应用快速多极子曲面边界元法的换流阀塔电场计算

直流换流阀塔电场的精确快速计算对于阀塔设计具有重要指导意义,但是阀塔结构复杂,规模巨大,多种介质混合存在,数值求解存在较大困难。针对该问题,提出多介质多极子曲面边界元法。以静电场多介质边界积分方程为基础,解决多介质共存问题。提出多介质情况下多极子的展开形式,利用改进的多极子方法加速基于坐标变换的曲面边界元,提高计算精度,降低计算代价。通过带有均压环的绝缘子模型,与不同方法比较验证算法的计算准确度和效率。使用实际换流阀塔模型研究绝缘子对金具表面电场的影响以及绝缘子内部电位和电场的分布情况。最后应用该算法分析±160kV换流阀单桥臂的电场。本文方法适合于分析多介质共存的大规模电场问题,是直流换流阀塔优化设计的有效工具。     

典型特高压换流阀塔屏蔽装置电场仿真及对比分析

为研究实际阀厅布置中特高压换流阀塔屏蔽装置的电场分布规律,分析了某±800 k V直流输电工程不同阀厅中所用3种典型换流阀塔的结构特点,利用ANSYS仿真软件建立了各种阀塔的电场计算有限元等效模型,同时为考虑实际运行时阀厅内各设备间的相互影响,建立了3种换流阀塔各自所在阀厅的整体模型作为求解区域,计算了额定工况下阀厅内6组换流阀塔1个周期内的电位、电场分布,并对比了3种典型阀塔屏蔽装置的电场分布特点。研究结果表明3种换流阀塔的屏蔽装置在额定工况下表面电场强度最大值分别为1 599、1 007、1 515V/mm,均满足小于2 000 V/mm的控制场强要求;阀层弯边式分体屏蔽装置电场分布的均匀性优于阀层整体屏蔽型与单片式分体屏蔽型。     

实际运行电压下特高压换流变压器阀侧套管电场分布研究

阀侧套管是特高压换流变压器的重要组成部分。分析了换流变压器阀侧套管的典型结构及其在阀厅内的布置方式,以及高端阀厅Y接换流变压器(HY换流变)阀侧套管的实际运行电压波形,运用ANSYS有限元仿真计算软件,建立了换流变压器阀侧套管的电场仿真模型,计算了实际运行电压、等效直流电压、等效交流电压下套管的电场分布特性,对比分析了3种工况下换流变压器阀侧套管电场分布的差异性与相似性,提出了实际运行电压下换流变压器阀侧套管电场分布规律与绝缘结构设计思路。研究结果可为换流变压器阀侧套管的设计及运维提供技术参考。     

模块化多电平换流阀系统天线模型及其辐射电磁骚扰特性分析

为准确预测柔性直流换流系统正常工作时产生的辐射电磁骚扰,采用矩量法与天线理论相结合的电磁场方法搭建了模块化多电平换流阀系统的天线模型,并计算了换流阀系统正常工作时产生的辐射电磁骚扰;通过测量实验和计算结果的对比证明了所提出的模块化多电平换流阀系统电磁辐射计算方法和计算模型的有效性。最后,采用柔性换流阀系统的天线模型计算并分析了换流系统正常运行时的辐射电磁骚扰特性,得到了阀厅巡视走廊的电场分布特性,换流阀厅内外的近场分布规律、远场传播特性等,求得了柔性换流阀系统无任何屏蔽措施时的安全巡视距离。该计算方法和结果对准确预测柔性直流换流系统电磁骚扰水平有指导作用。     

针对换流阀屏蔽系统表面电场的多极子边界元算法研究

换流阀屏蔽系统尺寸大,几何形状不规则,电磁场数值分析建模难度大,常规算法耗费计算资源大,效率低。为解决这一问题,利用多极子方法加速间接边界元法,使用不同的加权余量方法,分别形成了配点多极子边界元和伽辽金多极子边界元方法。为进一步提高计算效率,提出一种基于直接积分计算得到的系数矩阵的预处理方法。通过与有限元对比发现:两种多极子方法的计算精度满足工程计算要求,伽辽金多极子边界元计算精度更高。通过与传统边界元对比验证了算法在计算消耗方面的高效性;并分析了树结构分层数对计算精度、时间和存储量的影响。对±160 k V换流阀屏蔽系统电场进行了初步分析。该文的多极子边界元法的计算速度快、资源占用少,为分析大规模问题提供参考。     

柔性直流背靠背换流站阀厅电气设备布置设计

柔性直流背靠背换流站换流站的阀厅电气设备布置是换流站布置设计的核心内容。阀厅布置尺寸主要由换流阀布置尺寸、换流阀交流侧进线、直流侧设备布置接线、空气净距、施工吊装空间、检修维护通道等因素决定。阀厅内换流阀塔的布置有同相上下桥臂相邻布置(AABBCC排列)和同极桥臂三相相邻布置(ABCABC排列)两种方式,换流阀塔的布置方式将直接影响阀厅内其他区域各电气设备的布置尺寸。工程设计时可根据空气净距取值,通过技术分析比较来优化阀厅布置设计。     

HVDC换流阀屏蔽系统表面电场边界元与场域元耦合计算

绝缘子是直流输电换流阀塔的重要组成部分,针对绝缘子的分析对于换流阀塔的设计具有重要意义。文中考虑支柱绝缘子的换流阀屏蔽系统的表面电场分布,提出了基于积分方程的场域元与边界元耦合的计算方法。将场域元法与边界元法耦合,共同模拟考虑支柱绝缘子的换流阀屏蔽系统。通过与二维有限元算法的对比,验证了算法的正确性。建立不同情况下的换流阀屏蔽系统模型,采用耦合算法对其进行分析,得出了考虑绝缘子前后屏蔽系统的电场分布以及绝缘子内部的电场分布,提高了计算精度,拓展了传统边界元算法的应用范围。     

±500 kV柔性直流换流阀外绝缘最小安全距离及海拔校正试验研究

张北±500 kV柔性直流示范工程首次构建了四端柔性直流电网,±500 kV是世界上现有的柔性直流输电的最高电压等级,±500 kV柔性直流换流阀是柔性直流输电的核心设备,由于张北地处高海拔区域,确定柔直换流阀外绝缘在高海拔地区所需要的室内最小空气间隙距离,对本工程和未来换流阀阀厅建设及阀厅内电力装置的布置方式有重要意义。在中国北京某特高压直流试验基地对±500 kV柔性直流换流阀外绝缘进行了操作冲击放电试验,得到其操作冲击放电特性曲线。通过比较不同的海拔校正方法,探讨和提取适用于±500 kV柔性直流换流阀外绝缘的海拔校正因数。最后依据试验得到的±500 kV换流阀外绝缘操作冲击放电特性曲线计算其在张北2 100 m海拔高度下所需要的最小空气间隙距离。     

基于有限元的模块化多电平换流器绝缘结构分析

模块化多电平柔性直流输电换流阀中分别采用了固体绝缘和空气绝缘结构,其中空气绝缘结构是比较薄弱的一个环节,实际运行或者试验中容易发生局部放电等绝缘故障.采用三维有限元电场计算方法,通过电场分布来分析模块化多电平柔性直流输电换流阀中空气绝缘结构.在换流阀空气绝缘结构分析中,分别对换流阀层间空气间隙中、换流阀外表面空气介质中以及阀厅中阀塔之间空气间隙中的电场进行计算.通过空气间隙中电场强度和电场分布情况来分析空气绝缘介质的绝缘强度,并指导换流阀绝缘结构的设计.     

±500kV直流输电系统换流站阀厅内金具表面电场数值求解

对于阀厅全模型数值模拟,电位加载方式不同时,阀厅内部金具上的电场分布是不同的,因此有必要对典型相序时的电位、电场分布进行仿真分析;而目前,国内关于阀厅全场域数值求解的参考文献较少.为此,讨论了交流、直流加载方式下的区别以及静电场瞬时加载法在阀厅数值模拟中的应用.根据辽宁某±500 kv换流站阀厅换流变压器设备参数,通过...     

宝鸡换流站阀厅电气连接及金具设计特点

直流换流站阀厅设备布置、电气连接以及金具设计是保证阀厅电气安全净距,控制电晕及场强,实现换流站安全可靠运行的重要环节。分析了完全采用国产化设备的±500 kV宝鸡换流站阀厅电气设备选型、布置及一次连接的设计特点。在此基础上,根据阀厅内电气连接的特殊要求,详细介绍阀厅内金具的设计方案及特点,并对阀厅电气设计和建设管理经验进行了总结。     

换流阀的通断对阀塔避雷器均压环表面电场的影响

为分析换流阀的通断对阀塔避雷器均压环的影响,采用静电场有限元数值方法,在阀厅整体模型中,对阀塔避雷器均压环表面的电场分布情况进行分析。首先基于12脉动整流电路的原理,分析了换流阀各阀组件在计算时的加载方式,然后结合仿真得到阀厅设备在额定功率和轻载运行时的电位波形。采用静电场瞬时加载法求解,得到各种运行工况下阀塔避雷器均压环场强分布云图和最大值分布规律。通过分析阀塔避雷器均压表面的最大场强与换流阀的导通截止状态发现,在当前设计方案及配置条件下,截止状态下的阀塔避雷器均压环最大场强较导通状态下偏高。这表明换流阀在截止时对周围均压环电场产生的影响较开通时影响更大,这为后续阀厅金具设计优化提供更切合实际、更为准确的计算思路,具有重要的指导意义。     

特高压阀厅金具表面电场计算及起晕校核

为了对阀厅内部金具的起晕情况进行校核,以某±800 kV特高压换流站阀厅为研究对象,采用第三方软件完成实体精细建模,输入到有限元仿真软件ANSYS进行前处理,结合PSCAD软件仿真得到的电位波形,采用瞬时电位加载法,对阀厅3D模型在一周期内各工况下的电场分布情况进行了有限元计算。采用子模型法,实现了局部电场的精确求解。根据电场计算结果,结合相关经验公式以及试验结果,对管形和球形金具的起晕情况进行了校核,在校核过程中,对形状不规则的金具进行了相应的等效模拟。校核结果表明所选阀厅金具在电晕控制方面具有一定裕度,满足阀厅金具设备安全运行要求。研究结果为特高压阀厅金具的设计提供了重要的借鉴。     

特高压换流变现场局部放电试验的电场计算及起晕校核

为研究特高压换流变压器现场局部放电试验的电晕控制策略,根据哈密南站换流变压器试验布置方式,建立3D模型,选取试验时最高电位进行加载,利用有限元法计算得到不同试验方式下各设备的电场分布云图及最大场强值。并根据经验公式以及阀厅金具球起晕场强试验数据进行了起晕场强校核。计算结果表明,在当前试验方案下,采用的试验设备尺寸均有较大的裕度,满足局部放电试验的电晕控制要求。     

柔性直流换流阀监视系统关键技术及工程化应用

随着对柔性直流输电工程换流阀及阀控设备可靠性要求的提升,为了更加全面、直观、及时地监视换流阀及阀控设备运行状态,提高换流阀运行安全性,柔性直流换流阀监视系统的作用愈加重要。结合实际工程项目需求,兼顾现场分系统调试、换流阀检修、正常运行维护等不同使用场景,研发了双网双冗余架构的柔性直流换流阀监视系统。采用页面自动布局和参数自动匹配技术并且加以优化,采用“内存＋文件”相结合的数据缓存机制有效解决海量数据量的处理。该系统具备海量数据高速处理、遥信遥测报文显示存储、高频采样故障录波及波形处理功能,能够以微秒级精度实时记录事件,同时具备远程控制、换流阀及阀控设备状态和关键参数的修改功能。该系统已成功应用于张北可再生能源柔性直流电网试验示范工程,其性能完全满足该工程柔性直流换流阀和阀控设备状态在线监视以及系统调试等需求。     

柔性直流换流站阀厅设备温度监测

换流阀是直流输电系统的核心设备,阀厅设备温度监测对于保证换流阀的安全正常运行具有重要意义。以±200 kV舟山多端柔性直流输电工程为背景,阐述换流站阀厅的结构及阀厅设备特点,提出3种阀厅设备测温方案（红外测温、光纤测温、无线测温）,通过技术安全比较,得出红外测温方案不影响阀体结构,且能满足监测要求,该文推荐柔性直流阀厅设备测温采用红外测温方式。     

海上风电柔性直流送出换流站MMC换流阀损耗研究

海上风电柔性直流送出是目前柔性直流输电领域的研究热点,损耗是柔性直流换流站的一个重要技术指标,关系着柔性直流系统的输电效率和换流阀的设计。针对输电容量为1000 MW的海上风电柔性直流送出换流站MMC换流阀损耗特性,研究了换流阀损耗的计算方法和关键计算参数的获取方法,计算得到了换流阀损耗的组成和±320 kV/1000 MW海上风电柔性直流送出工程送/受端换流站换流阀的损耗率。同时,研究了联接变压器阀侧三次谐波注入、换流器调制比和直流极线电压对换流阀损耗率的影响,结果表明:在联接变压器阀侧注入三次谐波和增大换流器调制比可减小换流阀损耗率;在相同输送容量的前提下,增大直流极线电压可减小换流阀损耗率。     

一种柔性直流输电阀控测试系统设计与实现

设计了一种模块化多电平柔性直流输电阀控测试系统,包括极控模拟装置、换流站主电路信号发生装置、换流阀子模块模拟装置和监控后台等。该测试系统可以在不使用极控系统和换流阀本体的条件下,完成对模块化多电平柔性直流输电阀控系统的基本功能测试,包括子模块电容电压的读取和状态监视、均压控制、阀控对子模块故障处理逻辑、阀控自身故障处理逻辑、系统电压电流的采集等。仅需调整子模块模拟装置的接口数量,即可满足不同容量和电压等级的柔性直流输电阀控系统测试需要。对MVCE 300型柔性直流输电阀控系统进行了实际测试,测试结果表明,该测试系统可以满足柔性直流输电阀控设备厂内调试的需要。     

±800kV特高压直流受端分层接入方式下低端阀厅金具结构设计

特高压直流输电系统受端采用分层接入方式是我国未来电网亟待研究的课题,该方式下换流站阀厅内部金具表面电场计算及结构优化对换流站的整体设计具有重要的指导意义。为此建立±800k V特高压直流输电系统分层接入方式下的仿真模型,得出受端低端阀厅典型金具的电位分布;校核计算传统±800k V阀厅金具在分层接入电压激励下的表面电场分布,并以此为基础,提出一种适用于分层接入方式的±800k V阀厅金具设计方案,即电场分布较严酷的D侧B相避雷器均压环内侧倒角半径根据其最大场强值随倒角半径变化曲线增大至合适的数值,400k V出线均压环管径增大至90mm,其他部分保持不变。计算结果可为采用分层接入方式的特高压直流工程设计和建设提供数据支撑。