基于传输线结构的平波电抗器宽频电磁暂态分析等效电路的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于传输线结构的平波电抗器宽频电磁暂态分析模型，属于电力系统电磁暂态宽频模型领域。本发明提出的等效电路由n个相同的平波电抗器单位长度宽频等效电路依次串联而成，形成多个分布式传输线结构，通过该分布式传输线结构模拟平波电抗器内部暂态波过程的传播。本发明考虑了在高频趋肤效应和临近效应作用下平波电抗器分布参数的寄生电容、杂散电感以及绕组电阻的变化，在工频特性和骚扰特性下准确模拟平波电抗器电磁暂态。
【专利说明】基于传输线结构的平波电抗器宽频电磁暂态分析等效电路
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力系统电磁暂态宽频模型领域，特别涉及一种基于传输线结构的宽 频电磁暂态分析等效电路，考虑在高频趋肤效应和临近效应作用下平波电抗器分布参数的 寄生电容、杂散电感W及绕组电阻的变化，适用于直流输电系统平波电抗器的电磁暂态分 析和直流场传导电磁骚扰水平分析。
【背景技术】
[0002] 平波电抗器是高压直流换流站内主要设备之一，是连接换流阀与直流侧的关键设 备。平波电抗器宽频等效电路模型的准确性直接影响到直流场传导电磁骚扰水平计算的有 效性，继而影响到直流场空间电磁骚扰水平预测的准确性。
[0003] 平波电抗器与直流滤波器一起构成高压直流换流站直流侧的直流谐波滤波回路， 能够防止由直流线路或直流开关站所产生的睹波过电压进入阀厅，从而使换流阀免于遭受 过电压应力而损坏；平波电抗器能平滑直流电流中的波纹，能避免在低直流功率传输时电 流的断续；同时它可W通过限制由快速电压变化所引起的电流变化率来降低换相失败率。
[0004] 平波电抗器包括干式电抗器和油式电抗器两种，在高压输电系统中，干式和油式 的平波电抗器均在±500 kV高压直流换流站获得采用，而±800 kV高压直流换流站采用 干式平波电抗器。高频下，趋肤效应和临近效应会造成绕组电阻的上升和电感的下降，同 时，分布参数的寄生电容在高频下将不可忽略。典型的平波电抗器的主要结构如图1所示， 其中高压端接口 H位于电抗器上部，低压端接口 L位于电抗器下部，整个平波电抗器放置于 距离地面一定高度的平台上，地电位标记为GND。将地面（即零电位点）视为一个端子，贝U 整个平波电抗器可视为H端网络，H个端子分别为H、UGNDd
[0005] 现有的平波电抗器等效电路模型仅仅由一个电感或者电感与定值电阻的串联构 成，适用于工频条件，没有考虑高频特性下绕组电阻、电感和电容的变化，因此在分析骚扰 特性时会产生较大的误差。
[0006] 为了准确分析平波电抗器的电磁暂态特性和直流场传导电磁骚扰水平，应准确考 虑杂散参数频变特性。在暂态传播和电磁骚扰传播分析中，平波电抗器绕组面线之间的杂 散电感和杂散电容会对平波电抗器传递特性产生很大影响，因此有必要针对每一面线研究 杂散参数的分布情况。而对于平波电抗器等效电路模型整体效果上在工频条件和骚扰条件 下内保证模型计算结果的准确性。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种基于传输线结构的平波电 抗器宽频电磁暂态分析等效电路，本发明W平波电抗器单位长度等值电路为基础，考虑在 高频趋肤效应和临近效应作用下平波电抗器分布参数的寄生电容、杂散电感W及绕组电阻 的变化，解决了现有电抗器模型不能满足骚扰条件下电磁暂态分析的问题，在直流输电系 统平波电抗器的电磁暂态分析和直流场传导电磁骚扰水平分析中具有突出的优势。
[0008] 本发明提出的平波电抗器传输线结构宽频电磁暂态分析等效电路，其理论基础是 描述平波电抗器内部暂态的波过程，将其等效为传输线模型，分别研究单位长度等值电路 杂散参数，便可W准确描述波在绕组中的传播W及电压在绕组间的分布。采用电路元件对 平波电抗器暂态过程进行模拟，可W方便的在电路分析平台中实现，在工频条件和骚扰条 件下均具有非常高的准确度。
[0009] 本发明提出的一种基于传输线结构的平波电抗器宽频电磁暂态分析等效电路，其 特征在于，该等效电路由n个相同的平波电抗器单位长度宽频等效电路依次串联而成，形 成多个分布式传输线结构，通过该分布式传输线结构模拟平波电抗器内部暂态波过程的传 播；
[0010] 该平波电抗器单位长度宽频等效电路的个数n，根据平波电抗器的平抗绕组等值 长度与单位长度宽频等效电路对应的研究长度相除得到。
[0011] 所述每个平波电抗器单位长度宽频等效电路包括一个单位长度电阻R。、一个单位 长度电感L。、一个单位长度面间杂散电容Cs。和两个单位长度对地杂散电容Cs。；其中，单位 长度电阻R。与单位长度电感L。串联，单位长度面间杂散电容Cs。的两端分别与单位长度电 阻R。、单位长度电感L。的另一端相连，单位长度面间杂散电容Cs。与单位长度电阻R。和单位 长度电感L。形成并联结构；第一单位长度对地杂散电容Cg。的一端与单位长度电阻R。和单 位长度面间杂散电容Cs。的连接点相连，第一单位长度对地杂散电容Cg。的另一端接地；第 二单位长度对地杂散电容Cg。的一端与单位长度电感L。和单位长度面间杂散电容Cs。的连 接点相连，第二单位长度对地杂散电容Cg。的另一端接地；
[001引其中，U、R。根据电抗器的电阻R和电感L由式（1)得到：
[001 引 Ro = R/Len，U = L/Len (D
[0014] 为平波电抗器的平抗绕组等值长度；
[0015] 平波电抗器的电容值(；、CtgY和Cwi从平波电抗器在出厂前进行端对端和端对地的 高频特性测量结果中得到，(；为总面间电容，CtgY和Cwi分别代表平波电抗器阀侧和网侧对 地杂散电容测量结果，则由式（2)计算得到单位长度对地杂散电容Cg。、单位长度面间杂散：
[0016]
【权利要求】
1. 一种基于传输线结构的平波电抗器宽频电磁暂态分析等效电路，其特征在于，该等 效电路由n个相同的平波电抗器单位长度宽频等效电路依次串联而成，形成多个分布式传 输线结构，通过该分布式传输线结构模拟平波电抗器内部暂态波过程的传播； 该平波电抗器单位长度宽频等效电路的个数n，根据平波电抗器的平抗绕组等值长度 与单位长度宽频等效电路对应的研究长度相除得到。
2. 如权利要求1所述等效电路，其特征在于，所述每个平波电抗器单位长度宽频等效 电路包括一个单位长度电阻R〇、一个单位长度电感U、一个单位长度阻间杂散电容Cstl和两 个单位长度对地杂散电容Cstl ;其中，单位长度电阻Rtl与单位长度电感Ltl串联，单位长度匝 间杂散电容Cstl的两端分别与单位长度电阻Rtl、单位长度电感Ltl的另一端相连，单位长度匝 间杂散电容Csc!与单位长度电阻R(!和单位长度电感L(!形成并联结构；第一单位长度对地杂 散电容Cgtl的一端与单位长度电阻Rtl和单位长度匝间杂散电容Cstl的连接点相连，第一单位 长度对地杂散电容Cgtl的另一端接地；第二单位长度对地杂散电容Cgtl的一端与单位长度电 感Ltl和单位长度匝间杂散电容Cstl的连接点相连，第二单位长度对地杂散电容Cgtl的另一端 接地； 其中，U、％根据电抗器的电阻R和电感L由式⑴得到： R0 = R/Len，L0 = L/Len (1) LmS平波电抗器的平抗绕组等值长度； 平波电抗器的电容值Cs、Cegv和Cegl从平波电抗器在出厂前进行端对端和端对地的高频 特性测量结果中得到，Cs为总匝间电容，Cegv和Cegl分别代表平波电抗器阀侧和网侧对地杂 散电容测量结果，则由式（2)计算得到单位长度对地杂散电容Cgtl、单位长度匝间杂散：
【文档编号】G06F17/50GK104331550SQ201410593554
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年10月28日 优先权日:2014年10月28日
【发明者】黄莹, 余占清, 朱童, 张晓 , 邱伟, 赵晓斌, 曾嵘, 何金良, 王云超, 张波 申请人:中国南方电网有限责任公司电网技术研究中心, 清华大学