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。     

功率晶闸管的热敏特性研究

功率晶闸管的诸多电气参数以及使用寿命都和其运行温度相关。研究功率晶闸管结温对提高其性能和可靠性,具有重要的实际意义。研究了功率晶闸管通态压降和结温之间的关系,并设计试验测得待测功率晶闸管的热敏曲线。在实际应用中,通过该曲线可将功率晶闸管的运行结温由相对容易测量的通态电压来表征,进而为运行中功率晶闸管的状态监测提供重要依据。     

晶闸管换流阀冲击电压特性研究

以灵宝背靠背高压直流输电用120kV光控晶闸管换流阀为研究对象,应用现代电路理论的状态方程分析方法,求解了单阀在冲击电压激励下阀内电抗器和晶闸管的电压特性,并给出了仿真结果。试验结果表明,仿真研究是成功的。     

用于晶闸管换流阀故障电流试验恢复电压施加的试验回路研究北大核心CSCD

故障电流试验是晶闸管换流阀运行型式试验中重要的试验项目之一,国内外对故障电流施加方式的研究已较为深入,但对电流过零后如何立即施加恢复电压的试验方案则研究较少。通过研究国内外故障电流试验回路的发展现状,文中提出了一种采用工频电压发生器施加恢复电压的试验回路,介绍了其施加预期恢复电压的试验方法,计算确定了试验回路设备的参数,最后通过仿真验证了单波次和多波次故障电流试验中恢复电压施加方案的可行性。文中的研究成果已成功应用于某公司自主建设的晶闸管换流阀故障电流试验系统,并开展了晶闸管换流阀组件的故障电流试验,试验结果满足相关标准的要求。本试验回路兼并考虑了经济性和试验等效性,回路结构简单,控制便捷,是一种理想的等效试验回路。     

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。     

模拟换流阀长期运行工况的高压大功率晶闸管电热联合老化系统研制

近年来国内多个直流换流站发生严重事故,经调查发现事故起因多为长时间运行的换流阀晶闸管发生不同程度的老化甚至绝缘能力丧失。掌握晶闸管参数退化规律是开展晶闸管运维监测、预防此类事故继续发生的基础。因此为了深入了解换流阀晶闸管老化过程中特性参数退化规律与老化机理,首先需要搭建试验所需的模拟换流阀运行过程的晶闸管老化试验装置。文中首先分析了换流阀晶闸管的实际运行工况,并基于此设计了晶闸管电热联合老化主电路,接着对电路中涉及到的控制单元,包括绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的驱动电路与晶闸管的触发电路进行设计与搭建,并基于晶闸管的实际运行工况设计了晶闸管结温控制系统。为了获得晶闸管老化过程中特性参数的退化规律,设计了晶闸管漏电流在线监测系统与反向恢复离线测量系统。经过检验,各个模块以及主电路均能够保持长期稳定运行,为换流阀晶闸管的老化试验打下了良好基础。     

±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。     

不同系统频率下的换流阀运行试验等效研究

换流阀运行试验是确保换流阀长期稳定可靠运行的关键试验之一。在损耗补偿的基础上,基于晶闸管结温等效原则,理论推导出了不同系统频率下的运行试验等效参数的具体计算研究方法。以应用于60 Hz系统的巴西美丽山二期换流阀为例,对其在国内50 Hz的合成试验系统中进行运行试验的试验参数进行了计算,并在合成回路上进行散热器台面测温试验,对晶闸管结温进行校核,验证了运行试验等效研究方法的正确性,为后续国产换流阀走向海外提供了试验指导。     

功率器件集成门极换流晶闸管关断特性研究

为深入研究IGCT的关断特性，该文基于实验结果，建立了IGCT关断过程中，流过IGCT电流的波形的数学模型，在此基础上进而提出用微分方程研究电路中IGCT关断特性的方法。为验证该方法的有效性，以建立的IGCT关断过程电流波形数学模型为基础。该文建立基于斩波电路的IGCT关断暂态特性的数学模型。该模型充分考虑IGCT阻容吸收回路、线路杂散电感及限流电抗器对IGCT关断暂态过电压的影响。数值仿真及试验结果表明，该模型能够较好地反映IGCT关断过程中的暂态特性。     

限流器晶闸管阀过电流试验等效机理及方法

串联谐振型限流器晶闸管阀组件在开通和导通过程中要承受巨大的电流应力,而电力电子试验装置目前尚不能满足该故障电流试验的考核要求.文中在晶闸管阀运行工况分析基础上,提出了等效试验指标和等效试验方法.应用电力电子等效试验理论,研究晶闸管阀失效机理;建立过电流试验等效分析数学模型,提出等效试验指标;参考断路器短路电流试验方法,...     

特高压直流工程换流阀用晶闸管实际运行工况关断时间研究

为保证直流工程控制保护系统试验中换相失败判断的准确性,需模拟换流阀实际运行工况下晶闸管关断特性应力,从而获取实际直流工程中晶闸管最小关断时间。该文以±1100k V/5500A昌吉-古泉特高压直流工程为研究对象,分析实际工程晶闸管阀关断过程应力,基于LC谐振和冲击电压复合的等效测试方法,建立了晶闸管关断特性测试平台;通过工程控保联调试验,获取几种易引发换相失败故障的晶闸管阀电压、电流应力,并则算出单级晶闸管应力,在真实物理平台开展测试。测试结果表明,晶闸管在极端运行工况下,最小关断时间为385μs (7°)左右,准确修正了RTDS仿真模型中阀最小关断角度,支撑了直流工程控制保护系统联调试验的顺利进行,为直流工程现场调试奠定了技术基础。     

±500 kV柔性直流换流阀电场分布及绝缘特性研究

采用静电场有限元数值方法,对自主研发的±500 kV柔性直流换流阀的内绝缘和外绝缘特性进行了分析计算。按照子模块最大保护电压,校核换流阀的内绝缘特性;按照阀支架雷电冲击试验,校核换流阀的外绝缘特性。计算结果表明,自主化±500 kV柔性直流换流阀阀塔内部空气中最大电场强度为1.017 kV/mm,屏蔽系统最大电场强度为1.619 kV/mm,底部支撑绝缘子处最大电场强度为2.941 kV/mm。以3 kV/mm作为起晕场强判据,雷电冲击试验下,阀支架无起晕现象。试验结果表明,采用当前换流阀设计方案,换流阀顺利通过型式试验,无闪络、击穿放电现象,冷却系统无损坏。研究结果为±500 kV柔性直流输电系统换流阀绝缘设计提供了参考。     

±800 kV特高压多端直流系统换流阀过电压机理及影响因素研究EI北大核心CSCD

换流阀过电压严重影响特高压多端直流系统安全稳定运行,而目前缺少对特高压多端直流系统过电压的研究,对换流阀过电压机理和影响因素进行分析具有重要意义。基于PSCAD/EMTDC平台对比分析并联型四端直流系统与两端直流系统换流阀不同避雷器V1、V2、V3所承受最严酷过电压情况。对两端系统和四端系统过电压仿真结果不一致的避雷器V1、V3进行深入过电压机理分析,并通过仿真进行验证。研究了故障发生时刻、非故障整流站的能量注入、线路长度和系统结构对阀过电压的影响。研究结果可为特高压多端直流系统工程设计提供参考。