[发明专利]一种换流阀用晶闸管承受最严酷电流应力的试验设计与分析方法

摘要

本发明提出了一种换流阀用晶闸管承受最严酷电流应力的试验设计与分析方法。在换流阀开通电流工况中，最严酷的为非周期触发下晶闸管的开通电流应力。为了验证换流阀用晶闸管能够承受此开通应力，本发明设计了专门的试验，采用冲击电容、饱和电抗器、晶闸管串联，冲击电容放电的形式产生放电电流流过晶闸管，设计试验参数以确保施加在晶闸管上的电流应力与换流阀在非周期触发工况下的电流应力等效。本发明设计的试验实现简单，易调节，等效性强。

主权项

一种换流阀用晶闸管承受最严酷电流应力的试验设计与分析方法，其特征在于包括以下步骤：(1)分析最严酷的电流应力工况；晶闸管在换流阀中的开通过程包括以下工况：非周期触发、最大暂态运行触发工况，正常触发和过电压保护触发、大角度运行触发工况，正常触发和过电压保护触发、周期触发，正常触发和过电压保护触发、低电压触发工况；晶闸管开通时，流过晶闸管的电流有三部分源，一部分来自避雷器上的能量，第二部分来自换流阀端间杂散电容上的能量，第三部分来自晶闸管两端阻尼电容通过阻尼电阻的放电电流；非周期触发工况时，避雷器上的电压最高，避雷器中建立的电流最大，换流阀端间杂散电容上的电压最高，晶闸管两端阻尼电容通过阻尼电阻的放电电流最大，因此开通电流应力最严酷的工况为非周期触发工况；(2)搭建晶闸管电流应力试验回路；晶闸管承受最严酷电流应力的非周期工况下流过晶闸管电流的典型波形为随时间变化的电流强度波形，在晶闸管开通初期，电流有一个显著的阶跃值，随着开通时间延长，晶闸管所允许电流以一定的上升率开始增大，称为第一阶段的电流上升率，随时间继续延长，所允许电流的上升速度可进一步增大，称为第二阶段的电流上升率，由于晶闸管在开通初期的电流有明显的振荡特性，因此晶闸管所允许的电流峰值时刻过后，晶闸管电流的振荡特性还体现为晶闸管的波谷电流不能太小，尤其严重的是晶闸管电流不能过零；搭建晶闸管电流应力试验回路的目标则是通过实验回路能够产生这样的电流波形，由于晶闸管电流的上升率分为明显的两段，实际工况中是由于饱和电抗器的饱和特性导致的，因此试验回路的主要器件也采用了饱和电抗器，采用了在饱和电抗器和晶闸管及并联的阻尼电阻和阻尼电容器件串联后的一个放电电容，饱和电抗器、放电电容、晶闸管阻尼电阻和晶闸管阻尼电容的参数设置也是以试验回路产生等效的电流强度为依据；(3)试验回路原理分析试验回路中能量源则为放电电容Cstray上的能量，采用预充电的方法将放电电容Cstray预先充电至电压Uo后，此时晶闸管级两端的阻尼电容上也需预先充电至Uo，连接此放电电容与饱和电抗器和晶闸管回路，试验回路中会产生一个等效的电流应力波形流过及国内闸管；1)由于晶闸管两端的阻尼电容通过阻尼电容和晶闸管回路放电会有一个台阶阶跃电流，而饱和电抗器的线性铁损电阻也产生一个台阶阶跃电流，因此这两部分电流叠加后流过晶闸管以等效晶闸管在最严酷电流应力波形中的台阶阶跃电流值；2)随着放电时间延长，饱和电抗器的铁心电感选择数值未进入非线性段时，由于铁心电感的数值选择会降低试验回路中电流的上升速度与晶闸管在最严酷电流应力波形中的电流上升速度，也即第一阶段的电流上升率等效；3)随着放电时间进一步延长，饱和电抗器的铁心电感和铁损电阻分别进入非线性段，此时铁心电感和铁损电阻从量值上进一步下降，晶闸管试验回路中的电流上升速度会有显著增加，这一显著增加的上升速度与晶闸管在最严酷电流应力波形中的电流上升速度，也即第二阶段的电流上升率等效；4)随着放电时间继续延长，流过晶闸管的电流振荡特性会使得电流出现波峰和波谷值，波峰和波谷值与晶闸管在最严酷电流应力波形中的波峰和波谷电流等效；(4)试验回路仿真分析根据搭建的试验回路和试验回路原理分析，通过软件建立试验回路的仿真电路，换流阀端间冲击电容Cs_V为电源端，连接一个控制开关Rth后，再与饱和电抗器以及晶闸管部件电路串联形成闭合的试验回路，其中饱和电抗器的仿真电路包括其线圈电阻Rcu_v、空心电感Lair_v串联后再与模拟饱和电抗器铁磁特性的铁心电感Ld_value_v、铁损电阻Rsat_v并联部分串联，最终与饱和电抗器的端间电容Cs并联；而晶闸管部件电路包括晶闸管模型与并联在晶闸管两端的阻尼电阻Rd_v和阻尼电容Cd_v，当充电电容Cs_V上预先充电至Uo后，阻尼电容Cd_v上也需充电至Uo，合上控制开关，仿真即可得到晶闸管上的电流波形。