柔性直流输电系统换流阀无线电干扰特性研究

国文亮

电子电力设备作为一个国家各个行业发展当中最为主要的组成部分，其本身对社会以及经济的发展具有重要意义，但是在实际当中，电子电力设备一直是我国乃至国际上存在的一大问题，在对高压柔性直流输电的研究当中发展，基于电力运输换流站的工程当中会在内部或外围产生较大的无线电干扰，而这一干扰值必须小于固定的限值才能够保障柔性直流电能够正常投入到各种设备的使用当中，进一步满足磁兼容设计中的需求，否则在投入使用过程中会由于无线电干扰影响到换流站中设备的使用。

柔性直流换流站当中使用的多电平换流器作为电压原型模块，这种新型换流阀在投入使用当中后产生的谐波相较于传统的换流阀数值较小，而由于电流电压的产生，在柔性直流换流站运行当中，会产生电磁干扰，使用到新型阀流法则会在一定程度上降低电磁干扰。一般来讲干扰频率会小于30Mhz，但是这种电磁干扰频率会导致多电平换流器受到一定影响，在调制策略控制下无法正常运转，这也是国内外现阶段对换流站设计使用过程当中必须考虑的问题所在，而针对于这一原因，需要使用到直接频率计算方法。利用换流站宽频效率模型改变输入点的电压流域波形，促使快速Fourier在参数上发生转变的同时能够供给宽域直流电进行负荷工作，促使各个节点能够在对应的频谱上对抗入阻频数，并能够应用仿真计算公式对直流阀当中的電磁干扰进行计算，从而利用计算经验公式对干扰频数进行相应的控制。针对在高压直流柔性输电当中出现的Hertz进行计算，将换流阀当中的阀体看做不同的Hertz偶极子模型，进一步使用计算公式对其在直流电运输过程当中进行模拟，将换流站当中由电磁辐射产生的数值进行叠加，从而形成整体的辐射数值，进而换算出换流站周围的电磁干扰水平。

换流阀当中的电磁辐射与无线电干扰特性，其最主要的运行原理是由于物理拓扑结构以及运行机理之间的关系，如图1所示，其中职测流电压为Udc，而子模块电流则表示为MMC，子模块两端电压则表示为USM，电压升为Uao，通过六个桥臂，由n个连接点相互构成相同子模块电抗器呻联结构，各个桥壁子模块的串联数量由于换流器产生电平数的差异，按照相同的开关规则，在多电平换流器当中处于两种运行状态。一种是基于开通状态，开通VT2时关断VT2，此时子模块处于运行状态。能够对电压进行输出，即电容CO左右的电压UC，此时在桥臂中的电流将会对子模块产生较为集中的放电，同样也是在无线电干扰特性研究当中最为常见的一种计算方式，通过与换流阀的主要电磁特性串联方式进行转换，促使电磁辐射数值的变化从而检测实际干扰特性。

图1 运行原理

同时，在MMC进行正常运转的过程当中，使用较为专业的调制策略对整体子模块的电压输进行一定的调节，保障其整体的总电压输出时能够始终保持较为接近正弦调制波的数值促使电阻器上下的流域值差异较小时能够对桥臂连孤单的电压值进行计算，在这一过程当中需要保障直流电压始终处于统一数值状态，在各个桥臂当中投入的恒定子模块数量能够负荷上下桥臂的变化的同时，处于平滑变化曲线中的n导通状态，形成单相电压波形。（如图2）

图2 电压波形

考虑到兼容的MMC电压电容排序在转换电流法状态过程当中，需要对某一特定子模块当中的电容电压进行大小排序，在这一状态下，结合子模块的实际顺序将靠前的子模块投入到计算过程当中，切除其余模块。同时，保障模块电容电压处于本刻的变化状态，对子模块进行通关时，需要考虑到电磁辐射的实际角度影响，在某一桥臂当中发生通断作用子模块数量最大时，此时子模块会发生关断动作的数量即为最大值。这一转换动作发生的过程，即为辐射无线电最为严重的时刻，根据电磁兼容设计的实际标准来看，在运行换流阀的过程当中产生的电磁干扰，对其他空间中的电力设备运行不产生实际影响。因此，MMC模型建立在实际情况产生电磁符合最严重的模式下，从而计算出无限电磁干扰特性。

（一）获取仿真参数

以逆变站为例，考虑换流直径电流与交流出线处的抗阻数值在电子功率较大的设备构件中的换流站，以及无线电干扰主要是由于频繁通断设备所产生的，因此，在对柔性直流输电系统换流法无线电干扰特性进行研究时，不考虑来自直流线路与交流线路的干扰贡献，在一定程度上能够达到对电路拓扑模型的简化工作。认为直流进线处为理想的最佳导体，假设交流出线处的热损耗，考虑桥臂输入阻抗结合域膜法，先对电力设备电磁系统仿真软件建立MMC宽频效率模型，结合各个换流阀中的桥臂电压电流以及交流进出口的电流波形成最佳理想导体，而直流出现处的抗阻，需要利用仿真计算式中的各节点抗阻值z频率特性，实现对称转换电压计算，转换后的A相桥臂电压电流特性如图3所示，在其中分别选用实部与虚部仿真频率点计算，采取各个不同流域阈值，输入不同频率下的电压U，单位V，获得的抗组频率特性可由下式求出。

图3 电流特性

（二）分析结果

借助FEKO软件的核心矩量法，首先需要计算出柔性直流输电系统当中表面的电流以及磁流数值，借助这些参数能够计算出电磁场数值附近的远场方向参数，在仿真研究过程当中，以大地为理想的导体设置出单频电仿真形式，进行各个频点的计算，从而考虑到天线方向与实际的柔性直流输电系统中会产生空间随着角度变化的特性，因此，在实际运行当中，能够促使换流站的无线干扰数值逐渐随着频率的增高而减小，在增强方向性的同时，导致阀塔横向侧场的强度明显高于阀塔纵向侧场强度。

（三）对比实测

在对柔性直流输电系统换流阀无线电磁干扰特性进行仿真计算过程当中，以理想的仿真模型作为基础模型，难以结合到实际运行换流阀所处的环境对无线电磁干扰特性进行研究，因此也无法排除其他换流站内的设备产生的无线电干扰影响，在一定程度上与实际测量结果存在一定的差异。在后续的工作当中，为了能够保障柔性直流电力设备能够更好地应用在实际应用当中，需要对电磁屏蔽室或者电波暗室搭建简易测量模型进行实际测量。在测量过程当中，需要使用到无线电骚扰抗扰度测量方法规范进行测试，分体使用环形天线测量准峰值以及峰值位的电波强度，结合分水平极化以及垂直极化方向确定大致测量的背景值，一般来讲在测量此数值时将忽略噪声影响，选择在换流站的大门处计算结果，将实际测量结果与仿真计算结果进行对比则会发现实际的趋势基本趋于相同，频率的不断升高也会在一定程度上降低换流阀产生的干扰值。

柔性直流输电系统的换流阀无线电干扰特性在Hertz偶极子模型与直接频域说法进行计算后得出，其基于矩量法的结构之下对换流阀运行前进产生的辐射会随着频率的升高而增强，自身特性值也会趋向于阀塔纵向侧场。