交直流电压下柔性直流输电换流阀屏蔽系统电场分析

作     者：李立凡 

作者单位：华北电力大学(北京) 

学位级别：硕士

导师姓名：王泽忠

授予年度：2018年

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：换流阀 绝缘子 积分方程 耦合法 交直流 

摘      要：换流技术是柔性直流输电的核心技术,在柔性直流输电系统中,交流和直流的转换是通过换流阀来实现的。绝缘子和屏蔽罩是柔性直流输电换流阀塔的重要组成部分,分析柔性直流输电换流阀塔绝缘子内部电场和屏蔽罩表面电场对于柔性直流输电换流阀塔的设计具有重要意义。针对交流情况下绝缘子内部电场以及绝缘子与屏蔽罩表面电场之间的相互影响,本论文提出了边界元-场域元直接耦合算法。该方法在已知导体表面电位的情况下,可以求出导体表面电场和电介质内部电场。使用直接耦合算法计算三维轴对称模型的电场,通过与对应的二维轴对称模型有限元计算结果对比,验证了直接耦合算法的正确性。根据电场在理想电介质和导电媒质中分布规律的类比关系,将边界元-场域元直接耦合算法从理想电介质情况推广到了导电媒质情况,使其能够应用于直流情况。本论文研究了绝缘子内部与屏蔽罩表面电场之间的相互影响。针对一个阀塔的情况,建立不同层数屏蔽罩的模型,使用直接耦合法对绝缘子内部电场进行计算,计算结果表明在对阀塔进行建模时,靠近绝缘子的屏蔽罩对绝缘子内部电场分布影响较大,而远离绝缘子的屏蔽罩对绝缘子内部电场的影响较小。分别建立无绝缘子和有绝缘子情况下的换流阀屏蔽系统模型,使用直接耦合算法对屏蔽罩表面电场进行计算,分析得出在仿真计算时忽略绝缘子建模会对屏蔽罩表面电场计算结果有一定影响。根据实际工程中换流系统的电压施加方式以及换流阀塔之间的连接方式,分别建立了典型位置处换流阀塔的模型,使用直接耦合算法对交直流混合情况下屏蔽罩表面电场和绝缘子内部电场进行计算,与交流和直流电压单独作用下的情况对比,得出交直流混合电压对绝缘子内部电场分布有较大的影响,对屏蔽罩表面电场的影响较小。