CN105720798A - 一种基于阻尼取能电路的高压直流输电换流阀的等值电路 - Google Patents
一种基于阻尼取能电路的高压直流输电换流阀的等值电路 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种基于阻尼取能电路的高压直流输电换流阀的等值电路，所述等值电路由换流阀塔组成，换流阀塔包括至少一个阀层，每个阀层包括串联的阀模块和饱和电抗器，每个阀模块包括串联的晶闸管级TCA，晶闸管级TCA包括串联的阻尼取能电路和晶闸管。阻尼取能电路包括阻尼回路和直流均压及电压检测回路，本发明提公的基于阻尼取能电路的高压直流输电换流阀的等值电路，其中单电容双阻尼取能回路在获得与双阻尼回路相近的阻尼特性的基础上，重点提升了TTM的取能特性，使其同时具备大容量取能和快速取能的能力，同时电气接线相对简单，生产、运维工作量低。
Description
技术领域
本发明涉及一种等值电路，具体讲涉及一种基于阻尼取能电路的高压直流输电换流阀的等值电路。
背景技术
目前高压直流输电换流阀基于晶闸管换流技术，换流阀由一般晶闸管、阻尼回路、门极单元触发监测板(或称门极驱动控制保护板、门极单元等，以下简称TTM)组成。其中换流阀的阻尼回路根据技术路线不同，一般采用两种电路方式：
一种阻尼回路是采用单阻尼回路(见图2)，Rdc和R组成直流均压及电压检测回路，Rd1和Cd1组成阻尼回路，TTM取能回路依托在阻尼回路上实现，阻尼频段单一，取能速度和容量单一。
另一种阻尼回路是双阻尼回路(见图1)，回路由Cd、Rd2、Cd2组成的低频主阻尼回路和Cd、Rd1、Cd1组成的高频阻尼回路共同构成，所以称为双阻尼回路，这种阻尼回路适用于在比较宽的频率范围内阻尼电压，电压检测回路和取能回路与单阻尼回路相同，这种方法同时具备高频和低频的阻尼特性，但是器件较多，接线比较复杂，对于高压直流输电而言，绝缘结构设计不好处理。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于阻尼取能电路的高压直流输电换流阀的等值电路，在实际工程中，希望获得一种接线比较简单，阻尼特性比较优良，各种特性因素相对平衡的阻尼回路。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
本发明提供一种基于阻尼取能电路的高压直流输电换流阀的等值电路，其改进之处在于，所述等值电路由换流阀塔组成，所述换流阀塔包括至少一个阀层，每个所述阀层包括串联的阀模块和饱和电抗器，每个阀模块包括串联的晶闸管级TCA，所述晶闸管级TCA包括串联的阻尼取能电路和晶闸管。
进一步地，两两阀层之间并联有屏蔽罩寄生电容，最顶层的阀层与换流阀塔的横梁之间并联有横梁寄生电容。
进一步地，所述阻尼取能电路包括阻尼回路和直流均压及电压检测回路，所述阻尼回路包括阻尼电容Cd、阻尼电阻Rd1和Rd2，所述阻尼电阻Rd1的一端和阻尼电阻Rd2的一端均与阻尼电容Cd连接；所述阻尼电阻Rd1的另一端和阻尼电阻Rd2的另一端均与晶闸管触发监测单元TTM连接；
所述直流均压及电压检测回路包括电阻Rdc和R；所述电阻Rdc和电阻R串联后与晶闸管触发监测单元TTM连接；
所述阻尼电容Cd、直流均压及电压检测回路和晶闸管并联，晶闸管的控制极与晶闸管触发监测单元TTM连接。
进一步地，所述阻尼电阻Rd1阻值范围为10-100欧姆，阻尼电阻Rd2阻值范围为100-1000欧姆，为晶闸管关断后的反向恢复电压建立提供两条通路，由Rd1构成的低阻值的通路充电时间常数τ1＝Rd1×Cd，在发生陡波冲击或反向恢复过电压，阻尼电流通过晶闸管触发监测单元TTM内部构成的快速阻尼取能回路优先动作，使晶闸管阻尼取能回路具备高频阻尼特性。
与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果是：
1、本发明提供了一种基于阻尼取能电路的高压直流输电换流阀的等值电路，其中包括单电容双阻尼取能回路，在获得与双阻尼回路相近的阻尼特性的基础上，重点提升了TTM的取能特性，使其同时具备大容量取能和快速取能的能力，同时电气接线相对简单，生产、运维工作量低。
2、本发明使阀电压在每个晶闸管两端均匀分配，限制晶闸管关断时的反向恢复电压过冲；
3、为TTM同时提供了两种充电电源：常速大容量取能和高速小容量取能；
4、阻尼回路设计在同时具备高频和低频特性同时，简化了系统，降低了工程运维的工作量；
5、建立的阀塔等值电路模型，为阻尼回路的系统验证提供了重要手段。
附图说明
图1是双阻尼回路原理图；
图2是单阻尼回路原理图；
图3是本发明提供的阻尼取能回路原理图；
图4是本发明提供的阻尼效果比较图；
图5是本发明提供的阀层冲击电压对比图；
图6是本发明提供的冲击电压下的阀塔等值电路图；其中：SR-饱和电抗器；TCA-晶闸管压装单元(也称晶闸管级)；CLL-阀层间屏蔽罩之间电容；CG-屏蔽罩对地电容。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
本发明提供一种基于阻尼取能电路的高压直流输电换流阀的等值电路，所述等值电路由换流阀塔组成，所述换流阀塔包括至少一个阀层，每个所述阀层包括串联的阀模块和饱和电抗器，每个阀模块包括串联的晶闸管级TCA，所述晶闸管级TCA包括串联的阻尼取能电路和晶闸管。两两阀层之间并联有屏蔽罩寄生电容，最顶层的阀层与换流阀塔的横梁之间并联有横梁寄生电容。如图6所示，是使用本发明所建造的换流阀的等值电路。
阻尼取能电路包括阻尼回路和直流均压及电压检测回路，所述阻尼回路包括阻尼电容Cd、阻尼电阻Rd1和Rd2，所述阻尼电阻Rd1的一端和阻尼电阻Rd2的一端均与阻尼电容Cd连接；所述阻尼电阻Rd1的另一端和阻尼电阻Rd2的另一端均与晶闸管触发监测单元TTM连接；直流均压及电压检测回路包括电阻Rdc和R；所述电阻Rdc和电阻R串联后与晶闸管触发监测单元TTM连接；阻尼电容Cd、直流均压及电压检测回路和晶闸管并联，晶闸管的控制极与晶闸管触发监测单元TTM连接。本发明提供的阻尼取能回路原理图如图3所示，Rd1阻值范围为几十欧姆，Rd2阻值范围为几百欧姆，这就同时为晶闸管关断后的反向恢复电压建立提供了两条通路，由Rd1构成的低阻值的一条通路充电时间常数τ1＝Rd1×Cd较低，在发生陡波冲击或反向恢复过电压，阻尼电流会通过TTM内部构成的快速阻尼取能回路优先动作，因此该回路就具备了高频阻尼特性，同时该回路具备的快速取能能力还可以发挥这种作用：直流系统主回路断路器刚一合闸，换流阀初始带电时，此时若发生陡波过电压之类的时间极短、幅值较高的冲击电压，则快速取能回路可以为TTM提供电能，触发晶闸管泄放能量，保护换流阀度过冲击。
由于本发明重点是在获得优良动态阻尼特性的基础上简化系统，降低运维工作量，而直流输电工程换流阀属于国家重要电力装备，建造成本极高，不允许有任何设计缺陷存在，因此不可能在工程之外建造1：1真机模型对本发明进行研究，借助计算机进行建模仿真分析就成为必然的选择，所以本发明除提出阻尼回路之外，还建立了阀塔宽频等值模型，并依托工程实例，分别研究了两种阻尼回路构成的换流阀塔在雷电冲击下，最靠近入射波阀层所承受的电压。
当换流阀承受雷电过电压、陡波过电压等高频暂态过电压时，换流阀系统中不同电位金属导体间的寄生电容以及金属导体对地间的分布电容的作用将不能再忽略。为了合理考量这些参数的影响，需要提取这些分布电容，并按照其在换流阀中的电气关系，接入主回路之中，从而建立其冲击暂态分析模型，研究换流阀过电压特性。模型中加入了横梁寄生电容、屏蔽罩寄生电容的等值电路所示，将饱和电抗器和晶闸管级的等值参数分别用SR和TCA表示。
本发明所涉及到的新型阻尼取能电路已经在工程实际中获得了的应用，在所实施的直流换流阀技改工程中，根据用户要求，为其提供了更换晶闸管级阻尼回路的服务，原工程使用如图2所示的单阻尼回路，存在门极触发检测板发热的问题，用户希望更换为如图1所示的双阻尼回路或相近回路，本发明所阐述的阻尼取能回路(如图3所示)，通过理论分析和实践验证证明本发明的可行性，更换后经过实测，证明该新型阻尼回路在各方面特性上与双阻尼回路几乎没有区别，如图4所示，是新型阻尼回路与双阻尼回路在单一晶闸管级晶闸管两端形成的电压波形比较，图中显示无论在电压缓变区间还是陡变区间，两种回路没有区别。如图5所示，是使用两种阻尼回路建造的换流阀塔(每座塔包括4个阀层，每层2个阀模块，每个模块包括18级晶闸管级，每个晶闸管级保括1个阻尼回路、1个晶闸管及其他原器件)的阀层间在发生电压冲击时的波形的比较，波形证明两种阻尼回路没有区别。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (4)
1.一种基于阻尼取能电路的高压直流输电换流阀的等值电路，其特征在于，所述等值电路由换流阀塔组成，所述换流阀塔包括至少一个阀层，每个所述阀层包括串联的阀模块和饱和电抗器，每个阀模块包括串联的晶闸管级TCA，所述晶闸管级TCA包括串联的阻尼取能电路和晶闸管。
2.如权利要求1所述的等值电路，其特征在于，两两阀层之间并联有屏蔽罩寄生电容，最顶层的阀层与换流阀塔的横梁之间并联有横梁寄生电容。
3.如权利要求1所述的等值电路，其特征在于，所述阻尼取能电路包括阻尼回路和直流均压及电压检测回路，所述阻尼回路包括阻尼电容Cd、阻尼电阻Rd1和Rd2，所述阻尼电阻Rd1的一端和阻尼电阻Rd2的一端均与阻尼电容Cd连接；所述阻尼电阻Rd1的另一端和阻尼电阻Rd2的另一端均与晶闸管触发监测单元TTM连接；
所述直流均压及电压检测回路包括电阻Rdc和R；所述电阻Rdc和电阻R串联后与晶闸管触发监测单元TTM连接；
所述阻尼电容Cd、直流均压及电压检测回路和晶闸管并联，晶闸管的控制极与晶闸管触发监测单元TTM连接。
4.如权利要求1所述的等值电路，其特征在于，所述阻尼电阻Rd1阻值范围为10-100欧姆，阻尼电阻Rd2阻值范围为100-1000欧姆，为晶闸管关断后的反向恢复电压建立提供两条通路，由Rd1构成的低阻值的通路充电时间常数τ1＝Rd1×Cd，在发生陡波冲击或反向恢复过电压，阻尼电流通过晶闸管触发监测单元TTM内部构成的快速阻尼取能回路优先动作，使晶闸管阻尼取能回路具备高频阻尼特性。
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