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1、(10)申请公布号 CN 103617372 A (43)申请公布日 2014.03.05 CN 103617372 A (21)申请号 201310665225.4 (22)申请日 2013.12.10 G06F 19/00(2011.01) (71)申请人 国家电网公司 地址 100031 北京市西城区长安街 86 号 申请人 中国大唐集团科学技术研究院有限 公司 黑龙江省电力科学研究院 东北电力大学 (72)发明人 刘士利 潘超 蔡国伟 徐冰亮 (74)专利代理机构 吉林市达利专利事务所 22102 代理人 陈传林 (54) 发明名称 一种换流阀三维电场计算方法 (57) 摘要 本发明是。
2、一种换流阀三维电场计算方法， 其 特点是 ： 包括的内容有 ： 采用边界元法计算换流 阀外部空间电场和内部电场 ； 利用三维有限元 边界元建立电场模型并求解， 通过研究有限元和 边界元在计算换流阀电磁场时的适用性， 能够充 分反映直流换流阀的电场分布情况， 该方法计算 快速、 准确， 适应性强， 具有较高的工程价值。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103617372 A CN 103617372 A 1/1 页 2 1. 一种换。
3、流阀三维电场计算方法 , 其特征是， 它包括以下内容 ： 1） 采用边界元法计算换流阀外部空间电场 当场点 r 在导体的表面上时， 边界积分方程可表示为 式中， r 为场点位置矢量， r 为源点位置矢量， 为场点电位， 为源点面电荷密度， R 为场点和源点之间的距离， 以 为求解变量， 将边界离散， 并采用伽辽金加权余量法， 则式 (1) 写成 ： 式中， e 表示场单元的编号， e表示源单元的编号， i、 j 表示离散节点编号， Se表示场 单元的积分区域， Se表示源单元的积分区域， 表示节点电位， i表示节点面电荷密度， Ni、 Nj为插值函数， 0为真空的介电常数， 通过插值离散式 (。
4、2) 能够转化为代数方程， 继而 求得电场分布 ； 2） 采用有限元法计算换流阀内部电场 屏蔽罩各处的电位能够通过等效电路计算得出， 蔽罩表面电场则必须从场的角度进行 分析， 试验装置的结构和尺寸决定屏蔽罩的表面场强计算， 屏蔽罩的表面场强计算涉及三 维静电场， 求解三维静电场的第一类边值， 电位满足如下 Laplace 方程 其中， 为空气的介电常数， 为空间某点的电位， 为场域边界， 为边界上的电位 值， 采用有限元方法求解上述偏微分方程， 得到换流阀空间的电位分布， 继而得到阀模块内 部电场强度。 权 利 要 求 书 CN 103617372 A 2 1/3 页 3 一种换流阀三维电场计。
5、算方法 技术领域 0001 本发明是一种换流阀三维电场计算方法， 应用于特高压直流换流阀电场仿真方法 研究以及场分析。 背景技术 0002 换流阀实现交流系统和直流系统的能量传递， 是高压直流输电系统的核心电力电 子设备。 高压直流换流阀的研制工作是一项非常复杂的工程， 涉及到高电压技术、 电力电子 技术、 热力学、 结构力学等十余个学科体系， 具有技术难度高、 集成度大、 跨学科领域多、 可 靠性要求高等技术特点。 从绝缘角度来看， 应严格控制换流阀屏蔽罩各处场强， 保证层间和 层内屏蔽板间的电气净距离和安全裕度， 确保屏蔽罩表面无电晕产生。 因此， 换流阀屏蔽罩 表面场强分布计算对于换流阀。
6、系统的规划设计和工程建设具有重要的指导意义。 发明内容 0003 本发明的目的是提供一种计算快速、 准确， 适应性强， 具有较高实际应用价值的换 流阀三维电场计算方法。 0004 本发明的目的是由以下技术方案来实现的 ： 一种换流阀三维电场计算方法 , 其特 征是， 它包括以下内容 ： 0005 1） 采用边界元法计算换流阀外部空间电场 0006 当场点 r 在导体的表面上时， 边界积分方程可表示为 0007 0008 式中， r 为场点位置矢量， r 为源点位置矢量， 为场点电位， 为源点面电荷密 度， R 为场点和源点之间的距离， 以 为求解变量， 将边界离散， 并采用伽辽金加权余量法， 。
7、则式 (1) 写成 ： 0009 0010 式中 ： e 表示场单元的编号， e表示源单元的编号， i、 j 表示离散节点编号， Se表 示场单元的积分区域， Se表示源单元的积分区域， 表示节点电位， i表示节点面电荷密 度， Ni、 Nj为插值函数， 0为真空的介电常数， 通过插值离散式 (2) 能够转化为代数方程， 继 而求得电场分布 ； 0011 2） 采用有限元法计算换流阀内部电场 0012 屏蔽罩各处的电位能够通过等效电路计算得出， 屏蔽罩表面电场则必须从场的角 度进行分析， 试验装置的结构和尺寸决定屏蔽罩的表面场强计算， 屏蔽罩的表面场强计算 说 明 书 CN 103617372。
8、 A 3 2/3 页 4 涉及三维静电场， 求解三维静电场的第一类边值， 电位满足如下 Laplace 方程 0013 0014 其中， 为空气的介电常数， 为空间某点的电位， 为场域边界， 为边界上的 电位值， 采用有限元方法求解上述偏微分方程， 得到换流阀空间的电位分布， 继而得到阀模 块内部电场强度。 0015 本发明的一种换流阀三维电场计算方法， 与现有的计算方法相比， 本发明利用三 维有限元边界元建立电场模型并求解， 通过研究有限元和边界元在计算换流阀外部空间 电场和内部电场时的适用性， 能够充分反映特高压直流换流阀的电场分布情况， 该方法计 算快速、 准确， 适应性强， 具有较高的。
9、实际应用价值。 附图说明 0016 图 1 为本发明一种换流阀模型示意图 ； 0017 图 2 为电抗器示意图 ； 0018 图 3 为 TTM 电气接线图。 具体实施方式 0019 下面结合附图和具体实施例对本发明的一种换流阀三维电场计算方法作进一步 描述 ： 0020 参照图 1， 本发明的一种换流阀三维电场计算方法， 建立换流阀的三维有限元电场 模型， 0021 1） 采用边界元法计算换流阀外部空间电场 0022 当场点 r 在导体的表面上时， 边界积分方程可表示为 0023 0024 式中 ： r 为场点位置矢量， r 为源点位置矢量， 为场点电位， 为源点面电荷密 度， R 为场点和。
10、源点之间的距离， 以 为求解变量， 将边界离散， 并采用伽辽金加权余量法， 则式 （1) 写成 ： 0025 0026 式中， e 表示场单元的编号， e表示源单元的编号， i、 j 表示离散节点编号， Se表 示场单元的积分区域， Se表示源单元的积分区域， 表示节点电位， i表示节点面电荷密 度， Ni、 Nj为插值函数， 0为真空的介电常数， 通过插值离散式 (2) 能够转化为代数方程， 继 而求得电场分布 ； 说 明 书 CN 103617372 A 4 3/3 页 5 0027 2） 采用有限元法计算换流阀内部电场 0028 屏蔽罩各处的电位能够通过等效电路计算得出， 屏蔽罩表面电场。
11、则必须从场的角 度进行分析， 试验装置的结构和尺寸决定了屏蔽罩表面场强计算是复杂的三维静电场问 题， 且该问题是第一类边值问题， 电位满足如下 Laplace 方程 0029 0030 其中， 为空气的介电常数， 为空间某点的电位， 为场域边界， 为边界上的 电位值， 采用有限元方法求解上述偏微分方程， 得到换流阀空间的电位分布， 继而得到阀模 块内部电场强度。 0031 图 2 为直流输电用饱和电抗器， 用以限制晶闸管开通阶段的电流上升率， 一般有 线圈和铁芯构成， 在分析换流阀内部电场时， 可以忽略电抗器内部复杂的结构， 用简化的模 型进行模拟， 如图 2 所示， 外壳为绝缘材料， 内部为金属电极， 计算电场时， 在金属电极上施 加相应的电位即可。 0032 图 3 为晶闸管触发控制电路 TTM 板的电路拓扑， 由于 TTM 板本身结构复杂， 在分析 换流阀内部电场时， 可将其等效为介质板， 忽略电子元件对强电场的影响。 说 明 书 CN 103617372 A 5 1/2 页 6 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103617372 A 6 2/2 页 7 图 3 说 明 书 附 图 CN 103617372 A 7 。