[发明专利]一种模块化多电平换流器过电压计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及高压直流输电系统计算，具体涉及一种模块化多电平换流器过电压计算方法。

背景技术

模块化多电平换流器是一种以可关断器件为基础的新型换流器。在公开发表的“模块化多电平电压源换流器的数学模型”（王姗姗等．模块化多电平电压源换流器的数学模型．中国电机工程学报，31卷24期，2011．）中介绍了这种模块化多电平换流器的发展历程和数学模型。与传统的线电压换相换流器（Line Commutated Converter,LCC）相比具有以下特点：1）电力电子器件由半控型器件（如晶闸管）升级为全控型器件（如门极可关断晶闸管（GTO）、绝缘栅双极晶体管（IGBT））；2）换流器流通电流方向由单向导通变为双向导通；3）换流阀内部储能元件由感性元件变为容性元件。这些特点使模块化多电平换流器与传统线换相换流器相比具有不同的过电压机理和特性。

目前针对线换相换流器过电压的分析，均考虑换流器中存在的大量感性元件对暂态过电压的阻尼作用，采用端口电容集中表示换流器的容性效应，或者采用简单的平板电容假设进一步考虑屏蔽系统电容。由于模块化多电平换流器的结构与线换相换流器存在本质不同，简单的采用线换相换流器过电压分析方法计算模块化多电平换流器的过电压将降低计算结果的准确度，特别是暂态过电压的情况，甚至会导致错误的计算结果。

换流器过电压分析需要找到换流器所承受的最大过电压。专利“高压直流输电系统换流站绝缘配合设计方法”（CN 101694939B）和专利申请“模块化多电平变流器柔性直流输电系统的绝缘配置方法”（CN 102185307A）介绍的方法反映了现有的换流器过电压分析方法。该过电压分析方法为了完成换流器的过电压分析，需要考虑换流器所在系统的各个元件，甚至是多个输电系统，建模工作量巨大。同时，为考察到换流器可能出现的最大过电压，需要根据经验选择多种故障工况和运行方式，并进行过电压分析、比较和判断，计算量巨大且任务繁琐。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种模块化多电平换流器过电压计算方法。所述方法采用电磁场理论计算换流器杂散参数并建立过电压计算模型，采用电路理论计算换流器电气节点对地和电气节点间过电压，基于金属氧化物避雷器保护特性进行过电压的分类分析，包括模块化多电平换流器杂散参数提取、模块化多电平换流器过电压模型建立、根据避雷器保护特性计算换流器最大过电压步骤。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

一种模块化多电平换流器过电压计算方法，其改进之处在于，所述方法采用电磁场理论计算换流器杂散参数并建立过电压计算模型，采用电路理论计算换流器电气节点对地和电气节点间过电压，基于金属氧化物避雷器保护特性对过电压进行分类分析，包括模块化多电平换流器杂散参数提取、模块化多电平换流器过电压模型建立、根据避雷器保护特性计算换流器最大过电压步骤；

一．模块化多电平换流器杂散参数提取，包括下述子步骤：

1.1建立模块化多电平换流器的三维离散模型：根据换流器的母线、屏蔽罩、子模块、横梁的空间位置和几何尺寸，建立换流器的几何三维模型，并离散为节点模型；

1.2建立模块化多电平换流器的电磁离散模型：以换流器三维离散模型的节点、边、面或体上的电磁量作为未知变量，建立给定激励下离散化的麦克斯韦方程，其形式为线性代数方程；

1.3求解模块化多电平换流器的电磁离散模型：根据线性代数方程中系数矩阵的稀疏性进行电磁离散模型求解；

1.4提取模块化多电平换流器杂散电感参数，根据电磁离散模型的分析结果，通过磁场矢量的积分计算换流器母线的单位长分布电感L_vsc；

1.5提取模块化多电平换流器杂散电容参数，根据电磁离散模型的分析结果，通过电场矢量的积分计算换流器母线的单位长分布电容C_vsc；

二．模块化多电平换流器过电压模型建立，包括下述子步骤：

2.1建立模块化多电平换流器过电压模型拓扑；

2.2输入模块化多电平换流器主参数：主参数包括子模块数N、子模块额定电压U_sm、子模块电容C_sm、IGBT通态压降U_IGBT，on和断态压降U_IGBT，off、反并联二极管通态压降U_FWD，on和断态压降U_FWD，off、晶闸管触发电压U_T和换流电感L_leg；