CN101169458A - 一种确定晶闸管阀串联静态均压电阻阻值的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种较准确的确定晶闸管阀串联静态均压电阻阻值的方法，首先用试验的方法测量串联所用的各个晶闸管的正、反向漏电流；然后用排序和优化组合的方法选择晶闸管配对，保证各层的反并联晶闸管对的正反向漏电流之和趋于平均值；再求得最大的层间漏电流差ΔI_M，并将该最大的层间漏电流差ΔI_M代入式(如图)，计算晶闸管阀串联静态均压电阻阻值Z*，其中U_max为各层晶闸管允许承受的最大电压，U_m为阀在运行中可能遇到的最大直流电压，ns是串联阀的晶闸管层数。本发明方法针对高压晶闸管阀的串联机理的物理本质，依据漏电流差异进行静态均压计算，更准确、实用，可提高晶闸管的利用率和提高串联阀的可靠性。

Description

一种确定晶闸管阀串联静态均压电阻阻值的方法

技术领域

本发明属于电工电子技术领域，涉及一种确定晶闸管阀串联静态均压电阻阻值的方法。

背景技术

由晶闸管元件串联组成的高压晶闸管阀是灵活交流输电系统(FACTS)和高压直流输电系统(HVDC)的灵活交流输电系统(FACTS)和高压直流输电系统(HVDC)的核心部件。随着电力工业的快速发展和器件制造水平的提高以及高压晶闸管阀的应用领域的不断扩展，高压晶闸管阀所采用的晶闸管元件的电压电流等级大大提高，运行工况也越来越复杂。这就对高压晶闸管阀的制造技术提出了更高的要求。同时，要保证电力电子装置在电力系统中的广泛应用，必须保证其装置的可靠性，而可靠性的评估必须以对设计的精确认识为基础。

晶闸管串联技术作为高压晶闸管阀制造的核心技术，虽然已经有很长的研究和应用历史，但一直缺少对串联机理系统而全面的研究。以往的研究常常都是基于不同的应用目的而又彼此缺乏有机的联系，或者试图把不同层面的问题统一在一起。因而他们都不能从整体上系统地反映晶闸管串联运行的机理。相应的，晶闸管的串联技术也一直停留在一些简单的经验公式和盲目的放大裕度上。这不仅造成了元件的浪费，更危险的是可能对所设计的高压晶闸管阀在实际运行时的安全裕度缺乏准确的认识。对于装置的可靠性的研究更是缺乏理论和实践的依据。

晶闸管串联技术的根本目的是保证动、静态特性不同的晶闸管在串联后能够安全稳定运行且都得到充分的利用。

在闭锁状态下，晶闸管的漏电流特性不同，串联后承受的电压也不同；在晶闸管关断过程中，反向恢复电荷的差异也可能造成阀内部电压分布不均。选择合适的阻尼回路的电阻参数可以实现高压晶闸管阀的动态和静态电压均匀。均压的效果直接关系到串联层数的选取。传统的晶闸管阀串联静态均压电阻参数的计算方法以最大漏电流为设计依据，将器件的各种差异设计门限放大到极限，例如用漏电流最大值代替漏电流差，同时采用人为设定的均匀系数来作为计算的依据，造成了器件的浪费和设计概念的模糊，忽略了本质过程。电压分布不均是由器件特性的差异决定的，因此问题的分析也必须以器件特性的差异为基础。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术存在的缺陷，提供一种较准确的确定晶闸管阀串联静态均压电阻阻值的方法，在满足串联均压效果的前提下，该方法能够使选择的静态均压电阻的阻值更大，功率更小。

为解决上述技术问题，本发明确定晶闸管阀串联静态均压电阻阻值的方法步骤为：

首先在相同的温度和电压条件下用试验的方法测量串联所用的各个晶闸管的正、反向漏电流；

然后用排序和优化组合的方法选择晶闸管配对，该配对方法应保证各层的反并联晶闸管对的正反向漏电流之和趋于平均值，即实现各对反并联晶闸管的漏电流之间的差值最小，其中各对反并联晶闸管的漏电流为该对反并联晶闸管的正反向漏电流之和。在一些简单情况下可以采用选择正向漏电流最大的晶闸管和反向漏电流最小的晶闸管配对的方法。

对于优化配对后的晶闸管阀，分别计算各层的反并联晶闸管对的正、反向漏电流之和，将其中的最大值和最小值相减，得到最大的层间漏电流差ΔI_M；

再根据公式 $U_{\max }=\frac{U_m}{n_s}+(1-\frac{1}{n_s})Z*{\mathrm{\ΔI}}_M---\left(1\right),$ 代入最大的层间漏电流差ΔI_M，计算晶闸管阀串联静态均压电阻阻值Z*，其中U_max为各层晶闸管允许承受的最大电压，U_m为阀在运行中可能遇到的最大直流电压，  ns是串联阀的晶闸管层数。

本发明确定晶闸管阀串联静态均压电阻阻值的方法针对高压晶闸管阀的串联机理的物理本质，依据漏电流差异进行静态均压计算，更准确、实用，可提高晶闸管的利用率和提高串联阀的可靠性。

附图说明

图1是晶闸管阀静态均压机理的等效电路图。

图2是确定静态均压电阻阻值的步骤框图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细说明。静态均压的机理可以利用图1的等效电路来分析。

ΔI_M为经过测量、配对(方法见图2及下文描述)后得出的最大层间漏电流差所代表的等效电流源，Ir为等效漏电流，Un为加在阀两端的直流电压，ns表示串联阀的晶闸管层数，Z*为要计算的静态均压电阻。由于漏电流差的存在，串联晶闸管层之间存在电压的不均匀，漏电流最小的一层比其它层承受的电压都要高。加入静态均压电阻之后，缓解了这种电压的不均匀性，确定静态均压电阻阻值的目的就是保证承受最大电压的晶闸管层的电压值不超过其设计允许的最大值。

如图2所示，本发明晶闸管阀串联静态均压计算方法步骤为：

首先在相同的温度和电压条件下用试验的方法测量串联所用的各个晶闸管的正、反向漏电流；

然后用排序和优化组合的方法选择晶闸管配对，该配对方法应保证各层的反并联晶闸管对的正反向漏电流之和趋于平均值，即实现各对反并联晶闸管的漏电流(即该对反并联晶闸管正反向漏电流之和)之间的差值最小。在一些简单情况下可以采用选择正向漏电流最大的晶闸管和反向漏电流最小的晶闸管配对的方法。

对于优化配对后的晶闸管阀，分别计算各层的反并联晶闸管对的正、反向漏电流和，取其中的最大值和最小值相减，得到最大的层间漏电流差ΔI_M；

假定除了拥有最小漏电流的一层晶闸管外，其它晶闸管的漏电流同为I_r，则其它各层晶闸管的漏电流即相当于在较小漏电流的一层晶闸管短加了一个ΔI_M的电流源。则承受最大电压的晶闸管层的电压可以用式 $U_{\max }=\frac{U_m}{n_s}+(1-\frac{1}{n_s})Z*{\mathrm{\ΔI}}_M$ 描述。利用该公式可以对静态均压效果和串联数进行核算，代入各层晶闸管允许承受的最大电压U_max和阀在运行中可能遇到的最大直流电压U_m，计算得到晶闸管阀串联静态均压电阻阻值Z*。对计算结果Z*进行优化，可以选择合适的阻值、功率值以及使其与其它的设计要求例如机械特性、采购要求等相匹配。

高压晶闸管阀静态下的均压要把直流和交流情况分开考虑，交流漏电流的通路是阻容支路，因此该晶闸管阀串联静态均压电阻阻值Z*实际指动态均压电容C_s、动态均压电阻R_s和串联均压电阻R′的阻抗之和；直流情况下，该晶闸管阀串联静态均压电阻阻值Z*即为动态均压电阻R_p的阻值。器件在交直流条件下的漏电流值也不同。

本发明确定晶闸管阀串联静态均压电阻阻值的方法针对高压晶闸管阀的串联机理的物理本质，依据漏电流差异进行静态均压计算，更准确、实用，可提高晶闸管的利用率和提高串联阀的可靠性。

Claims (3)

1.一种确定晶闸管阀串联静态均压电阻阻值的方法，其特征在于包括如下步骤：

首先用试验的方法测量串联所用的各个晶闸管的正、反向漏电流；

然后用排序和优化组合的方法选择晶闸管配对，该配对方法应保证各层的反并联晶闸管对的正反向漏电流之和趋于平均值；

对于优化配对后的晶闸管阀，求得最大的层间漏电流差ΔI_M；

将最大的层间漏电流差ΔI_M代入公式 $U_{\max }=\frac{U_m}{n_s}+(1-\frac{1}{n_s})Z*{\mathrm{\ΔI}}_M,$ 计算晶闸管阀串联静态均压电阻阻值Z*，其中U_max为各层晶闸管允许承受的最大电压，U_m为阀在运行中可能遇到的最大直流电压，ns是串联阀的晶闸管层数。

2.根据权利要求1所述的确定晶闸管阀串联静态均压电阻阻值的方法，其特征在于所述用排序和优化组合的方法选择的晶闸管配对方案为：选择正向漏电流最大的晶闸管和反向漏电流最小的晶闸管配对。

3.根据权利要求1或2所述的确定晶闸管阀串联静态均压电阻阻值的方法，其特征在于：所述用试验的方法测量串联所用的各个晶闸管的正、反向漏电流是在相同的温度和电压条件下进行的。

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