±1100kV直流换流阀能量衰减机理及阀厅接地开关优化配置

摘要

阀厅接地开关结构复杂、体积庞大，过多的接地开关不仅影响阀厅电场分布和空气安全净距，而且占用过大的阀厅空间体积，增加阀厅建设面积。工程建设和运行经验表明，阀厅接地开关及其相关设备多依赖进口，价格昂贵。过多的接地开关对阀厅建设的环保性、经济性具有较大的影响。因此，选择合理的接地开关配置方案成为阀厅优化设计的重要组成部分。接地开关直接关系到系统运行安全，这就要求接地开关优化时，必须考虑安全问题。直流换流阀由大量电感、电容元件构成，直流闭锁后换流阀内部将残留电荷，危及人员安全，延长维修时间，不利于系统快速恢复电力供应。因此，阀厅残余能量泄放机理研究同样重要，这直接关系到阀厅残余能量泄放措施研究的开展，与接地开关优化工作紧密相关。
　　本文提出了以线性定常网络的零输入响应研究阀厅闭锁后残余能量泄放的思路，在阀厅网络结构模块化分解的基础上，利用网络函数理论求解换流阀网络零输入响应，对闭锁后阀厅残余能量主要来源及影响因素进行了初步分析。之后，搭建基于详细晶闸管换流阀模型的±1100kV直流输电系统仿真模型，对阀厅闭锁后残余能量来源、泄放通道，以及不同阀组闭锁方式、接地开关配置策略对残余能量泄放过程的影响进行了分析，提出了特高压直流换流站经济适用的阀厅接地开关配置策略。
　　本文通过理论分析、仿真计算对换流阀能量衰减机理和阀厅接地开关配置方案进行了详细的研究，研究结果表明：换流阀关键节点电压波形呈振荡衰减趋势，其振荡程度由双曲函数决定；电压幅值主要受闭锁时刻晶闸管结电容残余电荷量影响，并且随晶闸管结电容和阀臂杂散电容比值的增大而减少；电压衰减时间常数τ主要决定于晶闸管阻尼电路参数和晶闸管均压电阻值；阀厅残余磁场能可以忽略不计，而电场能主要储存在晶闸管电容元件上，其衰减过程主要受晶闸管阻尼电容和阻尼电阻的影响；接地开关配置方案对阀厅残余能量泄放时间影响明显，单12脉动阀组的两台变压器阀侧均应配置接地开关，此时换流阀闭锁后阀厅残余能量泄放时间约为16.7s，比不配置接地开关时所耗时间缩减了约81％；在双12脉动整流桥所连接的Y/Y型换流变压器和Y/D型换流变压器阀侧绕组出线任一相配置一台接地开关（即Y1D1配置方式）时，其能量泄放时间仅比配置6台接地开关时长约0.14s。综合考虑工程实际的经济适用性，建议采用Y1D1接地开关配置方式。

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1 绪 论

1.1课题的研究背景和意义

1.2国内外研究现状

1.3本文主要研究内容

2 特高压直流换流站关键设备结构及建模

2.1引言

2.2特高压直流输电系统关键设备及其建模

2.3特高压直流输电系统单极模型

2.4小结

3 特高压直流换流阀能量分布研究

3.1引言

3.2换流阀电路网络结构模块化分解

3.3基于网络函数法的换流阀能量分布研究

3.4基于仿真模型的换流阀能量分布仿真研究

3.5小结

4 换流阀能量泄放规律及接地开关配置方案优化

4.1引言

4.2换流站接地开关配置方案简化

4.3不同闭锁方式对换流阀残余能量的影响

4.4不同接地开关配置方案下换流阀能量泄放过程分析

4.5换流站阀厅接地开关配置方案优化

4.6小结

5 结 论

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文

B. 作者在攻读硕士学位期间参与的科研课题