柔直换流阀桥臂电抗器包封参数设计研究

作     者：侯启鑫 

作者单位：华北电力大学(北京) 

学位级别：硕士

导师姓名：李庆民;伍军

授予年度：2023年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：桥臂电抗器 交直流复合工况 温升分布 设计方法 软件开发 

摘      要：桥臂电抗器串接在柔性直流输电系统换流阀的每条支路中,作为关键部件,存在温升分布不均的问题,会诱发一系列故障,威胁电网稳定运行。同时随着交直流输电工程的混联规模不断扩大,桥臂电抗器的工况日益复杂。现有的桥臂电抗器设计方法不能满足交直流复合工况的复杂需求,也不能有效解决局部温升过大的问题。因此,在设计中平衡电流在包封中的分配,避免桥臂电抗器在运行中出现某个包封过热等问题具有重要意义。针对桥臂电抗器的电磁计算,基于现有设计方法的优缺点,本文提出两种包封参数优化设计方法。首先完成了不同放置方式下的多包封电感模块化计算,由此推导出各并联支路的等效电压方程组;在此基础上,结合桥臂电抗器实际设计,得到等电流密度法、等电阻电压法和等温升法的优缺点。同时,针对现有设计方法不能同时满足多个约束条件的情况,提出基于权重系数混合约束的综合优化设计方法,对于乌东德±800kV桥臂电抗器,与等电阻电压法和等温升法相比,综合性能提升24.3%、28.5%;为改善包封温升分布、匹配不同位置包封的发热与散热性能,提出面向温升均衡分布的内外包封差异化约束优化设计,对于乌东德±800 kV桥臂电抗器,与等电阻电压法、等温升法相比,包封温差分别下降了16.4%、12.5%。形成一套适用于交直流复合工况的桥臂电抗器设计方法。本文建立包封等效电磁模型,考虑到实际的过负荷、谐波工况,得到桥臂电抗器各并联包封支路交流电流、直流电流分配规律;基于实际工况对设计的制约和影响,利用梯度下降法,提出一套适用于该种情况下的参数调整方法,对于乌东德±800 kV桥臂电抗器,面向等温升的优化目标,使各包封温升最大值与最小值之差降至0.9 K,面向等电阻电压的优化目标,使各包封电阻电压最大值与最小值之差降至0.1 V。提出两种改善包封温升分布的新型电抗器结构。本文提出了电抗器轴向分割设计结构、径向分层结构,分别通过增大各包封的有效单位面积散热量、增大散热面积,以改善包封温升分布。对于乌东德±800kV桥臂电抗器,与传统一体化结构相比,轴向分割结构的包封温差由45.6 K缩小至37.4 K、包封热点温升由58.3 K降至44.5 K,径向分层结构的包封热点温升下降了 33.9%。形成一套能够体现出计算细节的模块化功能化的桥臂电抗器设计软件。本文将各种设计方法纳入其中,针对具体的交直流复合工况进行优化设计,并对电抗器设计过程中涉及到的各种信息进行有效的图形示意,最后通过温升试验验证了软件设计的有效性。