华东电网500kV故障电流限制器晶闸管阀浪涌电流试验方法研究

针对晶闸管浪涌电流试验采用半波10ms浪涌试验方式,提出连续多周波浪涌的试验方法,通过数学建模对试验方法进行仿真研究,同时与晶闸管样品浪涌试验结果进行分析对比,验证了通过晶闸管结温温升系列模型仿真计算来选择晶闸管阀的实际指导价值.从实际工程角度出发,给出晶闸管阀仿真和试验的方法,为晶闸管阀的选择和设计提供了试验结果支持.对华东500kV故障电流限制器示范工程用晶闸管阀进行结温温升仿真,及人工接地短路试验的结果分析,验证了6英寸晶闸管在故障电流限制器工程中应用的可靠性.     

HVDC换流阀桥臂短路电流耐受分析

提出一种高压直流(HVDC)输电换流阀短路电流仿真模型和晶闸管承受短路电流的结温预测方法,可证明换流阀晶闸管在系统最大短路电流工况下的耐受能力.分析换流阀桥臂短路原理,得出短路电流计算方法,通过基于PSCAD/EMTDC的6脉动换流阀桥臂短路电流仿真,获得短路电流、暂态电压、恢复时间等关键参数,结合晶闸管瞬态热阻,采用数据拟合与迭代法,实现晶闸管在短路电流下结温曲线的预测,进而得出晶闸管承受阀桥臂短路电流后的暂态电压耐受能力.试验结果表明该方法有较高的可靠性.     

特高压变压器空载直流偏磁计算精度分析

针对特高压变压器直流偏磁计算问题,提出一种空载简化电路模型下的分段解析法,为直流偏磁数值计算奠定基础。根据特高压变压器简化电路模型,推导励磁电流解析式。电感随着电流的变化,分两段取值;电感的取值通过比较电流计算值与临界电流值的大小来判断。设置临界电流误差判据来判别电流计算值是否达到临界电流。分析计算表明,当电阻为实际电阻时,临界电流误差判据严格,可获得直流分量的准确解,临界电流误差判据宽松时,直流分量与准确解出现较大误差,甚至计算错误;通过人为增大串联电阻值,临界电流误差判据可相对宽松,从而获得直流分量近似准确解。在此基础上,以解析解的计算结果为基准,对比分析四阶龙格库塔法数值解。结果表明,步长较大相当于临界电流误差判据宽松,必须加大电阻,直流分量才可与准确解接近;步长较小相当于临界电流误差判据严格,电阻可不必太大。在特高压变压器直流偏磁数值计算中,可通过人为增大串联电阻值和适当减小计算步长来获得较为准确的直流偏磁特性。     

脉冲功率晶闸管的小型化

小型化与轻量化是脉冲功率电源实用化的关键技术。功率半导体开关占据了脉冲电源体积相当大的比例。为减少功率半导体开关的体积与重量,本文提出一种以减薄铜基座对其进行小型化的方法。该方法通过建立和求解晶闸管暂态热传导数学模型,来分析晶闸管在浪涌电流下温度对时间和空间分布的特性。计算结果表明:在脉冲功率应用中,晶闸管铜基座厚度与硅片的峰值结温无关,铜基座厚度仅对热量的扩散时间和热平衡后的稳态平均温度有微量影响。根据理论计算的结果,本文试制了薄壳晶闸管样品,其厚度仅为常规型号的一半。样品测试结果显示了晶闸管浪涌电流能力和di/dt与常规管壳的基本一致。薄壳方案同样适用于二极管。     

基于串联电阻的特高压变压器空载直流偏磁计算

利用变压器时域场路耦合模型,计算单相特高压自耦变压器的空载直流偏磁特性。通过增加串联电阻值,提高计算电流中直流分量的计算精度。根据不同串联电阻值时的计算分析,得到串联电阻的取值范围。增加串联电阻,改变电路结构,通过电压补偿的迭代仿真计算,可有效消除增大串联电阻值导致的电流计算偏差。求解瞬态电流的四阶龙格库塔法,一次斜率计算,对应一次磁场求解电感计算。适当减小步长,有利于提高计算电流中直流分量的计算精度,降低串联电阻的取值。在稳定性和精确性分析的基础上,进行特高压变压器不同直流偏磁电流下的空载直流偏磁仿真计算,获得励磁电流波形,并分析了电流的谐波成分。     

单相接地故障中消弧线圈暂态电流的迭代学习控制

基于迭代学习控制理论,提出了一种非线性迭代学习控制算法,并将其应用于高阻抗式消弧线圈的暂态电流控制.通过对晶闸管触发角的迭代学习控制,产生不对称的二次电流平衡暂态直流电流分量,使得消弧线圈的暂态直流分量迅速减小,从而提高了消弧线圈的响应速度.仿真研究结果表明了该控制方法的有效性.     

基于RLS自适应算法的APF电流检测

有源电力滤波器(APF)电流检测算法使用低通滤波器(LPF)提取基波有功直流分量,直流分量的提取精度直接影响着指令电流信号的计算精度。提出一种应用数字递推最小二乘法(RLS)替代模拟LPF的电流检测新方法。RLS自适应滤波算法是在采样周期内对整体采样序列进行滤波器权系数最优化搜索,即对权系数迭代中的步长寻优,从而准确地跟踪输入信号的直流分量。新方法以瞬时无功功率理论为电流检测依据,利用坐标、三角变换矩阵根据电网三相瞬时电流计算出电流瞬时有功、无功交/直流分量。应用Matlab软件编写RLS自适应滤波算法程序进行仿真,结果表明APF电流检测中采用数字RLS自适应滤波提取直流分量的方法是可行、有效的。     

大功率晶闸管热阻抗分析方法的研究

随着柔性交流输电和高压直流输电设备在我国电力系统中应用越来越广泛,以晶闸管为主组成的高电压大电流电子阀等核心技术已成为研究焦点。晶闸管的结温及其变化影响晶闸管的电学特性及其使用寿命,而晶闸管的热阻抗直接影响晶闸管的结温,因此,晶闸管的传热特性及其建模方法的研究对于晶闸管及其阀的研制具有很重要的现实意义。论述了现有热阻抗分析及其建模的方法,即试验方法和数学物理方法,分别讨论了它们的建模过程及建模结果－等效热阻抗网络。提出了Foster热阻抗网络转换成Cauer热阻抗网络的"直接恒等法"以及一种通过有限元数字仿真分析晶闸管内部温度场以及求解晶闸管结壳热阻抗的方法,该方法的有效性通过了实测数据的验证。     

晶闸管阀水冷系统流量设计优化研究

为了保证晶闸管的可靠稳定运行,提高水冷系统流量设计的精确度,提出了基于结温限值核算水冷系统流量的优化算法——结温算法。该算法通过预设晶闸管运行结温限值、进阀水温,结合晶闸管的热阻和散热器热阻,计算出阀冷却所需的水冷系统流量值。结果表明,通过结温算法进行水冷系统流量设计,在保证晶闸管运行结温的同时可提升水冷系统的可靠性与经济性,为水冷系统流量设计优化提供理论依据。     

高压直流晶闸管阀故障电流下反向电压特性的分析

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。     

晶闸管结温过高跳闸分析

西北-华中联网灵宝背靠背扩建工程的额定直流电流等级是目前世界上最高的。该工程系统调试时多次出现AREVA阀基电子设备VBE"结温过高跳闸"事件。笔者分析了该事件的原因,得出该工程VBE"结温过高跳闸"事件不是换流阀冷却系统问题,而是AREVA阀基电子设备结温保护判据部分设计不合理。建议取消VBE这部分重复功能,或者调整保护定值,并对它的申请只做后台记录,而不去执行操作,作为备用。     

高压大功率IGBT器件温度系数校准方法研究

结温的准确测量对于功率IGBT器件状态监测和可靠性评估具有重要意义,小电流下饱和压降法作为使用最广泛的结温测量方法被各类测试标准推荐使用,温度系数校准是使用该方法的第一步,也是结温测量的基础。传统的温度系数校准方法对于高压大功率IGBT器件存在适用性和准确性的问题。首先,深入讨论和对比了目前常用的2种温度系数校准系统的精度,并提出了一种基于电磁加热方式的温度系数校准系统,并对其精度进行了验证;其次,对温度系数校准曲线的非线性进行了讨论和分析,指出了全温度范围校准和多项式拟合的必要性,进一步补充了温度系数校准方法,为高压大功率IGBT器件的温度系数校准提供方法指导。     

鹅城换流站取消可控硅结温保护跳闸功能分析

通过对鹅城换流站的可控硅结温保护的原理分析,总结可控硅相应的保护配置情况,提出为防止保护误动可取消可控硅结温保护的保护跳闸功能、改为报警方式的建议。     

模块化多电平换流器直流双极短路故障耐受能力研究

针对模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)在直流侧发生双极短路的故障情况,建立了MMC闭锁后的故障电流回路,给出了二极管以及保护晶闸管的电流分配和结温理论计算方法,考核直流双极短路故障耐受能力。在MATLAB/Sinulink下进行了换流阀闭锁后故障电流回路的建模与仿真,并在MMC背靠背试验系统中进行了试验研究。仿真和试验结果表明,所提分析和计算方法准确可行,该方法对校核模块化多电平换流器在实际工程中的直流双极短路故障耐受能力以及器件选型具有重要的理论指导意义。     

基于预处理共轭梯度迭代法的电力系统状态估计算法

随着中国电网省地一体化和输配一体化的不断发展,电力系统计算的维度越来越高.状态估计作为电力系统态势感知中的基础环节,需要保证其实时性,而加权最小二乘法是电力系统运用最广泛的状态估计方法.为此,针对加权最小二乘法在牛顿迭代过程中矩阵乘法和线性方程组求解耗时较长的特点,根据Krylov子空间方法中共轭梯度法的思想,设计了一种基于预处理共轭梯度迭代法的电力系统状态估计算法.该方法采用不完全LU分解法对原始线性方程组进行预处理,并采用图形处理器(GPU)并行加速技术对矩阵乘法、线性方程预处理和共轭梯度法迭代进行加速.算例分析表明了文中方法加速效果明显,内存和显存占用较低,经过不完全LU分解法预处理的线性方程组迭代次数少,能够满足大规模电力系统状态估计的实时性要求.     

可控硅励磁装置异常损坏原因分析及改进方案

针对同步电动机可控硅励磁装置整流变压器二次电压过高，迫使可控硅在小导通角状态下工作，引起可控硅管芯PN结结温超过额定结温，导致可控硅和控制电路频繁损坏的问题，进行了深入的分析，并提出了有效的解决方法。     

高功率密度电机控制器的IGBT模块损耗及结温计算

为设计可靠性高的高功率密度电机控制器,计算绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块的损耗和结温至关重要。以某电动汽车用高功率密度电机控制器为研究对象,分析了利用数据手册计算IGBT模块损耗和结温的方法,利用FLUENT软件计算出实际冷却水温度下的热阻值,解决了数据手册中热性能数据不完善的问题。基于Matlab软件的M语言开发了损耗及结温计算程序,可以计算出不同工况下的损耗和结温等重要参数,为电机控制器的热设计提供指导。