交直流电压下柔性直流输电换流阀屏蔽系统电场分析

摘要

换流技术是柔性直流输电的核心技术，在柔性直流输电系统中，交流和直流的转换是通过换流阀来实现的。绝缘子和屏蔽罩是柔性直流输电换流阀塔的重要组成部分，分析柔性直流输电换流阀塔绝缘子内部电场和屏蔽罩表面电场对于柔性直流输电换流阀塔的设计具有重要意义。
　　针对交流情况下绝缘子内部电场以及绝缘子与屏蔽罩表面电场之间的相互影响，本论文提出了边界元-场域元直接耦合算法。该方法在已知导体表面电位的情况下，可以求出导体表面电场和电介质内部电场。使用直接耦合算法计算三维轴对称模型的电场，通过与对应的二维轴对称模型有限元计算结果对比，验证了直接耦合算法的正确性。根据电场在理想电介质和导电媒质中分布规律的类比关系，将边界元-场域元直接耦合算法从理想电介质情况推广到了导电媒质情况，使其能够应用于直流情况。
　　本论文研究了绝缘子内部与屏蔽罩表面电场之间的相互影响。针对一个阀塔的情况，建立不同层数屏蔽罩的模型，使用直接耦合法对绝缘子内部电场进行计算，计算结果表明在对阀塔进行建模时，靠近绝缘子的屏蔽罩对绝缘子内部电场分布影响较大，而远离绝缘子的屏蔽罩对绝缘子内部电场的影响较小。分别建立无绝缘子和有绝缘子情况下的换流阀屏蔽系统模型，使用直接耦合算法对屏蔽罩表面电场进行计算，分析得出在仿真计算时忽略绝缘子建模会对屏蔽罩表面电场计算结果有一定影响。
　　根据实际工程中换流系统的电压施加方式以及换流阀塔之间的连接方式，分别建立了典型位置处换流阀塔的模型，使用直接耦合算法对交直流混合情况下屏蔽罩表面电场和绝缘子内部电场进行计算，与交流和直流电压单独作用下的情况对比，得出交直流混合电压对绝缘子内部电场分布有较大的影响，对屏蔽罩表面电场的影响较小。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 电磁场数值计算研究现状

1．2．2 柔性直流输电阀塔支柱绝缘子研究现状

1．3 本论文的主要研究内容

第2章 边界元-场域元直接耦合算法

2．1 积分方程场域元法

2．1．1 电介质内电位的计算方法

2．1．2 电介质内电场的计算方法

2．2 间接边界元法

2．3 边界元-场域元直接耦合法

2．3．1 耦合积分方程组

2．3．2 近似函数插值公式

2．3．3 耦合积分方程的伽辽金离散化

2．4 边界元-场域元直接耦合算法的验证

2．4．1 三维轴对称模型建模及计算

2．4．2 二维轴对称模型建模及计算

2．4．3 计算结果对比及分析

2．5 直接耦合算法在导电媒质中的类比扩展

2．6 本章小结

第3章 交流和直流电压下换流阀屏蔽系统的电场分布

3．1 屏蔽罩对绝缘子内部电场影响的分析

3．1．1 无屏蔽罩情况下绝缘子内部电场

3．1．2 单层屏蔽罩情况下绝缘子内部电场

3．1．3 双层屏蔽罩情况下绝缘子内部电场

3．1．4 计算结果对比分析

3．2 交流情况下绝缘子对阀塔模型表面电场影响分析

3．2．1 不考虑绝缘子的阀塔模型表面电场分析

3．2．2 只考虑金具的阀塔模型表面电场分析

3．2．3 考虑绝缘子的阀塔模型表面电场分析

3．2．4 计算结果对比分析

3．3 直流情况下绝缘子对阀塔模型表面电场影响分析

3．4 本章小结

第4章 交直流混合电压下换流阀屏蔽系统的电场分布

4．1 交直流混合电压下阀塔模型表面电场分布

4．2 交直流混合电压下绝缘子内部电场分布

4．3 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研工作

致谢