專利名稱：一種換流閥用飽和電抗器在晶閘管阻態(tài)下的性能分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)器件領(lǐng)域，尤其涉及一種換流閥用飽和電抗器在晶閘管阻態(tài) 下的性能分析方法。
背景技術(shù)：
直流輸電換流閥用飽和電抗器是換流閥中保護晶閘管的重要部件之一。它由鐵芯 和繞組組成，利用鐵芯材質(zhì)的飽和特性獲得電氣參數(shù)的飽和特點。而在晶閘管阻態(tài)下飽和 電抗器保護晶閘管的電氣性能分析未見類似文獻。文獻(Barnes,M. J. The prediction and control of transients in thyristor valves,PhD thesis,University of Aston in Birmingham,May 1985)最早分析了飽禾口電 抗器非線性電感特性及對晶閘管開通電流的影響以及飽和電抗器電感特性在操作、雷電、 陡波沖擊下對晶閘管阻態(tài)下承受電壓的影響。對于操作、雷電、陡波沖擊下飽和電抗器的特 性分析，文獻未考慮晶間管上承受電壓與其耐受特性的關(guān)系，而這與飽和電抗器的電氣性 能有密切關(guān)系。文獻并未考慮飽和電抗器在換流閥中安裝位置不同所承受電壓的不同。對 于操作、雷電、陡波沖擊的波尾階段，還需要考慮飽和電抗器非線性電感、非線性鐵損電阻 的完整非線性，但是文獻并未考慮鐵損電阻的非線性，即使對于電感的非線性也只是簡單 地視為線性衰減。上述種種不足，使得飽和電抗器在晶間管阻態(tài)下的性能分析不全面。本發(fā)明是考慮了飽和電抗器的全面的非線性模型在換流閥中保護晶閘管耐受電 壓特性方面的全面工況的分析。綜合考慮了晶間管的耐受電壓、飽和電抗器安裝位置不同 所承受電壓的不同特性、飽和電抗器完整的非線性模型，因此從電抗器模型以及其在換流 閥中的工況方面而言都是比現(xiàn)有文獻全面。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種換流閥用飽和電抗器在晶閘管阻態(tài)下的性能分析方 法。特別涉及飽和電抗器在保護晶閘管處于阻態(tài)下，包括正向阻態(tài)和反向阻態(tài)下保護晶閘 管的性能分析。換流閥需要承受操作、雷電、陡波類型的沖擊，在這些工況下，晶閘管均處于 阻態(tài)，在這些狀態(tài)中，通過調(diào)節(jié)飽和電抗器的電氣參數(shù)，可以達(dá)到大大分擔(dān)施加在晶間管上 電壓強度的目標(biāo)。根據(jù)晶閘管在阻態(tài)下的安全工作區(qū)，將其合理轉(zhuǎn)換為瞬態(tài)下的電壓強度 曲線，通過頻域分析可以獲得飽和電抗器參數(shù)與其保護晶閘管目標(biāo)的關(guān)系。本發(fā)明提供的 分析方法操作簡單，物理概念清晰明了，分析結(jié)果直觀，為進一步實現(xiàn)在晶閘管阻態(tài)下設(shè)計 飽和電抗器的電氣參數(shù)奠定理論和仿真基礎(chǔ)。本發(fā)明提出的一種換流閥用飽和電抗器在晶閘管阻態(tài)下的性能分析方法，其特征 在于包括以下步驟(1)設(shè)定飽和電抗器的電氣模型；飽和電抗器的電氣模型包含5項參數(shù)線圈電阻、空心電感、鐵心電感、鐵損電阻 和端間電容，對飽和電抗器的鐵心電感、鐵損電阻考慮其非線性；在鐵心勵磁電流低的情況下，鐵心電感和鐵損電阻均為恒定值，隨著鐵心勵磁電流增大，鐵心電感和鐵損電阻由于鐵 心的工作狀態(tài)進入非線性區(qū)域而呈現(xiàn)衰減的趨勢；(2)分析晶閘管的耐受電壓能力；基于換流閥選用型號晶閘管的電壓耐受能力，即電壓與電壓變化率的耐受能力曲 線。它的典型特性為當(dāng)晶閘管上承受的電壓變化率小于一定門檻時，晶閘管上能夠安全耐 受的電壓為一恒定值，而當(dāng)晶閘管上承受的電壓變化率高于此恒定值時，晶閘管上能夠安 全耐受的電壓呈現(xiàn)下降衰減趨勢，由于晶閘管的這條耐受曲線為靜態(tài)電壓與電壓變化率的 關(guān)系，而換流閥在晶閘管阻態(tài)下的分析包括操作、雷電、陡波沖擊下的分析均為暫態(tài)，因此 需要根據(jù)晶閘管的固有電壓耐受特性轉(zhuǎn)換得到晶閘管在暫態(tài)電壓下隨時間變化的電壓耐 受關(guān)系曲線；設(shè)定晶閘管上承受電壓特性為u = U0(1-COS (2 π ft))，其上電壓變化率的特性
Afj
為丁 = 2π/ 0 η(2π/ )，其中晶閘管上承受電壓峰值為2U。，電壓變化率的峰值為2 π fU0, at
由此可以看出電壓峰值與電壓變化率的峰值已經(jīng)包括了頻率的因素，將晶閘管在半個周波 內(nèi)的電壓波形與其電壓變化率的關(guān)系隨時間的變化逐點描繪，得到在半個周波內(nèi)晶閘管承 受電壓與電壓變化率的關(guān)系曲線，將這條曲線與晶閘管的耐受電壓與電壓變化率的曲線對 比，對應(yīng)每一個時刻晶閘管需要承受的電壓變化率時，晶閘管實際承受的電壓小于晶閘管 的耐受電壓，那么晶閘管就可以安全工作，實際設(shè)計中，將在晶閘管耐受電壓的能力基礎(chǔ)上 乘以一個比例系數(shù)，取0. 5 0. 8之間，稱為裕度電壓，應(yīng)盡量確保晶閘管實際承受的電壓 在裕度電壓范圍內(nèi)，或者更低；(3)分析換流閥均壓系數(shù)的變化規(guī)律；由于飽和電抗器安裝在換流閥中空間位置不同，而換流閥承受操作、雷電、陡波沖 擊考核時，靠近沖擊端的飽和電抗器承受的電壓將比靠近接地端飽和電抗器承受的電壓 高，靠近沖擊端的晶閘管承受的電壓也比靠近接地端的晶閘管承受的電壓高，這種現(xiàn)象稱 其為電壓分布的不均勻特性，換流閥的理想設(shè)計的目標(biāo)是保證每個晶閘管上承受電壓相 同，不因為安裝位置不同而不同，但是實際上由于分布雜散電容等緣故，在沖擊端和近地端 的電壓分布不均勻仍然存在，定義晶間管上承受最高的電壓與理想情況下晶間管承受的相 同電壓之比為均壓系數(shù)K，這一均壓系數(shù)隨頻率變化不同而有所不同，記為K (f)，此處給出 兩種均壓系數(shù)隨頻率變化的關(guān)系曲線，在低頻部分，也即小于1000赫茲時，導(dǎo)致不均壓的 電容因素不顯著，因此均壓系數(shù)較小，一般在1. 01 1. 08范圍內(nèi)，隨著頻率的增大，也即高 于1000赫茲時，導(dǎo)致不均壓的電容因素顯著，因此均壓系數(shù)會增大，呈現(xiàn)隨頻率增大而增 大的趨勢；(4)分析平均晶閘管級耐受電壓與電壓變化率的關(guān)系；通過第(2)步的分析獲得晶閘管能夠承受的電壓變化率與裕度電壓后，結(jié)合第 (3)步給出的兩種均壓系數(shù)K(f)，因此，在第⑵步的基礎(chǔ)上，將裕度電壓再除以均壓系數(shù) K (f)，就可以獲得平均每一個晶閘管級在換流閥承受沖擊時允許承受的電壓與電壓變化率 的關(guān)系，只有這樣，才能確保由于均壓的特性，最靠近沖擊端的晶閘管承受的最高電壓在其 耐受電壓能力范圍內(nèi)；(5)分析平均晶閘管級耐受電壓與頻率的關(guān)系；
設(shè)定晶閘管上承受電壓特性為u = Utl(I-CC)s (2 π ft))，其上電壓變化率的特性為
Λ-11
-Γ = 2π/υ03 η(2π/ )，其中晶閘管上承受電壓峰值為2隊，電壓變化率的峰值為2 π fU0 ；即 at
晶閘管上電壓峰值、電壓變化率的峰值、頻率三者是存在對應(yīng)關(guān)系，只要知道任意兩個就可 以計算得到另外一個，因此根據(jù)第(4)步獲得的平均晶閘管級耐受電壓與電壓變化率的關(guān) 系，就可以獲得平均每一個晶閘管級在換流閥承受沖擊時允許承受的電壓與頻率的關(guān)系；(6)分析閥實例級耐受電壓與電壓變化率的關(guān)系；在第(5)步的基礎(chǔ)上，以換流閥實例級為分析對象，即考慮一級晶閘管、飽和電抗 器、晶閘管阻尼電阻、晶閘管阻尼電容、晶閘管靜態(tài)均壓電阻、閥端雜散電容的電路模型，由于 前面第(3)步已經(jīng)將換流閥在空間位置上的不均壓特性考慮進去，因此從第(4) (5)步的分析 已經(jīng)是面向每一個晶閘管級，此時以一級晶閘管所相關(guān)的電路模型分析則是非常恰當(dāng)，此處 考慮飽和電抗器的電路模型如第(1)步給出的描述，此時由于晶閘管級上允許承受的電壓與 電壓變化率或者電壓與頻率的關(guān)系已經(jīng)給出，因此按照電路原理，可以計算得到不同頻率下 流過晶閘管級、晶閘管阻尼電阻、晶閘管阻尼電容和晶閘管動態(tài)均壓電阻的總電流，將此電流 乘以飽和電抗器在對應(yīng)不同頻率下的阻抗特性，就可以計算得到閥實例級兩端的電壓，對電 壓進行求導(dǎo)就可以得到閥實例級兩端的電壓變化率的關(guān)系，這兩者一一對應(yīng)；(7)分析閥實例級耐受電壓與頻率的關(guān)系；在第(6)步的計算結(jié)果中，同時可以得到閥實例級兩端耐受電壓與頻率的關(guān)系；(8)分析換流閥兩端耐受電壓與電壓變化率的關(guān)系；在第(6)步的計算結(jié)果基礎(chǔ)上，將閥實例級兩端的電壓乘以換流閥中晶閘管的數(shù) 目，級可以得到換流閥兩端耐受電壓與電壓變化率的關(guān)系曲線；(9)分析換流閥兩端耐受電壓與頻率的關(guān)系；在第(7)步的計算結(jié)果基礎(chǔ)上，將閥實例級兩端的電壓乘以換流閥中晶閘管的數(shù) 目，級可以得到換流閥兩端耐受電壓與頻率的關(guān)系曲線；(10)循環(huán)(6)-(10)在第(9)步得到的關(guān)系曲線中，計算換流閥操作、雷電、陡波沖擊對應(yīng)的頻率與換 流閥應(yīng)承受的三種沖擊的電壓強度，逐一對比，或者在第(8)步得到的關(guān)系曲線中，計算換 流閥操作、雷電、陡波沖擊對應(yīng)的電壓變化率與換流閥應(yīng)承受的三種沖擊的電壓強度，逐一 對比，如果計算得到的關(guān)系曲線都能夠比換流閥應(yīng)承受的操作、雷電、陡波沖擊電壓強度要 高，那么飽和電抗器就能確保在晶閘管阻態(tài)下能夠安全工作；如果未能比換流閥應(yīng)承受的操作、雷電、陡波沖擊電壓強度高，那么就要從第(6) 步中重新修改飽和電抗器的電氣性能參數(shù)，循環(huán)迭代直至第(10)步中能夠滿足要求結(jié)束。本發(fā)明的有益效果是1.本發(fā)明的分析方法具有規(guī)范化、系統(tǒng)化的優(yōu)點；2.本發(fā)明的分析方法的分析過程具有系統(tǒng)化；3.本發(fā)明的分析方法考慮因素全面完善。


圖1為晶閘管耐受電壓能力示意圖，橫軸為電壓變化率(單位千伏/微秒)，縱軸為電壓(單位為伏)。圖2示出了晶閘管上電壓和電壓變化率，橫軸為弧度，左側(cè)藍(lán)色縱軸為晶閘管承 受電壓(單位為伏)，右側(cè)綠色縱軸為晶閘管承受電壓的變化率(單位為千伏/微秒)。圖3示出了 Upk = 5000 (V)，dudtpk = 6 (kV/us)時的電壓和電壓變化率關(guān)系，橫 軸為晶閘管承受電壓的變化率(單位為千伏/微秒)，左側(cè)縱軸綠色曲線為晶閘管對應(yīng)電壓 變化率時所能安全耐受的電壓(單位為伏)，左側(cè)縱軸藍(lán)色曲線為晶閘管對應(yīng)電壓變化率 時實際承受的電壓(單位為伏)，右側(cè)紅色曲線為晶閘管在對應(yīng)電壓變化率時實際承受電 壓與安全耐受電壓的比值(無量綱)。圖4示出了晶閘管上Upk和dudtpk之間的關(guān)系曲線，橫軸為晶閘管的電壓變化率 峰值(單位為千伏/微秒)，縱軸為晶閘管上承受電壓的峰值(單位為伏)，圖中三條曲線 分別對應(yīng)晶閘管在對應(yīng)電壓變化率時實際承受電壓與安全耐受電壓的比值分別去0. 6,0. 8 和1時的情況。圖5示出了晶閘管上Upk和dudtpk之間的關(guān)系曲線(最不利級)，橫軸為晶閘管 的電壓變化率峰值(單位為千伏/微秒)，縱軸為晶閘管上承受電壓的峰值(單位為伏)， 圖中三條曲線分別對應(yīng)晶閘管在對應(yīng)電壓變化率時實際承受電壓與安全耐受電壓的比值 分別去0.6、0.8和1時的情況。圖6示出了電壓與頻率在保證耐受情況下的關(guān)系曲線(最不利級)，橫軸為頻率 (單位為赫茲)，縱軸為晶閘管上承受電壓的峰值(單位為伏)，圖中三條曲線分別對應(yīng)晶 閘管在對應(yīng)電壓變化率時實際承受電壓與安全耐受電壓的比值分別去0. 6、0. 8和1時的情 況。圖7示出了換流閥均壓系數(shù)隨頻率的關(guān)系，橫軸為頻率(單位為赫茲)，縱軸為均 壓系數(shù)(無量綱)，表征了換流閥在不同頻率下的不均壓系數(shù)。其中兩條曲線表征了兩種不 同的均壓特性，在低頻部分(小于1000赫茲時)兩條曲線相同，高頻(大于1000赫茲時) 兩條曲線有明顯差別，其中紅色曲線表征均壓特性好于藍(lán)色曲線的均壓特性。圖8示出了電壓與頻率在保證耐受情況下的關(guān)系曲線(平均晶閘管級)，橫軸為頻 率(單位為赫茲)，縱軸為晶閘管上的電壓峰值(單位為伏)。圖中六條曲線中的k為應(yīng)晶 閘管在對應(yīng)電壓變化率時實際承受電壓與安全耐受電壓的比值，kjy為1和2分別表征在 圖7中所示的紅色和藍(lán)色均壓曲線。 圖9示出了 dv/dt與U在保證耐受情況下的關(guān)系曲線(平均晶閘管級)，橫軸為晶 閘管的電壓變化率峰值(單位為千伏/微秒)，縱軸為晶閘管上承受電壓的峰值(單位為 伏)。圖中六條曲線中的k為應(yīng)晶閘管在對應(yīng)電壓變化率時實際承受電壓與安全耐受電壓 的比值，kjy為1和2分別表征在圖7中所示的紅色和藍(lán)色均壓曲線。圖10示出了耐受電壓與頻率的關(guān)系曲線，橫軸為頻率(單位為赫茲)，縱軸為晶 閘管上承受電壓峰值(單位為伏)，藍(lán)色曲線即閥實例級曲線為某型號飽和電抗器特性參 數(shù)下的耐受電壓與頻率的關(guān)系曲線，紅色曲線即晶閘管級能夠耐受的電壓與頻率的關(guān)系曲 線。圖11示出了耐受電壓與電壓變化率的關(guān)系曲線，橫軸為晶閘管的電壓變化率峰 值(單位為千伏/微秒)，縱軸為晶閘管上承受電壓峰值(單位為伏)，藍(lán)色曲線即閥實例 級曲線為某型號飽和電抗器特性參數(shù)下的耐受電壓與頻率的關(guān)系曲線，紅色曲線即晶閘管級能夠耐受的電壓與頻率的關(guān)系曲線。圖12示出了晶閘管阻態(tài)下性能分析的模型，又稱為一個閥實例級的模型，其中① 為換流閥等效雜散電容，②為飽和電抗器，③為晶閘管阻尼電容，④為晶閘管阻尼電阻，⑤ 為晶閘管直流均壓電阻。圖13為飽和電抗器的電氣模型，其中Ctl和Ltl分別代表主電感的雜散電容和空心 電感，Lm和Rm分別代表鐵芯電感和鐵損電阻。Lm和Rm可以表示為電流Im的函數(shù)。Rcu為 飽和電抗器的直流電阻。圖14是依據(jù)本發(fā)明方法的流程圖。
具體實施例方式晶閘管的耐受電壓性能如圖一所示。它描述了晶閘管兩端電壓與電壓變化率之間 的關(guān)系。換流閥實際運行工況中，當(dāng)端間承受操作、雷電和陡波電壓沖擊時，施加在晶閘管 兩端的電壓與電壓變化率都是隨時間變化的。隨著飽和電抗器參數(shù)的變化，真正施加在晶 閘管兩端的電壓波形是不斷變化的，而在換流閥承受沖擊的時候，晶閘管承受最嚴(yán)酷電壓 應(yīng)力都是集中在沖擊的波頭階段。因此，在晶閘管阻態(tài)下的性能分析重點是給出晶閘管上 電壓波形的一種合理表達(dá)形式，結(jié)合飽和電抗器的參數(shù)分析，最終得到飽和電抗器參數(shù)與 換流閥端間能夠承受電壓之間的關(guān)系曲線。設(shè)定晶閘管兩端電壓和變化率的表達(dá)式為(0. 1)所示。
d"u = U0(l- cosOO), — = υοω sin( 0
di (0· 1)而電壓和電壓變化率的峰值為(0.2)所示。
duUpk=2U0'-r =υοω
dt Pk(0. 2)晶閘管上電壓和電壓變化率隨時間的變化關(guān)系為圖二所示。Upk = 5000V,電壓變 化率的峰值為6kV/us時晶閘管上承受電壓和電壓變化率的曲線如圖三所示，可以看到，晶 閘管上承受u和du/dt的最苛刻的數(shù)值并不是發(fā)生在du/dt的最大值時刻，而是發(fā)生在du/ dt降落而u繼續(xù)上升的時刻，如圖三所示。因此，根據(jù)上述的關(guān)系曲線，可以在滿足晶閘管耐受電壓和電壓變化率一定系數(shù) 情況下，繪制dudt_pk和u_pk之間的對應(yīng)關(guān)系，如圖四所示。其中比例為晶閘管上承受電 壓值比上晶閘管耐受電壓值的最大值，即晶閘管上電壓占其對應(yīng)du/dt情況下耐受電壓的 數(shù)值。(1)以最不利級晶閘管的承受電壓和電壓變化率對應(yīng)的比例系數(shù)為依據(jù)，得到對 應(yīng)不同比例系數(shù)情況下的電壓和電壓變化率之間的關(guān)系，如圖五所示。(2)轉(zhuǎn)換得到最不利級電壓與頻率的關(guān)系，如圖六所示。(3)均壓系數(shù)K(f)隨頻率的關(guān)系，如圖七所示。(4)除以均壓系數(shù)K(f)，得到平均晶閘管級電壓與頻率的關(guān)系，如圖八所示。(5)得到平均晶閘管級電壓與電壓變化率之間的關(guān)系，如圖九所示。(6)得到閥實例級耐受電壓與頻率的關(guān)系，如圖十所示。(7)得到閥實例級耐受電壓與電壓變化率的關(guān)系，如圖十一所示。
以上是為了使本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解本發(fā)明，而對本發(fā)明進行的詳細(xì)描述，但 可以想到，在不脫離本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋的范圍內(nèi)還可以做出其它的變化和修改，這 些變化和修改均在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種換流閥用飽和電抗器在晶閘管阻態(tài)下的性能分析方法，其特征在于包括以下步驟(1)設(shè)定飽和電抗器的電氣模型；飽和電抗器的電氣模型包含5項參數(shù)線圈電阻、空心電感、鐵心電感、鐵損電阻和端間電容，對飽和電抗器的鐵心電感、鐵損電阻考慮其非線性；在鐵心勵磁電流低的情況下，鐵心電感和鐵損電阻均為恒定值，隨著鐵心勵磁電流增大，鐵心電感和鐵損電阻由于鐵心的工作狀態(tài)進入非線性區(qū)域而呈現(xiàn)衰減的趨勢；(2)分析晶閘管的耐受電壓能力；基于換流閥選用型號晶閘管的電壓耐受能力，即電壓與電壓變化率的耐受能力曲線。它的典型特性為當(dāng)晶閘管上承受的電壓變化率小于一定門檻時，晶閘管上能夠安全耐受的電壓為一恒定值，而當(dāng)晶閘管上承受的電壓變化率高于此恒定值時，晶閘管上能夠安全耐受的電壓呈現(xiàn)下降衰減趨勢，由于晶閘管的這條耐受曲線為靜態(tài)電壓與電壓變化率的關(guān)系，而換流閥在晶閘管阻態(tài)下的分析包括操作、雷電、陡波沖擊下的分析均為暫態(tài)，因此需要根據(jù)晶閘管的固有電壓耐受特性轉(zhuǎn)換得到晶閘管在暫態(tài)電壓下隨時間變化的電壓耐受關(guān)系曲線；設(shè)定晶閘管上承受電壓特性為u＝U0(1 cos(2πft))，其上電壓變化率的特性為其中晶閘管上承受電壓峰值為2U0，電壓變化率的峰值為2πfU0，由此可以看出電壓峰值與電壓變化率的峰值已經(jīng)包括了頻率的因素，將晶閘管在半個周波內(nèi)的電壓波形與其電壓變化率的關(guān)系隨時間的變化逐點描繪，得到在半個周波內(nèi)晶閘管承受電壓與電壓變化率的關(guān)系曲線，將這條曲線與晶閘管的耐受電壓與電壓變化率的曲線對比，對應(yīng)每一個時刻晶閘管需要承受的電壓變化率時，晶閘管實際承受的電壓小于晶閘管的耐受電壓，那么晶閘管就可以安全工作，實際設(shè)計中，將在晶閘管耐受電壓的能力基礎(chǔ)上乘以一個比例系數(shù)，取0.5～0.8之間，稱為裕度電壓，應(yīng)盡量確保晶閘管實際承受的電壓在裕度電壓范圍內(nèi)，或者更低；(3)分析換流閥均壓系數(shù)的變化規(guī)律；由于飽和電抗器安裝在換流閥中空間位置不同，而換流閥承受操作、雷電、陡波沖擊考核時，靠近沖擊端的飽和電抗器承受的電壓將比靠近接地端飽和電抗器承受的電壓高，靠近沖擊端的晶閘管承受的電壓也比靠近接地端的晶閘管承受的電壓高，這種現(xiàn)象稱其為電壓分布的不均勻特性，換流閥的理想設(shè)計的目標(biāo)是保證每個晶閘管上承受電壓相同，不因為安裝位置不同而不同，但是實際上由于分布雜散電容等緣故，在沖擊端和近地端的電壓分布不均勻仍然存在，定義晶閘管上承受最高的電壓與理想情況下晶閘管承受的相同電壓之比為均壓系數(shù)K，這一均壓系數(shù)隨頻率變化不同而有所不同，記為K(f)，此處給出兩種均壓系數(shù)隨頻率變化的關(guān)系曲線，在低頻部分，也即小于1000赫茲時，導(dǎo)致不均壓的電容因素不顯著，因此均壓系數(shù)較小，一般在1.01～1.08范圍內(nèi)，隨著頻率的增大，也即高于1000赫茲時，導(dǎo)致不均壓的電容因素顯著，因此均壓系數(shù)會增大，呈現(xiàn)隨頻率增大而增大的趨勢；(4)分析平均晶閘管級耐受電壓與電壓變化率的關(guān)系；通過第(2)步的分析獲得晶閘管能夠承受的電壓變化率與裕度電壓后，結(jié)合第(3)步給出的兩種均壓系數(shù)K(f)，因此，在第(2)步的基礎(chǔ)上，將裕度電壓再除以均壓系數(shù)K(f)，就可以獲得平均每一個晶閘管級在換流閥承受沖擊時允許承受的電壓與電壓變化率的關(guān)系，只有這樣，才能確保由于均壓的特性，最靠近沖擊端的晶閘管承受的最高電壓在其耐受電壓能力范圍內(nèi)；(5)分析平均晶閘管級耐受電壓與頻率的關(guān)系；設(shè)定晶閘管上承受電壓特性為u＝U0(1 cos(2πft))，其上電壓變化率的特性為其中晶閘管上承受電壓峰值為2U0，電壓變化率的峰值為2πfU0；即晶閘管上電壓峰值、電壓變化率的峰值、頻率三者是存在對應(yīng)關(guān)系，只要知道任意兩個就可以計算得到另外一個，因此根據(jù)第(4)步獲得的平均晶閘管級耐受電壓與電壓變化率的關(guān)系，就可以獲得平均每一個晶閘管級在換流閥承受沖擊時允許承受的電壓與頻率的關(guān)系；(6)分析閥實例級耐受電壓與電壓變化率的關(guān)系；在第(5)步的基礎(chǔ)上，以換流閥實例級為分析對象，即考慮一級晶閘管、飽和電抗器、晶閘管阻尼電阻、晶閘管阻尼電容、晶閘管靜態(tài)均壓電阻、閥端雜散電容的電路模型，由于前面第(3)步已經(jīng)將換流閥在空間位置上的不均壓特性考慮進去，因此從第(4)(5)步的分析已經(jīng)是面向每一個晶閘管級，此時以一級晶閘管所相關(guān)的電路模型分析則是非常恰當(dāng)，此處考慮飽和電抗器的電路模型如第(1)步給出的描述，此時由于晶閘管級上允許承受的電壓與電壓變化率或者電壓與頻率的關(guān)系已經(jīng)給出，因此按照電路原理，可以計算得到不同頻率下流過晶閘管級、晶閘管阻尼電阻、晶閘管阻尼電容和晶閘管動態(tài)均壓電阻的總電流，將此電流乘以飽和電抗器在對應(yīng)不同頻率下的阻抗特性，就可以計算得到閥實例級兩端的電壓，對電壓進行求導(dǎo)就可以得到閥實例級兩端的電壓變化率的關(guān)系，這兩者一一對應(yīng)；(7)分析閥實例級耐受電壓與頻率的關(guān)系；在第(6)步的計算結(jié)果中，同時可以得到閥實例級兩端耐受電壓與頻率的關(guān)系；(8)分析換流閥兩端耐受電壓與電壓變化率的關(guān)系；在第(6)步的計算結(jié)果基礎(chǔ)上，將閥實例級兩端的電壓乘以換流閥中晶閘管的數(shù)目，級可以得到換流閥兩端耐受電壓與電壓變化率的關(guān)系曲線；(9)分析換流閥兩端耐受電壓與頻率的關(guān)系；在第(7)步的計算結(jié)果基礎(chǔ)上，將閥實例級兩端的電壓乘以換流閥中晶閘管的數(shù)目，級可以得到換流閥兩端耐受電壓與頻率的關(guān)系曲線；(10)循環(huán)(6) (10)在第(9)步得到的關(guān)系曲線中，計算換流閥操作、雷電、陡波沖擊對應(yīng)的頻率與換流閥應(yīng)承受的三種沖擊的電壓強度，逐一對比，或者在第(8)步得到的關(guān)系曲線中，計算換流閥操作、雷電、陡波沖擊對應(yīng)的電壓變化率與換流閥應(yīng)承受的三種沖擊的電壓強度，逐一對比，如果計算得到的關(guān)系曲線都能夠比換流閥應(yīng)承受的操作、雷電、陡波沖擊電壓強度要高，那么飽和電抗器就能確保在晶閘管阻態(tài)下能夠安全工作；如果未能比換流閥應(yīng)承受的操作、雷電、陡波沖擊電壓強度高，那么就要從第(6)步中重新修改飽和電抗器的電氣性能參數(shù)，循環(huán)迭代直至第(10)步中能夠滿足要求結(jié)束。FSA00000240951500011.tif,FSA00000240951500021.tif
全文摘要
本發(fā)明提出了一種換流閥用飽和電抗器在晶閘管阻態(tài)下的性能分析方法。特別涉及飽和電抗器在保護晶閘管處于阻態(tài)下，包括正向阻態(tài)和反向阻態(tài)下保護晶閘管的性能分析。換流閥需要承受操作、雷電、陡波類型的沖擊，在這些工況下，晶閘管均處于阻態(tài)，在這些狀態(tài)中，通過調(diào)節(jié)飽和電抗器的電氣參數(shù)，可以達(dá)到大大分擔(dān)施加在晶閘管上電壓強度的目標(biāo)。根據(jù)晶閘管在阻態(tài)下的安全工作區(qū)，將其合理轉(zhuǎn)換為瞬態(tài)下的電壓強度曲線，通過頻域分析可以獲得飽和電抗器參數(shù)與其保護晶閘管目標(biāo)的關(guān)系。本發(fā)明提供的分析方法操作簡單，物理概念清晰明了，分析結(jié)果直觀，為進一步實現(xiàn)在晶閘管阻態(tài)下設(shè)計飽和電抗器的電氣參數(shù)奠定理論和仿真基礎(chǔ)。
文檔編號H01F17/00GK101923593SQ20101026059
公開日2010年12月22日 申請日期2010年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月23日
發(fā)明者于海玉, 劉杰, 溫家良 申請人:中國電力科學(xué)研究院