一種換流閥仿真平臺及其實現方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種電力電子領域的仿真平臺及其實現方法，具體講涉及一種換流閥 仿真平臺及其實現方法。
【背景技術】
[0002] 換相失敗是高壓直流輸電系統中最常見的故障之一，會導致諸多不良后果。為保 證換相成功，要求退出導通的閥從關斷到其電壓由負變正的過零點的時間能滿足其恢復阻 斷能力的要求，該時間用電角度Y角表示，稱為關斷角。臨界關斷角Y min是閥完成關斷 所必須的最小值。當Y小于臨界關斷角Ymin時，閥會發生換相失敗，兩者受到換流閥內 部多種因素影響。
【發明內容】
[0003] 針對現有技術的不足，本發明的目的是提供一種換流閥仿真平臺及其實現方法， 本發明基于PSCAD搭建仿真平臺，通過對閥內部相關影響因素進行實時測量和計算，判斷 換相失敗并模擬相應的換相失敗過程，為研究分析換流閥內部因素對換相失敗的影響和換 流閥換相失敗特性提供了 一種新的研究手段。
[0004] 本發明的目的是采用下述技術方案實現的：
[0005] 本發明提供一種換流閥仿真平臺，其改進之處在于，所述仿真平臺包括三相六脈 動橋電路，每相由閥模塊串聯組成，在每個閥模塊中均設有輔助晶閘管閥和受控開關。
[0006] 進一步地，所述三相六脈橋電路的每相均與電壓源-電感串聯支路連接，設有三 個電容器連接在三相六脈橋電路的每相上；所述三個電容器均接地；每個閥模塊均并聯有 受控電阻Ra。
[0007] 進一步地，所述閥模塊包括電容器Czv支路；電阻Rdcv和受控電阻Rmv串聯支路； 電阻Rdv、電容器Cdv和電感Lmv串聯支路；電阻R Cuv和電感LOv串聯支路；電阻Rl 1支路； 晶閘管閥-受控開關串聯支路以及輔助晶閘管閥Vmm支路；
[0008] 所述電阻Rdcv和受控電阻Rmv串聯支路與電阻Rdv、電容Cdv和電感Lmv串聯支 路并聯后再與電阻R Cuv和電感LOv串聯支路串聯；電阻Rl 1支路；晶閘管閥Vm-受控開關Sm 串聯支路以及輔助晶閘管閥Vmm支路并聯；晶閘管閥Vm的陽極以及輔助晶閘管閥Vmm的陽 極均連接在電阻Rdcv和受控電阻Rmv之間；電容器COv的兩端分別與晶閘管閥Vm的陽極、 輔助晶閘管閥Vmm的陽極以及電容器Czv的一端連接；
[0009] 所述輔助晶閘管閥Vmm采用Sgmm作為其觸發信號。
[0010] 本發明還提供一種換流閥仿真平臺的實現方法，其改進之處在于，所述方法包括 下述步驟：
[0011] ⑴實時測量并計算實時運行關斷角Y、晶閘管閥Vm第k周期的電流下降率di/ dt、關斷前正向通態電流I F和晶閘管閥結溫T j ;
[0012] ⑵確定晶閘管閥Vm的臨界關斷角;
[0013] (3)將晶閘管閥的臨界關斷角與實時運行關斷角Y比較，實時判斷晶閘管閥 是否會發生換相失敗；
[0014] (4)當判斷晶閘管閥Vm會發生換相失敗時，觸發相應的輔助晶閘管閥和斷開相應 的受控開關，模擬換相失敗的過程。
[0015] 進一步地，所述步驟（1)中，通過比較器得到第k周期晶閘管閥Vm電流下降過零 時刻，發出關斷計時開始脈沖，同理用比較器得到第k周期閥Vm電壓由負變正時刻，發出關 斷計時結束脈沖；將兩脈沖之間的時間換算為電角度，即為第k周期晶閘管閥Vm的實時運 行關斷角Y ;
[0016] 測量晶閘管閥Vm電流，利用微分電路計算電流實時變化率；通過比較器和窗口函 數，在第k周期該電流下降過零時刻產生脈沖；利用脈沖控制和保持器，測量并保持過零點 的電流下降率di/dt (i = 0);
[0017] 通過比較器和窗口函數在第k周期閥Vm關斷前產生脈沖，利用此脈沖和保持器， 測量并保持此時的晶閘管閥電流值，得到第k周期閥Vm的關斷前的正向通態電流I F ;
[0018] 晶閘管結溫η按下式計算：
[0019] Tj = Tc+PjXRgjc 1);
[0020] 其中，Tc :晶閘管閥冷卻液入口溫度和出口溫度的平均值；P,:每只晶閘管的總損 耗；:晶閘管結與冷卻液之間的熱阻；
[0021 ] 晶閘管的通態損耗：
[0022] 2)；
[0023] 其中，Nt :單晶閘管閥的晶閘管串聯數；U。：為晶閘管平均通態電壓降中與電流無 關的部分；私：為決定晶閘管平均通態特性斜率的電阻；I d :為直流電流；
[0024] 晶閘管的關斷損耗：
[0025] 3)；
[0026] 其中，Q"為晶閘管存儲電荷的平均值。
[0027] 進一步地，所述步驟（2)中，利用所得的電流過零點的電流下降率di/dt、晶閘管 結溫TdP關斷前正向通態電流I F，根據晶閘管閥中的晶閘管的測試數據，確定晶閘管閥V" 在第k周期的實時關斷角YT，考慮晶閘管閥中的晶閘管的分散性Λ Y，得臨界關斷角Y_ =γ τ+ Δ γ 0
[0028] 進一步地，所述步驟（3)中，將實時運行關斷角Υ和臨界關斷角進行判斷比 較，若實時運行關斷角Υ小于臨界關斷角，晶閘管閥V"在該周期重新施加正向電壓 時刻再次導通，發生換相失敗；利用比較器在重新施加正壓時刻，發出閥V"換相失敗信號 fail m = 1 ；
[0029] 若實時運行關斷角Y大于臨界關斷角，判斷晶閘管閥V"在該周期不會發生 換相失敗，換流閥正常運行。
[0030] 進一步地，所述步驟（4)中，當換相失敗信號failm = 1時，發出觸發脈沖Sgmm，觸 發導通晶閘管閥V"模塊中的輔助晶閘管閥V?，同時斷開晶閘管閥V" +2模塊中的受控開關 ，使預導通的晶閘管閥v"+2重新關斷，其電流下降到零，模擬晶閘管閥v"對晶閘管閥v"+2 的換相失敗過程。
[0031] 與現有技術比，本發明達到的有益效果是：
[0032] 1、本發明采用實時測量閥每個周期的電流下降率di/dt、關斷前正向通態電流IF 和晶閘管結溫Tj，同時根據器件測試數據和器件分散性得到閥的臨界關斷角Ymin。一方 面，使Y min與換流閥內部影響因素建立了關系，另一方面，得到的γ min更加接近真實情 況。
[0033] 2、本發明采用將臨界關斷角γ min與實測關斷角γ比較的方法，實時判斷換流閥 是否會發生換相失敗。實測關斷角Y保證了判斷的實時性、準確性和可靠性。
[0034] 3、本發明的仿真平臺利用輔助閥和受控開關，通過邏輯控制實現在判斷該閥會發 生換相失敗時，觸發和斷開相應的輔助閥和受控開關，模擬換相失敗的過程。控制邏輯簡 單，對換相失敗過程的模擬準確可靠，有利于對換流閥換相失敗特性的研究分析。
【附圖說明】
[0035] 圖1是本發明提供的換流閥換相失敗內因分析PSCAD仿真平臺電路拓撲圖；
[0036] 圖2是本發明提供的換流閥換相失敗內因分析PSCAD仿真平臺實現方法的流程 圖；
[0037] 圖3是本發明提供的測量計算第k周期的系統關斷角波形圖；
[0038] 圖4是本發明提供的閥模塊1換相失敗的動態判斷示意圖；
[0039] 圖5是本發明提供的閥模塊1和3的電壓波形圖；
[0040] 圖6是本發明提供的閥模塊1和3的電流波形圖。
【具體實施方式】
[0041] 下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】作進一步的詳細說明。
[0042] 本發明為分析換流閥內部運行參數和電氣參數對換相失敗影響的仿真平臺。換流 閥換相失敗是高壓直流輸電系統中最常見的故障之一，會導致諸多不良后果，直接關系到 設備和系統的安全。換流閥換相失敗的本質是運行關斷角小于換流閥的臨界關斷角，兩者 又受到閥內部多種因素的影響。本發明通過對影響關斷過程的換流閥內部子因素進行實時 測量、計算，根據器件測試數據和分散性得到閥的實時臨界關斷角，將其與實測運行關斷角 進行比較，在判斷會發生換相失敗時，模擬相應的閥發生換相失敗的過程。
[0043] 本發明仿真平臺的基本電路拓撲圖如圖1所示，仿真平臺包括三相六脈動橋電 路，每相由閥模塊串聯組成，在每個閥模塊中均設有輔助晶閘管閥和受控開關，以閥模塊1 為例，在晶閘管閥VI支路串聯受控開關S1，V1支路旁并入輔助晶閘管閥VII，采用Sgll作 為其觸發信號。
[0044] 三相六脈橋電路的每相均與電壓源-電感串聯支路連接，設有三個電容器連接在 三相六脈橋電路的每相上；所述三個電容器均接地；每個閥模塊均并聯有受控電阻Ra。
[0045] 閥模塊包括電容器Czv支路；電阻Rdcv和受控電阻Rmv串聯支路；電阻Rdv、電容 器Cdv和電感Lmv串聯支路；電阻R Cuv和電感LOv串聯支路；電阻Rl 1支路；晶閘管閥-受 控開關串聯支路以及輔助晶閘管閥Vmm支路；所述電阻Rdcv和受控電阻Rmv串聯支路與電 阻Rdv、電容Cdv和電感Lmv串聯支路并聯后再與電阻RCuv和電感LOv串聯支路串聯；電阻 R11支路；晶閘管閥Vm-受控開關Sm串聯支路以及輔助晶閘管閥Vmm支路并聯；晶閘管閥 Vm的陽極以及輔助晶閘管閥Vmm的陽極均連接在電阻Rdcv和受控電阻Rmv之間；電容器 COv的兩端分別與晶閘管閥Vm的陽極、輔助晶