一種換流閥仿真平臺(tái)及其實(shí)現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電力電子領(lǐng)域的仿真平臺(tái)及其實(shí)現(xiàn)方法，具體講涉及一種換流閥 仿真平臺(tái)及其實(shí)現(xiàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 換相失敗是高壓直流輸電系統(tǒng)中最常見(jiàn)的故障之一，會(huì)導(dǎo)致諸多不良后果。為保 證換相成功，要求退出導(dǎo)通的閥從關(guān)斷到其電壓由負(fù)變正的過(guò)零點(diǎn)的時(shí)間能滿(mǎn)足其恢復(fù)阻 斷能力的要求，該時(shí)間用電角度Y角表示，稱(chēng)為關(guān)斷角。臨界關(guān)斷角Y min是閥完成關(guān)斷 所必須的最小值。當(dāng)Y小于臨界關(guān)斷角Ymin時(shí)，閥會(huì)發(fā)生換相失敗，兩者受到換流閥內(nèi) 部多種因素影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種換流閥仿真平臺(tái)及其實(shí)現(xiàn)方法， 本發(fā)明基于PSCAD搭建仿真平臺(tái)，通過(guò)對(duì)閥內(nèi)部相關(guān)影響因素進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量和計(jì)算，判斷 換相失敗并模擬相應(yīng)的換相失敗過(guò)程，為研究分析換流閥內(nèi)部因素對(duì)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(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0005] 本發(fā)明提供一種換流閥仿真平臺(tái)，其改進(jìn)之處在于，所述仿真平臺(tái)包括三相六脈 動(dòng)橋電路，每相由閥模塊串聯(lián)組成，在每個(gè)閥模塊中均設(shè)有輔助晶閘管閥和受控開(kāi)關(guān)。
[0006] 進(jìn)一步地，所述三相六脈橋電路的每相均與電壓源-電感串聯(lián)支路連接，設(shè)有三 個(gè)電容器連接在三相六脈橋電路的每相上；所述三個(gè)電容器均接地；每個(gè)閥模塊均并聯(lián)有 受控電阻Ra。
[0007] 進(jìn)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(lián)支路； 電阻Rdv、電容器Cdv和電感Lmv串聯(lián)支路；電阻R Cuv和電感LOv串聯(lián)支路；電阻Rl 1支路； 晶閘管閥-受控開(kāi)關(guān)串聯(lián)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(lián)支路與電阻Rdv、電容Cdv和電感Lmv串聯(lián)支 路并聯(lián)后再與電阻R Cuv和電感LOv串聯(lián)支路串聯(lián)；電阻Rl 1支路；晶閘管閥Vm-受控開(kāi)關(guān)Sm 串聯(lián)支路以及輔助晶閘管閥Vmm支路并聯(lián)；晶閘管閥Vm的陽(yáng)極以及輔助晶閘管閥Vmm的陽(yáng) 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(yáng)極、 輔助晶閘管閥Vmm的陽(yáng)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(fā)信號(hào)。
[0010] 本發(fā)明還提供一種換流閥仿真平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)方法，其改進(jìn)之處在于，所述方法包括 下述步驟：
[0011] ⑴實(shí)時(shí)測(cè)量并計(jì)算實(shí)時(shí)運(yùn)行關(guān)斷角Y、晶閘管閥Vm第k周期的電流下降率di/ dt、關(guān)斷前正向通態(tài)電流I F和晶閘管閥結(jié)溫T j ;
[0012] ⑵確定晶閘管閥Vm的臨界關(guān)斷角;
[0013] (3)將晶閘管閥的臨界關(guān)斷角與實(shí)時(shí)運(yùn)行關(guān)斷角Y比較，實(shí)時(shí)判斷晶閘管閥 是否會(huì)發(fā)生換相失?。?br>[0014] (4)當(dāng)判斷晶閘管閥Vm會(huì)發(fā)生換相失敗時(shí)，觸發(fā)相應(yīng)的輔助晶閘管閥和斷開(kāi)相應(yīng) 的受控開(kāi)關(guān)，模擬換相失敗的過(guò)程。
[0015] 進(jìn)一步地，所述步驟（1)中，通過(guò)比較器得到第k周期晶閘管閥Vm電流下降過(guò)零 時(shí)刻，發(fā)出關(guān)斷計(jì)時(shí)開(kāi)始脈沖，同理用比較器得到第k周期閥Vm電壓由負(fù)變正時(shí)刻，發(fā)出關(guān) 斷計(jì)時(shí)結(jié)束脈沖；將兩脈沖之間的時(shí)間換算為電角度，即為第k周期晶閘管閥Vm的實(shí)時(shí)運(yùn) 行關(guān)斷角Y ;
[0016] 測(cè)量晶閘管閥Vm電流，利用微分電路計(jì)算電流實(shí)時(shí)變化率；通過(guò)比較器和窗口函 數(shù)，在第k周期該電流下降過(guò)零時(shí)刻產(chǎn)生脈沖；利用脈沖控制和保持器，測(cè)量并保持過(guò)零點(diǎn) 的電流下降率di/dt (i = 0);
[0017] 通過(guò)比較器和窗口函數(shù)在第k周期閥Vm關(guān)斷前產(chǎn)生脈沖，利用此脈沖和保持器， 測(cè)量并保持此時(shí)的晶閘管閥電流值，得到第k周期閥Vm的關(guān)斷前的正向通態(tài)電流I F ;
[0018] 晶閘管結(jié)溫η按下式計(jì)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(jié)與冷卻液之間的熱阻；
[0021 ] 晶閘管的通態(tài)損耗：
[0022] 2)；
[0023] 其中，Nt :單晶閘管閥的晶閘管串聯(lián)數(shù)；U。：為晶閘管平均通態(tài)電壓降中與電流無(wú) 關(guān)的部分；私：為決定晶閘管平均通態(tài)特性斜率的電阻；I d :為直流電流；
[0024] 晶閘管的關(guān)斷損耗：
[0025] 3)；
[0026] 其中，Q"為晶閘管存儲(chǔ)電荷的平均值。
[0027] 進(jìn)一步地，所述步驟（2)中，利用所得的電流過(guò)零點(diǎn)的電流下降率di/dt、晶閘管 結(jié)溫TdP關(guān)斷前正向通態(tài)電流I F，根據(jù)晶閘管閥中的晶閘管的測(cè)試數(shù)據(jù)，確定晶閘管閥V" 在第k周期的實(shí)時(shí)關(guān)斷角YT，考慮晶閘管閥中的晶閘管的分散性Λ Y，得臨界關(guān)斷角Y_ =γ τ+ Δ γ 0
[0028] 進(jìn)一步地，所述步驟（3)中，將實(shí)時(shí)運(yùn)行關(guān)斷角Υ和臨界關(guān)斷角進(jìn)行判斷比 較，若實(shí)時(shí)運(yùn)行關(guān)斷角Υ小于臨界關(guān)斷角，晶閘管閥V"在該周期重新施加正向電壓 時(shí)刻再次導(dǎo)通，發(fā)生換相失??；利用比較器在重新施加正壓時(shí)刻，發(fā)出閥V"換相失敗信號(hào) fail m = 1 ；
[0029] 若實(shí)時(shí)運(yùn)行關(guān)斷角Y大于臨界關(guān)斷角，判斷晶閘管閥V"在該周期不會(huì)發(fā)生 換相失敗，換流閥正常運(yùn)行。
[0030] 進(jìn)一步地，所述步驟（4)中，當(dāng)換相失敗信號(hào)failm = 1時(shí)，發(fā)出觸發(fā)脈沖Sgmm，觸 發(fā)導(dǎo)通晶閘管閥V"模塊中的輔助晶閘管閥V?，同時(shí)斷開(kāi)晶閘管閥V" +2模塊中的受控開(kāi)關(guān) ，使預(yù)導(dǎo)通的晶閘管閥v"+2重新關(guān)斷，其電流下降到零，模擬晶閘管閥v"對(duì)晶閘管閥v"+2 的換相失敗過(guò)程。
[0031] 與現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明達(dá)到的有益效果是：
[0032] 1、本發(fā)明采用實(shí)時(shí)測(cè)量閥每個(gè)周期的電流下降率di/dt、關(guān)斷前正向通態(tài)電流IF 和晶閘管結(jié)溫Tj，同時(shí)根據(jù)器件測(cè)試數(shù)據(jù)和器件分散性得到閥的臨界關(guān)斷角Ymin。一方 面，使Y min與換流閥內(nèi)部影響因素建立了關(guān)系，另一方面，得到的γ min更加接近真實(shí)情 況。
[0033] 2、本發(fā)明采用將臨界關(guān)斷角γ min與實(shí)測(cè)關(guān)斷角γ比較的方法，實(shí)時(shí)判斷換流閥 是否會(huì)發(fā)生換相失敗。實(shí)測(cè)關(guān)斷角Y保證了判斷的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性和可靠性。
[0034] 3、本發(fā)明的仿真平臺(tái)利用輔助閥和受控開(kāi)關(guān)，通過(guò)邏輯控制實(shí)現(xiàn)在判斷該閥會(huì)發(fā) 生換相失敗時(shí)，觸發(fā)和斷開(kāi)相應(yīng)的輔助閥和受控開(kāi)關(guān)，模擬換相失敗的過(guò)程?？刂七壿嫼?jiǎn) 單，對(duì)換相失敗過(guò)程的模擬準(zhǔn)確可靠，有利于對(duì)換流閥換相失敗特性的研究分析。
【附圖說(shuō)明】
[0035] 圖1是本發(fā)明提供的換流閥換相失敗內(nèi)因分析PSCAD仿真平臺(tái)電路拓?fù)鋱D；
[0036] 圖2是本發(fā)明提供的換流閥換相失敗內(nèi)因分析PSCAD仿真平臺(tái)實(shí)現(xiàn)方法的流程 圖；
[0037] 圖3是本發(fā)明提供的測(cè)量計(jì)算第k周期的系統(tǒng)關(guān)斷角波形圖；
[0038] 圖4是本發(fā)明提供的閥模塊1換相失敗的動(dòng)態(tài)判斷示意圖；
[0039] 圖5是本發(fā)明提供的閥模塊1和3的電壓波形圖；
[0040] 圖6是本發(fā)明提供的閥模塊1和3的電流波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0041] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0042] 本發(fā)明為分析換流閥內(nèi)部運(yùn)行參數(shù)和電氣參數(shù)對(duì)換相失敗影響的仿真平臺(tái)。換流 閥換相失敗是高壓直流輸電系統(tǒng)中最常見(jiàn)的故障之一，會(huì)導(dǎo)致諸多不良后果，直接關(guān)系到 設(shè)備和系統(tǒng)的安全。換流閥換相失敗的本質(zhì)是運(yùn)行關(guān)斷角小于換流閥的臨界關(guān)斷角，兩者 又受到閥內(nèi)部多種因素的影響。本發(fā)明通過(guò)對(duì)影響關(guān)斷過(guò)程的換流閥內(nèi)部子因素進(jìn)行實(shí)時(shí) 測(cè)量、計(jì)算，根據(jù)器件測(cè)試數(shù)據(jù)和分散性得到閥的實(shí)時(shí)臨界關(guān)斷角，將其與實(shí)測(cè)運(yùn)行關(guān)斷角 進(jìn)行比較，在判斷會(huì)發(fā)生換相失敗時(shí)，模擬相應(yīng)的閥發(fā)生換相失敗的過(guò)程。
[0043] 本發(fā)明仿真平臺(tái)的基本電路拓?fù)鋱D如圖1所示，仿真平臺(tái)包括三相六脈動(dòng)橋電 路，每相由閥模塊串聯(lián)組成，在每個(gè)閥模塊中均設(shè)有輔助晶閘管閥和受控開(kāi)關(guān)，以閥模塊1 為例，在晶閘管閥VI支路串聯(lián)受控開(kāi)關(guān)S1，V1支路旁并入輔助晶閘管閥VII，采用Sgll作 為其觸發(fā)信號(hào)。
[0044] 三相六脈橋電路的每相均與電壓源-電感串聯(lián)支路連接，設(shè)有三個(gè)電容器連接在 三相六脈橋電路的每相上；所述三個(gè)電容器均接地；每個(gè)閥模塊均并聯(lián)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(lián)支路；電阻Rdv、電容 器Cdv和電感Lmv串聯(lián)支路；電阻R Cuv和電感LOv串聯(lián)支路；電阻Rl 1支路；晶閘管閥-受 控開(kāi)關(guān)串聯(lián)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(lián)支路與電 阻Rdv、電容Cdv和電感Lmv串聯(lián)支路并聯(lián)后再與電阻RCuv和電感LOv串聯(lián)支路串聯(lián)；電阻 R11支路；晶閘管閥Vm-受控開(kāi)關(guān)Sm串聯(lián)支路以及輔助晶閘管閥Vmm支路并聯(lián)；晶閘管閥 Vm的陽(yáng)極以及輔助晶閘管閥Vmm的陽(yáng)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(yáng)極、輔助晶