整流装置换相过电压的建模与仿真-郝勇-20160118

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，iVT1逐渐下降，iVT3则逐渐上升。当电流iVT1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、τ。

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=10Ω，Cs=1uF；Irr≈180A，Qrr≈5200uAs；仿真参数：di/dt=7.9A/us,Ur=800V，Rs=10Ω,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Umax≈2447V仿真波形：过电压尖峰ΔU≈2411V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Umax≈1487V

现场测试波形过电压尖峰Umax≈2160V仿真波形：过电压尖峰Umax≈2076V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1A电厂#11.411.463.5%2B电厂#21.561.698.7%3B电厂#31.671.700.5%4B电厂#41.821.706.7%5C电厂#11.271.345.1%6C电厂#21.451.412.9%7D电厂#21.541.603.8%8D电厂#31.551.603.4%9D电厂#41.571.601.7%平均1.541.574.0%

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