[发明专利]一种用于换流阀饱和电抗器的建模方法

说明书

技术领域

本发明涉及直流输电领域，具体讲涉及一种用于换流阀饱和电抗器的建模方法。

背景技术

饱和电抗器是高压直流输电(HVDC)换流阀的关键零部件，其主要任务：

1)在晶闸管开通初期，饱和电抗器能够提供足够大的电阻和电感，从而抑制门极电流的过快增长，并保护高压直流输电系统中的晶闸管：

2)在雷电和陡波冲击下饱和电抗器对高压直流输电系统起到过电压保护作用；

3)在第一波谷电流附近，饱和电抗器提供了足够小的阻尼电阻，避免晶闸管开通电流的突然截止。

工作过程中，换流阀的杂散电容存储了相当可观的能量，杂散电容与换流变压器有关，电容两端电压与换流阀晶闸管的接通相关联。在晶闸管处于接通状态时，杂散电容放电，带来“涌入电流”的快速增长，相应地在设备的栅极区有非常大的瞬时功率耗散。除非晶闸管电流的增率被控制在一定范围内，否则晶闸管将由于局部增温而烧穿。

因此，应用于高压直流输电的饱和电抗器不仅需要高度不饱和电感在晶闸管接通后的短时间内限制其电流变化率，还需要足够的阻尼来避免在换流器杂散电容和电抗器等效电感之间，由寄生震荡引起的电流反向；同时，饱和电抗器也需要一个处于饱和状态的最小电感，这样，当换流阀处于全导通状态后，可以减小通过电抗器的电压降落。

现有技术中理论模型的仿真效果较差，至少存在20％的误差。原因在于，其忽略了磁滞和异常损耗因素，认为硅钢片仅有涡流损耗。

因此，需要提供一种技术方案来满足现有技术的需要。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种用于换流阀饱和电抗器的建模方法,包括以下步骤：

A.设计铁芯电感模型；B.设计损耗电阻模型；C.建立饱和电抗器等效模型。

步骤A包括以下步骤：

A-1计算平均磁通密度；A-2查找磁化曲线；A-3获得平均磁场强度；A-4计算所述铁芯电感的电流；A-5获得铁芯电感的等效值。

损耗电阻模型包括：涡流损耗电阻和磁滞损耗电阻。计算涡流损耗电阻包括以下步骤：

B-1计算硅钢叠片间肌肤深度的变化规律；B-2获得涡流损耗电阻的等效值。

硅钢叠片包括铁芯环；当平均磁路相等的时，铁芯环等效为轴对称圆环。

步骤B-2包括：按下式计算所述硅钢片的涡流电流：

式中，ρ为硅钢片的电阻率，a为肌肤深度，B_s为饱和磁通密度,r为硅钢片半径。

第i片所述硅钢片的涡流电流如下式所示：

则第i片硅钢片的肌肤深度如下式所示：

a_i＝a₁(r₁/r_i)^1/2；i＝1...N_L

式中，N_L为铁芯的硅钢叠片数量,N_T为线圈匝数,r₁为第1片硅钢片的半径，r_i为第i片硅钢片的半径，a₁为第1片硅钢片的肌肤深度。

饱和电抗器的涡流电阻如下式所示：

式中，V_s为饱和电抗器线圈两端的电压，N_c为铁芯对数，R_i为第i片硅钢片的涡流电阻。

饱和电抗器线圈两端的电压V_s等于下式所示的饱和电抗器的感应电势：

式中，总磁链

涡流损耗电阻如下式所示：

R_I为轴对称圆环的内半径，R_o为轴对称圆环的外半径。

涡流电阻的最大值：

R_e,max＝U₀/I_ste

其中，U₀为初始电压,I_step是阶跃电流。

磁滞损耗电阻是恒定的常数。

饱和电抗器等效模型包括：空心电感，铜损电阻，铁芯电感，损耗电阻；铜损电阻一端与空心电感相连，另一端与铁芯电感和损耗电阻相连；铁芯电感和所述损耗电阻并联。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：