基于雙傳輸線結構的換流變壓器寬頻電磁暫態(tài)分析模型的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種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，屬于電力系一種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，其特征在于，該模型由若干相同單元依次串聯(lián)構成傳輸線結構，每一個單元為一個分布式換流變壓器單位長度寬頻模型；換流變壓器內部繞組和繞組間耦合以及對地電容采用傳輸線模型元件等效，將換流變壓器線圈波過程數(shù)學表達式中的參數(shù)矩陣與所建立的雙傳輸線模型中的元件一一對應，每一元件物理意義與波過程方程參數(shù)矩陣中參數(shù)所代表的意義相同。本發(fā)明考慮了換流變壓器不同磁路耦合和鐵心飽和特性，在工頻特性和騷擾特性下準確高效模擬換流變壓器電磁暫態(tài)。
【專利說明】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
【技術領域】
[0001] 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】
[0002] 換流變壓器是高壓直流換流站內主要設備之一，是連接換流閥與交流側的關鍵設 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。
[0003] 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)側繞組2、外殼3構成。閥繞組和網(wǎng)側繞組同軸繞制，繞組之間、繞組與鐵芯和外殼之間均 會產生容性耦合。
[0004] 換流變壓器器身絕緣多采用兩柱并聯(lián)結構，網(wǎng)側和閥側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。
[0005] 換流變壓器對在交流側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。
[0006] 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η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C 1為 網(wǎng)側繞組間的耦合電容，C2為閥側繞組間的耦合電容，C12為網(wǎng)側對閥側的耦合電容。另外 Rwl為網(wǎng)側繞組等效電阻，Lll為網(wǎng)側繞組等效電感，Rw2'為閥側繞組等效電阻，L 12'為閥側 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，L、γ 2、γ 3、γ 4、 Y 5和Y 6分別表示端口 A、B、C、D之間的耦合電容，換流變壓器網(wǎng)側和閥側繞組間為理想耦 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)內的假設 上，在十倍工頻的范圍內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50Ηζ-1ΜΗζ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生較大誤差。
[0007] 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。
[0008] 換流變壓器內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+Ι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：
【權利要求】
1. 一種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，其特征在于，該模型 由若干相同單兀依次串聯(lián)構成傳輸線結構，每一個單兀為一個分布式換流變壓器單位長度 寬頻模型；換流變壓器內部繞組和繞組間耦合以及對地電容采用傳輸線模型元件等效，將 換流變壓器線圈波過程數(shù)學表達式中的參數(shù)矩陣與所建立的雙傳輸線模型中的元件一一 對應，每一元件物理意義與波過程方程參數(shù)矩陣中參數(shù)所代表的意義相同。
2. 如權利要求1所述模型，其特征在于，每個分布式換流變壓器單位長度寬頻模型結 構，采用用以描述換流變壓器繞組間的電磁耦合的等值電路，該等值電路包括8個電容元 件：2 個 Cgl(l、2 個 Cg2(l、2 個 C12(l、l 個 Csl(l、l 個 Cs2(l，4 個電阻元件：Rkl(l、Rk2(l、Rml 和 Rm2 和 4 個 電感元件：Lkl(l、Lk2(l、M12(l和M21(l ;各元件的連接關系為：兩個Cgl(l和兩個Cg2(l的一端均接地， 第一個Cgl(l的另一端與第一個C12(l、Rkl(l和Csl(l的連接點相連，第一個C g2(l的另一端與第一個 C12Q、Rk2(l和Cs2(l的連接點相連，Lkl(l、L k2(l的一端分別與Rkl(l、Rk2(l的另一端的連接點相連，LklQ、 Lk2。另一端分別與M2KI、M12(I的一端相連，M21(i、M 12(i的另一端分別與第二個C12(l兩端相連；同時 M21(I、M12Q兩端分別與Rml和Rm2兩端并聯(lián) ;M21Q、M12Q分別與RklQ、Rk2Q和L klQ、Lk2Q構成串聯(lián)支路， CslQ、Cs2(l分別與相應串聯(lián)支路并聯(lián)；換流變壓器的磁路耦合、鐵損和鐵心飽和特性通過模型 中的電阻、電容和電感表示。
【文檔編號】G01R31/00GK104459370SQ201410593526
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年10月28日 優(yōu)先權日:2014年10月28日
【發(fā)明者】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