高压直流饱和电抗器特性参数建模及仿真

饱和电抗器是高压直流(HVDC)换流阀的重要组成部分,是保护晶闸管的主要器件,其电路模型参数是换流阀优化设计的关键.饱和电抗器电路模型可以等效为空载变压器,即非线性电感及非线性等效电阻的并联.由于采用理论计算的饱和电抗器特性参数值,其电路仿真波形与试验波形总存在较大的偏差,这里利用冲击放电试验对饱和电抗器特性参数进行建模,将非线性电感等效为主磁通受控的电流源模型,利用冲击放电试验及电路状态方程求取饱和电抗器非线性等效阻抗.通过对比分析不同电压等级冲击放电试验的仿真结果与试验结果,基本验证了饱和电抗器特性参数模型的有效性.     

直流输电换流阀阻尼系统特性研究

直流换流阀阻尼系统由饱和电抗器铁心电阻和晶闸管级阻尼电阻2部分组成。该文提出了饱和电抗器动态电感和铁心电阻分析计算方法,建立了铁心电阻与磁通密度的函数关系及饱和电抗器等值电路模型。通过对高频电压源激励下端口伏安特性理论计算结果与试验测试结果对比,验证了模型的正确性。提出了阻尼系统抑制振荡电流性能分析方法,给出了晶闸管第1个电流波谷值处于局部极限值的阻尼系统配置方案;分析了阻尼系统冲击电压下辅助限制过电压性能;提出了阻尼系统损耗计算方法,研究了换流阀不同运行状态下的损耗性能。     

HVDC整流侧阀饱和电抗器铁损仿真研究

建立了用以研究直流输送电流对饱和电抗器铁心损耗影响的,包含带反向恢复特性的晶闸管模型与非线性饱和电抗器模型的12脉动高压直流输电换流阀仿真模型,其中饱和电抗器模型是由非线性电阻模型与受控电流源并联构成的。以锦屏—苏南±800 kV/4 750 A高压直流输电工程整流侧使用的A5000换流阀为例,仿真了3组不同直流线路电流条件下饱和电抗器铁心损耗,仿真结果与现场实测数据相符。饱和电抗器的铁损不仅包括换流阀开通时产生的铁损,在换流阀关断以及断态时也会产生铁损。饱和电抗器铁损随直流电流的升高而增加。     

高压直流换流阀用饱和电抗器的暂态电路仿真模型

为了定量研究高压直流(HVDC)换流阀的开通和关断电气应力,建立了饱和电抗器的暂态电路仿真模型。将饱和电抗器模型等效为1台空载变压器,其漏感和励磁电感分别对应于饱和电抗器的空心电感和铁芯电感;为了避免微分运算带来的误差,将饱和电抗器的非线性铁芯电感等效为伏秒数受控的电流源模型,这样不仅可以提高运算精度,而且可以增强求解过程的收敛稳定性;在传统波穿透理论基础上,进一步考虑了硅钢片"由内而外"的径向逐渐饱和过程,给出了饱和电抗器的涡流电阻模型,大大提高了仿真模型的准确度。通过电容器冲击放电试验验证了饱和电抗器电路仿真模型的优越性。     

特高压直流换流阀非周期触发暂态特性分析

±800 kV/4 750 A特高压直流(ultra high voltage direct current,UHVDC)换流阀通过了型式试验。饱和电抗器是换流阀中晶闸管的串联保护元件,深入研究其电气特性对于提高换流阀的可靠性有重要意义。分析了特高压换流阀在非周期触发工况下,晶闸管开通物理过程及电气应力;分析了饱和电抗器各电气参数、铁芯电感和铁芯等值电阻动态过程对开通应力的影响。研究了饱和电抗器与晶闸管协调配合工作的原则,提出了饱和电抗器电气参数设计方法。仿真结果显示,饱和电抗器在非周期开通过程中起到了很好的保护作用,浪涌电流峰值及电流变化率均在晶闸管耐受范围内。     

高压直流输电系统逆变侧阀饱和电抗器电气应力研究

为分析特高压直流输电工程中,逆变侧换流阀饱和电抗器的电气应力及损耗特性,建立了带反向恢复特性晶闸管模型和非线性饱和电抗器模型的高压直流输电逆变侧12脉动换流阀仿真模型。以锦屏—苏南±800kV/4 750 A直流输电工程使用的A5000换流阀为基础,计算了A5000换流阀工作在逆变状态时的电气应力和饱和电抗器损耗。结果表明,逆变侧换流阀承受较高的开通电压,电抗器的开通损耗远高于整流侧。但由于逆变侧换流阀承受较低的关断应力与断态应力,逆变侧的饱和电抗器损耗与整流侧总体相当。A5000换流阀可以在逆变状态下安全运行。     

换流阀内可控硅端电压特性分析和缓中电路参数优化

换流阀内可控硅端电压分布特性取决于可控硅器件性能和相应的缓冲电路参数.用一个较实际的可控硅宏模型,对换流阀内的一个可控硅模块与饱和电抗器的串联电路进行动态仿真,分析可控硅并联的缓冲电路参数对换流阀内电压分布特性的影响及换流时换流阀内电压振荡特性;给出缓冲电路参数优化的趋势.     

换流阀内可控硅端电压分布特性的研究

换流阀内可控硅端电压分布特性取决于可控硅器件性能和相应的缓冲电路参数。用一个较为实际的可控硅宏模型,对换流阀内的一个可控硅模块与饱和电抗器的串联电路进行了动态仿真,分析了可控硅并联的缓冲电路参数对换流阀内电压分布特性的影响,以及换流时换流阀内电压振荡特性,并给出了缓冲电路参数优化的趋势。     

用晶闸管宏模型分析换流阀内电压分布特性

晶闸管器件性能和缓冲电路参数会影响换流阀内电压分布特性。在晶闸管断态情况下进行换流阀电路参数选择，其结果明显具有局限性。用考虑二次效应、温度特性和反向恢复过程的晶闸管宏模型，对换流阀内的一个晶闸管模块与饱和电抗器的串联电路进行了动态仿真，分析了晶闸管器件参数分散性和缓冲电路参数对换流阀内电压分布特性的影响；同时还考虑了换流器换流时换流阀内电压振荡特性。     

换流阀内可控硅端电压特性分析和缓冲电路参数优化

换流阀内可控硅端电压分布特性取决于可控硅器件性能和相应的缓冲电路参数。用一个较实际的可控硅宏模型，对换流阀内的一个可控硅模块与饱和电抗器的串联电路进行动态仿真，分析可控硅并联的缓冲电路参数对换流阀内电压分布特性的影响及换流时换流人电压振荡特性；给出缓冲电路参数优化的趋势。     

直流输电全景巡检换流阀非周期触发试验研究

在分析直流输电换流阀基本原理和结构组成的基础上,对换流阀饱和电抗器特性进行了分析,给出了其关键参数的计算方法。研究了基于并联电容器法的非周期触发试验,对试验中的关键点和风险点进行了详细分析。建立了并联电容器法非周期触发试验的仿真模型,研究了并联电容和并联电阻对试验波形的影响,并通过实际试验证明了仿真的正确性。最后,提出了实际试验时并联电容和并联电阻的参数建议值。研究结果可为今后直流输电换流阀的非周期触发试验提供参考。     

高压直流换流阀用饱和电抗器性能研究

随着高压直流输电换流阀自主化的推进,换流阀饱和电抗器逐步实现了国产化并在工程中应用。为了进一步研究换流阀饱和电抗器的性能,文中结合某型式的±500 kV换流阀饱和电抗器,对饱和电抗器的水压耐受能力、直流损耗、饱和特性、温升水平、故障电流耐受能力及冲击电压下的阻抗特性等进行了研究,并将国产和进口饱和电抗器的各项性能进行了对比。结果显示,目前国产饱和电抗器的性能与进口电抗器并无差异,且部分性能指标优于进口电抗器,这既是国内厂家依托工程逐步提高的结果,也表明该型式的国产饱和电抗器的整体性能已达到国际先进水平,研究结果对后续特高压换流阀饱和电抗器的研制具有指导和借鉴意义。     

新一代±800 kV/8 GW特高压直流换流阀用饱和电抗器温升试验及比对分析

为研究特高压直流输电工程换流阀用饱和电抗器的温升特性,掌握内部铁芯温度分布规律,分析了现有换流阀用饱和电抗器损耗及铁芯温升计算模型,提出了基于预埋光纤温度传感器的特高压直流换流阀用饱和电抗器温升试验方法,实现了对电抗器内部全部铁芯的直接温度测量。依托新一代±800 kV/8 GW特高压直流工程,设计了高频电源等效铁芯损耗加载以及合成回路阀组件运行试验加载2种试验条件,分别测量了4种型号的换流阀饱和电抗器关键点温度,比对分析了铁芯温度分布特性。试验结果表明,2种试验加载方式下,饱和电抗器内部靠近进出水口位置铁芯温度低于其他位置的铁芯温度,各型号饱和电抗器温升特性规律基本一致;在换流阀运行条件下,各电抗器铁芯最高温度均小于90 ℃,外壳表面温度均小于75 ℃,满足工程要求。     

±1100 kV特高压直流换流站PCOV计算及影响因素分析

含换相过冲的持续运行电压峰值（peak value of the continuous operating voltage, PCOV）是决定换流站直流避雷器参考电压的一个重要参数。针对昌吉—古泉±1100 kV特高压直流工程建立了换流阀、换流变压器、平波电抗器、PLC滤波器等主设备模型,基于±1100 kV特高压换流站系统等效电路模型仿真计算了各类型直流避雷器的PCOV水平。对比公式法计算结果,PCOV水平整体上一致,最大偏差为13.4%,说明公式法计算值仍留有一定的安全裕度。基于所建立的模型进一步对PCOV计算的影响因素进行分析,结果表明,换流阀的阻尼电阻、阻尼电容、饱和电抗器铁芯电感、换流变压器漏感和平波电抗器电感对PCOV计算的影响较大。     

±800kV/4750A特高压直流换流阀宽频建模及电压分布特性研究

直流输电换流阀的电压分布性能是其重要电气特性之一。它不但影响换流阀的可靠性,甚至也影响阀的成本。而电压性能的计算不但与分析方法有关,也受电路模型精确度的影响。针对±800kV/4750A特高压换流阀建立宽频电路模型,试验和仿真结果表明所建的宽频模型是可行的,并具有较高的精确度。此外,也就电路元件参数和杂散电容对该特高压换流阀电压分布的影响进行分析,并总结其中的关键因素。结果表明对于阀的电压分布性能来说,饱和电抗器设计和阀层对地杂散电容尤为重要。     

特高压换流阀用饱和电抗器的振动研究与优化方案

随着特高压直流输电技术的不断发展,输送容量又达到了新的高度,作为晶闸管换流阀核心部件之一的饱和电抗器,起到了抑制电流变化率、高频电压冲击下分摊硅堆电压以及均衡换流阀电压分布的作用。电抗器在实际运行过程中产生的振动,会引起噪音、同时造成连接水管摩擦漏水等一系列的危害。文中分析了电抗器产生振动的原因;利用Ansys仿真软件对换流阀饱和电抗器进行电磁场及谐响应仿真分析,计算出电磁力和振动位移,提出了减振优化方案,并通过试验和仿真验证其可行性,使电抗器振动有效减小,为后续的优化设计提供了参考。     

晶闸管换流阀饱和电抗器磁饱和特性的仿真分析

应用电磁场有限元仿真工具,建立了阀饱和电抗器的静磁场模型和场-路耦合模型,计算了饱和电抗器的有效电感和电压时间面积,并对其中的铁芯磁饱和特性进行了仿真分析。     

巴西美丽山Ⅱ期直流工程用饱和电抗器铁心损耗优化与特性分析

巴西美丽山II期直流工程在工作频率、换流器拓扑、环境温度等方面与国内直流工程存在较大差异,若直接套用国内工程用饱和电抗器存在铁心损耗大、温升过高等问题。此外,饱和电抗器运行时温度较高一直是影响换流阀可靠性的潜在隐患。因此,亟需开展饱和电抗器的损耗优化研究,保证工程长期运行的可靠性。以巴西直流工程为切入点,开展了饱和电抗器铁心损耗研究,给出了一种通过调整铁心气隙减小铁心损耗的优化方法,分析了损耗降低机理,研制了饱和电抗器样机,结合仿真和试验分析手段,研究了调整电感值后饱和电抗器电气特性,验证了该方法的有效性。该优化方法不会影响饱和电抗器的外部结构和阀塔的整体结构设计,因此具有工程兼容性高、成本低的优点。同时,提供的优化思路不仅适用于巴西直流工程,也为不同直流工程用饱和电抗器的可行性分析提供理论指导,支持特高压直流工程换流阀前期设计以及技术改造。     

高压并联电抗器非线性模型的分析

建立精确的高压并联电抗器非线性模型是对超(特)交流输电系统进行各种仿真分析的基础.基于单相并联电抗器的电磁关系,充分考虑铁心非线性的影响,提出了一种适用于谐波分析、易于仿真实现的单相并联电抗器的非线性模型,它由反映其磁化特性的非线性电感与反映其铁心损耗的非线性电阻并联再与漏阻抗串联组成,并且分别引入i<,r>-u和i<...     

直流输电阀电抗器绝缘耐受试验的研究

通过对阳极饱和电抗器的绝缘耐受试验回路和试验方法进行研究,精确、可靠地对ETT（电触发晶闸管）、LTT（光触发晶闸管）换流阀用阳极饱和电抗器进行了以1次/s的速率持续8 h施加冲击电压的绝缘耐受试验。试验结果为超、特高压直流工程换流阀的设计提供了可靠的计算数据和设计依据,供工程技术人员参考。