[发明专利]基于宽频等值电路模型的电压调节器冲击过电压计算方法

说明书

基于宽频等值电路模型的电压调节器冲击过电压计算方法，其目的是提供一种有源电压调节器宽频等值电路模型及冲击过电压计算方法，该方法能够快速准确的计算雷电和操作冲击电压下换流变压器和有源电压调节器的过电压分布，以克服现有技术的缺陷。该计算方法包括有源电压调节器的拓扑结构，生成有源电压调节器的等效接线原理图、建立换流变压器和有源电压调节器中取能变压器、功率模块的宽频等值电路模型、计算换流变压器和取能变压器宽频等值电路模型及功率模块宽频等值电路模型中的各个参数值。本发明与直流系统仿真相比，采用有源电压调节器冲击过电压计算方法，计算量小且耗时短，而且揭示了换流变压器和有源电压调节器雷电和操作冲击电压下的等效特性。

技术领域

本发明涉及有源电压调节器冲击过电压计算领域，具体涉及一种基于宽频等值电路模型的电压调节器冲击过电压计算方法。

背景技术

为了满足高压直流输电系统的快速调压需求，提出了换流变压器电力电子技术调压的技术方案来替代原有的机械式有载调压开关，即在换流变压器网侧绕组与地之间串联幅值和相位均可灵活调节的有源电压调节器，与交流系统电压相配合，实现换流变压器阀侧绕组电压的调节，具有动作次数不受限制、响应速度快等优势。与传统的通过机械式有载调压开关调压的换流变压器相比，有源电压调节器的引入使得换流变压器的结构更加复杂，目前有源电压调节器及配套换流变压器绝缘结构的设计尚无国家标准可以参考，需要分析雷电冲击电压和操作冲击电压的影响，并留有一定的裕量，才能够保证产品绝缘结构的安全可靠。雷电冲击电压和操作冲击电压均属于高频冲击，在换流变压器和有源电压调节器中会产生振荡过电压，一旦超出产品绝缘的耐电强度，将会引发绝缘损坏故障。因此，计算雷电冲击电压和操作冲击电压下换流变压器和有源电压调节器的过电压分布，对于产品绝缘结构和保护方案的设计具有重要意义。

目前针对有源电压调节器冲击过电压的计算只能通过直流系统仿真实现，由于换流变压器和有源电压调节器之间的冲击过电压传递过程复杂，系统仿真计算量大且十分耗时。因此，研究针对有源电压调节器冲击过电压新的计算方法，获得雷电和操作冲击下换流变压器和有源电压调节器准确的过电压分布结果，对于提升换流变压器和有源电压调节器设计制造水平具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一基于宽频等值电路模型的电压调节器冲击过电压计算方法，该计算方法能够快速准确的计算雷电和操作冲击电压下换流变压器和有源电压调节器的过电压分布，以克服现有技术的缺陷。

本发明的技术方案是：基于宽频等值电路模型的电压调节器冲击过电压计算方法，包括以下步骤：

步骤1：根据有源电压调节器的拓扑结构，生成有源电压调节器的等效接线原理图；

步骤2：建立换流变压器和有源电压调节器中取能变压器的宽频等值电路模型；

步骤3：根据电磁场有限元计算方法，计算换流变压器和取能变压器宽频等值电路模型中的各个电阻、电感和电容值；

步骤4：建立有源电压调节器中功率模块的宽频等值电路模型；

步骤5：根据阻抗有理函数逼近的方法，计算功率模块宽频等值电路模型中的各个电阻、电感和电容值；

步骤6：确定换流变压器和有源电压调节器最终的宽频等值电路模型；

步骤7：在最终宽频等值电路模型中的交流母线处施加相应的雷电和操作冲击电压；

步骤8：采用电路仿真分析软件PSCAD/EMTDC搭建步骤(6)得到的换流变压器和有源电压调节器最终的宽频等值电路模型，按照步骤(7)中确定的位置、幅值和波形施加雷电和操作冲击电压，通过求解电路模型得到换流变压器和有源电压调节器各个位置的瞬时电压值，根据不同位置的随时间变化的电压值可得到换流变压器和有源电压调节器的过电压分布结果。

有益效果