[发明专利]一种换流阀用饱和电抗器的解析模型

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统器件领域，尤其涉及一种换流阀用饱和电抗器的解析模型。

背景技术

直流输电换流阀用饱和电抗器是换流阀中保护晶闸管的重要部件之一。它由铁心和绕组组成，利用铁心材质的饱和特性获得电气参数的饱和特点。由于饱和电抗器的非线性特性与铁心材质有关，而铁心的工作点又与其所在换流阀中的晶闸管开通电流有关，因此其电气设计和电气特性分析的前提都必须依据饱和电抗器合理的电气模型。

现有饱和电抗器的结构主要分为两类，单绕组和双绕组。对于单绕组结构和双绕组结构的电气模型都有文献提及，但是都不全面。有的不考虑铁心电感的非线性，有的不考虑铁损电阻的非线性，有的不考虑端间电容，有的即使考虑铁心电感的非线性也将其近似为两段线段等。

文献(Barnes，M.J.The prediction and control of transients in thyristor valves，PhD thesis，University of Aston in Birmingham，May 1985)最早分析了饱和电抗器的模型，考虑了非线性电感特性，但是对于其铁损特性的等效电阻视为恒定值，这与饱和电抗器的实际情况相差较远。本发明考虑了饱和电抗器全面的非线性模型，而且给出其非线性电感和非线性铁损电阻的解析模型，从电抗器模型方面的全面性以及非线性特性的解析性都比现有文献更全面。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种换流阀用饱和电抗器的解析模型。换流阀用饱和电抗器由线圈和铁心构成，在额定运行下，铁心工作状态覆盖线性和非线性两个阶段。为了更好地进行饱和电抗器的电气设计以及电气分析，本发明提供一种换流阀用饱和电抗器的解析模型。解析模型包括线圈电阻、线圈电感、铁心电感、铁心电阻、端间电容等参数。不同外形尺寸的饱和电抗器可以计算得到其对应的电气参数。此解析模型物理概念清楚，通过实物可以很容易获得模型中所需要的各参数，为饱和电抗器的深入分析奠定了分析基础。

本发明的一种换流阀用饱和电抗器的解析模型，包括：

(1)饱和电抗器的线圈电阻，其具体量值与电抗器绕组截面积、材料电阻率和长度相关；

(2)饱和电抗器的端间等效电容，表征饱和电抗器线圈间电容、线圈与铁心间电容、铁心间电容等效至端间的电容值，具体量值与电抗器结构相关；

(3)饱和电抗器的空心电感，表征饱和电抗器线圈部分的固有电感，具体量值与电抗器绕组的结构相关；

(4)饱和电抗器的非线性铁心电感，表征饱和电抗器铁心非线性磁特性作用体现出来的非线性电感，变量为流过非线性电感上的电流，在电流小于一定门槛值时，所述门槛值为100-900安培，非线性电感为恒定值，具体取决于电抗器绕组和铁心的结构、铁心的线性磁导率等；电流高于门槛时，非线性电感以指数形式衰减，指数量值取决于铁心材料的饱和特性以及饱和电抗器的结构；

(5)饱和电抗器的非线性电阻，表征饱和电抗器铁心损耗特性作用，此电阻上消耗的功率模拟表示饱和电抗器铁心的损耗，包括涡流损耗、磁滞损耗等。饱和电抗器的非线性电阻的变量为流过非线性电感的电流，在电流小于一定门槛值时，，非线性电阻为恒定值，所述门槛值为100-900安培；电流高于门槛时，非线性电阻以指数形式衰减，指数量值取决于铁心材料的饱和特性以及饱和电抗器的结构；

(6)解析模型的连接关系为：饱和电抗器的非线性电感和非线性电阻为并联关系，然后与饱和电抗器的空心电感和电阻串联，最终与饱和电抗器的端间电容并联。

其中，设R_dc为饱和电抗器的线圈电阻，C_o为饱和电抗器端间等效电容，L_o为饱和电抗器的空心电感，非线性铁心电感参数L_m和非线性铁损电阻参数R_m的计算为：