一种高压直流回路谐波阻抗解析等效模型及频率分析方法技术

本发明专利技术实施例公开了一种高压直流回路谐波阻抗解析等效模型及频率分析方法，用于解决经典的换流器模型中谐波电流的通路限定在换流变压器和阀桥之间，忽略了换流变压器套管等对地杂散电容，利用该模型基于直流侧谐波电流理论设计结果与实测结果相差较大的问题。本发明专利技术实施例提供的高压直流回路谐波阻抗解析等效模型包括：换流器，所述换流器采用三脉动换流器模型，包括漏电流通路、换流桥，考虑了漏电流通路和换流桥上换相电感的影响以反映3n次谐波性质,模型更为准确。此外，本发明专利技术实施例还考虑了交流系统和交流滤波器的因素对高压直流回路谐振特性的影响，使得高压直流回路谐振特性分析过程更加准确严密，结果更加可靠。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及等效模型仿真领域，尤其涉及一种高压直流回路谐波阻抗解析等效模型及频率分析方法。
技术介绍
高压直流输电在我国“西电东送、南北互供、全国联网”战略中发挥了重要作用。在直流输电系统中，直流侧的直流滤波器与直流线路并联后与平波电抗器串联，在换流阀导通状态下又与交流侧的换流变压器、交流滤波器、交流系统串联。在主回路中存在多个由各个设备参数、接线方式所决定的固有谐振频率，可能会导致直流回路在基波频率和二次谐波频率附近发生谐振，呈现低阻抗特性。换流变压器在空载充电时，会产生幅值相当大的励磁涌流，并导致正在运行的换流变压器产生和应涌流，在直流侧产生基波和二次谐波电压，在低阻抗特性下直流侧会流过较大的基波和二次谐波电流，可能会引起保护误动作并对直流设备造成损害。因此研究高压直流回路的谐波阻抗特性具有重要的理论意义与实际价值。由于直流输电系统换流器元件的非线性特点，使得直流回路的谐振特性不能用常规的频率扫描的方法进行计算。经典的换流器模型为一个内电感模型，该模型中谐波电流的通路限定在换流变压器和阀桥之间，忽略了换流变压器套管等对地杂散电容，利用该模型基于直流侧谐波电流理论设计结果与实测结果相差较大的现象。同时，直流谐振研究中较少考虑交流系统和交流滤波器对直流回路谐振特性的影响，使得换流器模型在谐振分析应用中准确度不足。因此，经典的换流器模型中谐波电流的通路限定在换流变压器和阀桥之间，忽略了换流变压器套管等对地杂散电容，利用该模型基于直流侧谐波电流理论设计结果与实测结果相差较大是本领域技术人员需要解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种高压直流回路谐波阻抗解析等效模型及频率分析方法，用于解决经典的换流器模型中谐波电流的通路限定在换流变压器和阀桥之间，忽略了换流变压器套管等对地杂散电容，利用该模型基于直流侧谐波电流理论设计结果与实测结果相差较大的问题。本专利技术实施例提供一种高压直流回路谐波阻抗解析等效模型，包括：换流器；所述换流器具体采用三脉动换流器模型；所述三脉动换流器模型包括漏电流通路、换流桥；所述三脉动换流器模型的换流桥上的换相电感计算公式如下：其中：LC是换流变压器的漏电感，L3P是考虑换相过程后的换流器换相电感，μ是对应最严重工况下的重叠角。优选地，所述对应最严重工况下的重叠角的计算公式如下：式中，β为逆变器的触发越前角，Id为直流电流；Xr为换相电抗；Uv为换流变压器交流侧的电压折算到阀侧的电压。优选地，还包括交流系统，所述交流系统具体为一个感抗LAC，接入所述换流桥；所述感抗LAC两端的电压为ULAC，所述感抗LAC的电流为ILAC，n为直流侧每站6脉动换流器数量，换流变压器交流侧电流为:I＝ILAC/n，交流系统阻抗折算到换流变压器直流侧为：LV＝[1.5μ+(60-μ)×2]/60LDC其中：r为换流变压器的变比，LDC为交流系统折算到换流变压器直流侧阻抗，LV为考虑换相过程后交流系统折算到换流变压器直流侧阻抗的计算值。优选地，还包括交流滤波器，所述交流滤波器具体为RLC串并联回路，并联接入所述换流桥；所述RLC串并联回路的电感和电阻可采用与所述交流系统解析等效计算相同的方法进行折算；所述RLC串并联回路的电容，可采用下述公式进行折算：其中：CACF为交流滤波器的电容值，CDC为交流滤波器电容等效到直流侧的计算值。优选地，还包括平波电抗器、直流滤波器，接入所述三脉动换流器模型的直流端；所述平波电抗器、所述直流滤波器直接引用原模型参数，并且不改变其串并联结构。优选地，还包括直流线路与接地极引线，连接所述三脉动换流器模型的直流端；所述直流线路、所述接地极引线采用频域模型。本专利技术实施例提供一种高压直流回路谐波阻抗频率特性分析方法，基于如上述的一种高压直流回路谐波阻抗解析等效模型进行测试，包括：通过带有漏电流通路的三脉动换流器模型等效解析换流器并计算换流器的换流桥上的换相电感；通过随频率变化的感抗LAC等效解析交流系统、通过RLC串并联回路等效解析交流滤波器，并将感抗LAC和RLC串并联回路接入上述三脉动换流器模型，得到包含换流阀、交流系统和交流滤波器的三脉动换流器解析等效模型；将所述三脉动换流器解析等效模型接入高压直流回路谐波阻抗解析等效模型。优选地，本方法还包括：在所得的高压直流回路谐波阻抗解析等效模型平波电抗器阀侧插入测试电压源，测量记录所述测试电压源两端电压信号及流过电压源的电流信号；对所得的电压、电流信号进行傅里叶分析，得到电压、电流幅频特性，将所述电压、电流幅频特性相除得到高压直流回路谐波阻抗频率特性。本专利技术实施例提供一种高压直流回路谐波阻抗频率特性分析装置，基于如上述的一种高压直流回路谐波阻抗频率特性分析方法进行分析，包括：换流器等效解析模块，用于通过带有漏电流通路的三脉动换流器模型等效解析换流器并计算换流器的换流桥上的换相电感；交流系统及交流滤波器等效解析模块，用于通过随频率变化的感抗LAC等效解析交流系统、通过RLC串并联回路等效解析交流滤波器，并将感抗LAC和RLC串并联回路接入上述三脉动换流器模型，得到包含换流阀、交流系统和交流滤波器的三脉动换流器解析等效模型；接入模块，用于将所述三脉动换流器解析等效模型接入高压直流回路谐波阻抗解析等效模型。优选地，还包括：插入测试模块，用于在模型构建模块所得的高压直流回路谐波阻抗解析等效模型平波电抗器阀侧插入测试电压源，测量记录所述测试电压源两端电压信号及流过电压源的电流信号；计算模块，用于对所得的电压、电流信号进行傅里叶分析，得到电压、电流幅频特性，将所述电压、电流幅频特性相除得到高压直流回路谐波阻抗频率特性。从以上技术方案可以看出，本专利技术实施例具有以下优点：本专利技术实施例提供的高压直流回路谐波阻抗解析等效模型包括：换流器，所述换流器采用三脉动换流器模型，包括漏电流通路、换流桥，考虑了漏电流通路和换流桥上换相电感的影响以反映3n次谐波性质,模型更为准确，解决了经典的换流器模型中谐波电流的通路限定在换流变压器和阀桥之间，忽略了换流变压器套管等对地杂散电容，利用该模型基于直流侧谐波电流理论设计结果与实测结果相差较大的问题。此外，本专利技术实施例考虑了交流系统和交流滤波器的因素对高压直流回路谐振特性的影响，使得高压直流回路谐振特性分析过程更加准确严密，结果更加可靠。本专利技术实施例在阻频特性分析中采集电压和电流信号进行傅里叶分析，方法简单、便捷，效率更高。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种高压直流回路谐波阻抗解析等效模型的示意图；图2为本专利技术实施例提供的一种高压直流回路谐波阻抗频率特性分析方法的一个实施例的示意图；图3为本专利技术实施例提供的一种高压直流回路谐波阻抗解析等效模型的一个实施例的示意图；图4为本专利技术实施例提供的一种高压直流回路谐波阻抗解析等效模型的另一个实施例中的三脉动换流器模型的示意图；图5为本专利技术实施例提供的一种高压直流回路谐波阻抗解析等效模型的另一个实施例中的包含本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高压直流回路谐波阻抗解析等效模型，其特征在于，包括：换流器；所述换流器具体采用三脉动换流器模型；所述三脉动换流器模型包括漏电流通路、换流桥；所述三脉动换流器模型的换流桥上的换相电感计算公式如下：L3p=12[1.5μ60+2(1-μ60)]Lc]]>其中：LC是换流变压器的漏电感，L3P是考虑换相过程后的换流器换相电感，μ是对应最严重工况下的重叠角。

【技术特征摘要】
1.一种高压直流回路谐波阻抗解析等效模型，其特征在于，包括：换流器；所述换流器具体采用三脉动换流器模型；所述三脉动换流器模型包括漏电流通路、换流桥；所述三脉动换流器模型的换流桥上的换相电感计算公式如下：L3p=12[1.5μ60+2(1-μ60)]Lc]]>其中：LC是换流变压器的漏电感，L3P是考虑换相过程后的换流器换相电感，μ是对应最严重工况下的重叠角。2.根据权利要求1所述的一种高压直流回路谐波阻抗解析等效模型，其特征在于，所述对应最严重工况下的重叠角的计算公式如下：μ=β-cos-1(2IdXrUv+cosβ)]]>式中，β为逆变器的触发越前角，Id为直流电流；Xr为换相电抗；Uv为换流变压器交流侧的电压折算到阀侧的电压。3.根据权利要求1所述的一种高压直流回路谐波阻抗解析等效模型，其特征在于，还包括交流系统，所述交流系统具体为一个感抗LAC，接入所述换流桥；所述感抗LAC两端的电压为ULAC，所述感抗LAC的电流为ILAC，n为直流侧每站6脉动换流器数量，换流变压器交流侧电流为:I＝ILAC/n，交流系统阻抗折算到换流变压器直流侧为：LDC=UDCIDC=ULAC/rILACr/n=LACnr2]]>LV＝[1.5μ+(60-μ)×2]/60LDC其中：r为换流变压器的变比，LDC为交流系统折算到换流变压器直流侧阻抗，LV为考虑换相过程后交流系统折算到换流变压器直流侧阻抗的计算值。4.根据权利要求1所述的一种高压直流回路谐波阻抗解析等效模型，其特征在于，还包括交流滤波器，所述交流滤波器具体为RLC串并联回路，并联接入所述换流桥；所述RLC串并联回路的电感和电阻可采用与所述交流系统解析等效计算相同的方法进行折算；所述RLC串并联回路的电容，可采用下述公式进行折算：CDC=CACFr2(1.5μ+(60-μ)×2)n/60]]>其中：CACF为交流滤波器的电容值，CDC为交流滤波器电容等效到直流侧的计算值。5.根据权利要求1所述的一种高压直流回路谐波阻抗解析等效模型，其特征在于，还包括平波电抗器、直流滤波器，接入所述三脉动换流器模型的直流端；所述平波电抗器、所述直流滤波器直接引用原模型参数，并且不改变其串并联结构。6.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘正富，杨汾艳，盛超，石林，陈锐，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44