CN108021748A - 用于高压大容量柔性直流换流阀的电场仿真方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于高压大容量柔性直流换流阀的电场仿真方法及系统，其中，根据准静态泛定方程筛选出柔性直流换流阀的整体模型内部基于恒定电流场计算的场域对其单独进行建模加载钳制电位计算获得某一工况下的场域表面电位及电场分布，将其作为整体换流阀基于静电场计算的边界条件，对第一层子模型进行剖分，对剖分结果施加需要考察的工况下的钳制电位，获得第一层子模型的电位及电场分布；然后再将第一层子模型电位及电场分布作为第二层子模型外部边界条件，重复第一层子模型的计算过程，获得第二层子模型的电位及电场分布，以此类推，层层推进，获得包含阀内重点关注区域的电位及电场分布情况。
Description
技术领域
本申请涉及高电压与绝缘技术领域，特别涉及一种用于高压大容量柔性直流换流阀的电场仿真方法及系统。
背景技术
随着大功率电力电子器件耐受能力、电压源型换流阀拓扑结构和控制策略等技术的不断发展，适合于孤岛供电、可再生能源并网、分布式发电并网和异步电网联网的柔性直流输电技术以其高效性、灵活性和经济性得到了高压输电领域的普遍关注。电压源型换流阀作为柔性直流输电技术的关键设备，经历了由IGBT直接串联的两电平或三电平换流器拓扑结构到子模块级联结构的模块化多电平换流器拓扑结构的发展，相比传统的晶闸管换流器，电压源型换流阀可以独立控制有功无功、快速实现潮流反转，综合优势非常明显。目前，国内在建和投运有多个柔性直流输电示范工程，包括首条上海南汇±30kV/20MW柔直示范输电线路，舟山±200kV/1000MW五端柔直示范工程、厦门±320kV/1000MW柔直示范工程，在建的500kV/3000MW张北柔直示范工程更是在多端柔直工程的基础上，首次构建直流电网，随着柔性直流输电系统的电压等级和输电容量不断提高，接线方式和运行方式也日益复杂，这对关键设备——柔性直流换流阀的内部绝缘水平提出了极高的要求。
高压大容量柔性直流换流阀运行工况复杂，阀内部装置会承受着交流和直流电压，在某些工况下阀体的某些部分还不可避免的要承受交、直流复合电压，如果不能良好地控制阀内部金具等屏蔽设施和绝缘子表面的电场强度，就会引起金具表面的电晕放电和绝缘子的沿面闪络，严重威胁柔直工程运行的安全性与可靠性。为了良好的对柔性直流换流阀内部绝缘进行优化设计，避免电极表面对空气放电，需要对柔性直流换流阀内电场实现全扫描，考量出柔性直流换流阀在运行工况及各类绝缘型式试验下的内部电场分布，并通过设定阀内起晕场强标准，检查出阀内电场薄弱环节，为阀内绝缘优化设计提供支撑。
高压大容量柔性直流换流阀由于其运行工况的特殊性，其端部不仅会承受单一交流或直流电压作用，还会同时承受交直流复合电压、冲击、谐波等多种电压形式的叠加作用，但目前缺乏对不同工况下的阀内部电场分布进行测量的试验手段，多采用基于绝缘型式试验或运行工况已知钳制电位的条件下，借助电场仿真方法来获得阀内部电场分布的全扫描，但无针对性的、系统的基于各种电压情况下的电场仿真方法，且尚无文献公开对基于交、直流复合电压工况下的柔性直流换流阀电场仿真及优化设计方法进行研究；同时针对室内换流阀内部的电场起晕判据方面，尚无相应国标或企标对其针对性地进行规定，无法准确地对柔性直流换流阀的绝缘优化设计提供支撑。
发明内容
本申请实施方式的目的是提供一种用于高压大容量柔性直流换流阀的电场仿真方法及系统，弥补现有标准的不足，可以快速方便地评价柔性直流换流阀内部电场分布情况，适用于改善高压大容量柔性直流换流阀内部电极和绝缘子表面电场分布状况，为柔性直流换流阀内部绝缘安全性与紧凑化设计提供技术支撑。
为实现上述目的，本申请实施方式提供一种用于高压大容量柔性直流换流阀的电场仿真方法，包括：
建立柔性直流换流阀的整体模型；
判断所述柔性直流换流阀的阀内场域基于静电场原理还是恒定电流场原理求解电位及电场分布情况；
对基于恒定电流场原理求解的阀内场域进行剖分，对剖分结果施加需要考察的工况下的钳制电位，获得基于恒定电流场原理求解的阀内场域的表面的电位及电场分布情况；
对所述整体模型进行剖分，在考虑所述基于恒定电流场原理求解的阀内场域表面的电位分布情况下，对剖分结果施加需要考察的工况下的钳制电位，获得基于静电场原理求解整体模型的电位及电场分布情况；
依据柔性直流换流阀内重点关注区域，对所述整体模型切分出子模型；
将所述整体模型的电位及电场分布情况作为第一层子模型的外部边界条件，对第一层子模型进行剖分，对剖分结果施加需要考察的工况下的钳制电位，获得第一层子模型的电位及电场分布；然后再将第一层子模型电位及电场分布作为第二层子模型外部边界条件，重复第一层子模型的计算过程，获得第二层子模型的电位及电场分布，以此类推，层层推进，获得包含阀内重点关注区域的柔性直流换流阀内电位及电场分布情况。
优选地，判断所述柔性直流换流阀的阀内场域基于静电场原理还是恒定电流场原理求解电位及电场分布情况的步骤包括：
根据柔性直流换流阀的结构及阀内的媒质特点利用准静态泛定方程确定位移电流和传导电流大小比值；
根据所述柔性直流换流阀的阀内媒质电导率和相对介电常数的比值比较位移电流和传导电流大小；其中，所述柔性直流换流阀的阀内媒质传导电流远大于位移电流，则按照基于恒定电流场原理求解场域中的电位及电场分布情况；所述柔性直流换流阀的阀内媒质传导电流远小于位移电流，则基于静电场原理来求解场域中的电位及电场分布情况。
优选地，所述阀内重点关注区域的每个子区域内最大电场强度EM与工作控制场强值EN作比较，从阀内重点关注区域内筛选出电位及电场分布的薄弱子区域。
优选地，对所述柔性直流换流阀的整体模型进行简化，忽略对电场分布影响不计的阀内结构。
优选地，所述柔性直流换流阀在交直流复合电场中，分别计算基于直流电场下的电位及电场分布和基于交流电场下的电位及电场分布，利用电场叠加原理得到交直流复合电场下的电位及电场分布。
为实现上述目的，本申请实施方式还提供一种用于高压大容量柔性直流换流阀的电场仿真系统，所述系统包括：存储器和处理器，所述存储器中存储计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现以下功能：
建立柔性直流换流阀的整体模型；
判断所述柔性直流换流阀的阀内场域基于静电场原理还是恒定电流场原理求解电位及电场分布情况；
对基于恒定电流场原理求解的阀内场域进行剖分，对剖分结果施加需要考察的工况下的钳制电位，获得基于恒定电流场原理求解的阀内场域表面的电位及电场分布情况；
对所述整体模型进行剖分，在考虑所述基于恒定电流场原理求解的阀内场域表面的电位及电场分布情况下，对剖分结果施加需要考察的工况下的钳制电位，获得基于静电场原理求解整体模型的电位及电场分布情况；
依据柔性直流换流阀内重点关注区域，对所述整体模型切分出子模型；
将所述整体模型的电位及电场分布情况作为第一层子模型的外部边界条件，对第一层子模型进行剖分，对剖分结果施加需要考察的工况下的钳制电位，获得第一层子模型的电位及电场分布；然后再将第一层子模型电位及电场分布作为第二层子模型外部边界条件，重复第一层子模型的计算过程，获得第二层子模型的电位及电场分布，以此类推，层层推进，获得包含阀内重点关注区域的柔性直流换流阀内电位及电场分布情况。
优选地，判断所述柔性直流换流阀的阀内场域基于静电场原理还是恒定电流场原理求解电位及电场分布情况时，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现以下功能：
根据柔直换流阀的结构及阀内的媒质特点利用准静态泛定方程确定位移电流和传导电流大小比值；
根据所述柔性直流换流阀的阀内媒质电导率和相对介电常数的比值比较位移电流和传导电流大小；其中，所述柔性直流换流阀的阀内媒质传导电流远大于位移电流，则按照基于恒定电流场原理求解场域中的电位及电场分布情况；所述柔性直流换流阀的阀内媒质传导电流远小于位移电流，则基于静电场原理来求解场域中的电位及电场分布情况。
优选地，所述计算机程序被所述处理器执行时，还实现以下功能：
所述阀内重点关注区域的每个子区域内最大电场强度EM与工作控制场强值EN作比较，从阀内重点关注区域内筛选出电位及电场分布的薄弱子区域。
优选地，所述计算机程序被所述处理器执行时，还实现以下功能：
对所述柔性直流换流阀的整体模型进行简化，忽略对电场分布影响不计的阀内结构。
优选地，所述计算机程序被所述处理器执行时，还实现以下功能：
所述柔性直流换流阀在交直流复合电场中，分别计算基于直流电场下的电位及电场分布和基于交流电场下的电位及电场分布，利用电场叠加原理得到交直流复合电场下的电位及电场分布。
由上可见，与现有技术相比较，本技术方案基于有限元理论，借助建模软件和有限元仿真软件对柔性直流换流阀内部简化模型进行电场仿真，快速方便地获得阀内部电场的全扫描，并依据线路和变电站金具表面起晕电场标准，选取了适用于室内换流阀电极表面的起晕电场标准，作为对电场仿真结果电极(金具或绝缘子)表面电场的起晕判据，以此检查出阀内部电场分布薄弱环节，为内部绝缘优化设计提供数据支撑。同时基于仿真评价结果的阀内绝缘优化设计方法可以提升阀内绝缘水平和辅助阀内紧凑化设计，为柔性直流换流阀设计的安全性与经济性提供技术支撑，本技术方案可以弥补试验手段不能获得电场的技术空白，快速、方便和准确地实现柔性直流换流阀内部绝缘水平的获得，在科学性和判断效率等方面均有显著提高。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提出的一种用于高压大容量柔性直流换流阀的电场仿真方法流程图；
图2为应用Solidworks软件建立模型的流程图；
图3为本实施例的柔性直流换流阀简化模型等轴侧侧视图；
图4为本实施例的柔性直流换流阀简化模型左视图；
图5为本实施例的柔性直流换流阀简化模型右视图；
图6为本实施例柔性直流换流阀简化之后的整体模型等轴侧视图；
图7为本实施例柔性直流换流阀单层阀仿真子模型等轴侧视图；
图8为本实施例柔性直流换流阀基于交流和直流耐压试验下获得的第一层屏蔽罩表面的场强最大值分布图；
图9为针对仿真结果的薄弱环节对阀内部散热板侧边圆角的优化设计结果示意图；
图10为本申请实施例提出的一种用于高压大容量柔性直流换流阀的电场仿真系统示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都应当属于本申请保护的范围。
柔性直流换流阀为适应不断提升的柔直工程电压等级与输电容量，其内部绝缘优化水平日益得到关注，不仅要考虑可靠性还要兼顾经济性，快速准确的阀内电场评价方法及针对薄弱环节的绝缘优化对柔性直流换流阀的安全性和紧凑化设计十分必要。
基于此，本申请实施例提出一种用于高压大容量柔性直流换流阀的电场仿真方法，如图1所示。包括：
步骤101)：建立柔性直流换流阀的整体模型。
如图2所示，为应用Solidworks软件建立模型的流程图。由图2可知，在本实施例中，首先，Solidworks建模软件绘制草图，生成阀塔单个零部件。其中，单个零部件包括：绝缘子、金具和屏蔽罩。然后，由零部件生成装配体。在模型修改时，调整阀塔单个零部件的尺寸大小和结构形状。
利用装配体完成阀塔整体建模，将整体柔性直流换流阀模型保存为ANSYS有限元软件可读取的文件格式，最后将Solidworks软件建成的模型导入到ANSYS有限元软件中。
利用Solidworks建模软件建立换流阀的整体模型，为了提高计算效率，忽略对电场分布影响不大的阀内结构：1)简化金具倒角复杂度，忽略倒角值对整体电位分布的影响；2)不考虑阀内部细小零部件对整体电位分布的影响。如图3、图4和图5所示。
步骤102)：判断所述柔性直流换流阀的阀内场域基于静电场原理还是恒定电流场原理求解电位及电场分布情况。
在本实施例中，根据柔性直流换流阀的结构及阀内场域特点依据准静态泛定方程，考察阀内媒质(绝缘子和水路等)在交流场和直流场下的位移电流和传导电流的大小。若媒质中位移电流密度远大于传导电流密度，可忽略传导电流密度的影响，便对阀内场域基于静电场原理求解，反之，可忽略位移电流密度的影响，对阀内场域基于恒定电流场原理求解。准静态泛定方程如下：
式中:ω为角频率，ε为介电常数，γ为电导率，j为复数单位，为电位，为电场强度矢量。为位移电流密度，为传导电流密度。取位移电流和传导电流大小比值，如式(2)所示。
式中：代表传导电流密度，代表位移电流密度。
通过比较电导率和相对介电常数的比值，来确定占主要影响因素的电流密度，若γ〉〉ωε，则按照基于恒定电流场原理求解场域中的电位及电场分布，若γ〈〈ωε，则基于静电场原理来求解场域中的电位及电场分布。
步骤103)：对基于恒定电流场原理求解的阀内场域进行剖分，对剖分结果施加需要考察的工况下的钳制电位，获得基于恒定电流场原理求解的阀内场域的表面的电位及电场分布情况。
在本实施例中，单独对这些基于恒定电流场计算的媒质进行剖分，对其施加需要考察的工况下的钳制电位，获得场域表面的电位及电场分布情况。若是交直流复合电压下，则单独对直流场和交流场下分别获得基于恒定电流场下的场域表面电位及电场分布情况。
步骤104)：对所述整体模型进行剖分，在考虑所述基于恒定电流场原理求解的阀内场域表面的电位及电场分布情况下，对剖分结果施加需要考察的工况下的钳制电位，获得基于静电场原理求解整体模型的电位及电场分布情况。
如图6所示，为本实施例柔性直流换流阀简化之后的整体模型等轴侧视图。将整体模型进行剖分，设置换流阀模型的整体零电位边界，再根据需要考察的工况情况对整体模型施加钳制电位(第一类边界条件)，同时将步骤103中基于恒定电流场计算出的电位及电场也作为第一类边界条件，之后求解获得整体模型的电位及电场分布。若是交直流复合电压下，则单独对直流场和交流场下分别获得基于静电场原理求解的整体模型媒质表面电位及电场分布情况。
步骤105)：依据柔性直流换流阀内重点关注区域，对所述整体模型切分出子模型。
步骤106)：将所述整体模型的电位分布情况作为第一层子模型的外部边界条件，对第一层子模型进行剖分，对剖分结果施加需要考察的工况下的钳制电位，获得第一层子模型的电位及电场分布；然后再将第一层子模型电位分布作为第二层子模型外部边界条件，重复第一层子模型的计算过程，获得第二层子模型的电位分布，以此类推，层层推进，获得包含阀内重点关注区域的柔性直流换流阀内电位及电场布情况。
如图7所示，为本实施例柔性直流换流阀单层阀仿真子模型等轴侧视图。将整体模型计算出的电位及电场分布作为第一层子模型的外部边界条件，配合内部钳制电位的施加，对子模型进行剖分，再次求解，获得第一层子模型的电位及电场分布，之后再将第一层子模型计算出的电位及电场分布作为第二层子模型外部边界条件，重复第一层子模型的计算过程，获得第二层子模型的内部电位及电场分布，以此类推，层层推进，最终获得阀内重点关注区域的电位及电场分布情况。
在本实施例中，针对重点关注区域，通过子模型技术和精细剖分求解获得重点区域的电场分布，筛选出每个区域内中每个电极、金具或绝缘子表面的最大电场强度EM，图8为本实施例柔性直流换流阀基于交流和直流耐压试验下获得的第一层屏蔽罩表面的场强最大值分布图。将其与工作控制场强值EN作比较，如果不超出场强控制值，即EM＜EN，对该处电极(金具、绝缘子)的电场评价为合格，如果计算数值大于等于工作场强值，即EM≥EN，则评价该处电极(金具、绝缘子)的电场分布薄弱，需要进一步进行绝缘优化。起晕场强的选取依据企业标准Q/GDW550-2010《输电线路降低可听噪声设计和建设导则》对220kV-750kV电压等级交流变电站内导体及金具起晕控制要求，将40kV/cm作为零海拔下的金具起晕场强，并将此值作为海拔修正法的基准场强值，依据海拔修正公式确定针对阀塔海拔的起晕场强值，并选取起晕场强值的85％作为金具表面控制场强值EN，即：
EN(表面工作控制场强)＝起晕场强/(海拔修正系数×安全裕度系数)×85％
针对阀内重点关注区域的电位及电场分布情况，对柔性直流换流阀进行整体评价后，筛选出电位及电场分布的薄弱环节，对薄弱环节(主要关注绝缘子表面和电极表面的电场分布)，通过改变均压环管径、环径、电极圆角值以及电极间间距等方式对柔性直流换流阀内部进行绝缘优化设计，从经济成本、施工工艺、紧凑型布置多目标实现优化。
如图9所示，为针对仿真结果的薄弱环节对阀内部散热板侧边圆角的优化设计结果示意图。对优化后的整体模型再次仿真，验证绝缘优化的可靠性，通过判据要求则完成优化，不通过判据要求则继续优化，反复进行仿真和验证，直到电位及电场分布符合要求。由表1可知，先后经过四次优化，最大场强分布位置在转接板外侧圆角处。圆角值分别为1mm、2mm、3mm、4mm。对应表面最大场强值分别为2.52kV/mm、1.96kV/mm、1.77kV/mm、1.39kV/mm。
表1
本技术方案针对柔性直流换流阀为适应不断提升的柔直工程电压等级与输电容量，其内部绝缘优化水平日益得到关注，不仅要考虑可靠性还要兼顾经济性，快速准确的阀内电场评价方法及针对薄弱环节的绝缘优化对柔性直流换流阀的紧凑化设计十分有必要，本技术方案基于有限元理论，借助Solidworks建模软件和ANSYS有限元仿真软件对柔性直流换流阀内部简化模型进行电场仿真，快速方便地获得阀内部电场的全扫描，并依据线路和变电站金具表面起晕电场标准，选取了适用于室内换流阀电极表面的起晕电场标准，作为对电场仿真电极(金具、绝缘子)表面电场的起晕判据，以此检查出阀内部电场分布薄弱环节，为内部绝缘优化设计提供数据支撑。同时基于仿真评价结果的阀内绝缘优化设计方法可以提升阀内绝缘水平和辅助阀内紧凑化设计，为柔性直流换流阀安全性与经济性的设计提供技术支撑，这种系统的电气设备内部电场评价与优化方法可以弥补试验手段不能实现获得电场分布的技术空白，快速、方便和准确地获得柔性直流换流阀内部绝缘水平，在科学性和判断效率等方面均有显著提高。
请参阅图10，本申请还提供一种用于高压大容量柔性直流换流阀的电场仿真系统示意图。所述系统包括：存储器a和处理器b，所述存储器a中存储计算机程序，所述计算机程序被所述处理器b执行时，实现以下功能：
建立柔性直流换流阀的整体模型；
判断所述柔性直流换流阀的阀内场域基于静电场原理还是恒定电流场原理求解电位及电场分布情况；
对基于恒定电流场原理求解的阀内场域进行剖分，对剖分结果施加需要考察的工况下的钳制电位，获得基于恒定电流场原理求解的阀内场域表面的电位及电场分布情况；
对所述整体模型进行剖分，在考虑所述基于恒定电流场原理求解的阀内场域表面的电位及电场分布情况下，对剖分结果施加需要考察的工况下的钳制电位，获得基于静电场原理求解整体模型的电位及电场分布情况；
依据柔性直流换流阀内重点关注区域，对所述整体模型切分出子模型；
将所述整体模型的电位及电场分布情况作为第一层子模型的外部边界条件，对第一层子模型进行剖分，对剖分结果施加需要考察的工况下的钳制电位，获得第一层子模型的电位及电场分布；然后再将第一层子模型电位及电场分布作为第二层子模型外部边界条件，重复第一层子模型的计算过程，获得第二层子模型的电位及电场分布，以此类推，层层推进，获得包含阀内重点关注区域的柔性直流换流阀内电位及电场分布情况。
在本实施例中，判断所述柔性直流换流阀的阀内场域基于静电场原理还是恒定电流场原理求解电位及电场分布情况时，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现以下功能：
根据柔直换流阀的结构及阀内的媒质特点利用准静态泛定方程确定位移电流和传导电流大小比值；
根据所述柔性直流换流阀的阀内媒质电导率和相对介电常数的比值比较位移电流和传导电流大小；其中，所述柔性直流换流阀的阀内媒质传导电流远大于位移电流，则按照基于恒定电流场原理求解场域中的电位及电场分布情况；所述柔性直流换流阀的阀内媒质传导电流远小于位移电流，则基于静电场原理来求解场域中的电位及电场分布情况。
在本实施例中，所述计算机程序被所述处理器执行时，还实现以下功能：
所述阀内重点关注区域的每个子区域内最大电场强度EM与工作控制场强值EN作比较，从阀内重点关注区域内筛选出电位分布的薄弱子区域。
在本实施例中，所述计算机程序被所述处理器执行时，还实现以下功能：
对所述柔性直流换流阀的整体模型进行简化，忽略对电场分布影响不计的阀内结构。
在本实施例中，所述计算机程序被所述处理器执行时，还实现以下功能：
所述柔性直流换流阀在交直流复合电场中，分别计算基于直流电场下的电位及电场分布和基于交流电场下的电位及电场分布，利用电场叠加原理得到交直流复合电场下的电位及电场分布。
本技术方案借助Solidworks建模软件和ANSYS有限元仿真软件对柔性直流换流阀内部简化模型进行电场仿真，快速方便地获得阀内部电场的全扫描，并依据线路和变电站金具表面起晕电场标准，选取了适用于室内换流阀电极表面的起晕电场标准，作为对电场仿真电极(金具、绝缘子)表面电场的起晕判据，以此检查出阀内部电场分布薄弱环节，为内部绝缘优化设计提供数据支撑。同时基于仿真评价结果的阀内绝缘优化设计方法可以提升阀内绝缘水平和辅助阀内紧凑化设计，为柔性直流换流阀安全性与经济性的设计提供技术支撑，这种系统的电气设备内部电场评价与优化方法可以弥补试验手段不能实现获得电场分布的技术空白，快速、方便和准确地获得柔性直流换流阀内部绝缘水平，在科学性和判断效率等方面均有显著提高。
虽然通过实施方式描绘了本申请，本领域普通技术人员知道，本申请有许多变形和变化而不脱离本申请的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本申请的精神。
Claims (10)
1.一种用于高压大容量柔性直流换流阀的电场仿真方法，其特征在于，包括：
建立柔性直流换流阀的整体模型；
判断所述柔性直流换流阀的阀内场域基于静电场原理还是恒定电流场原理求解电位及电场分布情况；
对基于恒定电流场原理求解的阀内场域进行剖分，对剖分结果施加需要考察的工况下的钳制电位，获得基于恒定电流场原理求解的阀内场域表面的电位及电场分布情况；
对所述整体模型进行剖分，在考虑所述基于恒定电流场原理求解的阀内场域表面的电位分布情况下，对剖分结果施加需要考察的工况下的钳制电位，获得基于静电场原理求解整体模型的电位及电场分布情况；
依据柔性直流换流阀内重点关注区域，对所述整体模型切分出子模型；
将所述整体模型的电位及电场分布情况作为第一层子模型的外部边界条件，对第一层子模型进行剖分，对剖分结果施加需要考察的工况下的钳制电位，基于静电场原理获得第一层子模型的电位及电场分布；然后再将第一层子模型电位及电场分布作为第二层子模型外部边界条件，重复第一层子模型的计算过程，获得第二层子模型的电位及电场分布，以此类推，层层推进，获得包含阀内重点关注区域的柔性直流换流阀内电位及电场分布情况。
2.如权利要求1所述的电场仿真方法，其特征在于，判断所述柔性直流换流阀的阀内场域基于静电场原理还是恒定电流场原理求解电位分布情况的步骤包括：
根据柔性直流换流阀的结构及阀内的媒质特点利用准静态泛定方程确定位移电流和传导电流大小比值；
根据所述柔性直流换流阀的阀内媒质电导率和相对介电常数的比值比较位移电流和传导电流大小；其中，所述柔性直流换流阀的阀内媒质传导电流远大于位移电流，则按照基于恒定电流场原理求解场域中的电位及电场分布情况；所述柔性直流换流阀的阀内媒质传导电流远小于位移电流，则基于静电场原理来求解场域中的电位及电场分布情况。
3.如权利要求1所述的电场仿真方法，其特征在于，所述阀内重点关注区域的每个子区域内最大电场强度EM与工作控制场强值EN作比较，从阀内重点关注区域内筛选出电位及电场分布的薄弱子区域。
4.如权利要求1～3任一权利要求所述的电场仿真方法，其特征在于，对所述柔性直流换流阀的整体模型进行简化，忽略对电场分布影响不计的阀内结构。
5.如权利要求1～3任一权利要求所述的电场仿真方法，其特征在于，所述柔性直流换流阀在交直流复合电场中，分别计算基于直流电场下的电位及电场分布和基于交流电场下的电位及电场分布，利用电场叠加原理得到交直流复合电场下的电位及电场分布。
6.一种用于高压大容量柔性直流换流阀的电场仿真系统，其特征在于，所述系统包括：存储器和处理器，所述存储器中存储计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现以下功能：
建立柔性直流换流阀的整体模型；
判断所述柔性直流换流阀的阀内场域基于静电场原理还是恒定电流场原理求解电位及电场分布情况；
对基于恒定电流场原理求解的阀内场域进行剖分，对剖分结果施加需要考察的工况下的钳制电位，获得基于恒定电流场原理求解的阀内场域表面的电位及电场分布情况；
对所述整体模型进行剖分，在考虑所述基于恒定电流场原理求解的阀内场域表面的电位及电场分布情况下，对剖分结果施加需要考察的工况下的钳制电位，获得基于静电场原理求解整体模型的电位及电场分布情况；
依据柔性直流换流阀内重点关注区域，对所述整体模型切分出子模型；
将所述整体模型的电位及电场分布情况作为第一层子模型的外部边界条件，对第一层子模型进行剖分，对剖分结果施加需要考察的工况下的钳制电位，获得第一层子模型的电位及电场分布；然后再将第一层子模型电位及电场分布作为第二层子模型外部边界条件，重复第一层子模型的计算过程，获得第二层子模型的电位及电场分布，以此类推，层层推进，获得包含阀内重点关注区域的柔性直流换流阀内电位及电场分布情况。
7.如权利要求6所述的电场仿真系统，其特征在于，判断所述柔性直流换流阀的阀内场域基于静电场原理还是恒定电流场原理求解电位分布情况时，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现以下功能：
根据柔性直流换流阀的结构及阀内的媒质特点利用准静态泛定方程确定位移电流和传导电流大小比值；
根据所述柔性直流换流阀的阀内媒质电导率和相对介电常数的比值比较位移电流和传导电流大小；其中，所述柔性直流换流阀的阀内媒质传导电流远大于位移电流，则按照基于恒定电流场原理求解场域中的电位及电场分布情况；所述柔性直流换流阀的阀内媒质传导电流远小于位移电流，则基于静电场原理来求解场域中的电位及电场分布情况。
8.如权利要求6所述的电场仿真系统，其特征在于，所述计算机程序被所述处理器执行时，还实现以下功能：
所述阀内重点关注区域的每个子区域内最大电场强度EM与工作控制场强值EN作比较，从阀内重点关注区域内筛选出电位及电场分布的薄弱子区域。
9.如权利要求6～8任一权利要求所述的电场仿真系统，其特征在于，所述计算机程序被所述处理器执行时，还实现以下功能：
对所述柔性直流换流阀的整体模型进行简化，忽略对电场分布影响不计的阀内结构。
10.如权利要求6～8任一权利要求所述的电场仿真系统，其特征在于，所述计算机程序被所述处理器执行时，还实现以下功能：
所述柔性直流换流阀在交直流复合电场中，分别计算基于直流电场下的电位及电场分布和基于交流电场下的电位及电场分布，利用电场叠加原理得到交直流复合电场下的电位及电场分布。
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| CN201711250167.3A CN108021748A (zh) | 2017-12-01 | 2017-12-01 | 用于高压大容量柔性直流换流阀的电场仿真方法及系统 |
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| CN201711250167.3A CN108021748A (zh) | 2017-12-01 | 2017-12-01 | 用于高压大容量柔性直流换流阀的电场仿真方法及系统 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN109492268A (zh) * | 2018-10-22 | 2019-03-19 | 华北电力大学（保定） | 一种换流变压器交直流复合电场的复频域计算方法 |
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2017
- 2017-12-01 CN CN201711250167.3A patent/CN108021748A/zh active Pending
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