一种换流阀仿真平台及其实现方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种电力电子领域的仿真平台及其实现方法，具体讲涉及一种换流阀 仿真平台及其实现方法。
【背景技术】
[0002] 换相失败是高压直流输电系统中最常见的故障之一，会导致诸多不良后果。为保 证换相成功，要求退出导通的阀从关断到其电压由负变正的过零点的时间能满足其恢复阻 断能力的要求，该时间用电角度Y角表示，称为关断角。临界关断角Y min是阀完成关断 所必须的最小值。当Y小于临界关断角Ymin时，阀会发生换相失败，两者受到换流阀内 部多种因素影响。
【发明内容】
[0003] 针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种换流阀仿真平台及其实现方法， 本发明基于PSCAD搭建仿真平台，通过对阀内部相关影响因素进行实时测量和计算，判断 换相失败并模拟相应的换相失败过程，为研究分析换流阀内部因素对换相失败的影响和换 流阀换相失败特性提供了 一种新的研究手段。
[0004] 本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
[0005] 本发明提供一种换流阀仿真平台，其改进之处在于，所述仿真平台包括三相六脉 动桥电路，每相由阀模块串联组成，在每个阀模块中均设有辅助晶闸管阀和受控开关。
[0006] 进一步地，所述三相六脉桥电路的每相均与电压源-电感串联支路连接，设有三 个电容器连接在三相六脉桥电路的每相上；所述三个电容器均接地；每个阀模块均并联有 受控电阻Ra。
[0007] 进一步地，所述阀模块包括电容器Czv支路；电阻Rdcv和受控电阻Rmv串联支路； 电阻Rdv、电容器Cdv和电感Lmv串联支路；电阻R Cuv和电感LOv串联支路；电阻Rl 1支路； 晶闸管阀-受控开关串联支路以及辅助晶闸管阀Vmm支路；
[0008] 所述电阻Rdcv和受控电阻Rmv串联支路与电阻Rdv、电容Cdv和电感Lmv串联支 路并联后再与电阻R Cuv和电感LOv串联支路串联；电阻Rl 1支路；晶闸管阀Vm-受控开关Sm 串联支路以及辅助晶闸管阀Vmm支路并联；晶闸管阀Vm的阳极以及辅助晶闸管阀Vmm的阳 极均连接在电阻Rdcv和受控电阻Rmv之间；电容器COv的两端分别与晶闸管阀Vm的阳极、 辅助晶闸管阀Vmm的阳极以及电容器Czv的一端连接；
[0009] 所述辅助晶闸管阀Vmm采用Sgmm作为其触发信号。
[0010] 本发明还提供一种换流阀仿真平台的实现方法，其改进之处在于，所述方法包括 下述步骤：
[0011] ⑴实时测量并计算实时运行关断角Y、晶闸管阀Vm第k周期的电流下降率di/ dt、关断前正向通态电流I F和晶闸管阀结温T j ;
[0012] ⑵确定晶闸管阀Vm的临界关断角;
[0013] (3)将晶闸管阀的临界关断角与实时运行关断角Y比较，实时判断晶闸管阀 是否会发生换相失败；
[0014] (4)当判断晶闸管阀Vm会发生换相失败时，触发相应的辅助晶闸管阀和断开相应 的受控开关，模拟换相失败的过程。
[0015] 进一步地，所述步骤（1)中，通过比较器得到第k周期晶闸管阀Vm电流下降过零 时刻，发出关断计时开始脉冲，同理用比较器得到第k周期阀Vm电压由负变正时刻，发出关 断计时结束脉冲；将两脉冲之间的时间换算为电角度，即为第k周期晶闸管阀Vm的实时运 行关断角Y ;
[0016] 测量晶闸管阀Vm电流，利用微分电路计算电流实时变化率；通过比较器和窗口函 数，在第k周期该电流下降过零时刻产生脉冲；利用脉冲控制和保持器，测量并保持过零点 的电流下降率di/dt (i = 0);
[0017] 通过比较器和窗口函数在第k周期阀Vm关断前产生脉冲，利用此脉冲和保持器， 测量并保持此时的晶闸管阀电流值，得到第k周期阀Vm的关断前的正向通态电流I F ;
[0018] 晶闸管结温η按下式计算：
[0019] Tj = Tc+PjXRgjc 1);
[0020] 其中，Tc :晶闸管阀冷却液入口温度和出口温度的平均值；P,:每只晶闸管的总损 耗；:晶闸管结与冷却液之间的热阻；
[0021 ] 晶闸管的通态损耗：
[0022] 2)；
[0023] 其中，Nt :单晶闸管阀的晶闸管串联数；U。：为晶闸管平均通态电压降中与电流无 关的部分；私：为决定晶闸管平均通态特性斜率的电阻；I d :为直流电流；
[0024] 晶闸管的关断损耗：
[0025] 3)；
[0026] 其中，Q"为晶闸管存储电荷的平均值。
[0027] 进一步地，所述步骤（2)中，利用所得的电流过零点的电流下降率di/dt、晶闸管 结温TdP关断前正向通态电流I F，根据晶闸管阀中的晶闸管的测试数据，确定晶闸管阀V" 在第k周期的实时关断角YT，考虑晶闸管阀中的晶闸管的分散性Λ Y，得临界关断角Y_ =γ τ+ Δ γ 0
[0028] 进一步地，所述步骤（3)中，将实时运行关断角Υ和临界关断角进行判断比 较，若实时运行关断角Υ小于临界关断角，晶闸管阀V"在该周期重新施加正向电压 时刻再次导通，发生换相失败；利用比较器在重新施加正压时刻，发出阀V"换相失败信号 fail m = 1 ；
[0029] 若实时运行关断角Y大于临界关断角，判断晶闸管阀V"在该周期不会发生 换相失败，换流阀正常运行。
[0030] 进一步地，所述步骤（4)中，当换相失败信号failm = 1时，发出触发脉冲Sgmm，触 发导通晶闸管阀V"模块中的辅助晶闸管阀V?，同时断开晶闸管阀V" +2模块中的受控开关 ，使预导通的晶闸管阀v"+2重新关断，其电流下降到零，模拟晶闸管阀v"对晶闸管阀v"+2 的换相失败过程。
[0031] 与现有技术比，本发明达到的有益效果是：
[0032] 1、本发明采用实时测量阀每个周期的电流下降率di/dt、关断前正向通态电流IF 和晶闸管结温Tj，同时根据器件测试数据和器件分散性得到阀的临界关断角Ymin。一方 面，使Y min与换流阀内部影响因素建立了关系，另一方面，得到的γ min更加接近真实情 况。
[0033] 2、本发明采用将临界关断角γ min与实测关断角γ比较的方法，实时判断换流阀 是否会发生换相失败。实测关断角Y保证了判断的实时性、准确性和可靠性。
[0034] 3、本发明的仿真平台利用辅助阀和受控开关，通过逻辑控制实现在判断该阀会发 生换相失败时，触发和断开相应的辅助阀和受控开关，模拟换相失败的过程。控制逻辑简 单，对换相失败过程的模拟准确可靠，有利于对换流阀换相失败特性的研究分析。
【附图说明】
[0035] 图1是本发明提供的换流阀换相失败内因分析PSCAD仿真平台电路拓扑图；
[0036] 图2是本发明提供的换流阀换相失败内因分析PSCAD仿真平台实现方法的流程 图；
[0037] 图3是本发明提供的测量计算第k周期的系统关断角波形图；
[0038] 图4是本发明提供的阀模块1换相失败的动态判断示意图；
[0039] 图5是本发明提供的阀模块1和3的电压波形图；
[0040] 图6是本发明提供的阀模块1和3的电流波形图。
【具体实施方式】
[0041] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步的详细说明。
[0042] 本发明为分析换流阀内部运行参数和电气参数对换相失败影响的仿真平台。换流 阀换相失败是高压直流输电系统中最常见的故障之一，会导致诸多不良后果，直接关系到 设备和系统的安全。换流阀换相失败的本质是运行关断角小于换流阀的临界关断角，两者 又受到阀内部多种因素的影响。本发明通过对影响关断过程的换流阀内部子因素进行实时 测量、计算，根据器件测试数据和分散性得到阀的实时临界关断角，将其与实测运行关断角 进行比较，在判断会发生换相失败时，模拟相应的阀发生换相失败的过程。
[0043] 本发明仿真平台的基本电路拓扑图如图1所示，仿真平台包括三相六脉动桥电 路，每相由阀模块串联组成，在每个阀模块中均设有辅助晶闸管阀和受控开关，以阀模块1 为例，在晶闸管阀VI支路串联受控开关S1，V1支路旁并入辅助晶闸管阀VII，采用Sgll作 为其触发信号。
[0044] 三相六脉桥电路的每相均与电压源-电感串联支路连接，设有三个电容器连接在 三相六脉桥电路的每相上；所述三个电容器均接地；每个阀模块均并联有受控电阻Ra。
[0045] 阀模块包括电容器Czv支路；电阻Rdcv和受控电阻Rmv串联支路；电阻Rdv、电容 器Cdv和电感Lmv串联支路；电阻R Cuv和电感LOv串联支路；电阻Rl 1支路；晶闸管阀-受 控开关串联支路以及辅助晶闸管阀Vmm支路；所述电阻Rdcv和受控电阻Rmv串联支路与电 阻Rdv、电容Cdv和电感Lmv串联支路并联后再与电阻RCuv和电感LOv串联支路串联；电阻 R11支路；晶闸管阀Vm-受控开关Sm串联支路以及辅助晶闸管阀Vmm支路并联；晶闸管阀 Vm的阳极以及辅助晶闸管阀Vmm的阳极均连接在电阻Rdcv和受控电阻Rmv之间；电容器 COv的两端分别与晶闸管阀Vm的阳极、辅助晶