晶闸管整流装置的换相过电压保护技术研究

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晶闸管整流装置的换相过电压保护技术研究
主要内容
晶闸管反向恢复特性的建模 晶闸管RC吸收回路的仿真研究 影响换相过电压的其他因素 仿真模型的实验验证
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晶闸管整流装置的换相过电压保护技术研究
仿真模型的实验验证
三峡7F机组的励磁系统仿真电路
整流部分采用2支路并联来模拟现场的5支路并联。 整流部分采用2支路并联来模拟现场的5支路并联。 仿真条件：U2=1024V，控制角76.8° 仿真条件：U2=1024V，控制角76.8°，If=2878A，Rs=20Ω，Cs=2.5uF， 76.8 f=2878A，Rs=20Ω，Cs=2.5uF， 基本与现场测试条件相同。 基本与现场测试条件相同。
吸收电容C与过电压倍数K、电阻损耗Wr的关系曲线
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晶闸管整流装置的换相过电压保护技术研究
晶闸管RC吸收回路的仿真研究
二、集中阻断吸收回路的仿真
电路原理图
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晶闸管整流装置的换相过电压保护技术研究
晶闸管RC吸收回路的仿真研究
集中阻断吸收回路的仿真
吸收电阻R1的设计原则
在 相 同 的 Cs 参 数 条 件 下，存在一个最佳的 R1 值 与 关 系 曲 线 的 最 低点相对应，并且是 唯一的。 唯一的。 Cs=10 10μF 例 如 ： 当 Cs=10μF 时 ， K=1 在 R1=3Ω 处 K=1.572 取 得最小值。 得最小值。
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晶闸管整流装置的换相过电压保护技术研究
晶闸管反向恢复特性的建模
晶闸管反向恢复电流的数学模型
根据晶闸管的基本结构和内部物理过程，采用集中电荷的分析观点， 根据晶闸管的基本结构和内部物理过程，采用集中电荷的分析观点， 可以证明反向恢复电流是按指数函数规律衰减的。 可以证明反向恢复电流是按指数函数规律衰减的。 优点：克服了突然完全截止分析方法的缺点。 优点：克服了突然完全截止分析方法的缺点。 求解电路的微分方程组比较繁琐，需要计算机数值求解。 求解电路的微分方程组比较繁琐，需要计算机数值求解。
晶闸管的关断特性
三相全控桥换相过电压产生原因 当VT1即将关断时，VT3导 通，VT1与VT3并联导通换流， iVT1逐渐下降，iVT3则逐渐上升。 当电流iVT1降到零时，由于晶 闸管的反向恢复特性，交流回 路电感La、Lb上就会产生幅值 很高的换相过电压。
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晶闸管整流装置的换相过电压保护技术研究
K1=1.728（并联运行） K3=1.652（单独运行） 在总的等值阻容参数相等的前提下，并联运行条件会导致换 在总的等值阻容参数相等的前提下， 相过电压的升高，并联支路数越多过电压就会越高， 相过电压的升高，并联支路数越多过电压就会越高，这对抑 制换相过电压是非常不利的。 制换相过电压是非常不利的。其主要原因是由于晶闸管反向 恢复特性的非线性导致的。 恢复特性的非线性导致的。
吸收电阻R与过电压倍数K的关系曲线
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晶闸管整流装置的换相过电压保护技术研究
晶闸管RC吸收回路的仿真研究
单个晶闸管吸收回路的仿真
吸收电阻的损耗
电阻损耗Wr与 电阻损耗Wr与C的关 Wr 系很大。 系很大。 R的大小对Wr的影响 的大小对Wr Wr的影响 非常有限， 非常有限，当R增大 到一 定程度时 到一定 程度时 ， 电 阻功 耗 的变化 率 阻功耗 Wr 的变化率 趋于平缓。 趋于平缓。
吸收电阻R与电阻损耗Wr的关系曲线
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晶闸管整流装置的换相过电压保护技术研究
晶闸管RC吸收回路的仿真研究
单个晶闸管吸收回路的仿真
吸收电容的设计原则
随着C的增大， 相应降低， 随着 C的增大 ， K相应降低 ， 增大到一定程度时， 当 C 增大到一定程度时 ， K 的变化趋于平缓。 的变化趋于平缓。 随着C 的增大 ， 电阻损耗 随着 C 的增大， Wr线性增大 线性增大。 Wr线性增大。 设计原则： 设计原则 ： 在过电压倍数 符合设计要求的前提下， 符合设计要求的前提下 ， 使得电阻损耗尽量小 。
晶闸管RC吸收回路的仿真研究
集中阻断吸收回路的仿真
吸收电阻的损耗
Cs对电阻功耗 Wr1+Wr2 Cs 对电阻功耗 Wr1+Wr2 的影响 是有限的（曲线几乎重合） 是有限的（曲线几乎重合）。 R2对电阻功耗的影响很大， 所 对电阻功耗的影响很大， 的值不能取得太小。 以R2的值不能取得太小。 设计原则：适当放大， 设计原则： 适当放大 ，控制电 阻损耗。 阻损耗。
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仿真模型的实验验证
波形对比
现场的测试波形
P=560MW，Q=110MVAR，If=2877A 横向每格5ms，纵向每格1250V 过电压尖峰ΔU≈1000 V
模型的仿真波形： 模型的仿真波形：
If=2878A， 过电压尖峰ΔU≈964 V 相对误差为：3.6%；
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晶闸管整流装置的换相过电压保护技术研究
谢谢各位专家
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仿真参数：U1=200V，R1=5 , U2=-800V，R2=0.001 , L=101uH,Rs=10 ,Cs=1uF。
仿真波形与测量波形非常接近，误差基本上在10%以内。 仿真波形与测量波形非常接近，误差基本上在10%以内。 10%以内 模型能够动态计算恢复电流参数， 模型能够动态计算恢复电流参数，可以直接组建交流电路 的仿真平台。 的仿真平台。
晶闸管反向恢复特性的建模
理论基础
反向恢复电流的数学模型 突然截止模型 指数函数模型 双曲函数模型
突然截止模型虽然常用，但存在着较大的误差； 突然截止模型虽然常用，但存在着较大的误差； 指数函数模型可以获得比较精确的计算结果，但不便于常规计算； 指数函数模型可以获得比较精确的计算结果，但不便于常规计算； 双曲函数模型虽然能够得到与实验更加相符的电流电压波形， 双曲函数模型虽然能够得到与实验更加相符的电流电压波形，但是其 参数确定比较困难，实际中较少采用。 参数确定比较困难，实际中较少采用。
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主要内容
晶闸管反向恢复特性的建模 晶闸管RC吸收回路的仿真研究 影响换相过电压的其他因素 仿真模型的实验验证
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晶闸管RC吸收回路的仿真研究
一、单个晶闸管吸收回路的仿真
吸收电阻的设计原则
在相同的C 在相同的C参数条件 下，存在一个最佳 的R值与关系曲线的 最低点相对应， 最低点相对应，并 且是唯一的。 且是唯一的。 例如： C=10μF时 例如：当C=10μF时， R=6.5Ω处 在R=6.5Ω处 K=1.572取最小值 K=1.572取最小值 。
吸收电阻R1与过电压倍数K的关系曲线
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晶闸管RC吸收回路的仿真研究
集中阻断吸收回路的仿真
吸收电容的设计原则
随着Cs 的增大 随着 Cs的增大 ， K 降低 ， Cs 的增大， 降低， 当 Cs 增 大 到 一 定 程 度 后 ， K 的变化趋于平缓。 的变化趋于平缓 。 随 着 Cs 的 增 大 ， 电 阻 功 耗 也 变 大 ， 当 Cs 增 大到一定程度后，电 阻功耗的变化也趋于 平缓。 平缓。 设计原则：重点考虑 的大小 过电压 倍数 K 的 大小 ， 通过电阻参数的设计 来达到合理电阻功耗 的目的。 的目的。
吸收电阻R2与过电压倍数K的关系曲线
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晶闸管RC吸收回路的仿真研究
集中阻断吸收回路的仿真
吸收电阻R2的设计原则
总体来说，在相同的 Cs 条 件 下 ， 较 小 的 R2 有着更好的吸收效果。
吸收电阻R2与过电压倍数K的关系曲线
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晶闸管整流装置的换相过电压保护技术研究
过电压尖峰是直接叠加在关断时刻 交流电压之上的， 交流电压之上的，因此当控制角接 90°附近时， 近90°附近时，对应着最大的换相 过电压峰值。 过电压峰值。
控制角为85°时，K=1.633
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晶闸管整流装置的换相过电压保护技术研究
影响换相过电压的其他因素
二、并联运行条件的影响
并联支路对过电压大小的影响
晶闸管整流装置的换相 过电压保护技术研究
2008年 2008年5月
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晶闸管整流装置的换相过电压保护技术研究
主要内容
晶闸管反向恢复特性的建模 晶闸管RC吸收回路的仿真研究 影响换相过电压的其他因素 仿真模型的实验验证
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晶闸管整流装置的换相过电压保护技术研究
晶闸管反向恢复特性的建模
理论基础
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晶闸管整流装置的换相过电压保护技术研究
晶闸管反向恢复特性的建模
典型的换相过电压保护方案
分别并联保护方案
集中阻断保护方案
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晶闸管反向恢复特性的建模
模型的测试
测量条件为： di/dt=7.9A/us， Ur=800v，Rs=10 ，Cs=1uf ；
吸收电阻R2与电阻功耗的关系曲线
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晶闸管整流装置的换相过电压保护技术研究
主要内容
晶闸管反向恢复特性的建模 晶闸管RC吸收回路的仿真研究 影响换相过电压的其他因素 仿真模型的实验验证
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晶闸管整流装置的换相过电压保护技术研究
影响换相过电压的其他因素
一、控制角的影响
控制角为60°时 ，K=1.519 控制角为75°时，K=1.612