基于有限元的模块化多电平换流器绝缘结构分析

张军，吴金龙，梁云丹，陈小军，姚为正

(1.西安许继电力电子技术有限公司，西安市710075;2.国家电网运营监测(控)中心，北京市100031;3.国家电网公司运行分公司，北京市100052)

0 引言

随着光伏发电、风能发电等可再生能源利用规模的不断扩大，其固有的分散性、小型性、远离负荷中心等特点，使得采用交流输电技术或传统的直流输电技术联网很不经济［1］。随着电力电子器件和控制技术的发展，产生了一种新型的直流输电技术，称之为柔性直流输电系统或轻型直流输电系统，这是一种基于电压源型换流器的直流(voltage-sourced converter highvoltage direct current，VSC-HVDC)输电技术，与基于自然换相技术的电流源型换流器的传统直流输电不同，VSC-HVDC输电技术采用了可控关断器件和以脉宽调制(PWM 技术)为基础［2-6］。

换流阀作为核心部件一直是研究的重点，也是换流站设计中最重要的任务。VSC-HVDC换流阀的设计应用了电力电子技术、光控转换技术、高电压技术、控制技术、均压技术、冷却技术和高压用绝缘材料等最新技术和研究成果［7-8］。

在柔性直流输电系统中，MMC作为核心设备在运行中处于高电压大电流的工作状态。高电压绝缘技术是换流阀中比较突出的问题，从本质上来说绝缘结构的绝缘强度就是其承担电场强度的能力［9-10］。

作为一个高电压大功率的电气设备，换流阀的绝缘结构对于设备的安全运行非常重要。在换流阀的绝缘结构中分别采用了固体绝缘和空气绝缘，由于空气的绝缘强度远小于固体绝缘介质，实际运行或试验中电晕、击穿放电、爬电等绝缘故障都是由于其局部的电场超过空气的击穿场强的临界值引起的［11-14］，因此换流阀的电场分析对于绝缘结构设计是非常必要的。……