CN105825006B - 一种直流输电换流阀阻尼回路参数确定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种直流输电换流阀阻尼回路参数确定方法，本发明首先确定过电压系数、阻尼衰减系数和初始电流系数之间的关系；然后根据确定的过电压系数以及过电压系数与阻尼衰减系数和初始电流系数之间的关系确定阻尼衰减系数和初始电流系数，所确定的阻尼衰减系数能够使得初始电流系数取得最大值；最后根据所确定的阻尼衰减系数和初始电流系数计算阻尼电容和阻尼电阻，计算得到的阻尼电容和阻尼电阻即为所确定的阻尼回路参数。本发明能够在直流系统参数和换流阀晶闸管等参数确定的情况下，可便捷快速确定阻尼回路电阻、电容优选值，避免了复杂的参数迭代优选过程；且整个参数确定过程简单，可操作性强，适用于实际工程快速优选换流阀阻尼回路参数。
Description
技术领域
本发明涉及一种直流输电换流阀阻尼回路参数确定方法，属于高压电力电子技术领域。
背景技术
随着国家“一带一路”战略的深入实施和全球能源互联网发展，以及国家大气污染综合治理要求的贯彻实施，采用直流输电方式可以有效提高输电效率，降低输电损耗，解决随经济发展导致输电走廊紧张问题，同时可以有效促进西部能源基地大规模电力送出，满足中东部经济发达地区不断增长的电力需求。
换流阀设备是直流输电系统的“心脏”，其功能是把交流电整流成直流电，或将直流电逆变成交流电，其运行状态直接关系到整个直流输电系统的稳定。因此换流阀电气设计在直流系统设计中至关重要。换流阀设备的核心功率元件是晶体闸流管(简称晶闸管)。由于晶闸管自身的半导体特性，其在开通和关断的暂态过程，尤其是关断时对电压过冲十分敏感，过高的电压峰值将会使晶闸管击穿，造成永久失效，进而影响换流阀设备的可靠运行。因此需要采用阻尼回路作为辅助措施，保护晶闸管，避免核心器件失效。
然而，阻尼回路作为晶闸管工作的辅助电路，虽然为晶闸管可靠运行提供了保证，但也增加了回路的损耗。随着直流输送容量的不断提升，阻尼回路造成的损耗比重也日益明显。在保障晶闸管运行可靠性的同时，使阻尼回路的损耗降到最低，是有效降低直流工程损耗，提高输电效率和设备运行可靠性的必然要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种直流输电换流阀阻尼回路参数确定方法，以在实现换流阀可靠运行的同时使阻尼回路的损耗降到最低。
本发明为解决上述技术问题提供了一种直流输电换流阀阻尼回路参数确定方法，该方法包括以下步骤：
1)根据直流输电工程系统运行参数和换流阀晶闸管参数确定限制晶闸管过电压系数；
2)确定过电压系数、阻尼衰减系数和初始电流系数之间的关系；
3)根据确定的过电压系数以及过电压系数与阻尼衰减系数和初始电流系数之间的关系确定阻尼衰减系数和初始电流系数，所确定的阻尼衰减系数能够使得初始电流系数取得最大值；
4)根据所确定的阻尼衰减系数和初始电流系数计算阻尼电容和阻尼电阻，计算得到的阻尼电容和阻尼电阻即为所确定的阻尼回路参数。
所述过电压系数、阻尼衰减系数和初始电流系数之间的关系为：
其中k1为过电压系数，ξ为阻尼衰减系数,χ为初始电流系数，atan为反正切函数，atanh为反双曲线正切函数。
所述步骤3)阻尼衰减系数和初始电流系数的确定过程如下：
将所确定的关系绘制相应的函数曲线，该函数曲线以ξ2为横坐标，χ2为纵坐标，k1为参变量，并根据所确定的过电压系数在所绘制的函数曲线找到一个特定的阻尼衰减系数使得初始电流系数取得最大值，所找到的特定阻尼衰减系数即为所求的阻尼衰减系数。
该方法还包括对所确定的阻尼回路参数进行校验的步骤，该步骤将确定的阻尼回路参数带入晶闸管反向恢复电荷不一致性校验公式进行计算，判断所计算得到的晶闸管两端电压是否小于晶闸管正、反向耐受电压，若小于，则说明该阻尼参数满足晶闸管运行条件，否则需重新调整阻尼电容。
所述的不一致性校验公式为：
其中URM为阀最大换相电压，Nt为单阀晶闸管数量(不含冗余)，ΔQrr为反向恢复电荷分布差异，kac和kcd分别为交流不均压系数和阻尼电容工差。
所述的阻尼电阻Rs的计算公式为：
阻尼电容Cs的计算公式为：
其中I为晶闸管反向恢复电流峰值，E为晶闸管两端承受的额定电压，LP为直流输电系统换相电感。
所确定的阻尼电容和阻尼电阻带来的阻尼效果可通过将其带入直流输电系统模型中进行仿真得到，该直流输电系统模型通过在暂态仿真软件中搭建得到。
本发明的有益效果是:本发明首先根据直流输电工程系统运行参数和换流阀晶闸管参数确定限制晶闸管过电压系数，并确定过电压系数、阻尼衰减系数和初始电流系数之间的关系；然后根据确定的过电压系数以及过电压系数与阻尼衰减系数和初始电流系数之间的关系确定阻尼衰减系数和初始电流系数，所确定的阻尼衰减系数能够使得初始电流系数取得最大值；最后根据所确定的阻尼衰减系数和初始电流系数计算阻尼电容和阻尼电阻，计算得到的阻尼电容和阻尼电阻即为所确定的阻尼回路参数。本发明能够在直流系统参数和换流阀晶闸管等参数确定的情况下，可便捷快速确定阻尼回路电阻、电容优选值，避免了复杂的参数迭代优选过程；且整个参数优化方法步骤简单，可操作性强，适用于实际工程快速优选换流阀阻尼回路参数。
附图说明
图1是本发明直流输电换流阀阻尼回路参数确定方法的流程图；
图2是换流阀晶闸管及阻尼回路的电气示意图；
图3是本发明实施例中过电压系数、阻尼衰减系数及初始电流系数关系曲线图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明。
本发明首先根据直流输电工程系统运行参数和换流阀晶闸管参数确定限制晶闸管过电压系数，并确定过电压系数、阻尼衰减系数和初始电流系数之间的关系；然后根据确定的过电压系数以及过电压系数与阻尼衰减系数和初始电流系数之间的关系确定阻尼衰减系数和初始电流系数，所确定的阻尼衰减系数能够使得初始电流系数取得最大值；最后根据所确定的阻尼衰减系数和初始电流系数计算阻尼电容和阻尼电阻，计算得到的阻尼电容和阻尼电阻即为所确定的阻尼回路参数。该方法的具体实施步骤如图1所示，具体步骤如下：
1.首先根据直流输电工程及所用换流阀晶闸管参数确定晶闸管过电压系数k1，k1＝E1/E，其中E1为通过阻尼回路限制晶闸管两端出现的最大电压，E为晶闸管两端承受的额定电压。本实施例中k1＝1.4。
2.确定过电压系数k1、阻尼衰减系数ξ和初始电流系数χ之间关系，并根据所确定的关系绘制相应的函数曲线，该函数曲线以ξ2为横坐标，χ2为纵坐标，k1为参变量，并根据步骤1所确定的过电压系数k1在所绘制的函数曲线找到一个特定的阻尼衰减系数ξ0使得初始电流系数χ取得最大值χ0。
具体函数关系如下
其中k1为过电压系数，ξ为阻尼衰减系数,χ为初始电流系数，atan为反正切函数，atanh为反双曲线正切函数。
本实施例中所绘制函数曲线如图3所示，从图3中查找k1＝1.4时对应的ξ0和χ0值，得ξ0＝1.3，χ0＝1.1。
3.根据步骤2中所确定的特定的阻尼衰减系数ξ和最大值初始电流系数χ计算阻尼回路中的阻尼电阻Rs和阻尼电容Cs。
阻尼电阻Rs的计算公式为：
阻尼电容Cs的计算公式为：
其中I为晶闸管反向恢复电流峰值，LP为直流输电系统换相电感。
本实施例中根据阻尼电容和阻尼电阻公式计算得C＝27.4nF，R＝1711Ω。假设单阀内60只晶闸管串联，因此单个晶闸管阻尼回路参数为1.64μF，28.5Ω，阻尼回路中的阻尼电容C＝1.8μF，阻尼电阻R＝30Ω。
4.将得到的阻尼回路中的阻尼电容和阻尼电阻带入串联晶闸管反向恢复电荷不一致性校验公式
其中URM为阀最大换相电压，Nt为单阀晶闸管数量(不含冗余)，ΔQrr为反向恢复电荷分布差异，kac和kcd分别为交流不均压系数和阻尼电容工差，根据公式计算得到晶闸管两端电压应小于晶闸管正、反向耐受电压。若计算出的电压不满足上述条件，说明所确定的阻尼参数不满足晶闸管的运行条件，需对阻尼电容进行调整，并在调整后再次进行校验，直至所确定的阻尼参数满足晶闸管运行条件。
本实施例得到的反向电压为6.23kV，该值小于晶闸管正向电压保护水平(8200V)和反向电压耐受水平(8500V)。即该阻尼参数值满足晶闸管的运行条件。
为了验证本发明所确定的阻尼电容和阻尼电阻带来的阻尼效果，可将所确定的阻尼电阻和阻尼电容带入直流输电系统模型，该直流输电系统模型可通过在暂态仿真软件中搭建而成。
Claims (6)
1.一种直流输电换流阀阻尼回路参数确定方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
1)根据直流输电工程系统运行参数和换流阀晶闸管参数确定限制晶闸管过电压系数；
2)确定过电压系数、阻尼衰减系数和初始电流系数之间的关系：
其中k1为过电压系数，ξ为阻尼衰减系数,χ为初始电流系数，atan为反正切函数，atanh为反双曲线正切函数；
3)根据确定的过电压系数以及过电压系数与阻尼衰减系数和初始电流系数之间的关系确定阻尼衰减系数和初始电流系数，所确定的阻尼衰减系数能够使得初始电流系数取得最大值；
4)根据所确定的阻尼衰减系数和初始电流系数计算阻尼电容和阻尼电阻，计算得到的阻尼电容和阻尼电阻即为所确定的阻尼回路参数。
2.根据权利要求1所述的直流输电换流阀阻尼回路参数确定方法，其特征在于，所述步骤3)阻尼衰减系数和初始电流系数的确定过程如下：
将所确定的关系绘制相应的函数曲线，该函数曲线以ξ2为横坐标，χ2为纵坐标，k1为参变量，并根据所确定的过电压系数在所绘制的函数曲线找到一个特定的阻尼衰减系数使得初始电流系数取得最大值，所找到的特定阻尼衰减系数即为所求的阻尼衰减系数。
3.根据权利要求2所述的直流输电换流阀阻尼回路参数确定方法，其特征在于，该方法还包括对所确定的阻尼回路参数进行校验的步骤，该步骤将确定的阻尼回路参数带入晶闸管反向恢复电荷不一致性校验公式进行计算，判断所计算得到的晶闸管两端电压是否小于晶闸管正、反向耐受电压，若小于，则说明该阻尼参数满足晶闸管运行条件，否则需重新调整阻尼电容。
4.根据权利要求3所述的直流输电换流阀阻尼回路参数确定方法，其特征在于，所述的不一致性校验公式为：
其中URM为阀最大换相电压，Nt为单阀晶闸管数量，ΔQrr为反向恢复电荷分布差异，kac和kcd分别为交流不均压系数和阻尼电容工差。
5.根据权利要求2或4所述的直流输电换流阀阻尼回路参数确定方法，其特征在于，所述的阻尼电阻Rs的计算公式为：
阻尼电容Cs的计算公式为：
其中I为晶闸管反向恢复电流峰值，E为晶闸管两端承受的额定电压，LP为直流输电系统换相电感。
6.根据权利要求5所述的直流输电换流阀阻尼回路参数确定方法，其特征在于，所确定的阻尼电容和阻尼电阻带来的阻尼效果可通过将其带入直流输电系统模型中进行仿真得到，该直流输电系统模型通过在暂态仿真软件中搭建得到。
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