高压直流换流阀模块宽频特性测量与建模方法研究

摘要

高压直流输电技术在远距离、大容量输电及跨区域联网工程方法发挥了重要作用。目前，除已投入的±800kV特高压直流输电外，我国已经开始规划±1100kV特高压直流输电线路。随着高压直流输电技术的不断发展，直流输电将成为我国电网的重要组成部分。高压直流输电运行时，三相桥式可控硅换流阀在运行时要承受来自交直流系统的过电压，直流输电系统过电压水平不仅影响换流阀、换流变压器、平波电抗器等电力设备的合理设计，还关系到电力系统能否安全可靠运行。此外，在换流站中，由于晶闸管周期性的导通和关断，其产生的高幅值、快速变化的电压和电流将通过传导及电磁辐射的方式形成电磁干扰电磁骚扰可能会对换流站内的二次设备以及换流站附近的无线电台站产生电磁影响。因此，有必要利用相应方法获得换流阀系统的宽频电路模型，根据宽频电路模型进行具体分析，从而提出相关的有效的防护措施。
　　本文针对1100kV换流阀模块，对模块内关键设备宽频特性的测量方法和建模方法进行了深入研究与分析，开展的主要工作包括:
　　(1)研究了基于阻抗分析仪的扫频测量方法，获得了利用该方法测量时测量引线对测量结果的影响规律，并在此基础上，将该方法应用于1100kV换流阀模块内关键设备的宽频阻抗特性模块。
　　(2)提出了一种基于高压脉冲延迟陡化技术的宽频特性测量方法，并通过理论分析、仿真计算及实际测量验证了该测量方法的正确性。该方法为电力系统高压大尺度的设备宽频特性测量奠定了理论基础和实践依据。
　　(3)基于目前元件宽频建模的研究现状，提出了一种基于元件物理机制的宽频建模方法，根据元件的物理机制建立元件宽频模型，并通过遗传算法对宽频模型内各参数进行迭代求解，确保最终获得的宽频模型的阻抗频率特性与实际测量得到的结果基本一致。通过该方法获得的元件宽频模型物理意义明确，并能反映元件在较宽频率范围内的阻抗特性。
　　(4)开展了1100kV换流阀模块的瞬态电压实验，测量获得了阀模块内关键节点的电压分布，并与仿真结果进行了对比分析，验证了本文换流阀模块宽频模型的正确性和有效性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景及研究意义

1．2 课题的研究现状

1．3 论文主要研究内容

第2章 元件宽频特性测量方法

2．1 基于阻抗分析仪的扫频测量方法

2．1．1 电阻元件测量

2．1．2 电容元件测量

2．1．3 电感元件测量

2．2 基于高压脉冲延迟陡化技术的时域测量方法

2．2．1 测量原理

2．2．2 仿真分析

2．2．3 实验验证

2．3 换流阀模块内关键设备宽频特性测量

2．3．1 电阻元件测量

2．3．2 电容元件测量

2．3．3 电感元件测量

2．4 小结

第3章 基于元件物理机制的宽频建模方法

3．1 元件宽频模型

3．2 模型参数优化

3．2．1 初始群体

3．2．2 目标函数

3．3 换流阀模块元件宽频建模

3．3．1 晶闸管

3．3．2 阻容回路

3．3．3 均压电阻

3．3．4 饱和电抗器

3．4 小结

第4章 换流阀模块内过电压分布分析

4．1 换流阀模块瞬态电压实验

4．2 阀模块过电压分布分析

4．2．1 换流阀模块宽频模型有效性验证

4．2．2 换流阀模块内过电压分析

4．3 小结

第5章 结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研经历

致谢