[發(fā)明專利]基于雙傳輸線結構的換流變壓器寬頻電磁暫態(tài)分析模型

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410593526.5
• 申請日: 2014-10-28
• 公開（公告）號: CN104459370A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發(fā)明（設計）人: 余占清;黃瑩;張曉;邱偉;朱童;趙曉斌;曾嶸;何金良;王云超;張波
• 申請（專利權）人: 中國南方電網(wǎng)有限責任公司電網(wǎng)技術研究中心;清華大學
• 主分類號: G01R31/00
• 分類號: G01R31/00
• 代理公司: 北京清亦華知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 廖元秋

技術領域

本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)寬頻模型領域，特別涉及一種基于雙傳輸線結構的寬頻電磁暫態(tài)分析模型，主要考慮換流變壓器繞組阻抗特性和繞組間耦合，同時考慮換流變壓器磁路耦合、鐵損和鐵心的飽和特性，適用于直流輸電系統(tǒng)換流變壓器的電磁暫態(tài)分析和交流場傳導電磁騷擾水平分析。

背景技術

換流變壓器是高壓直流換流站內(nèi)主要設備之一，是連接換流閥與交流側(cè)的關鍵設備，換流變壓器寬頻建模的準確性直接影響到交流場傳導電磁騷擾水平計算的有效性，繼而影響到交流場空間電磁騷擾水平預測的準確性。

換流站中每一極采用六臺相同容量的單相雙繞組變壓器，對應于12脈動換流器的兩個6脈動換流橋。單相雙繞組換流變壓器的繞組結構如圖1所示，由鐵芯1、閥繞組和網(wǎng)側(cè)繞組2、外殼3構成。閥繞組和網(wǎng)側(cè)繞組同軸繞制，繞組之間、繞組與鐵芯和外殼之間均會產(chǎn)生容性耦合。

換流變壓器器身絕緣多采用兩柱并聯(lián)結構，網(wǎng)側(cè)和閥側(cè)繞組同軸排列在相同鐵芯柱上，繞組間和繞組對地容性耦合較強。換流變壓器的雜散參數(shù)主要存在于繞組對鐵芯及繞組對地的分布式電容，雜散參數(shù)能影響正常運行時換流變壓器磁激勵測的電流波形和諧波，同時在高頻時建立復雜的電流通路。

換流變壓器對在交流側(cè)傳播的騷擾有強烈的抑制作用，其特性對騷擾水平仿真影響很大。在直流系統(tǒng)設計階段，很難得到特定換流變壓器的準確阻抗特性，且設備試驗會大大延長設計周期。電磁干擾的預測階段，模型的參數(shù)通過行業(yè)規(guī)范和結構設計能夠比較容易得到。在穩(wěn)態(tài)和騷擾統(tǒng)一計算中，要兼顧其工頻特性和騷擾傳播特性，雜散電容是一個非常重要的影響因素。

現(xiàn)有的換流變壓器模型包括雙端口模型、三端口模型和π型等效電路等。換流變壓器的雜散參數(shù)主要存在于繞組對鐵芯及繞組對地的分布式電容，采用Preisach理論將鐵芯的磁滯損耗、鐵芯損耗等效為非線性電感，渦流損耗等效為非線性電阻，可以建立換流變壓器的π型等效電路。在此基礎上采用階躍響應法和雙端口網(wǎng)絡參數(shù)法可以測量端口開路和短路阻抗，建立雙端口網(wǎng)絡模型。但是這兩種模型沒有涉及和考慮換流變壓器內(nèi)由渦流導致的導體趨膚效應下的雜散參數(shù)頻變特性。雙繞組換流變壓器三端口寬頻模型，其電容矩陣(即模型中所有的電容)可以包括三個雜散電容參數(shù)，如圖2所示，圖2中C₁為網(wǎng)側(cè)繞組間的耦合電容，C₂為閥側(cè)繞組間的耦合電容，C₁₂為網(wǎng)側(cè)對閥側(cè)的耦合電容。另外R_w1為網(wǎng)側(cè)繞組等效電阻，Ll1為網(wǎng)側(cè)繞組等效電感，R_w2’為閥側(cè)繞組等效電阻，L_l2’為閥側(cè)繞組等效電感。電容矩陣也可以包含六個獨立參數(shù)，如圖3所示，圖3中，γ₁、γ₂、γ₃、γ₄、γ₅和γ₆分別表示端口A、B、C、D之間的耦合電容，換流變壓器網(wǎng)側(cè)和閥側(cè)繞組間為理想耦合。這些電容參數(shù)可以通過端口測量提取，模型建立在換流變壓器工作在線性區(qū)內(nèi)的假設上，在十倍工頻的范圍內(nèi)能保持較好的準確度，但是對于換流變壓器工作在非線性區(qū)的情況，模型存在較大的誤差。此外還有線性頻變寬頻模型，應用導納參數(shù)測量法，利用頻譜網(wǎng)絡分析儀測量換流變壓器導納參數(shù)，可以建立50Hz-1MHz頻率適用范圍的線性頻變寬頻模型，但該模型未考慮磁飽和特性以致低頻下將產(chǎn)生較大誤差。

為了準確分析換流變壓器的電磁暫態(tài)特性和交流場傳導電磁騷擾水平，應準確考慮雜散參數(shù)頻變特性和換流變壓器飽和特性。在暫態(tài)傳播和電磁騷擾傳播分析中，繞組間的耦合會對換流變壓器傳遞特性產(chǎn)生很大影響，因此繞組間耦合建模是另一個十分重要的問題。為了避免建模對換流變壓器精細結構參數(shù)的依賴，同時兼顧模型的計算速度，需要以模擬繞組阻抗特性和繞組間耦合為目標進行建模，在工頻特性和騷擾特性下保證模型計算結果的準確性。

換流變壓器內(nèi)部繞組中波過程類似于傳輸線，對于具有餅型線圈的換流變壓器，可采用平行多導線的模型。如果將換流變壓器的餅型線圈的所有線匝沿子午面展開成直導體，則變?yōu)槠叫卸鄬w，假設第i線匝末端的電壓和電流等于第i+1線匝的電壓和電流，這樣，換流變壓器線圈的波過程可描述為: