[发明专利]二极管组件雷击暂态过程的建模方法、系统、装置及介质

说明书

本发明公开了一种二极管组件雷击暂态过程的建模方法、系统、装置及介质，其中方法包括：根据雷电波时间尺度特性和高压不控整流阀的整体结构特点，构建高压不控整流阀串联二极管组件雷击时间尺度的电气模型架构；基于工频稳态工作时间尺度，构建二极管反向过程工频工作等效模型；基于雷电波时间尺度，构建雷击作用下二极管反向关断物理过程模型；通过电气连接，构建高压不控整流阀串联二极管组件电气模型；基于雷电波的波形特征，构建面向雷电冲击全过程的串联二极管电气模型。本发明基于功率二极管的物理过程，构建二极管反向关断物理模型，克服二极管结电容等效模型时间尺度远大于雷电波时间尺度的缺陷，可广泛应用于高压不控整流阀建模领域。

技术领域

本发明涉及高压不控整流阀建模领域，尤其涉及一种二极管组件雷击暂态过程的建模方法、系统、装置及介质。

背景技术

高压不控整流阀(不控整流电路)是作为面向高压大功率直流电能转换和传输的核心关键部件，广泛应用于高压直流输电和海上风电的直流输送中。高压不控整流阀中含有大量的半导体器件，是典型的敏感设备，易受到外界因素，如短路、负载投切和雷击等的干扰而失效，危及其安全稳定运行。另一方面，高压电能传输的杆塔和架空线路较高，导致高压不控整流阀更易遭受雷击。雷击过程短暂且释放能量巨大，使得高压不控整流阀串联二极管组件需要承受剧烈的过电压冲击，甚至造成高压不控整流阀失去运行能力，导致大量的经济损失。因此，如何分析雷击作用下的高压不控整流阀串联二极管组件电压分布特性，保障其安全稳定运行，是一项亟需解决的研究挑战。

雷击是高压输电常见的故障之一。目前，针对雷击作用下的高压不控整流阀串联二极管组件的研究，仍旧处于空白阶段。鉴于雷电波时间尺度，可借鉴高频整流系统的串联二极管动态特性，开展高压不控整流阀串联二极管组件电压分布的研究。高压不控整流阀串联二极管组件的模型，通常采用结电容等效模型，并结合串联二极管的寄生电容，分析其暂态电压分布特性。然而，二极管的结电容是其反向恢复过程在较大时间尺度上的简化。当系统状态变化的时间尺度较小时，结电容将无法解释该反向关断过程，不利于分析高压不控整流阀串联二极管暂态电压分布。另一方面，雷击过程时间短，释放能量巨大。传统的二极管结电容等效模型无法应用于雷击作用下的非线性暂态过程解析。

发明内容

为至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一，本发明的目的在于提供一种二极管组件雷击暂态过程的建模方法、系统、装置及介质。

本发明所采用的技术方案是：

一种二极管组件雷击暂态过程的建模方法，包括以下步骤：

根据雷电波时间尺度特性和高压不控整流阀的整体结构特点，构建高压不控整流阀串联二极管组件雷击时间尺度的电气模型架构；

根据电气模型架构，将二极管的反向过程电气模型分为二极管的反向过程工频工作电气模型和二极管的反向过程暂态工作电气模型；

基于工频稳态工作时间尺度，构建二极管反向过程工频工作等效模型；

基于雷电波时间尺度，构建雷击作用下二极管反向关断物理过程模型；

通过电气连接，构建高压不控整流阀串联二极管组件电气模型；

基于雷电波的波形特征，构建面向雷电冲击全过程的串联二极管电气模型。

进一步，所述雷电波的波形为雷电流陡波前迅速上升，陡波后相对缓慢下降至正常电流状态。

进一步，所述二极管反向过程工频工作等效模型采用结电容C与二极管内阻R并联的简化形式进行构建。

进一步，所述构建雷击作用下二极管反向关断物理过程模型，包括：

在少数载流子耗尽阶段，二极管的两端电压维持在导通电压状态，结合PN结的电荷状态，流过二极管的电流模型为：