晶闸管阀组高压侧触发能量耦合获取单元

为提高串联谐振型故障限流器(seriesresonantfaultcurrentlimiter,srfcl)旁路电路的可靠性,减小谐振电容的氧化锌避雷器(mov)能量消耗,研究了晶闸管阀自触发保护动作电压阈值设计方法。限流器控制器失灵是最恶劣的故障态,只能依赖晶闸管阀自触发保护即击穿二极管触发晶闸管(breakoverdiode,bod)。设计了bod动作时序,从动作时间和避雷器能耗角度分析阈值影响因素。bod动作电压阈值决定了晶闸管阀过电压保护水平和触发时间。电压阈值设置低,bod保护会和保护判据竞争;电压阈值设置高,避雷器能耗水平会提高。以华东电网限流器示范工程为背景,建立限流器仿真模型,通过大量仿真计算,总结了电压阈值变化对避雷器能耗水平影响规律,提出了电压阈值设计指标。研究结果对工程设计具有指导意义。

大功率晶闸管阀组是静止无功功率补偿设备中的关键器件,笔者简要介绍了a电气公司自主研发的pcs-9580型静止无功补偿器中的晶闸管阀组,重点分析了其中晶闸管的选取原则、多级串联的配置方案以及保护。通过利用晶闸管控制单元,实现主高压回路与控制系统的接口,最后详细阐述了采用高纯度水作为冷却介质的水冷回路。

针对现有晶闸管电磁式触发和监控系统的不足,提出了适用于高电压、大电流晶闸管阀组的光电触发和监控方式。介绍了其功能、原理和构成。

为满足晶闸管投切电容器(tsc)装置可靠性及其试验方法和试验等效机理研究的需要,重点研究了tsc装置的核心部件——高压晶闸管阀在过电流故障状态下的失效机理。首先介绍了tsc系统及其阀的结构以及过电流故障形成的原因和特征,并给出了过电流的数学方程和仿真波形。然后按照过电流故障的不同发展阶段对tsc阀的电流、电压和热等应力进行了解析分析。在上述基础上,结合器件的物理特性,对tsc阀各个元件在各种故障应力下的内部物理过程进行了分析。最终得到了tsc阀在过电流故障的不同发展阶段的失效模式和失效指标,从而揭示了tsc高压晶闸管阀的过电流失效机理。

在不改变电网结构的情况下,故障电流限制器作为一种全新的解决方案可用来解决由于负荷中心大电源投入和系统互联所引起的系统短路电流增加的问题。主要侧重于故障电流限制器的晶闸管阀触发与监测系统的研究。首先,介绍故障电流限制器的结构以及工作原理;然后介绍晶闸管阀触发与监测系统的构成,重点突出触发系统的原理、监测系统的原理和te板的原理以及各自的实现方式,并提出了一种vbe与te板之间的可实现逻辑时序;最后,通过低压试验验证了晶闸管触发与监测系统的可行性。

静止无功补偿装置(svc)作为一项成熟技术,已经广泛应用于现代电力系统的负荷补偿和输电线补偿,并且那些使用大功率晶闸管的svc已被看作是柔性交直流输电系统的关键部件。其中晶闸管投切电抗器(tcr)是svc的最重要组成部分之一,它一般与固定电容器或晶

晶闸管阀组中主要元器件参数的设计与型号的选取一直被业内人士所重视,但阀组结构设计、主要元器件的安装与导线的走线方式往往被忽略或得不到足够重视。本文首先描述了实际工程中阀组运行过程中出现的问题,并采取措施分析出现问题的原因,进而针对本工程阻容吸收安装接线的问题采取相应的整改措施,最终保证了晶闸管阀组的正常运行。

介绍了反向触发双极晶闸管(rsd)开关的结构和触发工作原理,分析了rsd组件设计要求,利用两级触发原理研制了12kv高压rsd组件及其触发系统,工作电压10～12kv。试验结果表明:该高压rsd串联组件触发稳定,工作可靠,12kv工作电压下峰值电流可达133ka,传输电荷24c,电流变化率可达4.12ka/μs,导通的峰值功率可达1.6gw。

高压直流输电中的换流阀和svc中tcr或tsc阀体,都是由晶闸管级串联组成的。每个晶闸管级由直流均压电路、交流均压电路、晶闸管控制单元和晶闸管组成,其中晶闸管控制单元是核心。本文首先指出高压串联硅堆中晶闸管控制单元所必须具有的几个基本功能;然后以大量的实际应用为基础,深入剖析了晶闸管控制单元的功能和原理,最后指出了该装置在研制过程中应该注意的一些事项。

简要论述了各种高压晶闸管阀的运行试验方法(合成试验方法),对现有的用于完成高压晶闸管阀合成试验的各种专用试验装置进行了分析比较。设计了一套用于各种高压晶闸管阀的合成试验装置,包括主电路设计,控制、保护策略研究与系统设计,调试结果证明了合成试验装置的研制是成功的,为我国大功率电力电子技术的研究与开发提供了坚实的试验基础和开发平台。

为分析高压直流晶闸管阀故障电流下的反向电压特性,采用电路拓扑模型分析法,建立了故障电流下反向分析的数学模型,并建立相应的试验模型对分析方法进行验证。对晶闸管结温、阻尼电阻电容参数、电流变化率和正向电流4个参数的影响进行了分析,并用数学模型进行仿真计算。分析结果表明:晶闸管结温、电流变化率和正向电流均可导致反向恢复电荷的改变,从而对反向恢复电压造成影响;阻尼电阻电容一定时,有唯一阻尼电阻使反向电压最小。结果验证了该仿真分析方法的可行性,且具有较高的精确度。

分析了几种国外的复合“全工况”试验装置的工作原理和优缺点,根据国际大电网会议(cigre)关于高压串联阀电流强度技术导则和iec关于静止无功补偿器(svc)阀及高压直流(hvdc)阀的试验标准,提出了一种新型通用复合“全工况”试验装置的主电路方案。通过改进高压谐振回路,完善了svc、可控串补(tcsc)双向阀的运行试验电路;将大电流源改为交直流两套电源系统,将高电压回路参数的电压提高至75kv,该主电路方案适用于±600kv级hvdc单向阀组件和svc、tcsc双向阀的运行试验。

分析和比较了瑞士abb、瑞典abb、toshiba和siemens公司的几种高压晶闸管阀过电流试验回路的工作原理及其优缺点。根据国际大电网会议(cigre)关于高压串联阀电流电压强度的技术导则以及国际电工委员会关于静止无功补偿装置阀和高压直流阀的试验标准的要求,提出了一种新型过电流试验回路的主电路方案:由大电流源提供加热电流,由谐振回路提供过电流及相应的闭锁电压,由高电压回路辅助实现高压直流阀的特殊试验要求。该试验回路调节更灵活、试验模式更多、试验能力也大为提高:高电压回路的电压参数提高至80kv,过电流峰值提高到47ka,频率范围扩展到50~350hz。

针对莱钢宽厚板厂高压水除鳞阀组存在缺陷的问题进行了分析，并提出了一系列应对措施。本文介绍了对除鳞阀组的改进方案并得到了成功应用。

高压直流换流阀用饱和电抗器的作用是抑制流经晶闸管的电流变化率,限制晶闸管产生的电压,提高晶闸管换流阀分布电压的均匀性。主要研究高压直流换流阀用饱和电抗器的理论设计、结构排布及线圈选取等方法,具有一定的实际应用价值。

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±800kv,额定电流为5ka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。

高压直流输电晶闸管阀关断产生的电压应力是其电气特性研究的重要内容之一。对关断电压应力分析的原有电路模型作了改进,拓展了模型适用范围,推导出晶闸管阀关断电压应力分析的拉普拉斯解析方程,并对晶闸管阀换相关断的电压应力作了较为全面深入的分析,得到各种运行条件和各类电路参数变化时关断电压应力的变化情况,总结出了其中的关键因素。从计算和仿真结果来看,分析方法是可行的,并具有较高的精确度。

可控避雷器晶闸管阀主要由反并联晶闸管对串联而成,为保证各个晶闸管承受电压的一致性,必须采取适当的均压措施。根据晶闸管阀串联均压的技术要求,利用电力电子系统设计程序,对传统rc均压方法的可行性进行了计算分析。研究得出rc均压方法可能严重破坏可控避雷器的静态电位分布,不适用于晶闸管阀。提出采用晶闸管与金属氧化物电阻片一对一并联的均压方法,利用金属氧化物电阻片良好的非线性伏安特性限制晶闸管的过电压,并对电阻片的均压效果进行了仿真计算。结果表明,合理选择电阻片的串、并联数和尺寸参数,可以将串联晶闸管的开通过冲电压均限制在要求的范围内。

介绍一种高压直流输电(hvdc)换流阀晶闸管单元自动检测装置,该装置主要由晶闸管测试回路、控制单元、人机界面组成,控制系统采用dsp+fpga架构,测试结果用液晶屏显示。试验表明,该装置能缩短特高压直流输电工程中的换流阀检修时间,具有测量信息全面、可靠性高、操作方便、界面显示友好等优点。

针对传统交流接触器无法在高压环境下灭弧的问题,提出了一种新的交流接触器触发控制系统.该系统以高压双向晶闸管为主体分流结构,通过光纤通讯的技术将低电位的触发信号传送到高电位的晶闸管门极来实现晶闸管的触发.该无弧交流接触器高压晶闸管触发系统克服了电磁干扰且实现了高低压电隔离,解决了在高压环境下的交流接触器产生电弧的问题,大大提高了接触器的电寿命.

高压直流输电晶闸管阀开通产生的电流应力是其电气特性研究的重要内容之一。对阀开通电流应力分析的原有电路模型进行了改进,并对阀开通的暂态过程进行较为详尽的分析。分析把把开通过程分为3个阶段进行,并推导出各阶段晶闸管阀开通电流应力计算的非线性微分方程组,采用龙格-库塔法对方程组进行计算;此外对晶闸管阀换相开通的电流应力及其影响因素进行较为全面深入的分析,最后得到各种运行条件和各类电路参数变化时开通电流应力的变化情况,并总结出其中的关键因数。

高压晶闸管换流阀是高压直流输电的核心设备之一,外水冷系统是其重要的一环。结合工作实践,在分析换流阀冷却系统换热工作原理的基础上,依据环境、水质及处理条件,运用换热器计算软件htri对外水冷系统空气冷却器进行设计,并开展相应的冬季换流阀停运防冻措施研究,提出了添加防冻剂、设置加热器设备以及排空冷却介质等预防措施,以避免装置出现冻结现象,保证换流站高压晶闸管换流阀高效、安全运行。