整流装置换相过电压的建模与仿真_郝勇_20160118

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,整流装置换相过电压的 建模与仿真,国电南瑞电控分公司,2016,年,1,月,主要内容,可控硅的反向恢复特性,典型的换相过电压保护方案,阻容吸收参数选择的常规方法,具有反向恢复特性可控硅的建模,阻容吸收的参数特性,换相过电压的现场测试,整流装置换相过电压的建模与仿真,可控硅,的,反向恢复特性,反向恢复电流,反向恢复电荷,反向恢复电压,当,VT1,与,VT3,并联导通换流时，,i,VT1,逐渐下降，,i,VT3,则逐渐上升。当电流,i,VT1,降至零以后，,由于,可控硅,的,反向恢复特性,，在交流回路,电感上,就会产生幅值很高的,换相过电压,。,如不能有效抑制换相过电压，会导致器件损坏、装置异常，威胁回路的绝缘安全，加速绝缘老化等严重后果。,整流桥,换相过电压产生原因,换相型,阻容吸收,集中阻断型,阻容吸收,典型的换相过电压保护方案 阻容吸收,运用,优化曲线,计算阻容参数,主要缺点：基于突然截止关断模型，模型本身固有的缺陷会导致较大的计算误差，不适合精确设计阻容吸收回路的最佳参数。,运用,经验公式,计算阻容参数,主要缺点：经验公式缺乏充分的针对性，参数的选择范围太宽，让设计者无所适从，很难找到一个合适的参数以达到最佳吸收效果。,阻容吸收参数选择,的常规方法,突然截止模型用于常规分析，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；,双曲函数模型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，工程实际中较少采用。,双曲函数模型,突然截止模型,指数函数模型,反向恢复电流的数学模型,指数函数,模型,：,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,。能够获得,比较精确的计算,结果。,缺点：直接求解,电路的微分方程组比较繁琐，不便于,常规,计算，,需要借助计算机进行数值,求解。,反向恢复电流的数学模型,根据元件厂家提供的关断特性曲线，通过,曲线拟合,，得到,Irr,和,Qrr,的拟合多项式,。,其中，,x=di/dt,，单位,A/us,，,Irr,单位,A,，,Qrr,单位,uAs,。,恢复电流、恢复电荷的计算,主电路部分：可控硅模块与可控电流源模块并联。,可控电流源由恢复电流计算模块控制，,动态补偿恢复电流,。,恢复电流计算模块采用数学函数模块直接计算Irr、Qrr、。,具有反向恢复,特性,可控硅,的,建模,可控电流源,可控硅模块,恢复电流计算模块,测量条件为：,di/dt=7.9A/us,，,Ur=800v,，,Rs=10,，,Cs=1uF,；,Irr180A,，,Qrr5200uAs,；,仿真参数：,di/dt=7.9A/us,Ur=800V,，,Rs=10,Cs=1uF,。,仿真波形与测量波形非常接近，相对误差在,10%,以内。,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，用于换相过电压方面的仿真。,仿真模型的测试（一）,现场测试波形,过电压尖峰Umax2447 V,仿真波形：,过电压尖峰U2411 V,仿真模型的测试（二）,相对误差=1.5%,原,MATLAB,模型波形,过电压尖峰Umax1487 V,现场测试波形,过电压尖峰Umax2160 V,仿真波形：,过电压尖峰Umax2076 V,仿真模型的测试（三）,相对误差=3.9%,在相同的,Cs,参数条件下，存在一个最佳的,Rs,值与曲线的最低点相对应。,吸收电阻,Rs,与过电压倍数,K,的关系曲线,吸收电阻的参数特性,电阻损耗,Wr,与,Cs,的关系很大。,Rs,的大小对,Wr,的影响,比较小,，当,Rs,增大到一定程度时，,电阻功耗,Wr,的变化趋于平缓。,吸收电阻,Rs,与,电阻损耗,Wr,的关系曲线,吸收电阻的参数特性,随着,Cs,的增大，,K,相应降低，当,Cs,增大到一定程度时，,K,的变化趋于平缓。,随着,Cs,的增大，电阻损耗,Wr,线性增,加,。,吸收电容,Cs,与过电压倍数,K,、电阻损耗,Wr,的关系曲线,吸收电容的参数特性,过电压尖峰是直接叠加在关断时刻交流电压之上的，因此当控制角,较大时,，对应着,较,大的换相过电压峰值。,控制角为,60,时，,K=1.519,控制角为,75,时，,K=1.612,控制角为,85,时，,K=1.633,控制角对换相过电压的影响,可控硅,关断时间,不同步时,可控硅,恢复特性不相同时,过电压峰值主要是由最后反向恢复,的,可控硅,决定,的。,过电压峰值主要是由最大反向恢复特性,的,可控硅,决定,的,。,并联运行对换相过电压的影响,整流装置换相,过电压的现场测试,换相过电压的现场测试,序号,测试机组,测试过电压倍数,仿真过电压倍数,相对误差,1,A电厂#1,1.41,1.46,3.5%,2,B电厂#2,1.56,1.69,8.7%,3,B,电,厂,#3,1.67,1.70,0.5%,4,B,电,厂,#4,1.82,1.70,6.7%,5,C电厂#1,1.27,1.34,5.1%,6,C电厂#2,1.45,1.41,2.9%,7,D电厂#2,1.54,1.60,3.8%,8,D,电,厂,#3,1.55,1.60,3.4%,9,D,电,厂,#4,1.57,1.60,1.7%,平均,1.54,1.57,4.0%,整流装置换相过电压的建模与仿真,总结,根据可控硅的器件数据表，采用指数函数恢复电流的数学模型，建立具有反向特性的精确化可控硅,模型，成功解决,了换相,过电压,的准确计算问题。,精确化可控硅,模型能够动态计算恢复电流参数，可直接组建整流电路的仿真平台，为换相过电压的仿真压研究和工程设计提供了高效的计算工具。,采用,数值分析的方法，,对换相,过电压及其保护技术进行了仿真研究，进一步认识,了,阻容吸收的参数,特性，探讨了换相过电压的影响因素，为参数选择提供了充分的计算依据。,整流装置换相过电压的现场测试结果表明：,精确化可控硅,模型具有较高的仿真精度，对,换相过电压保护技术的工程设计和应用有着重要的参考,意义。,