用于高压直流输电系统的绝缘设计的设备和方法

摘要

提供一种用于绝缘设计的设备。所述用于绝缘设计的设备，其执行高压直流(HVDC)输电系统的绝缘设计，所述设备包括：第一绝缘建模单元，其基于HVDC输电系统的过电压和额定电压对HVDC输电系统建模以产生HVDC输电系统的绝缘基本模型；绝缘水平计算单元，其执行绝缘基本模型的绝缘计算，以确定适合于执行HVDC输电系统的绝缘基本模型的功能的绝缘配合耐受电压；第二绝缘建模单元，其基于绝缘配合耐受电压修正HVDC输电系统的绝缘基本模型以产生HVDC输电系统的绝缘模型；以及额定绝缘水平计算单元，其计算满足HVDC输电系统的绝缘模型的基准耐受电压的额定绝缘水平。

说明书

技术领域

本公开涉及一种高压直流(HVDC)输电系统。特别是，本公开涉及一种用于高压直流输电系统的绝缘设计的方法。

背景技术

高压直流输电系统可经由高压直流(DC)把电力传输到远方。

一般地，高压直流输电系统可通过使用架空线或海底电缆传输电力。

高压直流输电系统由于诸如投资成本较少、线缆长度无限制以及输电损耗较少的优势，而被广泛地应用。

由于高压直流输电系统经由高压直流传输电力，所以绝缘设计的重要性非常高。在根据现有技术的绝缘设计的方法中，环境因素和污染程度会乘以固定值。根据上述方法，每当系统改变都必须再次执行计算，且高压直流输电系统的设计值不会在绝缘设计中反映出来。特别是，当应用于实际系统时，存在为每个部分和电压波动重新设计绝缘的麻烦过程。

发明内容

实施例提供一种绝缘设计的设备和方法，其为绝缘设计提供便利并且消除设计中的不便。

在一个实施例中，一种用于绝缘设计的设备，其执行高压直流(HVDC)输电系统的绝缘设计，所述设备包括：第一绝缘建模单元，其基于HVDC输电系统的过电压和额定电压对HVDC输电系统建模，以产生HVDC输电系统的绝缘基本模型；绝缘水平计算单元，其执行绝缘基本模型的绝缘计算以确定适合于执行HVDC输电系统的绝缘基本模型的功能的绝缘配合耐受电压(insulationcooperationwithstandingvoltage)；第二绝缘建模单元，其基于绝缘配合耐受电压来修正HVDC输电系统的绝缘基本模型，从而产生HVDC输电系统的绝缘模型；以及额定绝缘水平计算单元，其计算满足HVDC输电系统的绝缘模型的基准耐受电压的额定绝缘水平。

在下面的描述和附图中列出了一个或多个实施例的细节。其他特征通过描述和附图以及通过权利要求将是显而易见的。

附图说明

图1为根据实施例的高压直流(HVDC)输电系统的视图。

图2为根据实施例的单极型HVDC输电系统的视图。

图3为根据实施例的双极型HVDC输电系统的视图。

图4为示出根据实施例的变压器与三相阀桥之间的连接的视图。

图5为示出根据实施例的用于HVDC输电系统的绝缘设计的设备的框图。

图6为示出根据实施例的HVDC输电系统的绝缘设计设备的运行方法的流程图。

具体实施方式

现在将对本公开中的实施例进行详细论述，本公开的示例被示出在附图中。

将参照附图详细描述根据实施例的用于电动车辆的电动装置。然而，本发明可以以多种不同形式体现，并且不应被解释为限于这里所列出的实施例；而是，包括在其他逆向发明或者落入本公开的精神和范围内的替代实施例，可以通过添加、更改和改变而容易地得到，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的构思。

以下，将参照附图对本公开的实施例做更为详细的描述。此外，为了描述方便而使用了诸如“部”、“模块”和“单元”的术语，并且他们本身并不具有不同的含义或功能。

图1为根据实施例的高压直流(HVDC)输电系统的视图。

参照图1，根据实施例的HVDC输电系统100包括发电部101、传输侧交流电(AC)部110、传输侧变换部103、直流(DC)电传输部140、用户侧直流变换部105、用户侧交流电部170、用户部180以及控制部190。传输侧直流变换部103包括传输侧变压器部120和传输侧交流-直流转换器部130。用户侧直流变换部105包括用户侧直流-交流转换器部150以及用户侧变压器部160。

发电部101产生三相交流电力。发电部101可以包括多个发电厂。

传输侧交流电部110将发电部101产生的三相交流电力传输到直流变电站，直流变电站包括传输侧变压器部120和传输侧交流-直流转换器部130。

传输侧变压器部120将传输侧交流电部110与传输侧交流-直流转换器部130和直流电传输部140隔开。

传输侧交流-直流转换器部130将对应于传输侧变压器部120的输出的三相交流电转换为直流电。

直流电传输部140将传输侧直流电传送到用户侧。

用户侧直流-交流转换器部150将由直流电传输部140传输来的直流电转换为三相交流电。

用户侧变压器部160将用户侧交流电部170与用户侧直流-交流转换器部150和直流电传输部140隔开。

用户侧交流电部170将对应于用户侧变压器部160的输出的三相交流电提供给用户部180。

控制部190控制发电部101、传输侧交流电部110、传输侧直流变换部103、直流电传输部140、用户侧直流变换部105、用户侧交流电部170、用户部180、传输侧交流-直流转换器部130以及用户侧直流-交流转换器部150中的至少一个。特别是，控制部190可以控制传输侧交流-直流转换器部130和用户侧直流-交流转换器部150中的多个阀的接通时刻和断开时刻。在此，每个阀可以是晶闸管或者绝缘栅双极晶体管(IGBT)。

图2为根据实施例的单极型HVDC输电系统的视图。

特别地，图2示出了传输具有单极的直流电的系统。以下，假设该单极为正极，但不限于此。

传输侧交流电部110包括交流电传输线111和交流电滤波器113。

交流电传输线111将由发电部101产生的三相交流电传输到传输侧直流变换部103。

交流电滤波器113将传送的三相交流电中的除了被直流变换部103使用的频率分量之外的其余频率分量去除。

传输侧变压器部120包括用于正极的至少一个变压器121。对于正极，传输侧交流-直流转换器部130包括产生正极直流电的交流-正极直流转换器131，且交流-正极直流转换器131包括与至少一个变压器121对应的至少一个三相阀桥131a。

当一个三相阀桥131a用于正极时，交流-正极直流转换器131可以通过利用交流电产生具有6脉冲的正极直流电。此处，一个变压器121的初级线圈和次级线圈可以具有双星形(Y-Y)接法或星形-三角形(Y-Δ)接法。

当使用两个三相阀桥131a时，交流-正极直流转换器131可以通过利用交流电产生具有12脉冲的正极直流电。此处，两个变压器121中的一个变压器的初级线圈和次级线圈可以具有双星形接法，两个变压器121中的另一个变压器的初级线圈和次级线圈可以具有星形-三角形接法。

当使用三个三相阀桥131a时，交流-正极直流转换器131可以通过利用交流电产生具有18脉冲的正极直流电。正极直流电的脉冲数增加地越多，滤波器价格就可以减少地越多。

直流电传输部140包括传输侧正极直流滤波器141、正极直流电传输线143以及用户侧正极直流滤波器145。

传输侧正极直流滤波器141包括电感器L1和电容器C1，并且对由交流-正极直流转换器131输出的正极直流电执行直流滤波。

正极直流电传输线143具有一条用于传输正极直流电的直流线，并且地线可以用作电流反馈路径。至少一个开关可以布置在直流线上。

用户侧正极直流滤波器145包括电感器L2和电容器C2，并且对经由正极直流电传输线143传送的正极直流电执行直流滤波。

用户侧直流-交流转换器部150包括正极直流-交流转换器151和至少一个三相阀桥151a。

用户侧变压器部160包括用于正极的与至少一个三相阀桥151a相对应的至少一个变压器161。

当使用一个三相阀桥151a时，正极直流-交流转换器151可以通过利用正极直流电产生具有6脉冲的交流电。此处，一个变压器161的初级线圈和次级线圈可以具有双星形接法或星形-三角形接法。

当使用两个三相阀桥151a时，正极直流-交流转换器151可以通过利用正极直流电产生具有12脉冲的交流电。此处，两个变压器161中的一个变压器的初级线圈和次级线圈可以具有双星形接法，两个变压器161中的另一个变压器的初级线圈和次级线圈可以具有星形-三角形接法。

当使用三个三相阀桥151a时，正极直流-交流转换器151可以通过利用正极直流电产生具有18脉冲的交流电。交流电的脉冲数增加地越多，滤波器价格可以减少地越多。

用户侧交流电部170包括交流电滤波器171和交流电传输线173。

交流电滤波器171将由用户侧直流变换部105产生的交流电中的除了被用户部180使用的频率分量(例如，60Hz)之外的其余频率分量去除。

交流电传输线173将经过滤波的交流电传输到用户部180。

图3为根据实施例的双极型HVDC输电系统的视图。

特别地，图3示出了传输具有两极的直流电的系统。以下，假设两极为正极和负极，但并不限于此。

传输侧交流电部110包括交流电传输线111和交流电滤波器113。

交流电传输线111将由发电部101产生的三相交流电传输到传输侧变换部103。

交流电滤波器113将传送的三相交流电中的除了被变换部103使用的频率分量之外的其余频率分量去除。

传输侧变压器部120包括用于正极的至少一个变压器121和用于负极的至少一个变压器122。传输侧交流-直流转换器部130包括产生正极直流电的交流-正极直流转换器131和产生负极直流电的交流-负极直流转换器132。交流-正极直流转换器131包括与用于正极的至少一个变压器121相对应的至少一个三相阀桥131a。交流-负极直流转换器132包括与用于负极的至少一个变压器122相对应的至少一个三相阀桥132a。

当一个三相阀桥131a用于正极时，交流-正极直流转换器131可以通过利用交流电产生具有6脉冲的正极直流电。此处，一个变压器121的初级线圈和次级线圈可以具有双星形接法或星形-三角形接法。

当两个三相阀桥131a用于正极时，交流-正极直流转换器131可以通过利用交流电产生具有12脉冲的正极直流电。此处，两个变压器121中的一个变压器的初级线圈和次级线圈可以具有双星形接法，两个变压器121的另一个变压器的初级线圈和次级线圈可以具有星形-三角形接法。

当三个三相阀桥131a用于正极时，交流-正极直流转换器131可以通过利用交流电产生具有18脉冲的正极直流电。正极直流电的脉冲数增加地越多，滤波器价格可以减少地越多。

当一个三相阀桥132a用于负极时，交流-负极直流转换器132可以产生具有6脉冲的负极直流电。此处，一个变压器122的初级线圈和次级线圈可以具有双星形接法或星形-三角形接法。

当两个三相阀桥132a用于负极时，交流-负极直流转换器132可以产生具有12脉冲的负极直流电。此处，两个变压器122中的一个变压器的初级线圈和次级线圈可以具有双星形接法，两个变压器122中的另一个变压器的初级线圈和次级线圈可以具有星形-三角形接法。

当三个三相阀桥132a用于负极时，交流-负极直流转换器132可以产生具有18脉冲的负极直流电。负极直流电的脉冲数增加得越多，滤波器价格可以减少得越多。

直流电传输部140包括传输侧正极直流滤波器141、传输侧负极直流滤波器142、正极直流电传输线143、负极直流电传输线144、用户侧正极直流滤波器145以及用户侧负极直流滤波器146。

传输侧正极直流滤波器141包括电感器L1和电容器C1，并且对由交流-正极直流转换器131输出的正极直流电执行直流滤波。

传输侧负极直流滤波器142包括电感器L3和电容器C3，并且对由交流-负极直流转换器132输出的负极直流电执行直流滤波。

正极直流电传输线143具有一条用于传输正极直流电的直流线，并且地线可以用作电流反馈路径。至少一个开关可以布置在直流线上。

负极直流电传输线144具有一条用于传输负极直流电的直流线，并且地线可以用作电流反馈路径。至少一个开关可以布置在直流线上。

用户侧正极直流滤波器145包括电感器L2和电容器C2，并且对经由正极直流电传输线143传送的正极直流电执行直流滤波。

用户侧负极直流滤波器146包括电感器L4和电容器C4，并且对经由负极直流电传输线144传送的负极直流电执行直流滤波。

用户侧直流-交流转换器部150包括正极直流-交流转换器151和负极直流-交流转换器152。正极直流-交流转换器151包括至少一个三相阀桥151a，并且负极直流-交流转换器152包括至少一个三相阀桥152a。

用户侧变压器部160包括与至少一个三相阀桥151a相对应的用于正极的至少一个变压器161以及与至少一个三相阀桥152a相对应的用于负极的至少一个变压器162。

当一个三相阀桥151a用于正极时，正极直流-交流转换器151可以通过利用正极直流电产生具有6脉冲的交流电。此处，一个变压器161的初级线圈和次级线圈可以具有双星形接法或星形-三角形接法。

当两个三相阀桥151a用于正极时，正极直流-交流转换器151可以通过利用正极直流电产生具有12脉冲的交流电。此处，两个变压器161中的一个变压器的初级线圈和次级线圈可以具有双星形接法，而两个变压器161中的另一个变压器的初级线圈和次级线圈可以具有星形-三角形接法。

当三个三相阀桥151a用于正极时，正极直流-交流转换器151可以通过利用正极直流电产生具有18脉冲的交流电。交流电的脉冲数增加地越多，滤波器价格可以减少地越多。

当一个三相阀桥152a用于负极时，负极直流-交流转换器152可以通过利用负极直流电产生具有6脉冲的交流电。此处，一个变压器162的初级线圈和次级线圈可以具有双星形接法或星形-三角形接法。

当两个三相阀桥152a用于负极时，负极直流-交流转换器152可以通过利用负极直流电产生具有12脉冲的交流电。此处，两个变压器162中的一个变压器的初级线圈和次级线圈可以具有双星形接法，两个变压器162中的另一个变压器的初级线圈和次级线圈可以具有星形-三角形接法。

当三个三相阀桥152a用于负极时，负极直流-交流转换器152可以通过利用负极直流电产生具有18脉冲的交流电。交流电的脉冲数增加地越多，滤波器价格可以减少地越多。

用户侧交流电部170包括交流电滤波器171和交流电传输线173。

交流电滤波器171将由用户侧直流变换部105产生的交流电中的除了被用户部180使用的频率分量(例如，60Hz)之外的其余频率分量去除。

交流电传输线173将经过滤波的交流电传输到用户部180。

图4示出为根据实施例的变压器与三相阀桥之间的连接的视图。

特别地，图4示出了用于正极的两个变压器121与用于正极的两个三相阀桥131a之间的连接。由于能够从图4的实施例中容易地得到用于负极的两个变压器122和用于负极的两个三相阀桥132a之间的连接、用于正极的两个变压器161和用于正极的两个三相阀桥151a之间的连接、用于负极的两个变压器162和用于负极的两个三相阀桥152a之间的连接、用于正极的一个变压器121和用于正极的一个三相阀桥131a之间的连接以及用于正极的一个变压器161和用于正极的一个三相阀桥151a之间的连接，所以将省略他们的附图和其描述。

在图4中，具有双星形接法的变压器121被称为上变压器，具有星形-三角形接法的变压器121被称为下变压器，与上变压器连接的三相阀桥131a被称为上三相阀桥，而与下变压器连接的三相阀桥131a被称为下三相阀桥。

上三相阀桥和下三相阀桥具有输出直流电的两个输出端，即第一输出端OUT1和第二输出端OUT2。

上三相阀桥包括6个阀D1到D6，且下三相阀桥包括6个阀D7到D12。

阀D1具有连接到第一输出端OUT1的阴极和连接到上变压器的次级线圈的第二端的阳极。

阀D2具有连接到阀D5的阳极的阴极和连接到阀D6的阳极的阳极。

阀D3具有连接到第一输出端OUT1的阴极和连接到上变压器的次级线圈的第二端的阳极。

阀D4具有连接到阀D1的阳极的阴极和连接到阀D6的阳极的阳极。

阀D5具有连接到第一输出端OUT1的阴极和连接到上变压器的次级线圈的第三端的阳极。

阀D6具有连接到阀D3的阳极的阴极。

阀D7具有连接到阀D6的阳极的阴极和连接到下变压器的次级线圈的第一端的阳极。

阀D8具有连接到阀D11的阳极的阴极和连接到第二输出端OUT2的阳极。

阀D9具有连接到阀D6的阳极的阴极和连接到下变压器的次级线圈的第二端的阳极。

阀D10具有连接到阀D7的阳极的阴极和连接到第二输出端OUT2的阳极。

阀D11具有连接到阀D6的阳极的阴极和连接到下变压器的次级线圈的第三端的阳极。

阀D12具有连接到阀D9的阳极的阴极和连接到第二输出端OUT2的阳极。

将参照图5和图6对用于HVDC输电系统的绝缘设计的方法进行描述。

图5为示出根据实施例的用于HVDC输电系统的绝缘设计的设备的框图。

参照图5，根据实施例的用于HVDC输电系统100的绝缘设计的设备300，包括系统分析单元310、第一绝缘建模单元320、绝缘水平计算单元330、第二绝缘建模单元340、所需耐受电压计算单元350、基准耐受电压计算单元360、额定绝缘水平计算单元370、第三绝缘建模单元380以及绝缘检验单元390。

在操作S101中，系统分析单元310分析HVDC输电系统100以计算HVDC输电系统100的过电压和额定电压。

第一绝缘建模单元320可以基于计算出的过电压和额定电压，对HVDC输电系统100建模，以产生HVDC输电系统100的绝缘基本模型。

在操作S104中，绝缘水平计算单元330对HVDC输电系统100的绝缘基本模型执行绝缘计算，以确定适合于执行HVDC输电系统100的绝缘基本模型的功能的绝缘配合耐受电压。

在操作S106中，第二绝缘建模单元340将HVDC输电系统100的实际运行状态和HVDC输电系统100的绝缘基本模型的状态之间的差别应用到HVDC输电系统100的绝缘基本模型，以修正HVDC输电系统100的绝缘基本模型，由此产生HVDC输电系统100的绝缘模型。

所需耐受电压计算单元350计算HVDC输电系统100的绝缘模型的所需耐受电压。

基准耐受电压计算单元360由HVDC输电系统100的绝缘模型的所需耐受电压来计算HVDC输电系统100的绝缘模型的基准耐受电压。

额定绝缘水平计算单元370计算满足HVDC输电系统100的绝缘模型的基准耐受电压的额定绝缘水平。

第三绝缘建模单元380基于HVDC输电系统100的分开部分的阻抗变化，修正HVDC输电系统100的绝缘模型，从而产生修正后的绝缘模型。

绝缘检验单元390检验HVDC输电系统100的修正后的绝缘模型是否满足所需的耐受电压。

图6为示出根据实施例的HVDC输电系统的绝缘设计设备的运行方法的流程图。

在操作S101中，系统分析单元310分析HVDC输电系统100以在操作S102中计算过电压和额定电压。系统分析单元310可以基于被分类的应力电压、计算出的过电压保护水平和绝缘性能中的至少一个来分析HVDC输电系统100以计算过电压和额定电压。

在操作S103中，第一绝缘建模单元320在计算出的过电压和额定电压上对HVDC输电系统100建模，以产生HVDC输电系统100的绝缘基本模型。

在操作S104中，绝缘水平计算单元330执行HVDC输电系统100的绝缘基本模型的绝缘计算，以在操作S105中确定适合于执行HVDC输电系统100的绝缘基本模型的功能的绝缘配合耐受电压。此处，绝缘水平计算单元330基于HVDC输电系统100的绝缘基本模型的绝缘性能、HVDC输电系统100的绝缘基本模型的功能、HVDC输电系统100的绝缘基本模型的数据的统计分布、HVDC输电系统100的绝缘基本模型的输入数据的不准确度以及对HVDC输电系统100的绝缘基本模型的部件组合具有影响的因素中的至少一个，执行HVDC输电系统100的绝缘基本模型的绝缘计算，以确定适合于执行HVDC输电系统100的绝缘基本模型的功能的绝缘配合耐受电压。

在操作S106中，第二绝缘建模单元340将HVDC输电系统100的实际运行状态和HVDC输电系统100的绝缘基本模型的状态之间的差别应用到HVDC输电系统100的绝缘基本模型，以修正HVDC输电系统100的绝缘基本模型，由此在操作S107中产生HVDC输电系统100的绝缘模型。第二绝缘建模单元340可以基于HVDC输电系统100的实际运行状态和HVDC输电系统100的绝缘基本模型的状态之间的差别以及绝缘配合耐受电压，来修正HVDC输电系统100的绝缘基本模型，从而产生HVDC输电系统100的绝缘模型。此处，HVDC输电系统100的实际运行状态和绝缘基本模型的状态之间的差别可以包括，HVDC输电系统100的环境因素中的差别、HVDC输电系统100的部件试验中的差别、HVDC输电系统100的产品特性的偏差、HVDC输电系统100的安装状态中的差别、HVDC输电系统100的运行周期中的差别以及为了HVDC输电系统100的安全必须考虑的安全性因素中的至少一个。HVDC输电系统100的绝缘模型可以是考虑环境因素和污染程度的绝缘模型。

在操作S109中，所需耐受电压计算单元350计算HVDC输电系统100的绝缘模型的所需耐受电压。

在操作S111中，基准耐受电压计算单元360由HVDC输电系统100的绝缘模型的所需耐受电压来计算HVDC输电系统100的绝缘模型的基准耐受电压。基准耐受电压计算单元360可以基于试验状态、试验转换因素以及电压范围中的至少一个，由HVDC输电系统100的绝缘模型的所需耐受电压来计算HVDC输电系统100的绝缘模型的基准耐受电压。

在操作S113中，额定绝缘水平计算单元370计算满足HVDC输电系统100的绝缘模型的基准耐受电压的额定绝缘水平。此处，额定绝缘水平可以包括位于HVDC输电系统100的至少一个位置处的电压值和距离值。

在操作S115中，第三绝缘建模单元380基于HVDC输电系统100的分开部分的阻抗变化，修正HVDC输电系统100的绝缘模型，从而产生修正后的绝缘模型。此处，分开的部分可以包括传输侧交流电部110、传输侧变换部103、直流电传输部140、用户侧变换部105，用户侧交流电部170、传输侧变压器部120、传输侧交流-直流转换器部130、用户侧直流-交流转换器部150以及用户侧变压器部160中的至少一个。

在操作S117中，绝缘检验单元390检验HVDC输电系统100的修正后的绝缘模型是否满足所需耐受电压。

根据实施例，上述方法还可以实施为处理器可读记录介质上的处理器可读代码。处理器可读记录介质的例子包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、CD-ROM、磁盘、软盘、光学数据存储装置以及载波(比如经由国际互联网的数据传输)。

同时，在此列出的实施例并非受限的，而是全部或部分实施例可以选择性地结合以得到许多变型。

尽管已经参考许多阐释性的实施例对实施例进行了描述，但应该理解的是，本领域技术人员可以设想出将落在本公开原理的精神和范畴内的很多其他修改和实施例。更具体地说，在本公开、附图和所附权利要求的范围内，对主题组合布置的构成部分和/或布置进行各种变化和修改是可能的。除了对构成部分和/或布置的变化和修改以外，替代用途对本领域技术人员来说也将是显而易见的。