用晶闸管宏模型分析换流阀内电压分布特性

晶闸管器件性能和缓冲电路参数会影响换流阀内电压分布特性。在晶闸管断态情况下进行换流阀电路参数选择，其结果明显具有局限性。用考虑二次效应、温度特性和反向恢复过程的晶闸管宏模型，对换流阀内的一个晶闸管模块与饱和电抗器的串联电路进行了动态仿真，分析了晶闸管器件参数分散性和缓冲电路参数对换流阀内电压分布特性的影响；同时还考虑了换流器换流时换流阀内电压振荡特性。     

天广直流工程换流阀异常导通原因分析及对策

针对2014年7月以来天广直流工程相继发生的4起换流阀异常导通事件,首先通过研究电触发换流阀晶闸管电子板(TE板)工作原理,搭建TE板电路仿真模型进行仿真分析,然后在南方电网公司直流输电设备状态评估与故障诊断重点实验室搭建TE板加压试验平台,开展了正常情况以及高湿度环境下的TE板加压试验。结果表明,电触发换流阀TE板长时间运行后表面积污严重,在高湿度运行工况下造成其后备触发功能门槛值大大降低,导致在换流变正常充电过程中换流阀异常导通。提出的定期清洗换流阀TE板和控制好阀厅湿度等反事故措施已在天广直流成功应用,彻底解决了电触发换流变充电过程中出现的换流阀误导通问题。     

基于高频模型的换流阀换相过冲研究与阻尼回路参数优化

为了抑制晶闸管换流阀在关断过程中产生的换相过冲电压,晶闸管两端需要安装阻尼电路。阻尼回路参数优化是换流阀设计的重要环节,其参数取值需要协调换流阀关断暂态的各项电气性能,确保换流阀安全可靠运行。首先建立了换流阀换相过冲电压计算电路,并对换流站设备高频参数对换流阀电压的影响进行详细分析。然后,对阻尼回路参数设计中所需要考虑的各项电气性能指标进行了详细讨论,并总结了阻尼回路参数对这些指标的影响。最后,提出可结合电磁暂态数值计算和非线性单纯形法对阻尼回路参数进行优化,并通过实例对该方法的可靠性和灵活性进行说明。     

现代HVDC换流阀设计特点及其技术动向

介绍了现代 HVDC换流阀的设计特点及新增特性。并从晶闸管器件、均压阻尼电路、冷却系统、机械和绝缘结构、晶闸管监控系统等方面探讨了现代换流阀的技术动向 ,认为其发展趋势是减少所需器件数 ,提高晶闸管电压电流额定值     

晶闸管换流阀TCU取能电路工作特性分析

晶闸管控制单元(TCU)是高压直流换流阀设备的核心部件,工作时需从换流阀主回路获取能量。在简要介绍TCU取能电路工作原理的基础上,应用仿真方法,分析了换流阀闭锁、整流和逆变运行及遭受电压冲击情况下,TCU取能电路的工作特性。根据分析结果可知,目前的TCU取能电路设计,可满足换流阀各类工况下的应用要求。     

一种用于高压换流阀晶闸管TCU的取能装置关键技术研究

在高压直流输电系统中,换流阀是高压直流输电系统的核心设备,TCU作为换流阀功率器件晶闸管的触发控制单元,对晶闸管的可靠触发起到至关重要的作用,TCU工作时需要从外部获取能量。文中提出了一种高压换流阀晶闸管TCU取能装置,能量来源于市电,采用工频隔离变压器、高压绝缘电缆及绝缘套进行高低电位隔离;分析介绍了该取能装置的设计要点、总体设计结构及原理、磁环参数计算、晶闸管TCU内部取能回路的工作原理及使用外部电源为TCU提供取能电源的电源参数;最后通过换流阀运行试验合成回路对高压换流阀晶闸管TCU的取能装置进行了试验验证,试验结果显示文中提出的取能装置能够满足高压直流晶闸管阀TCU在晶闸管常规运行、雷电冲击环境下及低电压工作工况下的取能要求。     

稳态电压加速应力下晶闸管特征参数退化规律及失效机理分析

晶闸管是换流阀的核心元件,在服役期间承受长期的电应力作用,一旦器件特性退化引发系统性失效,会严重影响换流阀甚至整个直流输电工程的安全运行.为研究晶闸管在稳态电压应力下的退化特性,该文设计并搭建了稳态电压应力加速实验平台及晶闸管特征参数测量系统.稳态电压加速应力为1.06倍晶闸管额定电压,选取反向恢复特性、通态电压、漏电流和门极触发特性为退化特征参数.结果表明:电压应力对晶闸管反向恢复特性、通态电压、正向阻断能力和门极触发特性没有显著的影响,但会导致晶闸管反向漏电流的增加和反向漏电流测量不稳定现象的发生,且认为这种测量不稳定现象是其退化和失效的先兆表征.通过对失效器件的失效分析,获得了电压应力下晶闸管的主要失效模式为反向耐压降低,并发现器件的退化和失效主要发生在芯片表面造型处.     

直流输电换流阀晶闸管过电压保护研究

晶闸管承受过电压的能力较弱,瞬时过电压可导致晶闸管的击穿。首先研究了直流输电核心设备之一晶闸管换流阀发生晶闸管过电压击穿对直流输电系统的影响,分析了直流输电换流阀晶闸管配置过电压保护的必要性。然后对BTC和BOD两种晶闸管过电压保护方式进行了理论计算与分析,并采用PSPICE软件搭建了仿真模型进行仿真分析。最后在实验室搭建实验电路对两种过电压保护电路性能进行了验证。研究表明两种保护方式均可以实现晶闸管过电压保护的要求。     

特高压直流输电阀控动模试验系统设计

针对近年国内特高压直流输电工程中换流阀控制设备的实际运行工况,设计了一套完整的特高压直流输电工程阀控动模试验系统,整个试验系统包括整流侧换流阀、整流侧阀控(valve control equipment,VCE)、逆变侧换流阀、逆变侧VCE、控制与监视后台系统.该试验系统直接采用工程用晶闸管来搭建微型换流阀,相比实际工程用换流阀,减少了每个单阀的晶闸管数量,其他换流阀设计参数与实际工程相同,相较于采用实时数字仿真(real-time digital simulator,RTDS)系统模拟换流阀参数的方式,更有利于换流阀及输电线路参数的精确获取与处理,对阀控功能的验证更加有效.最后对许继集团研制的VCE800阀控系统进行了试验,验证结果表明该阀控动模试验系统可以满足特高压直流工程阀控设备联调需要.     

图像识别在特高压换流阀元件故障在线监测系统的应用

针对特高压换流阀元件众多、实时监测困难的问题,提出了一种基于图像识别技术的换流阀元件状态在线监测方法。介绍了图像数据提取及预处理的方法,分析了晶闸管门极线脱落及螺母力矩线偏移的图像特征,实现了晶闸管门极线脱落、螺母位移等故障的智能检测。基于图像识别及故障特征提取方法,设计了一套换流阀元件状态在线监测样机,详细介绍了样机的软件和硬件设计方法。在特高压直流输电阀塔上搭建试验环境,对图像分析和故障特征提取的方法进行测试,试验结果表明,所提出的图像分析和故障特征提取方法可有效识别换流阀元件的异常工况,对换流阀元件运行异常提前预警。     

图像识别在特高压换流阀元件故障在线监测系统的应用

针对特高压换流阀元件众多、实时监测困难的问题,提出了一种基于图像识别技术的换流阀元件状态在线监测方法。介绍了图像数据提取及预处理的方法,分析了晶闸管门极线脱落及螺母力矩线偏移的图像特征,实现了晶闸管门极线脱落、螺母位移等故障的智能检测。基于图像识别及故障特征提取方法,设计了一套换流阀元件状态在线监测样机,详细介绍了样机的软件和硬件设计方法。在特高压直流输电阀塔上搭建试验环境,对图像分析和故障特征提取的方法进行测试,试验结果表明,所提出的图像分析和故障特征提取方法可有效识别换流阀元件的异常工况,对换流阀元件运行异常提前预警。     

晶闸管换流阀反向恢复特性建模及阻容参数优化设计

晶闸管换流阀作为特高压直流输电的核心设备,其阻容参数设计关系到换流阀的性能乃至整个直流输电工程的安全可靠。基于晶闸管反向恢复电流的指数衰减模型,建立了换流阀关断时刻的数学模型,求解出晶闸管换流阀的反向恢复电压计算公式,总结出阻容参数对反向恢复电压过冲的影响规律。同时考虑关断时刻电压下降率、开通时刻电流上升率以及阻尼损耗等性能指标的限制,提出一种换流阀阻容参数的优化设计方法。在PSCAD/EMTDC中搭建12脉动换流器模型,对阻容参数的优化设计结果进行了仿真验证。     

高压直流换流阀用集成式阻尼电容器设计与验证

阻尼电容作为晶闸管换流阀的重要组成元件,与阻尼电阻串联构成阻尼回路,并联于晶闸管两端,实现串联晶闸管的动态均压,抑制换相过冲,其参数及结构设计是换流阀设计的重要环节。针对换流阀小型化设计需求,提出一种集成式阻尼电容器设计方法。首先建立换流阀关断简化模型,采用解析法求解晶闸管最优阻容参数,并代入实际电路分析电容工作时的电气应力。然后,综合阻尼回路特点,提出扁平化集成式阻尼电容结构,并通过静电场仿真确定其壳体结构参数。最后,结合实际工程参数,从电气、结构两方面详细阐述扁平化集成式方形阻尼电容设计方法,并通过电容本体试验及在换流阀样机中的应用试验验证了所提方法的可行性。     

电压跌落影响换流阀晶闸管可靠关断的机理研究

交流系统故障引起的换相电压跌落,是导致基于晶闸管的电网换相换流器发生换相失败的重要原因。为了研究电压跌落对换流阀晶闸管可靠关断的影响,首先分析换相失败的产生机理,然后基于晶闸管器件的电流分段特性和电荷连续性建立晶闸管关断模型,结合电荷连续性方程,推导晶闸管关断过程的载流子复合表达式,通过分析晶闸管电流和载流子复合变化过程,揭示电压跌落影响换流阀晶闸管可靠关断的作用机理。SABER仿真实验结果表明,电压跌落会延长晶闸管的关断过程,不利于换流阀可靠换相。其中,随着电压跌落幅度增大,晶闸管载流子主恢复过程逐渐延长,反向恢复电荷逐渐减少,但正向阻断恢复时间会逐渐缩短,原因是剩余载流子的减少。同时,在系统条件一定的情况下,得到了反压幅值与晶闸管各关断参数的定量关系,为抵御换相失败方案的设计提供了更可靠的理论依据。     

±1100 kV/12 GW特高压换流阀关键技术研究

随着特高压(UHV)直流输电技术的不断成熟和完善,输送容量又达到了新高度,总结了±1 100 kV/12 GW UHV换流阀设计所采用的关键技术,此处仅从换流阀关断特性研究、结温控制技术研究和型式试验展开分析,首先结合晶闸管特性和试验数据,提出了换流阀不同运行工况下反向恢复电荷修正函数;在此基础上根据换流阀内部拓扑结构,提出了晶闸管结温计算方法,建立了换流阀应力分析模型。所设计制造的±1 100 kV/12GW晶闸管换流阀,根据IEC 60700-1标准通过了全套型式试验,并应用于世界上第一条电压等级最高、输送容量最大的“昌吉-古泉±1 100 kV/12 GW UHV直流工程”,为后续UHV换流阀精益化设计奠定了良好基础。     

基于晶闸管反向恢复电流分段拟合的直流换流阀换相过冲电压计算方法研究

晶闸管、RC阻尼回路和阀避雷器是特高压直流换流阀一次回路主要组成部分,确定三类器件的参数匹配是特高压直流换流阀电气设计的主要工作。该文揭示了换流阀换相过冲电压的产生机理,确定了三类器件参数的交互影响规律,建立了换流阀工作电路微分方程。通过对晶闸管反向恢复电流分段拟合的方法求解电路方程,最后通过试验验证了计算方法的精确性。     

特高压直流碳化硅晶闸管阀损耗探讨

碳化硅是发展最为成熟的新型宽禁带半导体材料,且碳化硅功率器件近期已开始代替常规的硅基器件。以典型的±800 kV,额定电流为5 kA的高压直流输电工程为实例,建立了换流阀基本组件的电气模型,用PSCAD/EMTDC仿真软件搭建了换流器仿真电路,研究碳化硅晶闸管在高压直流换流阀中的应用。对基于碳化硅晶闸管和普通硅晶闸管的直流换流阀电气特性和损耗进行仿真结果比较。计算结果表明:用碳化硅晶闸管来代替传统的硅晶闸管,可以在不同的触发角和工况下大幅减少系统的功率损耗。最后估算了在直流工程中使用碳化硅晶闸管阀带来的经济效益。     

直流输电换流阀恢复期暂态正向电压实验讨论

晶闸管在恢复期遭受暂态正向电压冲击时损坏是换流阀可能出现的严重故障之一,因此有必要对换流阀恢复期暂态正向电压实验进行探讨与研究。这里在考虑晶闸管反向恢复特性的基础上,通过建立换流阀恢复期暂态正向电压模型和合成回路实验的方法,分析验证晶闸管动态参数对换流阀恢复期特性的影响,最终给出换流阀设计中对晶闸管动态参数一致性的控制要求。     

特高压直流换流阀非周期触发暂态特性分析

±800 kV/4 750 A特高压直流(ultra high voltage direct current,UHVDC)换流阀通过了型式试验。饱和电抗器是换流阀中晶闸管的串联保护元件,深入研究其电气特性对于提高换流阀的可靠性有重要意义。分析了特高压换流阀在非周期触发工况下,晶闸管开通物理过程及电气应力;分析了饱和电抗器各电气参数、铁芯电感和铁芯等值电阻动态过程对开通应力的影响。研究了饱和电抗器与晶闸管协调配合工作的原则,提出了饱和电抗器电气参数设计方法。仿真结果显示,饱和电抗器在非周期开通过程中起到了很好的保护作用,浪涌电流峰值及电流变化率均在晶闸管耐受范围内。     

特高压直流输电换流阀TFM板误触发原因分析及解决方案

TFM板是直流输电换流阀组件的核心元器件,用于触发晶闸管并实时监测晶闸管的状态,对晶闸管进行保护。近年来曾发生过手动紧急闭锁换流阀后,再次对其进行充电时晶闸管误触发导通的事故。对该事故进行分析研究,通过试验、仿真、故障复现等方式找到误触发导通的原因,提出合理的优化解决方案并应用于进行工程,有效避免了类似事故的发生,提高了换流阀的可靠性。