[發(fā)明專利]用于高壓大容量柔性直流換流閥的電場仿真方法及系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711250167.3
• 申請日: 2017-12-01
• 公開（公告）號: CN108021748A
• 公開（公告）日: 2018-05-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張靜嵐;沙彥超;彭瓏;蔡巍;龍凱華;胡應(yīng)宏;趙媛;馬鑫晟;張超
• 申請（專利權(quán)）人: 國網(wǎng)冀北電力有限公司電力科學(xué)研究院;華北電力科學(xué)研究院有限責(zé)任公司;國家電網(wǎng)公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06Q50/06;H02J3/36
• 代理公司: 北京三友知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11127
• 代理人: 賈磊;李秀蕓

本發(fā)明公開了一種用于高壓大容量柔性直流換流閥的電場仿真方法及系統(tǒng)，其中，根據(jù)準(zhǔn)靜態(tài)泛定方程篩選出柔性直流換流閥的整體模型內(nèi)部基于恒定電流場計算的場域?qū)ζ鋯为氝M行建模加載鉗制電位計算獲得某一工況下的場域表面電位及電場分布，將其作為整體換流閥基于靜電場計算的邊界條件，對第一層子模型進行剖分，對剖分結(jié)果施加需要考察的工況下的鉗制電位，獲得第一層子模型的電位及電場分布；然后再將第一層子模型電位及電場分布作為第二層子模型外部邊界條件，重復(fù)第一層子模型的計算過程，獲得第二層子模型的電位及電場分布，以此類推，層層推進，獲得包含閥內(nèi)重點關(guān)注區(qū)域的電位及電場分布情況。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及高電壓與絕緣技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于高壓大容量柔性直流換流閥的電場仿真方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著大功率電力電子器件耐受能力、電壓源型換流閥拓撲結(jié)構(gòu)和控制策略等技術(shù)的不斷發(fā)展，適合于孤島供電、可再生能源并網(wǎng)、分布式發(fā)電并網(wǎng)和異步電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)的柔性直流輸電技術(shù)以其高效性、靈活性和經(jīng)濟性得到了高壓輸電領(lǐng)域的普遍關(guān)注。電壓源型換流閥作為柔性直流輸電技術(shù)的關(guān)鍵設(shè)備，經(jīng)歷了由IGBT直接串聯(lián)的兩電平或三電平換流器拓撲結(jié)構(gòu)到子模塊級聯(lián)結(jié)構(gòu)的模塊化多電平換流器拓撲結(jié)構(gòu)的發(fā)展，相比傳統(tǒng)的晶閘管換流器，電壓源型換流閥可以獨立控制有功無功、快速實現(xiàn)潮流反轉(zhuǎn)，綜合優(yōu)勢非常明顯。目前，國內(nèi)在建和投運有多個柔性直流輸電示范工程，包括首條上海南匯±30kV/20MW柔直示范輸電線路，舟山±200kV/1000MW五端柔直示范工程、廈門±320kV/1000MW柔直示范工程，在建的500kV/3000MW張北柔直示范工程更是在多端柔直工程的基礎(chǔ)上，首次構(gòu)建直流電網(wǎng)，隨著柔性直流輸電系統(tǒng)的電壓等級和輸電容量不斷提高，接線方式和運行方式也日益復(fù)雜，這對關(guān)鍵設(shè)備——柔性直流換流閥的內(nèi)部絕緣水平提出了極高的要求。

高壓大容量柔性直流換流閥運行工況復(fù)雜，閥內(nèi)部裝置會承受著交流和直流電壓，在某些工況下閥體的某些部分還不可避免的要承受交、直流復(fù)合電壓，如果不能良好地控制閥內(nèi)部金具等屏蔽設(shè)施和絕緣子表面的電場強度，就會引起金具表面的電暈放電和絕緣子的沿面閃絡(luò)，嚴重威脅柔直工程運行的安全性與可靠性。為了良好的對柔性直流換流閥內(nèi)部絕緣進行優(yōu)化設(shè)計，避免電極表面對空氣放電，需要對柔性直流換流閥內(nèi)電場實現(xiàn)全掃描，考量出柔性直流換流閥在運行工況及各類絕緣型式試驗下的內(nèi)部電場分布，并通過設(shè)定閥內(nèi)起暈場強標(biāo)準(zhǔn)，檢查出閥內(nèi)電場薄弱環(huán)節(jié)，為閥內(nèi)絕緣優(yōu)化設(shè)計提供支撐。

高壓大容量柔性直流換流閥由于其運行工況的特殊性，其端部不僅會承受單一交流或直流電壓作用，還會同時承受交直流復(fù)合電壓、沖擊、諧波等多種電壓形式的疊加作用，但目前缺乏對不同工況下的閥內(nèi)部電場分布進行測量的試驗手段，多采用基于絕緣型式試驗或運行工況已知鉗制電位的條件下，借助電場仿真方法來獲得閥內(nèi)部電場分布的全掃描，但無針對性的、系統(tǒng)的基于各種電壓情況下的電場仿真方法，且尚無文獻公開對基于交、直流復(fù)合電壓工況下的柔性直流換流閥電場仿真及優(yōu)化設(shè)計方法進行研究；同時針對室內(nèi)換流閥內(nèi)部的電場起暈判據(jù)方面，尚無相應(yīng)國標(biāo)或企標(biāo)對其針對性地進行規(guī)定，無法準(zhǔn)確地對柔性直流換流閥的絕緣優(yōu)化設(shè)計提供支撐。

發(fā)明內(nèi)容

本申請實施方式的目的是提供一種用于高壓大容量柔性直流換流閥的電場仿真方法及系統(tǒng)，彌補現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的不足，可以快速方便地評價柔性直流換流閥內(nèi)部電場分布情況，適用于改善高壓大容量柔性直流換流閥內(nèi)部電極和絕緣子表面電場分布狀況，為柔性直流換流閥內(nèi)部絕緣安全性與緊湊化設(shè)計提供技術(shù)支撐。

為實現(xiàn)上述目的，本申請實施方式提供一種用于高壓大容量柔性直流換流閥的電場仿真方法，包括：

建立柔性直流換流閥的整體模型；

判斷所述柔性直流換流閥的閥內(nèi)場域基于靜電場原理還是恒定電流場原理求解電位及電場分布情況；

對基于恒定電流場原理求解的閥內(nèi)場域進行剖分，對剖分結(jié)果施加需要考察的工況下的鉗制電位，獲得基于恒定電流場原理求解的閥內(nèi)場域的表面的電位及電場分布情況；