[发明专利]一种换流阀用饱和电抗器在晶闸管开通下的性能分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统器件领域，尤其涉及一种换流阀用饱和电抗器在晶闸管开通下的性能分析方法。

背景技术

直流输电换流阀用饱和电抗器是换流阀中保护晶闸管的重要部件之一。它由铁芯和绕组组成，利用铁芯材质的饱和特性获得电气参数的饱和特点。在晶闸管开通情况下，饱和电抗器保护晶闸管是其最重要的任务。

针对这方面的研究工作，有的文献对非周期触发工况下饱和电抗器对晶闸管开通电流的影响进行了分析，但是对于饱和电抗器而言，只是考虑了其非线性电感特性，未考虑非线性铁损特性，导致揭示的规律并不全面也不系统。而对于晶闸管电流开通期间的关键门槛指标也并没有系统说明，只是片面地提到几个指标。

文献(Barnes，M.J.The prediction and control of transients in thyristor valves，PhD thesis，University of Aston in Birmingham，May 1985)最早分析了饱和电抗器非线性电感特性及对晶闸管开通电流的影响以及饱和电抗器电感特性在操作、雷电、陡波冲击下对晶闸管阻态下承受电压的影响。但是对于晶闸管开通电流的影响并未与晶闸管的耐受能力相结合，同时对于饱和电抗器的模型方面并未考虑铁损电阻的非线性，即使对于电感的非线性也只是简单地视为线性衰减。上述种种不足，使得饱和电抗器在晶闸管开通下的性能分析不全面。

本发明考虑了饱和电抗器完整的非线性模型在换流阀中保护晶闸管电流，即在晶闸管开通下的性能分析。从电抗器模型以及其在换流阀中的工况方面而言都是比现有文献全面。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种换流阀用饱和电抗器在晶闸管开通下的性能分析方法。以晶闸管开通时晶闸管的电流耐受能力为出发点，分析饱和电抗器参数的不同组合对晶闸管开通时施加承受的电力应力的影响。重点分析开通期间，每一个时间段晶闸管电流的耐受能力为门槛，得到针对不同时间段饱和电抗器和晶闸管的等效模型，以及不同时间段，流过晶闸管电流分量的分析，得到为保护晶闸管在开通情况下正常开通而所需要的饱和电抗器参数。此发明的分析方法为确定饱和电抗器的电气性能和电气参数设计优化奠定了理论和仿真基础。

本发明的一种换流阀用饱和电抗器在晶闸管开通下的性能分析方法，包括以下步骤：

(1)设定饱和电抗器的电气模型；

饱和电抗器的电气模型包括5项参数：线圈电阻、空心电感、铁心电感、铁损电阻和端间电容，对饱和电抗器的铁心电感、铁损电阻考虑其非线性；在铁心励磁电流低的情况下，铁心电感和铁损电阻均为恒定值，随着铁心励磁电流增大，铁心电感和铁损电阻由于铁心的工作状态进入非线性区域而呈现衰减的趋势；

(2)分析晶闸管的开通电流耐受特性；

晶闸管开通电流的耐受特性体现为一条电流曲线波形，从晶闸管开通时刻起一定时间门槛内，所述时间门槛为10-90微秒，晶闸管所能够承受的电流强度波形，即在此时间门槛内，要确保晶闸管开通时流过的电流要小于此耐受波形，根据时间段划分，此电流耐受波形有几个关键参数：

1)在晶闸管开通时刻起0.5～1个微秒内，晶闸管可以耐受一定量值的阶跃电流，记此量为Istep，单位为安培，此电流一般小于几百安培，具体数值要查询选用特定型号的晶闸管特性；

2)在晶闸管开通时刻后1～5个微秒内，晶闸管可以承受一定电流上升率的电流特性，记此阶段的电流上升率为di/dt1，单位为A/us，此阶段允许的电流上升率一般为几百安培/微秒，具体数值要查询选用特定型号的晶闸管特性；

3)在晶闸管开通时刻后4～20个微秒内，晶闸管可以承受一定电流上升率的电流特性，记此阶段的电流上升率为di/dt2，单位为A/us，此阶段允许的电流上升率一般为几千安培/微秒，这一阶段能够承受的电流变化率di/dt2要高于di/dt1；同时这一阶段内，晶闸管所允许的电流峰值也是一个门槛，记此电流峰值为Ipk，单位为安培，此电流峰值一般为数千安至数十个千安，具体数值要查询选用特定型号的晶闸管特性；

4)在晶闸管开通时刻后10～几十微秒内，晶闸管可以承受一定电流波谷值，记此电流波谷值为Ibg，单位为安培，此电流波谷值一般要大于晶闸管的擎住电流和维持电流，数值一般在几个安培，具体数值要查询选用特定型号的晶闸管特性。即要确保流过晶闸管的电流要大于此电流波谷值；

(3)建立晶闸管的开通电路分析模型；