[发明专利]一种换流阀用晶闸管的开通电流耐受特性分析模型

摘要

本发明提出了一种换流阀用晶闸管的开通电流耐受特性分析模型。晶闸管电流开通时，受限于其物理结构，电流从注入点扩散至整个盘面需要一定时间，在这个扩散过程中，开通初期的电流跃变、电流强度、电流变化率、电流峰值、电流波谷值等都需要有一定的限值，方能确保晶闸管能够正常开通而不受损坏。本发明建立晶闸管开通过程中，标定开通电流的完整参数及限值，为换流阀在开通期间的各项电气分析奠定理论基础。所提取的电流耐受模型物理概念清晰，操作简单，方便易行。

主权项

一种换流阀用晶闸管的开通电流耐受特性分析模型，其特征在于包括以下步骤：(1)建立晶闸管开通电流耐受特性的定性曲线形式；晶闸管开通电流的耐受特性体现为一条电流曲线波形，从晶闸管开通时刻起一定时间门槛内，所述时间门槛为10‑90微秒，晶闸管所能够承受的电流强度波形，即在此时间门槛内，要确保晶闸管开通时流过的电流要小于此耐受波形，根据时间段划分，此电流耐受波形有几个关键参数：1)在晶闸管开通时刻起0.5～1个微秒内，晶闸管可以耐受一定量值的阶跃电流，记此量为Istep，单位为安培，此电流一般小于几百安培，具体数值要查询选用特定型号的晶闸管特性；2)在晶闸管开通时刻后1～5个微秒内，晶闸管可承受一定电流上升率的电流特性，记此阶段的电流上升率为di/dt1，单位为A/us，此阶段允许的电流上升率一般为几百安培/微秒，具体数值要查询选用特定型号的晶闸管特性；3)在晶闸管开通时刻后4～20个微秒内，晶闸管可以承受一定电流上升率的电流特性，记此阶段的电流上升率为di/dt2，单位为A/us，此阶段允许的电流上升率一般为几千安培/微秒，这一阶段能够承受的电流变化率di/dt2要高于di/dt1；同时这一阶段内，晶闸管所允许的电流峰值记为电流峰值门槛，记此电流峰值为Ipk，单位为安培，所述电流峰值为数千安至数十个千安，具体数值查询选用特定型号的晶闸管特性确定；4)在晶闸管开通时刻后10～90微秒内，晶闸管可以承受一定电流波谷值，记此电流波谷值为Ibg，单位为安培，此电流波谷值一般要大于晶闸管的擎住电流和维持电流，数值一般在几个安培，具体数值要查询选用特定型号的晶闸管特性，即要确保流过晶闸管的电流要大于此电流波谷值；(2)建立晶闸管开通电流耐受特性的模型参数；t0时刻，对应开通电流的阶跃值①；t1时刻，开通电流初期电流上升率的第一阶段最大值②di/dt及对应的电流幅值⑥；t2时刻，开通电流初期电流上升率的第二阶段最大值③di/dt；t3时刻，开通电流的第一个峰值④；t4时刻，开通电流的第一个波谷值⑤；其中，所述开通电流的阶跃值①描述了电流从无到有建立时所允许的一个电流快速突变过程的一个限制；所述开通电流上升率的第一个阶段最大值②描述了电流从晶闸管盘面的注入点开始扩散过程中的扩散速度限制，所述电流幅值⑥描述了扩散电流的强度，间接反映了一定盘面上的扩散电流密度的限制；开通电流初期电流上升率的第二个阶段最大值③描述了电流扩散后半段时间内的扩散速度限制，由于扩散面积已经增大，所允许的扩散速度也比第一个阶段的扩散速度要大；开通电流的第一个峰值④描述了在扩散过程中所允许的最大电流强度，间接反映了一定盘面上的扩散电流最大密度限制；开通电流的第一个波谷值⑤描述了晶闸管开通过程中在经过第一个峰值后能够正常开通所允许的电流最小值，由于电流强度的降低会使得建立的电流扩散过程有所回退，因此如果第一个电流波谷值过低，那么晶闸管有可能无法正常建立开通过程，因此此数值描述了所允许的电流最小值限制；(3)建立晶闸管开通电流耐受特性的物理含义；晶闸管开通初期，电流的扩散需要一定的时间，当电流从注入点扩散至整个盘面时，电流强度或者电流变化率的过大都会导致晶闸管盘面局部过热导致烧坏晶闸管，因此(1)中晶闸管开通电流耐受特性的曲线形式和模型参数描述了晶闸管开通过程中的物理限制。