.---\left(4\right)$

上述关系已经被试验结果证实。

满足式(1)(2)所述关系的其他参数的电路模型也属于本发明的保护范围。

以上是为了使本领域普通技术人员理解本发明，而对本发明进行的详细描述，但可以想到，在不脱离本发明的权利要求所涵盖的范围内还可以做出其它的变化和修改，这些变化和修改均在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种换流阀用饱和电抗器的电气分析模型的建模方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)饱和电抗器呈现出的主要特性为电感特性，在电流较低阶段，电感值较高，随着电流的增加，饱和电抗器中的铁芯逐渐趋于饱和，电感值随之降低，定量的描述如下式所示：

$L_m=\left\{\begin{array}{cc}{L}_d& I_m<I_{\mathrm{oL}}\\ L_d{\left(\frac{I_{\mathrm{oL}}}{I_m}\right)}^{{\mathrm{\&alpha;}}_L}& I_m\&GreaterEqual;I_{\mathrm{oL}}\end{array}\right.---\left(1\right)$

式中：Ld为线性电感；

Lm为铁芯电感；

I_oL为饱和电抗器线拐点电流；

α_L为指数；

I_m为电感支路电流；

(2)饱和电抗器在运行中会产生损耗，可用通态电阻R_cu和铁损等值电阻R_m来等效其损耗效应：

$R_m=\left\{\begin{array}{cc}{R}_e& I_m<I_{\mathrm{or}}\\ R_e{\left(\frac{I_{\mathrm{or}}}{I_m}\right)}^{{\mathrm{\&alpha;}}_R}& I_m\&GreaterEqual;I_{\mathrm{or}}\end{array}\right.---\left(2\right)$

式中，Re为铁损等值电阻线性值；

Rm为铁芯损耗等值电阻；

Ior为铁损等值电阻线性拐点电流；

I_m为电感支路电流；

α_R为指数；

(3)饱和电抗器在充分饱和时，铁芯不起作用，此时呈现的外特性近似为空心电感，用L₀表示；

(4)饱和电抗器中还有杂散电容的分布，其电容效应可在端口用一实体电容近似等效。