基于傳輸線結(jié)構(gòu)的平波電抗器寬頻電磁暫態(tài)分析等效電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于傳輸線結(jié)構(gòu)的平波電抗器寬頻電磁暫態(tài)分析模型，屬于電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)寬頻模型領(lǐng)域。本發(fā)明提出的等效電路由n個(gè)相同的平波電抗器單位長(zhǎng)度寬頻等效電路依次串聯(lián)而成，形成多個(gè)分布式傳輸線結(jié)構(gòu)，通過該分布式傳輸線結(jié)構(gòu)模擬平波電抗器內(nèi)部暫態(tài)波過程的傳播。本發(fā)明考慮了在高頻趨膚效應(yīng)和臨近效應(yīng)作用下平波電抗器分布參數(shù)的寄生電容、雜散電感以及繞組電阻的變化，在工頻特性和騷擾特性下準(zhǔn)確模擬平波電抗器電磁暫態(tài)。
【專利說明】基于傳輸線結(jié)構(gòu)的平波電抗器寬頻電磁暫態(tài)分析等效電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)寬頻模型領(lǐng)域，特別涉及一種基于傳輸線結(jié)構(gòu)的寬 頻電磁暫態(tài)分析等效電路，考慮在高頻趨膚效應(yīng)和臨近效應(yīng)作用下平波電抗器分布參數(shù)的 寄生電容、雜散電感W及繞組電阻的變化，適用于直流輸電系統(tǒng)平波電抗器的電磁暫態(tài)分 析和直流場(chǎng)傳導(dǎo)電磁騷擾水平分析。

【背景技術(shù)】
[0002] 平波電抗器是高壓直流換流站內(nèi)主要設(shè)備之一，是連接換流閥與直流側(cè)的關(guān)鍵設(shè) 備。平波電抗器寬頻等效電路模型的準(zhǔn)確性直接影響到直流場(chǎng)傳導(dǎo)電磁騷擾水平計(jì)算的有 效性，繼而影響到直流場(chǎng)空間電磁騷擾水平預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。
[0003] 平波電抗器與直流濾波器一起構(gòu)成高壓直流換流站直流側(cè)的直流諧波濾波回路， 能夠防止由直流線路或直流開關(guān)站所產(chǎn)生的睹波過電壓進(jìn)入閥廳，從而使換流閥免于遭受 過電壓應(yīng)力而損壞；平波電抗器能平滑直流電流中的波紋，能避免在低直流功率傳輸時(shí)電 流的斷續(xù)；同時(shí)它可W通過限制由快速電壓變化所引起的電流變化率來降低換相失敗率。
[0004] 平波電抗器包括干式電抗器和油式電抗器兩種，在高壓輸電系統(tǒng)中，干式和油式 的平波電抗器均在±500 kV高壓直流換流站獲得采用，而±800 kV高壓直流換流站采用 干式平波電抗器。高頻下，趨膚效應(yīng)和臨近效應(yīng)會(huì)造成繞組電阻的上升和電感的下降，同 時(shí)，分布參數(shù)的寄生電容在高頻下將不可忽略。典型的平波電抗器的主要結(jié)構(gòu)如圖1所示， 其中高壓端接口 H位于電抗器上部，低壓端接口 L位于電抗器下部，整個(gè)平波電抗器放置于 距離地面一定高度的平臺(tái)上，地電位標(biāo)記為GND。將地面（即零電位點(diǎn)）視為一個(gè)端子，貝U 整個(gè)平波電抗器可視為H端網(wǎng)絡(luò)，H個(gè)端子分別為H、UGNDd
[0005] 現(xiàn)有的平波電抗器等效電路模型僅僅由一個(gè)電感或者電感與定值電阻的串聯(lián)構(gòu) 成，適用于工頻條件，沒有考慮高頻特性下繞組電阻、電感和電容的變化，因此在分析騷擾 特性時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的誤差。
[0006] 為了準(zhǔn)確分析平波電抗器的電磁暫態(tài)特性和直流場(chǎng)傳導(dǎo)電磁騷擾水平，應(yīng)準(zhǔn)確考 慮雜散參數(shù)頻變特性。在暫態(tài)傳播和電磁騷擾傳播分析中，平波電抗器繞組面線之間的雜 散電感和雜散電容會(huì)對(duì)平波電抗器傳遞特性產(chǎn)生很大影響，因此有必要針對(duì)每一面線研究 雜散參數(shù)的分布情況。而對(duì)于平波電抗器等效電路模型整體效果上在工頻條件和騷擾條件 下內(nèi)保證模型計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是為克服已有技術(shù)的不足之處，提出一種基于傳輸線結(jié)構(gòu)的平波電 抗器寬頻電磁暫態(tài)分析等效電路，本發(fā)明W平波電抗器單位長(zhǎng)度等值電路為基礎(chǔ)，考慮在 高頻趨膚效應(yīng)和臨近效應(yīng)作用下平波電抗器分布參數(shù)的寄生電容、雜散電感W及繞組電阻 的變化，解決了現(xiàn)有電抗器模型不能滿足騷擾條件下電磁暫態(tài)分析的問題，在直流輸電系 統(tǒng)平波電抗器的電磁暫態(tài)分析和直流場(chǎng)傳導(dǎo)電磁騷擾水平分析中具有突出的優(yōu)勢(shì)。
[0008] 本發(fā)明提出的平波電抗器傳輸線結(jié)構(gòu)寬頻電磁暫態(tài)分析等效電路，其理論基礎(chǔ)是 描述平波電抗器內(nèi)部暫態(tài)的波過程，將其等效為傳輸線模型，分別研究單位長(zhǎng)度等值電路 雜散參數(shù)，便可W準(zhǔn)確描述波在繞組中的傳播W及電壓在繞組間的分布。采用電路元件對(duì) 平波電抗器暫態(tài)過程進(jìn)行模擬，可W方便的在電路分析平臺(tái)中實(shí)現(xiàn)，在工頻條件和騷擾條 件下均具有非常高的準(zhǔn)確度。
[0009] 本發(fā)明提出的一種基于傳輸線結(jié)構(gòu)的平波電抗器寬頻電磁暫態(tài)分析等效電路，其 特征在于，該等效電路由n個(gè)相同的平波電抗器單位長(zhǎng)度寬頻等效電路依次串聯(lián)而成，形 成多個(gè)分布式傳輸線結(jié)構(gòu)，通過該分布式傳輸線結(jié)構(gòu)模擬平波電抗器內(nèi)部暫態(tài)波過程的傳 播；
[0010] 該平波電抗器單位長(zhǎng)度寬頻等效電路的個(gè)數(shù)n，根據(jù)平波電抗器的平抗繞組等值 長(zhǎng)度與單位長(zhǎng)度寬頻等效電路對(duì)應(yīng)的研究長(zhǎng)度相除得到。
[0011] 所述每個(gè)平波電抗器單位長(zhǎng)度寬頻等效電路包括一個(gè)單位長(zhǎng)度電阻R。、一個(gè)單位 長(zhǎng)度電感L。、一個(gè)單位長(zhǎng)度面間雜散電容Cs。和兩個(gè)單位長(zhǎng)度對(duì)地雜散電容Cs。；其中，單位 長(zhǎng)度電阻R。與單位長(zhǎng)度電感L。串聯(lián)，單位長(zhǎng)度面間雜散電容Cs。的兩端分別與單位長(zhǎng)度電 阻R。、單位長(zhǎng)度電感L。的另一端相連，單位長(zhǎng)度面間雜散電容Cs。與單位長(zhǎng)度電阻R。和單位 長(zhǎng)度電感L。形成并聯(lián)結(jié)構(gòu)；第一單位長(zhǎng)度對(duì)地雜散電容Cg。的一端與單位長(zhǎng)度電阻R。和單 位長(zhǎng)度面間雜散電容Cs。的連接點(diǎn)相連，第一單位長(zhǎng)度對(duì)地雜散電容Cg。的另一端接地；第 二單位長(zhǎng)度對(duì)地雜散電容Cg。的一端與單位長(zhǎng)度電感L。和單位長(zhǎng)度面間雜散電容Cs。的連 接點(diǎn)相連，第二單位長(zhǎng)度對(duì)地雜散電容Cg。的另一端接地；
[001引其中，U、R。根據(jù)電抗器的電阻R和電感L由式（1)得到：
[001 引 Ro = R/Len，U = L/Len (D
[0014] 為平波電抗器的平抗繞組等值長(zhǎng)度；
[0015] 平波電抗器的電容值(；、CtgY和Cwi從平波電抗器在出廠前進(jìn)行端對(duì)端和端對(duì)地的 高頻特性測(cè)量結(jié)果中得到，(；為總面間電容，CtgY和Cwi分別代表平波電抗器閥側(cè)和網(wǎng)側(cè)對(duì) 地雜散電容測(cè)量結(jié)果，則由式（2)計(jì)算得到單位長(zhǎng)度對(duì)地雜散電容Cg。、單位長(zhǎng)度面間雜散：
[0016]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于傳輸線結(jié)構(gòu)的平波電抗器寬頻電磁暫態(tài)分析等效電路，其特征在于，該等 效電路由n個(gè)相同的平波電抗器單位長(zhǎng)度寬頻等效電路依次串聯(lián)而成，形成多個(gè)分布式傳 輸線結(jié)構(gòu)，通過該分布式傳輸線結(jié)構(gòu)模擬平波電抗器內(nèi)部暫態(tài)波過程的傳播； 該平波電抗器單位長(zhǎng)度寬頻等效電路的個(gè)數(shù)n，根據(jù)平波電抗器的平抗繞組等值長(zhǎng)度 與單位長(zhǎng)度寬頻等效電路對(duì)應(yīng)的研究長(zhǎng)度相除得到。
2. 如權(quán)利要求1所述等效電路，其特征在于，所述每個(gè)平波電抗器單位長(zhǎng)度寬頻等效 電路包括一個(gè)單位長(zhǎng)度電阻R〇、一個(gè)單位長(zhǎng)度電感U、一個(gè)單位長(zhǎng)度阻間雜散電容Cstl和兩 個(gè)單位長(zhǎng)度對(duì)地雜散電容Cstl ;其中，單位長(zhǎng)度電阻Rtl與單位長(zhǎng)度電感Ltl串聯(lián)，單位長(zhǎng)度匝 間雜散電容Cstl的兩端分別與單位長(zhǎng)度電阻Rtl、單位長(zhǎng)度電感Ltl的另一端相連，單位長(zhǎng)度匝 間雜散電容Csc!與單位長(zhǎng)度電阻R(!和單位長(zhǎng)度電感L(!形成并聯(lián)結(jié)構(gòu)；第一單位長(zhǎng)度對(duì)地雜 散電容Cgtl的一端與單位長(zhǎng)度電阻Rtl和單位長(zhǎng)度匝間雜散電容Cstl的連接點(diǎn)相連，第一單位 長(zhǎng)度對(duì)地雜散電容Cgtl的另一端接地；第二單位長(zhǎng)度對(duì)地雜散電容Cgtl的一端與單位長(zhǎng)度電 感Ltl和單位長(zhǎng)度匝間雜散電容Cstl的連接點(diǎn)相連，第二單位長(zhǎng)度對(duì)地雜散電容Cgtl的另一端 接地； 其中，U、％根據(jù)電抗器的電阻R和電感L由式⑴得到： R0 = R/Len，L0 = L/Len (1) LmS平波電抗器的平抗繞組等值長(zhǎng)度； 平波電抗器的電容值Cs、Cegv和Cegl從平波電抗器在出廠前進(jìn)行端對(duì)端和端對(duì)地的高頻 特性測(cè)量結(jié)果中得到，Cs為總匝間電容，Cegv和Cegl分別代表平波電抗器閥側(cè)和網(wǎng)側(cè)對(duì)地雜 散電容測(cè)量結(jié)果，則由式（2)計(jì)算得到單位長(zhǎng)度對(duì)地雜散電容Cgtl、單位長(zhǎng)度匝間雜散：
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK104331550SQ201410593554
【公開日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2014年10月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月28日
【發(fā)明者】黃瑩, 余占清, 朱童, 張曉 , 邱偉, 趙曉斌, 曾嶸, 何金良, 王云超, 張波 申請(qǐng)人:中國(guó)南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司電網(wǎng)技術(shù)研究中心, 清華大學(xué)