[发明专利]用于提升换流阀可靠性的单阀数字宽频故障风险分析方法

说明书

本发明公开了用于提升换流阀可靠性的单阀数字宽频故障风险分析方法，本方法采用了场路结合的宽频数字模型，以每个单阀为研究对象，模型中阀塔结构位置等引起的杂散参数，采用有限元分析进行计算；将晶闸管和饱和电抗器建立为包含其非线性特性和暂态过程的数字模型；其他设备采用电路元件进行建模。按照实际阀塔的电气连接方式将具体单阀宽频模型设置于系统电磁暂态分析模型中。本方法通过稳态工况下设备的运行参数评估其长期运行的故障风险。采用本方法可以实现对换流阀中关键设备故障风险的全面评估，将系统分析、具体设备的位置关系以及设备非线性故障特性相结合，可以实现对设备故障风险的准确评估。

技术领域

本发明涉及电力工程技术领域，具体涉及一种用于提升换流阀可靠性的单阀数字宽频故障风险分析方法。

背景技术

基于晶闸管的高压直流输电系统以其技术成熟、损耗低以及成本低等特点，在长距离大容量送电及电网互联方面有着明显的优势。由于我国能源分布不均衡、经济发展水平差异大的特点，高压直流输电技术在我国“西电东送，全国联网”战略中发挥着重要作用。近几年，在我国已经有多条高压直流输电线路并网投入运行，而且伴随着经济发展与能源结构转型的趋势，未来直流输电线路会日益增多。

基于晶闸管的高压直流输电换流器在工程中以阀塔的形式运行在阀厅内，而每个阀塔则由若干晶闸管、饱和电抗器、屏蔽罩、水管以及其他辅助设备构成。换流阀结构比较复杂，每个阀塔由四个单阀或者两个单阀组成。单阀在运行过程中内部所有的晶闸级为串联关系，运行过程中同时触发导通或者关断状态。实际运行过程中由于触发、关断以及故障等因素，阀塔中晶闸管中的设备由于过电压和过电流等因素而出现损坏，由此导致换流阀可靠性的降低。目前业界内针对换流阀故障发生原因主要从系统运行以及系统故障方面去研究，也有部分针对故障发展特性的研究。而并未将换流阀内部的具体设备特性与运行方式相结合，而业内对于换流阀的等效模型也只是用于绝缘特性，并未考虑实际运行与换相过程。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种用于提升换流阀可靠性的单阀数字宽频故障风险分析方法，以提升高压直流输电系统换流阀可靠性。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种用于提升换流阀可靠性的单阀数字宽频故障风险分析方法，所述方法包括：

建立高压直流输电系统电磁暂态模型；

建立换流阀单阀数字宽频等效模型，所述换流阀单阀数字宽频模型由若干个组件构成，每个组件的宽频数字模型由晶闸管级数字等效模型、饱和电抗器模型以及阀塔杂散参数三部分组成；

将换流阀单阀数字宽频等效模型设置于高压直流输电系统电磁暂态模型中，并通过稳态分析和暂态分析得出该单阀的长期运行特性与极端运行特性。

所述晶闸管级模型将晶闸管电气参数和外电路特性相结合，以包含晶闸管运行过程中四种状态特性：小电阻、大电阻、导通过程以及关断过程，以将晶闸管特性曲线离散化以数据模型的形式反映其运行工况。

所述饱和电抗器模型，按照饱和电抗器的运行特性和铁心磁滞回线将饱和电抗器特性离散化，以数据模型的形式反映其运行工况。

所述阀塔杂散参数通过建立换流阀阀塔有限元模型而获得，换流阀阀塔有限元模型建立后，根据阀厅来确定有限元计算的边界条件，根据具体单阀所需的杂散参数进行相应的激励设置，然后提取阀塔杂散参数。

所述高压直流输电系统电磁暂态模型的建模流程为：

根据高压直流输电系统一次设备参数建立一次系统模型，其中包括换流器模型、换流变压器模型、平波电抗器、交流滤波器组模型以及绝缘配合方案，按照实际工程的接线图进行主设备的电磁暂态模型搭建；