[发明专利]一种换流阀晶闸管及阻容参数优化方法及装置

说明书

本发明公开了一种换流阀晶闸管及阻容参数优化方法及装置，其中方法包括：通过确定换流阀损耗和过冲电压关键影响参数，该关键影响参数包括：换流阀的通态压降、反向恢复电荷、阻尼电容及阻尼电阻；利用双曲正割函数模型建立晶闸管反向恢复电流模型，通过晶闸管反向恢复电流模型，根据关键影响参数计算晶闸管关断损耗和过冲电压；以换流阀过冲电压不超过预设电压阈值为边界条件，确定换流阀总损耗最小时对应的最优化参数取值。本发明从全局的角度综合考虑晶闸管和阻容参数间的匹配关系，实现换流阀反向过冲电压和损耗最优化的换流阀多参数全局优化方法，提高了关键元器件可靠性，保证了换流阀的安全可靠运行。

技术领域

本发明涉及电力电子中的直流输电换流阀电气设计领域，具体涉及一种换流阀晶闸管及阻容参数优化方法及装置。

背景技术

我国地域辽阔，发电能源和用电负荷的分布极不均衡，这一客观现实决定了我国电力跨区域大规模流动的必然性。特高压直流输电是当前唯一可实现将万兆瓦级电能高效率输送至两千公里以外的先进输电技术。随着直流输电容量的提升，增加核心设备换流阀的电气应力和热应力，给换流阀的设计和运行带来新的挑战。

当阀换相关断时，电路拓扑发生突变，电路中电感、电容元件内的储能将重新分配，形成电磁暂态过程。由于换流变漏感的存在，漏感电流不能突变，会在阀的两端产生很高的电压。为了防止该电压应力，一般在晶闸管两端并联一阻容回路。该回路中电阻主要其阻尼振荡作用，且选取较大电容值能够有效抑制换相过冲电压，而电容值的增大势必会加大阀的损耗。目前，高压直流输电换流阀额定直流电流水平不断提高，而通流水平的提升将意味着晶闸管损耗的增加，为了有效遏制换流器损耗水平，换流阀晶闸管设计过程中会适当延长其载流子寿命，从而降低通态压降来达到目的。但是载流子寿命的延长即意味着反向恢复能力的减弱、反向恢复电流和电荷水平的升高，将显著增强反向恢复过冲，以及晶闸管关断引起的损耗。

因此，有必要对该电气参数进行优化计算。国内外关于换流阀电气参数优化设计，只针对阻容参数进行了优化选择而未从全局的角度综合考虑晶闸管和阻容参数间的匹配关系。

发明内容

因此，本发明提供一种换流阀晶闸管及阻容参数优化方法及装置，解决了大容量换流阀耐压能力弱、及损耗高的问题，最终实现了换流阀电气应力和热应力的最优化，提高了关键元器件可靠性，保证了换流阀的安全可靠运行，以满足日益大输电容量的使用需求。

为了实现上述目的，本发明提供一种换流阀晶闸管及阻容参数优化方法，包括如下步骤：确定换流阀损耗和过冲电压关键影响参数，所述关键影响参数包括：换流阀的通态压降、反向恢复电荷、阻尼电容及阻尼电阻；利用双曲正割函数模型建立晶闸管反向恢复电流模型，通过所述晶闸管反向恢复电流模型，根据所述关键影响参数计算晶闸管关断损耗和过冲电压；以所述换流阀过冲电压不超过预设电压阈值为边界条件，确定所述换流阀总损耗最小时对应的最优化参数。

优选地，所述通过所述晶闸管反向恢复电流模型，根据所述关键影响参数计算晶闸管关断损耗和过冲电压，包括：根据所述关键影响参数中的换流阀的通态压降、反向恢复电荷、阻尼电容确定换流阀总损耗；根据所述关键影响参数中的反向恢复电荷、阻尼电容和阻尼电阻确定过冲电压。

优选地，所述根据所述关键影响参数中的通态压降、反向恢复电荷、阻尼电容确定换流阀总损耗，包括：根据所述通态压降计算换流阀的晶闸管通态损耗；根据所述反向恢复电荷计算换流阀的晶闸管关断损耗；根据所述阻尼电容计算换流阀的阻容回路损耗；计算所述晶闸管通态损耗、晶闸管关断损耗及阻容回路损耗之和，得到所述换流阀总损耗。

优选地，根据晶闸管通态损耗的公式建立所述晶闸管通态损耗的计算模型；将所述通态压降代入所述晶闸管通态损耗的计算模型得到所述晶闸管通态损耗。

优选地，根据晶闸管关断损耗的计算公式确定所述晶闸管关断损耗的计算模型；将所述反向恢复电荷代入所述晶闸管关断损耗的计算模型得到所述晶闸管关断损耗。