高压直流换流站阀系统宽频建模与电磁骚扰特性的研究

论文摘要

了解±500kV换流站电磁兼容环境,能够独立掌握建模、预测计算方法,为今后更高电压等级的电磁兼容设计奠定基础,是我国换流站技术国产化的要求。本文结合国家杰出青年科学基金项目“电磁干扰的耦合机理”(50325723)、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),发改委自主化项目“换流站电磁兼容技术研究”(EHV[2007]GC004),通过对三座±500kV直流换流站电磁骚扰的全面测量和分析,获得了±500kV直流换流站电磁骚扰的时频特性。在此基础上,本文重点研究了传输线时域有限元方法和换流阀系统宽频电路模型,并应用于±500kV直流换流站一次系统的传导和辐射电磁骚扰以及换流站周边无线电干扰的预测计算。通过与测量结果及其它文献的计算结果进行比较,验证了本文方法的有效性和实用性。本文主要研究成果如下:1.获得了±500kV直流换流站正常运行和开关操作时的电磁骚扰的时频特性,为我国±500kV直流换流站电磁兼容标准的制定提供了电磁环境基础数据。2.提出了传输线时域有限元方法,可应用于传输线上任意一点联结集中参数电路的时域计算,避免了采用时域有限差分法时需要联立求解集中参数电路状态方程以及由于中心差分离散而带来的吉布斯效应等问题,进一步丰富了传输线理论研究体系。最后将其应用于±500kV直流换流站500kV交流场开关操作时在CVT二次侧产生的电磁骚扰,以及流经CVT接地下引线的入地瞬态电流的预测计算。3.提出了基于双口网络测量获得单端口网络参数的转换方法,并充分利用矢量网络分析仪对±500kV直流换流阀系统各元件的散射参数进行了宽频测量,转换获得了元件的宽频阻抗参数。通过有理逼近技术并利用Brune(布隆)网络综合方法,实现了±500kV直流换流阀系统各元件的宽频等效电路建模。由这些模型仿真得到的宽频阻抗特性与测量结果一致,验证了其有效性。4.建立了±500kV直流换流站换流阀系统和交直流侧一次系统的宽频电路模型,对±500kV直流换流站运行时在一次系统产生的传导和辐射电磁骚扰进行了预测计算,预测计算结果与测量结果吻合。并在此基础将其应用于研究±500kV直流换流站运行时产生的传导和辐射电磁骚扰问题,并对电磁骚扰抑制措施的效果进行了分析。5.基于上述宽频电路模型并结合矩量法,以换流阀开通时的瞬态电压为激励源,对±500kV直流换流站周边的无线电干扰水平进行了预测计算。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 引言
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 国内外研究动态
• 1.2.1 国外研究动态
• 1.2.2 国内研究动态
• 1.3 本文的主要工作
• 第二章 换流站电磁骚扰的测量与特征分析
• 2.1 正常运行时换流站的电磁骚扰及其特征
• 2.1.1 测量对象及测点位置
• 2.1.2 测量设备及性能
• 2.1.3 测量内容与测量步骤
• 2.1.3.1 肇庆±500kV 换流站的测量
• 2.1.3.2 广州北郊±500kV 换流站的测量
• 2.1.3.3 深圳宝安±500kV 换流站的测量
• 2.1.4 交、直流开关场的稳态电磁骚扰
• 2.1.5 阀厅内稳态电磁骚扰
• 2.2 开关操作时二次系统的瞬态电磁骚扰
• 2.2.1 测量对象及测试仪器
• 2.2.2 二次瞬态电磁骚扰测试说明
• 2.2.3 实测瞬态骚扰电压时域与频域特征分析
• 2.2.3.1 信号电缆瞬态骚扰电压
• 2.2.3.2 控制电缆瞬态骚扰电压
• 2.2.3.3 光CT 二次端瞬态骚扰电压
• 2.3 换流站外无线电干扰的测试
• 2.4 小结
• 第三章 传输线的时域有限元方法
• 3.1 电报方程的有限元离散
• 3.1.1 单元分析
• 3.1.2 频变参数的时域处理
• 3.2 电报方程的有限元分析
• 3.2.1 传输线的有限元方程
• 3.2.2 集中参数电路元件的时域处理
• 3.2.2.1 电阻元件
• 3.2.2.2 电感元件
• 3.2.2.3 电容元件
• 3.3 方法验证
• 3.4 方法应用
• 3.4.1 ±500kV 换流站开关操作时二次系统瞬态骚扰电压的预测
• 3.4.1.1 二次电缆参数的获取
• 3.4.1.2 二次电缆末端输入阻抗的获取
• 3.4.2 ±500kV 换流站开关操作时CVT 二次端骚扰电压的预测
• 3.5 小结
• 第四章 换流阀组件的宽频电路模型
• 4.1 基于散射参数获得策动点阻抗参数的方法
• 4.1.1 单端口元件宽频阻抗特性的测量
• 4.1.1.1 单端口元件阻抗的测量
• 4.1.1.2 双端口网络散射参数的测量
• 4.1.2 方法验证
• 4.2 换流阀组件宽频阻抗特性的测量
• 4.3 主要元件的宽频电路建模方法
• 4.3.1 最小电抗型函数
• 4.3.2 布隆（Brune）网络综合方法
• 4.3.3 负电感的处理方法
• 4.4 主要元件以及换流阀组件的宽频电路模型
• 4.4.1 饱和电抗器的宽频等效电路
• 4.4.2 晶闸管的宽频等效电路
• 4.4.3 均压电容的宽频等效电路
• 4.4.4 阻容回路电阻的宽频等效电路
• 4.4.5 阻容回路电容的宽频等效电路
• 4.5 小结
• 第五章 换流站一次系统传导电磁骚扰的预测计算
• 5.1 换流站一次设备的宽频电路模型
• 5.1.1 换流阀
• 5.1.2 换流变压器
• 5.1.3 平波电抗器
• 5.1.4 滤波器
• 5.1.4.1 直流滤波器
• 5.1.4.2 交流滤波器
• 5.1.4.3 PLC 滤波器
• 5.2 换流站系统宽频拓扑模型的建立及其有效性验证
• 5.3 换流站一次系统传导电磁骚扰的预测
• 5.3.1 传导电磁骚扰的产生机理
• 5.3.2 一次系统传导电磁骚扰预测
• 5.3.2.1 换流阀骚扰源预测
• 5.3.2.2 不同触发角对换流阀骚扰源的影响
• 5.3.2.3 平波电抗器输入输出端电磁骚扰水平的预测
• 5.3.2.4 直流滤波器对电磁骚扰的影响
• 5.3.2.5 交流PLC 滤波器对电磁骚扰的影响
• 5.3.2.6 交流滤波器对电磁骚扰的影响
• 5.4 小结
• 第六章 ±500KV 换流站一次系统辐射骚扰的预测计算
• 6.1 换流站辐射电磁骚扰机理分析及计算方法
• 6.1.1 辐射骚扰机理分析
• 6.1.2 计算方法
• 6.2 换流站内空间电磁骚扰的预测
• 6.2.1 计算模型的建立
• 6.2.2 计算结果
• 6.2.2.1 直流场电磁辐射骚扰
• 6.2.2.2 交流场电磁辐射骚扰
• 6.3 换流站周边无线电干扰的预测
• 6.3.1 无线电干扰产生及传播机理
• 6.3.2 无线电干扰计算方法及其验证
• 6.3.3 无线电干扰预测计算
• 6.3.3.1 未装设直流侧 RI 滤波器时
• 6.3.3.2 直流侧安装 RI 滤波器
• 6.3.3.3 交流输电线路无线电干扰水平
• 6.4 小结
• 第七章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间参加的科研工作及学术论文发表