HVDC阀晶闸管结温计算等效电路模型

该文讨论了应用于高压直流输电(high voltage directcurrent,HVDC)换流阀晶闸管结温计算的福斯特(Foster)网络和考尔(Cauer)网络模型的含义及优缺点;提出一种直观、方便、灵活的分段集总电路模型,仿真研究了电路响应的收敛性并分别模拟了晶闸管内部硅片、钼片及晶闸管整体的暂态热阻抗特性;采用分段集总电路模型计算了锦屏至苏南800 kV特高压直流输电工程换流器桥臂短路故障条件下晶闸管的结温,并与福斯特模型计算的结果进行了对比验证,证明了分段集总电路模型在解决损耗分布、热物参数与温度耦合关系以及晶闸管温度轴向分布求解等方面的有效性,是一种方便、灵活的计算模型。     

MMC阀子模块IGBT损耗与结温计算

模块化多电平整流器(modular multilevel converter,MMC)子模块具有承受高电压、大电流等特点,绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)又是子模块的关键器件,而IGBT的损耗和结温计算方法决定IGBT的热设计和选型,是影响其在MMC工程应用的关键因素。文中首先对MMC稳态运行时子模块承受的应力进行了分析,其次,结合通态电流、子模块的投切和结温估算模型,设计了一种IGBT损耗和结温的计算方法,最后在搭建的试验系统中进行验证,结果证明了所给出的计算方法有效可行。     

高压直流换流阀晶闸管结温计算研究

针对串联水路的换流阀组件中各级晶闸管结温的差异,建立了阀组件晶闸管结温计算等效模型,利用PSCAD/EMTDC仿真软件对各级晶闸管结温进行仿真求解,找出一个阀组件中结温最高的晶闸管;对结温最高的晶闸管两侧散热器中心区域开槽,埋置测温光纤,在合成试验平台上进行最大连续运行负荷试验,并从所测得的散热器台面最高温度对晶闸管结温进行校核,结温校核结果表明,阀组件晶闸管结温计算等效模型具有较高的准确性。     

晶闸管结温计算方法综述

综述了用于测试晶闸管结温的间接测试法、直接测试法、热阻抗等效法和数值计算等方法。总结了各方法的应用场合,比较了各方法的优缺点,并指出了今后发展的趋势和研究方向。     

晶闸管阀过电流试验装置过电压保护策略的研究

介绍了我国第1套适用于灵活交流输电系统(FACTS)和高压直流输电系统(HVDC)的高压晶闸管阀过电流试验装置的基本原理。针对试验过程中可能产生的瞬时过电压和故障过电压分别建立了数学和仿真模型,分析了过电压的产生机理、危害及特点。在上述分析的基础上对不同的保护策略进行比较,提出阻容吸收回路与BOD(break over diode)触发晶闸管阀相结合的新型过电压保护策略,理论分析和仿真结果都证明所提出的保护策略的正确性和有效性,从而确保过电流试验装置的安全可靠运行。     

基于结温计算的换流阀可靠性分析

模块化多电平变流器(MMC)广泛应用于高压直流(HVDC)输电工程中,其中换流阀的可靠性成为柔直工程中关注的重点.而作为换流阀的核心器件,绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的可靠性成为换流阀可靠性研究的关键.在IGBT工作过程中,结温过高是其损坏的重要原因之一,因此有必要进一步研究影响IGBT结温的关键因素.在此首先基于温...     

基于晶闸管钼层实测温度计算结温的方法

为获得较准确的晶闸管结温,提出了基于晶闸管钼层实测温度计算结温的共扼梯度算法。分析了共轭梯度法用于求解结温的具体步骤,并通过FORTRAN语言编译形成LOG命令流,导入ANSYS软件中来实现算法,该方法对于未知的低频分量,以较少的迭代次数即可以得到准确解,对于未知的高频分量,通过多次的迭代也能够获得准确的返溯值,因而具备处理多个未知量且收敛速度快的优点。以KPD3000-72型晶闸管应用于直流输电领域为例,分别在直流稳态、单波次浪涌电流和3波次浪涌电流的试验条件下进行计算,结果表明所得结温准确,为传统热阻抗法提供了校核的依据。     

MMC系统功率器件基频结温波动快速计算方法

将运行工况转换为器件上承受的热荷载是寿命耗损评估的关键,而寿命耗损评估的准确性受限于功率器件结温计算的速度和精确性。模块化多电平变流器(modular multilevel converter,MMC)系统桥臂电流具有与生俱来的直流偏置特性,使得子模块内部产生热不平衡。且长时间任务剖面下,较大的基频结温波动对子模块中IGBT模块寿命评估影响不容忽视。为此,文中提出一种考虑运行参数影响的基频结温波动快速解析计算方法。以1.3MVA MMC并网系统为例,通过实验平台测试了所用器件的动静态参数,建立精确的3D器件损耗模型,将所提的结温波动计算模型与时域电热仿真进行准确性对比,讨论不同运行参数对所提结温计算方法的影响。最后,基于所提方法对实际传输功率下网侧MMC子模块中IGBT模块基频结温波动进行计算,验证该方法有助于准确评估MMC中功率器件可靠性。     

故障电流限制器的晶闸管阀触发与监测系统

在不改变电网结构的情况下,故障电流限制器作为一种全新的解决方案可用来解决由于负荷中心大电源投入和系统互联所引起的系统短路电流增加的问题。主要侧重于故障电流限制器的晶闸管阀触发与监测系统的研究。首先,介绍故障电流限制器的结构以及工作原理;然后介绍晶闸管阀触发与监测系统的构成,重点突出触发系统的原理、监测系统的原理和TE板的原理以及各自的实现方式,并提出了一种VBE与TE板之间的可实现逻辑时序;最后,通过低压试验验证了晶闸管触发与监测系统的可行性。     

晶闸管调压器的过电流保护

和通常采用快速熔断器的晶闸管保护电路相比,本文介绍的保护装置是一种新的尝试,经实际使用,效果良好。图1为电气原理图。调压部分的工作原理有关文献介绍较多,本文不再赘述。保护电路部分采用了两只小功率继电器,为满足动作时间要求,选择干簧继电器较合适,其中J_1作为过电流检测元件,J_2为晶闸管触发电流的切断开关。电路工作原理:一旦负载电流过载时,作用于J_1线圈产生的交变磁场使干簧管发生周期性的吸合,接通了J_2的电源电路,使J_2吸合并自保;同时J_(2-1)     

晶闸管结温过高跳闸分析

西北-华中联网灵宝背靠背扩建工程的额定直流电流等级是目前世界上最高的。该工程系统调试时多次出现AREVA阀基电子设备VBE结温过高跳闸事件。笔者分析了该事件的原因,得出该工程VBE结温过高跳闸事件不是换流阀冷却系统问题,而是AREVA阀基电子设备结温保护判据部分设计不合理。建议取消VBE这部分重复功能,或者调整保护定值,并对它的申请只做后台记录,而不去执行操作,作为备用。     

TSC高压晶闸管阀过电流失效机理

为满足晶闸管投切电容器(TSC)装置可靠性及其试验方法和试验等效机理研究的需要,重点研究了TSC装置的核心部件--高压晶闸管阀在过电流故障状态下的失效机理.首先介绍了TSC系统及其阀的结构以及过电流故障形成的原因和特征,并给出了过电流的数学方程和仿真波形.然后按照过电流故障的不同发展阶段对TSC阀的电流、电压和热等应力进行了解析分析.在上述基础上,结合器件的物理特性,对TSC阀各个元件在各种故障应力下的内部物理过程进行了分析.最终得到了TSC阀在过电流故障的不同发展阶段的失效模式和失效指标,从而揭示了TSC高压晶闸管阀的过电流失效机理.     

晶闸管换流阀断续电流试验方法探讨

断续电流试验是高压直流输电用晶闸管换流阀的一项重要的型式试验,该试验模拟换流阀在两种不同电压下电流产生断续情况,换流阀能够正常、多次可靠触发的能力。文中讨论了在合成试验回路基础上采用电流源双六脉动桥串并联运行、增加辅助取能装置或调节电压源时序的方法进行断续电流试验,并对上述几种方法进行了比较分析。经过试验验证的晶闸管换流阀在实际直流输电工程中的良好运行证明了合成试验回路断续电流试验方法上的等效性。     

基于各层材料传热特性的晶闸管结温计算等效电路模型

晶闸管作为脉冲功率系统中重要的开关元件,在实际运用过程中晶闸管的结温既影响晶闸管运行的可靠性,又影响其使用寿命,因此对晶闸管的热阻分析与建模具有极高实用价值。该文运用导热微分方程计算晶闸管内部不同材料元件热阻抗特性,分别求得到其对应的Foster网络参数模型。然后把各层材料的Foster参数进行变化得到应的Cauer网络参数,最终把各层材料的Cauer模型级联起来得到整个晶闸管的结温计算模型。结合实际晶闸管结构和对应材料热物理参数,分析接触热阻与压接力关系,在新模型中加入相应的接触热阻。将所求得的晶闸管的新的Cauer电路网络模型的单位阶跃响应、ANSYS有限元建模计算结果及晶闸管手册中提供的热阻抗曲线进行对比,验证提出新的结温计算方法的可行性。同时针对实际工况的脉冲电流曲线幅值脉宽进行分析且建立试验平台研究相同电流脉宽,不同电流幅值的单次浪涌电流工况温升情况,通过新模型与传统模型相比较,验证提出的新模型的有效性。通过理论分析和实验验证,为晶闸管热特性设计及电热耦合计算提供一种实用的电路暂态等效计算模型。     

MMC换流站阀侧交流接地故障电流解析

对模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)换流站阀侧交流接地故障特性进行研究发现：阀侧交流系统发生金属性接地故障时,故障点入地电流由下桥臂电容放电电流和上桥臂以及对端桥臂电容放电电流构成,网侧交流系统不会馈入入地电流;带过渡电阻接地故障时,网侧交流系统将通过过渡电阻作用于故障点入地电流。详细推导了三相接地故障和单相接地故障下的入地故障电流和桥臂电流的数学解析式。采用RTDS仿真验证了该表达式的正确性。由于阀侧交流出口处电位被钳制为0,因此上桥臂的子模块电容将产生过电压。下桥臂与故障点构成放电电容回路,下桥臂流过的故障电流迅速增大,且无法通过断路器切断故障电流。因此,建议采取可靠的限流措施避免阀侧故障对换流站等一次设备造成严重伤害。     

重频脉冲电流下晶闸管结温研究

脉冲功率技术的一个重要发展方向就是重频脉冲电源。晶闸管作为主要开关器件,其在重频下运行的特性是重频脉冲电流源发展的一个重要前提,晶闸管在重频运行一个关键问题就是热积累问题。基于晶闸管热传导和对流过程,建立了暂态热传导模型,仿真分析了晶闸管在重频脉冲电流下的结温变化。根据仿真结果,合理设置晶闸管工作的重复频率,保证晶闸管的结温不超过临界温度,并通过实验验证了晶闸管在该重复频率下可以可靠工作。     

晶闸管的额定电流及其过电流保护

晶闸管的电流额定值是它的主要参数之一,由于定义和测试方法不同,相同的元件其电流额定值可以有很大的差别,从而引起了元件制造部门、使用部门、装置设计部门的很多误解,因而使元件不能得到正确的使用。为此就有关的问题作一些讨论。     

高压大容量MMC换流阀损耗精确计算

模块化多电平换流器(modularmultilevelconverter,MMC)阀损耗精确计算,是柔性直流输电系统电路元器件选型、阀冷却系统设计和可靠性分析的重要依据。高压大容量MMC通常采用最近电平逼近调制(nearestlevelcontrol,NLC)和排序均压算法,其子模块投切规律复杂且具有一定随机性,现有阀损耗计算方法难以适用。为解决该问题,该文通过深入分析半桥型、全桥型、箝位双子模块等典型拓扑的损耗分布特性和排序均压算法下的子模块投切与轮换规律,提出一种MMC阀损耗精确计算方法。该方法适用于多种子模块拓扑,能够准确计算不同均压策略、不同运行工况下的换流阀损耗,尤其解决了排序算法下附加开关损耗计算困难的问题。最后,基于实际工程参数,对所提出计算方法与电磁暂态仿真结果进行对比验证,证明该方法的准确性。     

热循环负载试验中双向晶闸管的结温测量

ＪｕｎｃｔｉｏｎＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆＴｒｉａｃｉｎＴｈｅｒｍｏｃｉｒｃｕｌａｔｉｎｇＬｏａｄＴｅｓｔ１前言热循环负载试验是考核电力半导体器件承受结温变化的耐久性试验,它的方法是给被试器件通以５０Ｈｚ的正弦额定电流,使其达...