[发明专利]特高压直流换流阀二端口电路

说明书

本发明属于电力系统电磁暂态分析技术领域，尤其涉及一种特高压直流换流阀二端口电路。为了提高特高压直流换流高压端阀层过电压仿真分析的效率并保证精确度，本发明提出一种特高压直流换流阀二端口电路，包括阀层电路和端口寄生电容，在冲击电压的主频段范围内对关键元器件参数的阻抗特性进行分析，建立单个阀层乃至多个阀层的电路；基于端子电容方法提取阀层寄生电容，并在此基础上利用迭代等效方法提取端口寄生电容。本发明建立的阀层电路极大地缩短了建模和仿真时间，提高了仿真分析的效率，对于寄生电容参数的提取也大大缩短了提取的时间和计算复杂度。

技术领域

本发明属于电力系统电磁暂态分析技术领域，尤其涉及一种特高压直流换流阀二端口电路。

背景技术

换流阀作为直流输电系统的核心设备，在运行时受交、直流系统条件变化的影响，会遭受不同类型的过电压。当阀塔受到过电压时，会导致电压分布不均。这对部分承受较高电压的零件提出了更高的耐压水平要求，从而不利于零部件的标准化。随着特高压直流系统的电压等级和传输容量的提升，换流阀塔的体积不断增大，拓扑结构越复杂。由于阀塔的部件之间的电压不均匀的累积效应，层间电压分布变得更加不均匀。根据国家标准，在换流阀应用于实际工程之前，必须进行冲击电压试验以检测其电压分布特性。为了直流系统能够安全稳定运行，建立用于过电压分析特高压直流换流阀电路，尤其针对于高压端阀层的电压分布不均问题，具有重要的工程意义。现有换流阀电路的建模主要包含两部分：元件建模和寄生电容参数提取。在元件建模方面常采用黑箱模型和基于原件内部物理机制的宽频等效电路模型。在寄生电容参数提取方面，有限元法(FEM)和边界元法(BEM)是现有技术中使用的主要方法。然而现有技术中的特高压直流换流阀电路是基于单个器件进行建模，所使用的建模方法具有较高的操作难度，并且所建立的模型结构复杂，不便于工程应用。此外，现有技术采用的传统的寄生电容参数提取方法具有很高的时间复杂度和空间复杂度，导致建模和仿真时间过长，仿真效率偏低，对阀塔层间瞬态电压的分析造成了极大地不便。为了提高特高压直流换流高压端阀层过电压仿真分析的效率，并同时考虑阀内关键元器件的高频特性，以及屏蔽罩寄生电容参数带来的影响，亟待提出一种既能实现高速建模仿真并具有很高等效性，又能保证极高的精确度和具有实际物理意义的，适用于高压端阀层过电压分析的特高压直流换流阀电路建模方法。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种特高压直流换流阀二端口电路。

所述二端口电路由阀层电路和端口寄生电容组成，所述阀层电路包括单阀层电路和多阀层电路；所述单阀层电路由串联的饱和电抗器部分和晶闸管级部分组成，其中，饱和电抗器部分由饱和电抗器的主电感Lm与饱和电抗器的铁耗等效电阻Rm组成，Lm与Rm并联连接；晶闸管级部分由晶闸管级阻容回路电阻R_d与晶闸管结电容C_thy组成,R_d与C_thy并联连接；分别将单阀层电路的饱和电抗器的主电感Lm、饱和电抗器的铁耗等效电阻Rm与晶闸管级阻容回路电阻R_d乘以阀层个数，将晶闸管结电容C_thy除以阀层个数，以构成多阀层电路；

所述端口寄生电容包括高压端阀层寄生电容C₁和非高压端阀层寄生电容C₂；

在所述二端口电路中，将第一阀层的单阀层电路与剩余阀层构成的多阀层电路串联，并将多阀层电路的一端接地，同时将高压端阀层寄生电容C₁并联到单阀层电路的两端，将非高压端阀层寄生电容C₂并联到多阀层电路的两端。

一种特高压直流换流阀二端口等效电路的建模方法，包括以下步骤：

步骤1)在冲击电压的主频段范围内对饱和电抗器、晶闸管的阻抗特性进行分析，根据各参数所表现的对外阻抗不同对阀层电路进行简化，建立单阀层等效电路模型和多阀层等效电路模型；