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换流站换流系统的宽频电路建模方法和应用的研究

作　者: 孙海峰
导　师: 崔翔
学　校: 华北电力大学（北京）
专　业: 电工理论与新技术
关键词: 高压直流换流站换流阀宽频建模过电压电磁骚扰
分类号: TM83
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

建立高压直流换流站换流系统宽频等效电路模型,是准确计算换流阀系统过电压分布以及准确预测换流站电磁骚扰水平的关键,也是我国换流站电磁兼容技术国产化的基本要求。本文结合国家自然科学基金项目“高压直流换流阀系统参数提取及宽频等效电路模型的研究”(50707008)和“十一五”国家科技支撑重大项目课题20“±800kV直流输电线路表面电晕起始场强计算和±800kV换流站阀厅的电磁兼容问题研究”(2006BAA02A20),重点研究了高压直流换流阀系统以及换流站关键设备的宽频电路建模方法,测量结果验证了本文所提出的换流系统宽频等效拓扑的有效性和实用性。基于阀系统宽频等效电路,研究了换流阀系统过电压分布特性及其影响因素；基于换流站换流系统宽频拓扑,研究了±800kV高压直流换流站的传导电磁骚扰特性以及辐射电磁骚扰水平。本文主要研究成果如下：1.提出了基于黑箱理论与传统等效电路相结合的建模方法,该方法不但可以保持传统等效电路参数的意义,还可以考虑高频下器件的频变效应,有效的解决了黑箱理论与传统等效电路存在的问题。基于该方法,建立了换流阀主要器件的宽频等效电路。研究表明,采用所提方法建立的模型在较宽的频率范围内均有效,能够应用于电力电子系统的宽频建模。2.对不同型式的换流阀系统的各项寄生电容参数和寄生电感参数进行了提取,结合换流阀主要器件的宽频模型,建立了用于过电压计算与分布的换流阀系统宽频等效电路；对高压直流换流站交直流场内的关键设备进行了宽频建模研究,建立了换流站换流系统宽频拓扑。3.对阀模块以及多重阀塔开展了过电压实验研究,实验结果验证了换流阀宽频等效电路的有效性；对换流站内各种类型的电磁骚扰进行了现场测量,测量结果验证了换流站换流系统宽频拓扑的有效性。4.根据换流阀系统宽频等效电路,对各种型式的阀模块以及阀塔在各种过电压作用下的电压分布特性进行了计算,并对影响阀层电压梯度和晶闸管压降的各项参数进行了分析,得出了高压直流换流阀过电压分布规律。该研究可用于换流阀系统国产化过程中的均压和绝缘设计。5.根据换流站换流系统宽频拓扑,对±800kV高压直流换流站的传导电磁骚扰特性进行了仿真计算,以传导骚扰电流为激励,对换流站内以及周边的辐射电磁骚扰水平进行了预测计算,计算结果对换流站的电磁屏蔽设计以及设备的抗扰度要求有一定的工程参考价值。

全文目录

中文摘要  5-6
英文摘要  6-12
第一章绪论  12-19
  1.1 课题研究背景及意义  12-14
  1.2 课题国内外研究现状  14-17
    1.2.1 换流站电磁骚扰国内外研究现状  14-16
    1.2.2 换流阀过电压分布计算国内外研究现状  16-17
  1.3 本文的主要工作  17-19
第二章换流阀系统宽频建模研究  19-42
  2.1 换流阀器件建模  19-30
    2.1.1 建模思想  19-21
    2.1.2 阻抗有理函数逼近与建模  21-22
      2.1.2.1 有理函数逼近  21-22
      2.1.2.2 有理函数分解  22
    2.1.3 阻抗综合理论  22-24
      2.1.3.1 常数项和一次项等效电路  22-23
      2.1.3.2 实数极点项等效电路  23
      2.1.3.3 共轭复数极点项等效电路  23-24
    2.1.4 换流阀器件宽频等效电路  24-30
      2.1.4.1 建模前提  24-25
      2.1.4.2 晶闸管  25
      2.1.4.3 阳极饱和电抗器  25-27
      2.1.4.4 水冷电阻  27-28
      2.1.4.5 电容器  28-30
  2.2 整体均压换流阀系统寄生电容分布  30-35
    2.2.1 阀模块内的寄生电容  30-31
    2.2.2 阀层的寄生电容分布  31-35
  2.3 分体均压换流阀系统寄生电容分布  35-38
    2.3.1 阀模块内的寄生电容分布  35-36
    2.3.2 阀层的寄生电容分布  36-38
  2.4 换流阀寄生电感参数提取  38
  2.5 换流阀系统宽频等效电路  38-40
    2.5.1 整体均压换流阀  38-39
    2.5.2 分体均压换流阀  39-40
  2.6 小结  40-42
第三章高压直流换流站关键设备宽频建模  42-57
  3.1 换流变压器宽频建模  42-44
    3.1.1 换流变压器等效电路  42-43
    3.1.2 换流变压器传输特性  43-44
  3.2 平波电抗器建模  44-46
    3.2.1 平波电抗器等效电路  44-45
    3.2.2 平波电抗器传输特性  45-46
  3.3 交直流滤波器建模  46-50
    3.3.1 直流滤波器  46-48
    3.3.2 交流滤波器  48-50
  3.4 PLC滤波器建模  50-54
    3.4.1 直流PLC滤波器  51-53
    3.4.2 交流PLC滤波器  53-54
  3.5 避雷器  54-55
  3.6 换流站换流系统宽频拓扑  55-56
  3.7 小结  56-57
第四章换流系统宽频模型有效性验证  57-67
  4.1 换流阀系统过电压实验  57-59
    4.1.1 实验目的及设备  57
    4.1.2 阀模块冲击实验  57-58
    4.1.3 悬吊阀塔冲击实验  58-59
  4.2 换流阀系统宽频模型有效性验证  59-64
    4.2.1 阀模块实验数据与计算数据对比  59-62
    4.2.2 阀塔实验数据与计算数据对比  62-64
  4.3 换流系统宽频模型有效性验证  64-66
    4.3.1 稳态电磁骚扰  64-65
    4.3.2 暂态电磁骚扰  65-66
    4.3.3 空间电磁场  66
  4.4 小结  66-67
第五章换流阀系统过电压分布计算与分析  67-82
  5.1 电压梯度定义及过电压参数  67-68
  5.2 阀模块过电压分布及其影响因素分析  68-71
    5.2.1 阀模块过电压分布  68-69
    5.2.2 晶闸管压降的影响因素分析  69-71
      5.2.2.1 阀组件内的寄生电容参数  69
      5.2.2.2 晶闸管及其辅助回路参数  69-70
      5.2.2.3 饱和电抗器参数  70-71
  5.3 阀塔过电压分布及其影响因素分析  71-80
    5.3.1 阀塔过电压分布  71-73
    5.3.2 阀塔电压梯度影响因素分析  73-77
      5.3.2.1 阀层寄生电容参数  73-75
      5.3.2.2 饱和电抗器各参数  75-76
      5.3.2.3 晶闸管及其辅助回路各参数  76-77
    5.3.3 晶闸管压降的影响因素分析  77-78
      5.3.3.1 阀层寄生电容参数  77
      5.3.3.2 饱和电抗器各参数  77-78
      5.3.3.3 晶闸管及其辅助回路各参数  78
    5.3.4 补偿电容均压效能分析  78-80
    5.3.5 屏蔽板均压效能分析  80
  5.4 小结  80-82
第六章 ±800kV换流站电磁环境预测  82-103
  6.1 ±800kV换流站传导与辐射电磁骚扰机理分析  82-84
    6.1.1 传导电磁骚扰机理分析  82-83
    6.1.2 辐射电磁骚扰机理分析  83-84
  6.2 ±800kV换流站传导电磁骚扰预测  84-94
    6.2.1 阀组件内的电磁骚扰特性  84-86
    6.2.2 直流极导线上的电磁骚扰特性  86-88
    6.2.3 平波电抗器对传导电磁骚扰的衰减  88
    6.2.4 换流变压器对传导电磁骚扰的衰减  88-90
    6.2.5 交直流滤波器的滤波性能  90-91
    6.2.6 PLC滤波器对传导电磁骚扰的影响  91-93
    6.2.7 直流输电线路对传导电磁骚扰的影响  93-94
  6.3 ±800kV换流站空间电磁场预测  94-101
    6.3.1 空间电磁场计算原理  95-96
    6.3.2 换流站内空间电磁场计算  96-98
    6.3.3 空间电磁场随距离变化规律  98-99
    6.3.4 换流站内周边无线电干扰计算  99-101
  6.4 小结  101-103
第七章结论  103-105
参考文献  105-113
致谢  113-114
攻读博士学位期间发表的学术论文  114-116
攻读博士学位期间参加的科研工作  116

换流站换流系统的宽频电路建模方法和应用的研究

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