CN103577708A - 一种换流阀大角度运行能力分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高压直流输电系统的分析方法，具体涉及一种换流阀大角度运行能力分析方法。该方法利用搭建换流阀系统仿真模型的方法得到直流系统大角度运行时阀内的电压、电流应力以及阻尼回路、避雷器损耗。综合不同的阻尼回路损耗及换相过冲电压峰值，可以找到阻尼参数配置的最优方案。由仿真得到的阀避雷器漏电流波形可直观地换流阀在大角度运行时，避雷器是否动作；由避雷器损耗即可判断换流阀是否可在大角度情况下长期稳定运行，本发明的方法直观简便，易于实现。

Description

一种换流阀大角度运行能力分析方法

技术领域

本发明涉及一种高压直流输电系统的分析方法，具体讲涉及一种换流阀大角度运行能力分析方法。

背景技术

换流阀是高压直流输电系统的核心设备，其运行性能直接决定了直流系统的运行性能。通常在额定运行时，触发角α和熄弧角γ处于额定值附近，但在直流系统大角度运行时，直流电压降低，触发角α和熄弧角γ增大，换流阀内各电气元件承受的电压应力增大，阻尼回路的损耗增加，避雷器转移能量增加等一系列问题。因而研究直流输电换流阀的大角度运行能力具有重要意义。

现有的关于直流输电系统大角度运行能力的研究成果很少，一些文献对直流工程的运行方式进行了介绍，在大角度运行方式下对直流工程的某一类运行、控制特性进行了分析，但都是基于换流设备的理想运行状态，并没有考虑换流设备对于大角度运行时对电压、电流及损耗的承受能力。实际上，换流器在大角度运行时，将引起换流器消耗的无功功率增加，换流阀内各电气元件承受的电压应力增大，阻尼回路的损耗增加，避雷器转移能量增加等一系列问题。鉴于水冷系统的效率，对损耗的限制将相对严格，因而直流输电换流阀的大角度运行能力问题成为一个工程上亟需解决的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种换流阀大角度运行能力分析方法，该方法采用仿真方式研究换流阀大角度运行时换流阀内的电压应力、电流应力和元器件损耗等，可分析换流阀是否可在大角度情况下长期稳定运行，方法直观简便，易于实现。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明提供一种换流阀大角度运行能力分析方法，其改进之处在于，所述方法下述步骤：

（1）搭建换流阀系统模型；

（2）配置避雷器；

（3）换流阀大角度运行能力分析。

优选的，所述步骤（1）中，搭建换流阀系统模型包括下述子步骤：

A、搭建12脉动换流单元，由两个6脉动换流单元串联组成；

B、输入参数到12脉动换流单元，参数包括：晶闸管通态压降U_T、晶闸管斜率电阻R_T、换流阀阻尼电容C_S、换流阀阻尼电阻R_S、直流均压电阻R_dc、饱和电抗器不饱和电感值L_μ和杂散电容容值C_f。

较优选的，所述6脉动换流单元包括：换流变压器、换流阀和阀避雷器；换流变压器通过换流阀系统的等效电抗器与三相整流桥连接；三相整流桥的每一相均由上下两桥臂构成，每个桥臂均由换流阀构成；每个换流阀两端并联阀避雷器；

所述换流阀包括阻尼回路、直流均压回路、晶闸管、饱和电抗器和阀内杂散电容；所述阻尼回路、直流均压回路和晶闸管并联后组成阻尼回路-直流均压回路-晶闸管并联支路，阻尼回路-直流均压回路-晶闸管并联支路与饱和电抗器串联与阀内杂散电容并联；直流均压回路由均压电阻实现。

较优选的，两个6脉动换流单元的两个换流变压器，一个为星型连接，一个为三角形连接。

优选的，所述步骤（2）中，配置避雷器包括下述子步骤：

<1>根据单片避雷器阀片的伏安特性及换流阀操作过电压保护水平，确定阀避雷器所需串联片数，按下式计算：

$N_{\mathrm{arr}}=\frac{U_{\mathrm{SIWL}}}{U_{R\left(s\right)}}---(1-1);$

其中，U_SIWL为换流阀操作过电压保护水平；U_R(s)为额定运行工况下避雷器对应的残压值；

<2>确定串并联后的阀避雷器伏安特性，阀片串联成柱状后再并联形成避雷器；

<3>在换流阀系统模型中输入避雷器伏安参数。

优选的，所述步骤（3）中，换流阀大角度运行能力分析包括下述子步骤：

I、换流阀关断时换相过冲电压仿真，得到换相过冲电压峰值，过冲系数在1.3以下；

II、确定避雷器泄漏电流及损耗，由下式计算得到：

$P_{\mathrm{arr}}=\underset{t_1}{\overset{t_1+T}{\&Integral;}}{U}_{\mathrm{arr}}{I}_{\mathrm{arr}}\mathrm{dt}---(1-2);$

其中：P_arr表示避雷器的损耗；U_arr表示避雷器两端电压；I_arr表示避雷器的泄漏电流；t₁表示工频周期的开始时刻；T表示工频周期，为0.02s。；

III、确定阻尼回路损耗，由下式计算得到：

$P_{\mathrm{RC}}=\underset{t_1}{\overset{t_1+T}{\&Integral;}}{U}_{\mathrm{RC}}{I}_{\mathrm{RC}}\mathrm{dt}---(1-3);$

其中：P_RC表示阻尼回路损耗；U_RC表示阻尼回路两端电压；I_RC表示阻尼回路两端电流；t₁表示工频周期的开始时刻；T表示工频周期，为0.02s；

IV、由避雷器损耗判断换流阀是否在大角度情况下运行。

较优选的，所述阻尼回路包括：阻尼电阻和阻尼电容；阻尼参数包括阻尼电阻的阻值和阻尼电容的容值。

与现有技术比，本发明达到的有益效果是：

1.用数字仿真的方法获得阀避雷器、阻尼回路电压、电流波形，并利用在一个周期内积分的方法计算得到避雷器损耗和阻尼回路损耗，直观有效。

2.利用搭建换流阀系统模型参数设置，可在短时内多次更改阻尼参数，综合不同的阻尼回路损耗及换相过冲电压峰值，可以较为快捷地找到阻尼参数配置的最优方案。

3.由仿真得到的阀避雷器漏电流波形可直观、快速地判断换流阀在大角度运行时，避雷器是否动作；由避雷器损耗即可分析换流阀是否可在大角度情况下长期稳定运行。

附图说明

图1是本发明提供的换流阀大角度运行能力分析方法的流程图；

图2是本发明提供的12脉动换流单元的结构图；

图3是本发明提供的单个换流阀的结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

本发明提供的换流阀大角度运行能力分析方法，利用搭建换流阀系统仿真模型的方法得到直流系统大角度运行时阀内的电压、电流应力以及阻尼回路、避雷器损耗。综合不同的阻尼回路损耗及换相过冲电压峰值，可以找到阻尼参数配置的最优方案。由仿真得到的阀避雷器漏电流波形可直观地换流阀在大角度运行时，避雷器是否动作；由避雷器损耗即可判断换流阀是否可在大角度情况下长期稳定运行。本发明提供方法的流程图如图1所示，包括下述步骤：

（1）搭建换流阀系统模型：包括下述子步骤：

A、搭建12脉动换流单元：由两个6脉动换流单元串联组成，其结构图如图2所示，6脉动换流单元包括：换流变压器、换流阀和阀避雷器；换流变压器通过换流阀系统的等效电抗器与三相整流桥连接；三相整流桥的每一相均由上下两桥臂构成，每个桥臂均由换流阀构成；每个换流阀两端并联阀避雷器；

单个换流阀的结构图如图3所示，包括阻尼回路、直流均压回路、晶闸管、饱和电抗器和阀内杂散电容；所述阻尼回路、直流均压回路和晶闸管并联后组成阻尼回路-直流均压回路-晶闸管并联支路，阻尼回路-直流均压回路-晶闸管并联支路与饱和电抗器串联与阀内杂散电容并联；直流均压回路由均压电阻实现。两个6脉动换流单元的两个换流变压器，一个为星型连接，一个为三角形连接。

B、输入参数：晶闸管通态压降U_T、晶闸管斜率电阻R_T、换流阀阻尼电容C_S、换流阀阻尼电阻R_S、直流均压电阻R_dc、饱和电抗器不饱和电感值L_μ和杂散电容容值C_f。

（2）配置避雷器：包括下述子步骤：

<1>根据单片避雷器阀片的伏安特性及换流阀操作过电压保护水平SIPL，确定阀避雷器所需串联片数，按下式计算：

$N_{\mathrm{arr}}=\frac{U_{\mathrm{SIWL}}}{U_{R\left(s\right)}}---(1-1);$

其中，U_SIWL为换流阀操作过电压保护水平；U_R(s)为额定运行工况下避雷器对应的残压值；

<2>确定串并联后的阀避雷器伏安特性，阀片串联成柱状后再并联形成避雷器；

<3>在换流阀系统模型中输入避雷器伏安参数。

（3）换流阀大角度运行能力分析：包括下述子步骤：

I、换流阀关断时换相过冲电压仿真，得到换相过冲电压峰值，过冲系数在1.3以下；

II、确定避雷器泄漏电流及损耗，由下式计算得到：

$P_{\mathrm{arr}}=\underset{t_1}{\overset{t_1+T}{\&Integral;}}{U}_{\mathrm{arr}}{I}_{\mathrm{arr}}\mathrm{dt}---(1-2);$

其中：P_arr表示避雷器的损耗；U_arr表示避雷器两端电压；I_arr表示避雷器的泄漏电流；t₁表示工频周期的开始时刻；T表示工频周期，为0.02s；

III、确定阻尼回路损耗，由下式计算得到：

$P_{\mathrm{RC}}=\underset{t_1}{\overset{t_1+T}{\&Integral;}}{U}_{\mathrm{RC}}{I}_{\mathrm{RC}}\mathrm{dt}---(1-3);$

其中：P_RC表示阻尼回路损耗；U_RC表示阻尼回路两端电压；I_RC表示阻尼回路两端电流；t₁表示工频周期的开始时刻；T表示工频周期，为0.02s；

IV、由避雷器损耗判断换流阀是否在大角度情况下运行：利用搭建换流阀系统仿真模型的方法得到直流系统大角度运行时阀内的电压、电流应力以及阻尼回路、避雷器损耗。综合不同的阻尼回路损耗及换相过冲电压峰值，可以找到阻尼参数配置的最优方案。由仿真得到的阀避雷器漏电流波形可直观地换流阀在大角度运行时，避雷器是否动作；由避雷器损耗即可判断换流阀是否可在大角度情况下长期稳定运行。阻尼回路包括：阻尼电阻和阻尼电容；阻尼参数包括阻尼电阻的阻值和阻尼电容的容值。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种换流阀大角度运行能力分析方法，其特征在于，所述方法下述步骤：

（1）搭建换流阀系统模型；

（2）配置避雷器；

（3）换流阀大角度运行能力分析。

2.如权利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述步骤（1）中，搭建换流阀系统模型包括下述子步骤：

A、搭建12脉动换流单元，由两个6脉动换流单元串联组成；

B、输入参数到12脉动换流单元，参数包括：晶闸管通态压降U_T、晶闸管斜率电阻R_T、换流阀阻尼电容C_S、换流阀阻尼电阻R_S、直流均压电阻R_dc、饱和电抗器不饱和电感值L_μ和杂散电容容值C_f。

3.如权利要求2所述的分析方法，其特征在于，所述6脉动换流单元包括：换流变压器、换流阀和阀避雷器；换流变压器通过换流阀系统的等效电抗器与三相整流桥连接；三相整流桥的每一相均由上下两桥臂构成，每个桥臂均由换流阀构成；每个换流阀两端并联阀避雷器；

所述换流阀包括阻尼回路、直流均压回路、晶闸管、饱和电抗器和阀内杂散电容；所述阻尼回路、直流均压回路和晶闸管并联后组成阻尼回路-直流均压回路-晶闸管并联支路，阻尼回路-直流均压回路-晶闸管并联支路与饱和电抗器串联与阀内杂散电容并联；直流均压回路由均压电阻实现。

4.如权利要求2所述的分析方法，其特征在于，两个6脉动换流单元的两个换流变压器，一个为星型连接，一个为三角形连接。

5.如权利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述步骤（2）中，配置避雷器包括下述子步骤：

<1>根据单片避雷器阀片的伏安特性及换流阀操作过电压保护水平，确定阀避雷器所需串联片数，按下式计算：

$N_{\mathrm{arr}}=\frac{U_{\mathrm{SIWL}}}{U_{R\left(s\right)}}---(1-1);$

其中，U_SIWL为换流阀操作过电压保护水平；U_R(s)为额定运行工况下避雷器对应的残压值；

<2>确定串并联后的阀避雷器伏安特性，阀片串联成柱状后再并联形成避雷器；

<3>在换流阀系统模型中输入避雷器伏安参数。

6.如权利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述步骤（3）中，换流阀大角度运行能力分析包括下述子步骤：

I、换流阀关断时换相过冲电压仿真，得到换相过冲电压峰值，过冲系数在1.3以下；

II、确定避雷器泄漏电流及损耗，由下式计算得到：

$P_{\mathrm{arr}}=\underset{t_1}{\overset{t_1+T}{\&Integral;}}{U}_{\mathrm{arr}}{I}_{\mathrm{arr}}\mathrm{dt}---(1-2);$

其中：P_arr表示避雷器的损耗；U_arr表示避雷器两端电压；I_arr表示避雷器的泄漏电流；t₁表示工频周期的开始时刻；T表示工频周期，为0.02s。；

III、确定阻尼回路损耗，由下式计算得到：

$P_{\mathrm{RC}}=\underset{t_1}{\overset{t_1+T}{\&Integral;}}{U}_{\mathrm{RC}}{I}_{\mathrm{RC}}\mathrm{dt}---(1-3);$

其中：P_RC表示阻尼回路损耗；U_RC表示阻尼回路两端电压；I_RC表示阻尼回路两端电流；t₁表示工频周期的开始时刻；T表示工频周期，为0.02s；

IV、由避雷器损耗判断换流阀是否在大角度情况下运行。

7.如权利要求6所述的分析方法，其特征在于，所述阻尼回路包括：阻尼电阻和阻尼电容；阻尼参数包括阻尼电阻的阻值和阻尼电容的容值。

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