[發明專利]一種柔直換流閥金具表面電場的求解方法與系統

在審

• 申請號: 202210562506.6
• 申請日: 2022-05-23
• 公開（公告）號: CN114996998A
• 公開（公告）日: 2022-09-02
• 發明（設計）人: 劉黎;俞恩科;位一鳴;王異凡;張引賢;鄭榮亮;王有元
• 申請（專利權）人: 國網浙江省電力有限公司舟山供電公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F113/04
• 代理公司: 北京智繪未來專利代理事務所(普通合伙) 11689
• 代理人: 趙卿

一種柔直換流閥金具表面電場的求解方法，包括如下步驟：建立高壓柔直系統的仿真模型，其中，高壓柔直系統的仿真模型的交流側有三相，每相包括上下兩個橋臂，橋臂包含多個柔直換流閥，柔直換流閥包含多個子模塊；利用電壓互感器測量柔直換流閥的所有子模塊的電壓，并用示波器與電壓互感器連接，以獲得電壓數據；基于示波器，從電壓數據的一個周期中均勻間隔選取多個時刻的電壓值；建立柔直換流閥的有限元仿真模型，并將多個時刻的電壓值輸入到有限元仿真模型中；基于有限元仿真模型，計算得到柔直換流閥的金具表面電場。本發明通過對時變的電壓波形進行等效，大大降低電壓波形的時間復雜度，提高了柔直換流閥金具表面電場的求解效率。

技術領域

本發明屬于有限元仿真領域，更具體的，涉及一種柔直換流閥金具表面電場的求解方法與系統。

背景技術

隨著換流技術的發展，高壓直流輸電成為遠距離、大容量電能傳輸的最佳技術方案。從±800kV錦屏—蘇南特高壓直流輸電工程，到準東—重慶的±1100kV特高壓直流輸電工程，我國已有十條特高壓直流輸電線路。隨著高壓等級不斷提升，柔直換流閥廳的尺寸也不斷增大。因此對變流器的狀態監測和可靠性分析顯得尤為重要。由于柔直換流閥廳內部環境相對比較封閉，易造成電暈電荷的積累，因此，在閥廳金具的設計中，必須嚴格防止電暈，避免電暈電荷的產生。電場強度是起暈判斷的一個重要依據，對閥廳內部金具表面電場強度進行計算可以為金具的設計提供指導，對于閥廳安全運行具有重要的意義。

然而由于閥廳內部運行電壓交直流混雜，且諧波含量豐富。若要獲得柔直換流閥金具表面的電場分布，原理上的應該采用瞬態場按照電位波形進行計算。但是首先閥塔模型復雜，包含眾多組件；其次電壓波形變化速度快。

相關技術中，借助有限元仿真軟件平臺(如ansys、comsol等)，將時變電壓波形作為邊界條件代入有限元仿真模型中，利用瞬態方法計算柔直換流閥的表面電場分布，計算量巨大，不僅占用較大的計算機資源，且需要花費較長的時間。

發明內容

為解決現有技術中存在的不足，本發明的目的在于，提高計算的效率，并能夠為柔直換流閥金具表面電場控制提供依據，進而提出一種柔直換流閥金具表面電場的快速求解方法。

本發明采用如下的技術方案。

一種柔直換流閥金具表面電場的求解方法，包括如下步驟：

步驟S1，建立高壓柔直系統的仿真模型，其中，高壓柔直系統的仿真模型的交流側有三相，每相包括上下兩個橋臂，橋臂包含多個柔直換流閥，柔直換流閥包含多個子模塊；

步驟S2，利用電壓互感器測量柔直換流閥的所有子模塊的電壓，并用示波器與電壓互感器連接，以獲得電壓數據；

步驟S3，基于示波器，從電壓數據的一個周期中均勻間隔選取多個時刻的電壓值；

步驟S4，建立柔直換流閥的有限元仿真模型，并將多個時刻的電壓值輸入到有限元仿真模型中；

步驟S5，基于有限元仿真模型，計算得到柔直換流閥的金具表面電場。

進一步的，步驟S1具體包括：利用PSCAD或Simulink軟件，建立高壓柔直系統的仿真模型，確定參數并設置仿真時長，參數包括：橋臂電抗器、交流系統標稱電壓、子模塊總數、子模塊形式、直流電容、額定頻率、直流側額定電壓、系統額定功率。

進一步的，步驟S2具體包括：

一個橋臂包含M個柔直換流閥，共M*N個子模塊，則每N個子模塊集成在一個柔直換流閥中，將柔直換流閥中的N個子模塊視為一個整體，在進線端和出線端各并聯一個電壓互感器，測量該位置對地電壓，并用示波器與電壓互感器連接。

進一步的，一個橋臂的子模塊的數量＝一個橋臂的柔直換流閥的數量×一個柔直換流閥中的子模塊的數量。

進一步的，電壓值的數量為10～20個。