[发明专利]一种柔直换流阀金具表面电场的求解方法与系统

说明书

一种柔直换流阀金具表面电场的求解方法，包括如下步骤：建立高压柔直系统的仿真模型，其中，高压柔直系统的仿真模型的交流侧有三相，每相包括上下两个桥臂，桥臂包含多个柔直换流阀，柔直换流阀包含多个子模块；利用电压互感器测量柔直换流阀的所有子模块的电压，并用示波器与电压互感器连接，以获得电压数据；基于示波器，从电压数据的一个周期中均匀间隔选取多个时刻的电压值；建立柔直换流阀的有限元仿真模型，并将多个时刻的电压值输入到有限元仿真模型中；基于有限元仿真模型，计算得到柔直换流阀的金具表面电场。本发明通过对时变的电压波形进行等效，大大降低电压波形的时间复杂度，提高了柔直换流阀金具表面电场的求解效率。

技术领域

本发明属于有限元仿真领域，更具体的，涉及一种柔直换流阀金具表面电场的求解方法与系统。

背景技术

随着换流技术的发展，高压直流输电成为远距离、大容量电能传输的最佳技术方案。从±800kV锦屏—苏南特高压直流输电工程，到准东—重庆的±1100kV特高压直流输电工程，我国已有十条特高压直流输电线路。随着高压等级不断提升，柔直换流阀厅的尺寸也不断增大。因此对变流器的状态监测和可靠性分析显得尤为重要。由于柔直换流阀厅内部环境相对比较封闭，易造成电晕电荷的积累，因此，在阀厅金具的设计中，必须严格防止电晕，避免电晕电荷的产生。电场强度是起晕判断的一个重要依据，对阀厅内部金具表面电场强度进行计算可以为金具的设计提供指导，对于阀厅安全运行具有重要的意义。

然而由于阀厅内部运行电压交直流混杂，且谐波含量丰富。若要获得柔直换流阀金具表面的电场分布，原理上的应该采用瞬态场按照电位波形进行计算。但是首先阀塔模型复杂，包含众多组件；其次电压波形变化速度快。

相关技术中，借助有限元仿真软件平台(如ansys、comsol等)，将时变电压波形作为边界条件代入有限元仿真模型中，利用瞬态方法计算柔直换流阀的表面电场分布，计算量巨大，不仅占用较大的计算机资源，且需要花费较长的时间。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提高计算的效率，并能够为柔直换流阀金具表面电场控制提供依据，进而提出一种柔直换流阀金具表面电场的快速求解方法。

本发明采用如下的技术方案。

一种柔直换流阀金具表面电场的求解方法，包括如下步骤：

步骤S1，建立高压柔直系统的仿真模型，其中，高压柔直系统的仿真模型的交流侧有三相，每相包括上下两个桥臂，桥臂包含多个柔直换流阀，柔直换流阀包含多个子模块；

步骤S2，利用电压互感器测量柔直换流阀的所有子模块的电压，并用示波器与电压互感器连接，以获得电压数据；

步骤S3，基于示波器，从电压数据的一个周期中均匀间隔选取多个时刻的电压值；

步骤S4，建立柔直换流阀的有限元仿真模型，并将多个时刻的电压值输入到有限元仿真模型中；

步骤S5，基于有限元仿真模型，计算得到柔直换流阀的金具表面电场。

进一步的，步骤S1具体包括：利用PSCAD或Simulink软件，建立高压柔直系统的仿真模型，确定参数并设置仿真时长，参数包括：桥臂电抗器、交流系统标称电压、子模块总数、子模块形式、直流电容、额定频率、直流侧额定电压、系统额定功率。

进一步的，步骤S2具体包括：

一个桥臂包含M个柔直换流阀，共M*N个子模块，则每N个子模块集成在一个柔直换流阀中，将柔直换流阀中的N个子模块视为一个整体，在进线端和出线端各并联一个电压互感器，测量该位置对地电压，并用示波器与电压互感器连接。

进一步的，一个桥臂的子模块的数量＝一个桥臂的柔直换流阀的数量×一个柔直换流阀中的子模块的数量。

进一步的，电压值的数量为10～20个。