整流裝置換相過電壓的建模與仿真-郝勇-20160118

整流裝置換相過電壓的

建模與仿真國電南瑞電控分公司2016年1月主要內(nèi)容可控硅的反向恢復特性典型的換相過電壓保護方案阻容吸收參數(shù)選擇的常規(guī)方法具有反向恢復特性可控硅的建模阻容吸收的參數(shù)特性換相過電壓的現(xiàn)場測試整流裝置換相過電壓的建模與仿真可控硅的反向恢復特性反向恢復電流反向恢復電荷反向恢復電壓

當VT1與VT3并聯(lián)導通換流時，iVT1逐漸下降，iVT3則逐漸上升。當電流iVT1降至零以后，由于可控硅的反向恢復特性，在交流回路電感上就會產(chǎn)生幅值很高的換相過電壓。

如不能有效抑制換相過電壓，會導致器件損壞、裝置異常，威脅回路的絕緣安全，加速絕緣老化等嚴重后果。整流橋換相過電壓產(chǎn)生原因換相型阻容吸收集中阻斷型阻容吸收典型的換相過電壓保護方案阻容吸收運用優(yōu)化曲線計算阻容參數(shù)

主要缺點：基于突然截止關(guān)斷模型，模型本身固有的缺陷會導致較大的計算誤差，不適合精確設(shè)計阻容吸收回路的最佳參數(shù)。

運用經(jīng)驗公式計算阻容參數(shù)

主要缺點：經(jīng)驗公式缺乏充分的針對性，參數(shù)的選擇范圍太寬，讓設(shè)計者無所適從，很難找到一個合適的參數(shù)以達到最佳吸收效果。阻容吸收參數(shù)選擇的常規(guī)方法突然截止模型用于常規(guī)分析，存在著較大的誤差；指數(shù)函數(shù)模型可以獲得比較精確的計算結(jié)果，但不便于常規(guī)計算；雙曲函數(shù)模型能夠得到與實驗更加相符的電流電壓波形，但是其參數(shù)確定比較困難，工程實際中較少采用。雙曲函數(shù)模型突然截止模型指數(shù)函數(shù)模型反向恢復電流的數(shù)學模型指數(shù)函數(shù)模型：反向恢復電流是按指數(shù)函數(shù)規(guī)律衰減的。優(yōu)點：克服了突然完全截止分析方法的缺點。能夠獲得比較精確的計算結(jié)果。缺點：直接求解電路的微分方程組比較繁瑣，不便于常規(guī)計算，需要借助計算機進行數(shù)值求解。反向恢復電流的數(shù)學模型根據(jù)元件廠家提供的關(guān)斷特性曲線，通過曲線擬合，得到Irr和Qrr的擬合多項式。

其中，x=di/dt，單位A/us，Irr單位A，Qrr單位uAs?；謴碗娏?、恢復電荷的計算主電路部分：可控硅模塊與可控電流源模塊并聯(lián)?？煽仉娏髟从苫謴碗娏饔嬎隳K控制，動態(tài)補償恢復電流。恢復電流計算模塊采用數(shù)學函數(shù)模塊直接計算Irr、Qrr、τ。

具有反向恢復特性可控硅的建?？煽仉娏髟纯煽毓枘K恢復電流計算模塊測量條件為：di/dt=7.9A/us，Ur=800v，Rs=10Ω，Cs=1uF；Irr≈180A，Qrr≈5200uAs；仿真參數(shù)：di/dt=7.9A/us,Ur=800V，Rs=10Ω,Cs=1uF。

仿真波形與測量波形非常接近，相對誤差在10%以內(nèi)。模型能夠動態(tài)計算恢復電流參數(shù)，可以直接組建交流電路的仿真平臺，用于換相過電壓方面的仿真。仿真模型的測試（一）

現(xiàn)場測試波形過電壓尖峰Umax≈2447V仿真波形：過電壓尖峰ΔU≈2411V仿真模型的測試（二）相對誤差=1.5%原MATLAB模型波形過電壓尖峰Umax≈1487V

現(xiàn)場測試波形過電壓尖峰Umax≈2160V仿真波形：過電壓尖峰Umax≈2076V仿真模型的測試（三）相對誤差=3.9%在相同的Cs參數(shù)條件下，存在一個最佳的Rs值與曲線的最低點相對應。

吸收電阻Rs與過電壓倍數(shù)K的關(guān)系曲線

吸收電阻的參數(shù)特性電阻損耗Wr與Cs的關(guān)系很大。Rs的大小對Wr的影響比較小，當Rs增大到一定程度時，電阻功耗Wr的變化趨于平緩。

吸收電阻Rs與電阻損耗Wr的關(guān)系曲線

吸收電阻的參數(shù)特性隨著Cs的增大，K相應降低，當Cs增大到一定程度時，K的變化趨于平緩。隨著Cs的增大，電阻損耗Wr線性增加。

吸收電容Cs與過電壓倍數(shù)K、電阻損耗Wr的關(guān)系曲線

吸收電容的參數(shù)特性

過電壓尖峰是直接疊加在關(guān)斷時刻交流電壓之上的，因此當控制角較大時，對應著較大的換相過電壓峰值?？刂平菫?0°時，K=1.519

控制角為75°時，K=1.612

控制角為85°時，K=1.633

控制角對換相過電壓的影響

可控硅關(guān)斷時間不同步時

可控硅恢復特性不相同時過電壓峰值主要是由最后反向恢復的可控硅決定的。過電壓峰值主要是由最大反向恢復特性的可控硅決定的。并聯(lián)運行對換相過電壓的影響

整流裝置換相過電壓的現(xiàn)場測試

換相過電壓的現(xiàn)場測試序號測試機組測試過電壓倍數(shù)仿真過電壓倍數(shù)相對誤差1A電廠#11.411.463.5%2B電廠#21.561.698.7%3B電廠#31.671.700.5%4B電廠#41.821.706.7%5C電廠#11.271.345.1%6C電廠#21.451.412.9%7D電廠#21.541.603.8%8D電廠#31.551.603.4%9D電廠#41.571.601.7%平均1.541.574.0%

整流裝置換相過電壓的建模與仿真總結(jié)根據(jù)可控硅的器件數(shù)據(jù)表，采用指數(shù)函數(shù)恢復電流的數(shù)學模型，建立具有反向特性的精確化可控硅模型，成功解決了換相過電壓的準確計算問題。精確化可控硅模型能夠動態(tài)計算恢復電流參數(shù)，可直接組建整流電路的仿真平臺，為換相過電壓的仿真壓研究和工程設(shè)計提供了高效的計算工具。采用數(shù)值分析的方法，對換相過電