谐波环境下模块化多电平换流器子模块电容器的多场耦合分析及优化研究OA北大核心CSTPCD

金属化薄膜电容器作为柔性直流输电用换流阀的核心设备,在大谐波分量与高环境温度的复杂多物理场作用下存在异常温升、鼓包形变等问题,严重影响着电容器的使用寿命。该文建立了金属化薄膜、电容器单体与电容器整机的电-热-力多场耦合模型,分析了模块化多电平换流器子模块常见谐波环境下,电容器内部多物理场特性。发现谐波电流增强了电容器层间电场畸变与金属化层的欧姆损耗,谐波电场的叠加增大了基膜的介质损耗,综合导致了电容热点温度与内部应力值在谐波分量的增大下呈指数形式上升。为改善电容器在谐波环境下的运行稳定性,采用多目标粒子群算法对单体电容的结构参数进行了优化,得到了单体结构最优解:膜厚4.7mm,膜宽41.8mm,电容直径40.6mm。优化后电容器内部电场畸变系数、热点温度与最大应力值分别降低了23%、22%与31%。提高了电容器在谐波环境下的工作性能,对提升其运行可靠性有一定的指导意义。