CN112072687B - 一种确定交流滤波器杂散电容值的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种确定交流滤波器杂散电容值的方法，包括根据交流滤波器场实际结构，分别利用Solidworks建立三维设计模型和Ansys Electronics Desktop建立三维有限元仿真模型，调整仿真参数以计算交流滤波器各设备对地电容及各设备之间的杂散电容值，该方法科学能够有效地确定交流滤波器的杂散电容值，对交流滤波器的过电压过电流精确计算有重大意义。

Description

一种确定交流滤波器杂散电容值的方法
技术领域
本发明涉及电压分析领域，具体涉及一种确定交流滤波器杂散电容值的方法。
背景技术
我国用电负荷中心及能源资源的逆向分布使得特高压直流输电技术成为了解决电能生产与使用矛盾的重要技术手段。
交流滤波器能够滤除谐波和提供无功功率，是高压直流输电系统中的重要组成部分。而交流滤波器正常投入及系统发生各类接地故障等工况时均会在交流滤波器系统产生过电压而危及设备绝缘及系统安全运行。相关研究结果表明，上述工况下过电压波形波前时间为微秒级，且幅值较高会导致交流滤波器用避雷器动作。当过电压的等值频率较高时，交流滤波器中各组件之间及对地的杂散电容将对过电压的波形及幅值产生影响。因此，有必要研究交流滤波器组件之间及对地的杂散电容，并由此仿真分析其对交流滤波器用避雷器过电压、电流和吸收能量的影响，优化交流滤波器组的绝缘设计。
静电场有限元仿真是精确分析设备与电场之间的有效手段。目前已有研究针对电感型避雷针、换流阀、雷电冲击下的避雷器等开展设备杂散电容的有限元仿真分析，并计算了杂散电容对高频过电压仿真计算结果的影响。仿真结果表明，考虑杂散电容后，系统过电压的大小及波形均会发生不同程度的变化，考虑与否对系统过电压的计算精度影响较大。但是，目前缺少交流滤波器杂散电容的研究。现有的交流滤波器过电压及绝缘配合研究中，一般按照操作过电压下的设备等效回路开展仿真。因此需要提出一种科学有效的交流滤波器杂散电容值计算方法
发明内容
为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种确定交流滤波器杂散电容值的方法，具体涉及特高压直流输电系统换流站的交流滤波器。
本发明采用如下技术方案:
一种确定交流滤波器杂散电容值的方法，包括如下步骤：
S1根据特高压直流输电系统换流站的设计图纸或实际布局，得到交流滤波器场信息；
S2根据交流滤波器场信息，利用Solidworks三维设计软件建立交流滤波器的三维几何结构模型；
S3将三维几何结构模型导入到Ansys Electronic Desktop三维有限元仿真软件中，选择Ansys静电场仿真环境，建立静电场三维仿真模型；
S4设置静电场三维仿真模型中交流滤波器场各电气设备的电磁属性，并且根据实际情况，设置各设备间的介质属性，然后向滤波器场高压端施加数值为正常运行时交流母线线电压有效值的直流电压，低压端接地；
S5通过仿真迭代的方法获取三维有限元仿真中的最佳仿真参数，包括网格划分精细程度、最大迭代次数、迭代误差和求解域；
S6根据S4的电磁属性和介质属性及S5的最佳仿真参数，设置仿真模型的电磁属性和介质属性，并外施电压激励，划分网格，设置最大迭代次数、迭代误差和求解域，进行杂散电容数值计算。
所述S2中的三维几何结构模型与交流滤波器为1:1。
所述仿真迭代的方法具体是采用控制变量法，在其余条件不变的情况下，从小到大逐步修改仿真条件，直至仿真结果达到最佳。
所述交流滤波器场信息包括各设备的电气连接、几何结构、空间结构、材料以及尺寸。
所述电磁属性包括各电气设备的材料及电导率。
所述介质属性包括相对介电常数。
本发明的有益效果：
目前没有关于交流滤波器杂散电容的相关研究。本方法可计算交流滤波器中各设备的对地电容值以及设备间的杂散电容值，可为后续交流滤波器过电压和过电流研究提供参考。
附图说明
图1是本发明的工作流程图；
图2是A、B型交流滤波器拓扑结构；
图3是C型交流滤波器拓扑结构；
图4是A型交流滤波器三维模型；
图5是B型交流滤波器三维模型；
图6是C型交流滤波器三维模型；
图7是杂散电容随求解域变化的趋势图；
图8是杂散电容随迭代次数变化的趋势图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
如图1所示，一种确定特高压直流输电系统换流站交流滤波器杂散电容值的方法，包括：
S1根据换流站设计图纸或实际布局，分析交流滤波器场中各设备的电气连接、几何结构、空间结构、材料以及尺寸大小。以某±800kV特高压直流输电工程逆变侧换流站为例，换流站共有三种交流滤波器：A型(DT11/24)交流滤波器，B型(DT13/36)交流滤波器及C型(SC)交流滤波器，A、B型滤波器拓扑结构如图2所示，C型滤波器拓扑结构如图3所示，其中未画出各设备的对地电容，虚线框标出的即为设备之间的杂散电容。
S2根据交流滤波器场中各设备的几何结构、空间结构和尺寸，利用Solidworks三维设计软件建立交流滤波器1:1三维几何结构模型，如图4、图5及图6所示，其中图4为A型交流滤波器三维模型，图5为B型交流滤波器三维模型，图6为C型交流滤波器模型。
S3将S2中建立的模型导入到Ansys Electronic Desktop三维有限元仿真软件中，选择Ansys静电场仿真环境，建立静电场三维仿真模型。
S4根据换流站图纸或厂家提供的设备信息，设置仿真模型中交流滤波器场各电气设备的材料、电导率等电磁属性，并且根据实际情况，设置各设备间的介质属性，如相对介电常数。根据交流滤波器场的电气连接，向滤波器场高压端施加数值为正常运行时交流母线线电压有效值的直流电压，低压端接地。本例中各设备设置为理想导体，导体间的介质设置为空气，其相对介电常数设置为1，根据系统正常运行时的交流母线线电压有效值，将滤波器场高压端电压激励设为361.5kV，接地端设为0kV。
S5通过仿真迭代的方法获取三维有限元仿真中的最佳仿真参数，包括网格划分精细程度、最大迭代次数、迭代误差和求解域。为此需要采用控制变量法，在其余条件不变的情况下，逐步修改仿真条件进行仿真，记录每一步的仿真结果，直至仿真效率和仿真结果达到最佳。以C型滤波器C1和L1间的杂散电容CC1L1为例，其余条件相同的情况下，杂散电容随求解域和迭代次数的变化趋势如图7和图8所示。从图7和图8可知，求解域达到300％或迭代次数达到20次后，CC1L1基本不随求解域或迭代次数继续增大而增大，其余杂散电容情况与CC1L1相同。考虑求解速度，本例将求解域设为300％，迭代次数设为20次。
S6根据S4的模型属性和S5记录的最佳仿真参数，设置仿真模型的电磁属性和介质属性，并外施电压激励，划分网格，设置最大迭代次数、迭代误差和求解域，进行杂散电容数值计算。本例中三种滤波器的杂散电容计算结果如表1、表2和表3所示，其中避雷器杂散电容数值非常小，故不考虑避雷器杂散电容。
表1 A型滤波器杂散电容
Figure BDA0002646912230000041
表2 B型滤波器杂散电容
Figure BDA0002646912230000042
表3 C型滤波器杂散电容
Figure BDA0002646912230000043
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种确定交流滤波器杂散电容值的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1根据特高压直流输电系统换流站的设计图纸或实际布局，得到交流滤波器场信息；
S2根据交流滤波器场信息，利用Solidworks三维设计软件建立交流滤波器的三维几何结构模型；
S3将三维几何结构模型导入到Ansys Electronic Desktop三维有限元仿真软件中，选择Ansys静电场仿真环境，建立静电场三维仿真模型；
S4设置静电场三维仿真模型中交流滤波器场各电气设备的电磁属性，并且根据实际情况，设置各设备间的介质属性，然后向滤波器场高压端施加数值为正常运行时交流母线线电压有效值的直流电压，低压端接地；
S5通过仿真迭代的方法获取三维有限元仿真中的最佳仿真参数，包括网格划分精细程度、最大迭代次数、迭代误差和求解域；
S6根据S4的电磁属性和介质属性及S5的最佳仿真参数，设置仿真模型的电磁属性和介质属性，并外施电压激励，划分网格，设置最大迭代次数、迭代误差和求解域，进行杂散电容数值计算。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S2中的三维几何结构模型与交流滤波器为1:1。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述仿真迭代的方法具体是采用控制变量法，在其余条件不变的情况下，从小到大逐步修改仿真条件，直至仿真结果达到最佳。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述交流滤波器场信息包括各设备的电气连接、几何结构、空间结构、材料以及尺寸。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电磁属性包括各电气设备的材料及电导率。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述介质属性包括相对介电常数。
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