專利名稱：一種確定晶閘管閥串聯(lián)靜態(tài)均壓電阻阻值的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電工電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種確定晶閘管閥串聯(lián)靜態(tài)均壓電阻阻值的方法。
背景技術(shù)：
由晶閘管元件串聯(lián)組成的高壓晶閘管閥是靈活交流輸電系統(tǒng)(FACTS)和高壓直流輸電系 統(tǒng)(HVDC)的靈活交流輸電系統(tǒng)(FACTS)和高壓直流輸電系統(tǒng)(HVDC)的核心部件。隨著電 力工業(yè)的快速發(fā)展和器件制造水平的提高以及髙壓晶閘管閥的應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展，高壓晶 閘管閥所采用的晶閘管元件的電壓電流等級大大提高，運(yùn)行工況也越來越復(fù)雜。這就對高壓 晶閘管閥的制造技術(shù)提出了更高的要求。同時(shí)，要保證電力電子裝置在電力系統(tǒng)中的廣泛應(yīng) 用，必須保證其裝置的可靠性，而可靠性的評估必須以對設(shè)計(jì)的精確認(rèn)識為基礎(chǔ)。
晶閘管串聯(lián)技術(shù)作為高壓晶閘管閥制造的核心技術(shù)，雖然已經(jīng)有很長的研究和應(yīng)用歷史， 但一直缺少對串聯(lián)機(jī)理系統(tǒng)而全面的研究。以往的研究常常都是基于不同的應(yīng)用目的而又彼 此缺乏有機(jī)的聯(lián)系，或者試圖把不同層面的問題統(tǒng)一在一起。因而他們都不能從整體上系統(tǒng) 地反映晶閘管串聯(lián)運(yùn)行的機(jī)理。相應(yīng)的，晶閘管的串聯(lián)技術(shù)也一直停留在一些簡單的經(jīng)驗(yàn)公 式和盲目的放大裕度上。這不僅造成了元件的浪費(fèi)，更危險(xiǎn)的是可能對所設(shè)計(jì)的高壓晶閘管 閥在實(shí)際運(yùn)行時(shí)的安全裕度缺乏準(zhǔn)確的認(rèn)識。對于裝置的可靠性的研究更是缺乏理論和實(shí)踐 的依據(jù)。
晶閘管串聯(lián)技術(shù)的根本目的是保證動(dòng)、靜態(tài)特性不同的晶閘管在串聯(lián)后能夠安全穩(wěn)定運(yùn) 行且都得到充分的利用。
在閉鎖狀態(tài)下，晶閘管的漏電流特性不同，串聯(lián)后承受的電壓也不同；在晶閘管關(guān)斷過 程中，反向恢復(fù)電荷的差異也可能造成閥內(nèi)部電壓分布不均。選擇合適的阻尼回路的電阻參 數(shù)可以實(shí)現(xiàn)高壓晶閘管閥的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)電壓均勻。均壓的效果直接關(guān)系到串聯(lián)層數(shù)的選取。 傳統(tǒng)的晶閘管閥串聯(lián)靜態(tài)均壓電阻參數(shù)的計(jì)算方法以最大漏電流為設(shè)計(jì)依據(jù)，將器件的各種 差異設(shè)計(jì)門限放大到極限，例如用漏電流最大值代替漏電流差，同時(shí)采用人為設(shè)定的均勻系 數(shù)來作為計(jì)算的依據(jù)，造成了器件的浪費(fèi)和設(shè)計(jì)概念的模糊，忽略了本質(zhì)過程。電壓分布不 均是由器件特性的差異決定的，因此問題的分析也必須以器件特性的差異為基礎(chǔ)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種較準(zhǔn)確的確定晶閘管闊 串聯(lián)靜態(tài)均壓電阻阻值的方法，在滿足串聯(lián)均壓效果的前提下，該方法能夠使選擇的靜態(tài)均 壓電阻的阻值更大，功率更小。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明確定晶閘管閥串聯(lián)靜態(tài)均壓電阻阻值的方法步驟為 首先在相同的溫度和電壓條件下用試驗(yàn)的方法測量串聯(lián)所用的各個(gè)晶閘管的正、反向漏 電流；
然后用排序和優(yōu)化組合的方法選擇晶閘管配對，該配對方法應(yīng)保證各層的反并聯(lián)晶閘管 對的正反向漏電流之和趨于平均值，即實(shí)現(xiàn)各對反并聯(lián)晶閘管的漏電流之間的差值最小，其 中各對反并聯(lián)晶閘管的漏電流為該對反并聯(lián)晶閘管的正反向漏電流之和。在一些簡單情況下 可以采用選擇正向漏電流最大的晶閘管和反向漏電流最小的晶閘管配對的方法。
對于優(yōu)化配對后的晶閘管閥，分別計(jì)算各層的反并聯(lián)晶閘管對的正、反向漏電流之和，
將其中的最大值和最小值相減，得到最大的層間漏電流差^A/ ;
再根據(jù)公式^max二^ + G一+)Z^^M (1)，代入最大的層間漏電流差A(yù)^，計(jì)算晶 閘管閥串聯(lián)靜態(tài)均壓電阻阻值Z*，其中"max為各層晶閘管允許承受的最大電壓，"M為閥
在運(yùn)行中可能遇到的最大直流電壓，ns是串聯(lián)閥的晶閘管層數(shù)。
本發(fā)明確定晶閘管閥串聯(lián)靜態(tài)均壓電阻阻值的方法針對高壓晶閘管閥的串聯(lián)機(jī)理的物理 本質(zhì)，依據(jù)漏電流差異進(jìn)行靜態(tài)均壓計(jì)算，更準(zhǔn)確、實(shí)用，可提高晶閘管的利用率和提高串 聯(lián)閥的可靠性。


圖1是晶閘管閥靜態(tài)均壓機(jī)理的等效電路圖。
圖2是確定靜態(tài)均壓電阻阻值的步驟框圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。靜態(tài)均壓的機(jī)理可以利用圖 1的等效電路來分析。
^^M為經(jīng)過測量、配對(方法見圖2及下文描述)后得出的最大層間漏電流差所代表 的等效電流源，Ir為等效漏電流，Un為加在閥兩端的直流電壓，ns表示串聯(lián)閥的晶閘管層 數(shù)，Z+為要計(jì)算的靜態(tài)均壓電阻。由于漏電流差的存在，串聯(lián)晶閘管層之間存在電壓的不均 勻，漏電流最小的一層比其它層承受的電壓都要高。加入靜態(tài)均壓電阻之后，緩解了這種電
壓的不均勻性，確定靜態(tài)均壓電阻阻值的目的就是保證承受最大電壓的晶閘管層的電壓值不 超過其設(shè)計(jì)允許的最大值。
如圖2所示，本發(fā)明晶閘管閥串聯(lián)靜態(tài)均壓計(jì)算方法步驟為
首先在相同的溫度和電壓條件下用試驗(yàn)的方法測量串聯(lián)所用的各個(gè)晶閘管的正、反 向漏電流；
然后用排序和優(yōu)化組合的方法選擇晶閘管配對，該配對方法應(yīng)保證各層的反并聯(lián)晶 閘管對的正反向漏電流之和趨于平均值，即實(shí)現(xiàn)各對反并聯(lián)晶閘管的漏電流(即該對反 并聯(lián)晶閘管正反向漏電流之和)之間的差值最小。在一些簡單情況下可以采用選擇正向 漏電流最大的晶閘管和反向漏電流最小的晶閘管配對的方法。
對于優(yōu)化配對后的晶閘管閥，分別計(jì)算各層的反并聯(lián)晶閘管對的正、反向漏電流和，
取其中的最大值和最小值相減，得到最大的層間漏電流差A(yù)/M ;
假定除了擁有最小漏電流的一層晶閘管外，其它晶閘管的漏電流同為A,則其它各層晶
閘管的漏電流即相當(dāng)于在較小漏電流的一層晶閘管短加了一個(gè)A/M的電流源。則承受最大電
壓的晶閘管層的電壓可以用式^m肌=^ + (1 — * A/A/描述。利用該公式可以對靜態(tài)
均壓效果和串聯(lián)數(shù)進(jìn)行核算，代入各層晶閘管允許承受的最大電壓f/^和閥在運(yùn)行中可能遇
到的最大直流電壓t^，計(jì)算得到晶閘管閥串聯(lián)靜態(tài)均壓電阻阻值Z*。對計(jì)算結(jié)果Zt進(jìn)行優(yōu)
化，可以選擇合適的阻值、功率值以及使其與其它的設(shè)計(jì)要求例如機(jī)械特性、采購要求等相 匹配。
高壓晶閘管閥靜態(tài)下的均壓要把直流和交流情況分開考慮，交流漏電流的通路是阻容支
路，因此該晶閘管閥串聯(lián)靜態(tài)均壓電阻阻值2*實(shí)際指動(dòng)態(tài)均壓電容、、動(dòng)態(tài)均壓電阻^和 串聯(lián)均壓電阻R'的阻抗之和；直流情況下，該晶閘管閥串聯(lián)靜態(tài)均壓電阻阻值Z+即為動(dòng)態(tài)
均壓電阻"P的阻值。器件在交直流條件下的漏電流值也不同。
本發(fā)明確定晶閘管閥串聯(lián)靜態(tài)均壓電阻阻值的方法針對高壓晶閘管閥的串聯(lián)機(jī)理的物理 本質(zhì)，依據(jù)漏電流差異進(jìn)行靜態(tài)均壓計(jì)算，更準(zhǔn)確、實(shí)用，可提高晶閘管的利用率和提高串 聯(lián)闊的可靠性。
權(quán)利要求
1、一種確定晶閘管閥串聯(lián)靜態(tài)均壓電阻阻值的方法，其特征在于包括如下步驟首先用試驗(yàn)的方法測量串聯(lián)所用的各個(gè)晶閘管的正、反向漏電流；然后用排序和優(yōu)化組合的方法選擇晶閘管配對，該配對方法應(yīng)保證各層的反并聯(lián)晶閘管對的正反向漏電流之和趨于平均值；對于優(yōu)化配對后的晶閘管閥，求得最大的層間漏電流差ΔIM；將最大的層間漏電流差ΔIM代入公式<math-cwu><![CDATA[<math> <mrow><msub> <mi>U</mi> <mi>max</mi></msub><mo>=</mo><mfrac> <msub><mi>U</mi><mi>m</mi> </msub> <msub><mi>n</mi><mi>s</mi> </msub></mfrac><mo>+</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <mfrac><mn>1</mn><msub> <mi>n</mi> <mi>s</mi></msub> </mfrac> <mo>)</mo></mrow><mi>Z</mi><mo>*</mo><msub> <mi>&Delta;I</mi> <mi>M</mi></msub><mo>,</mo> </mrow></math>]]></math-cwu><!--img id="icf0001" file="S2007101777332C00011.gif" wi="265" he="55" img-content="drawing" img-format="tif"/-->計(jì)算晶閘管閥串聯(lián)靜態(tài)均壓電阻阻值Z*，其中Umax為各層晶閘管允許承受的最大電壓，Um為閥在運(yùn)行中可能遇到的最大直流電壓，ns是串聯(lián)閥的晶閘管層數(shù)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的確定晶閘管閥串聯(lián)靜態(tài)均壓電阻阻值的方法，其特征在于所述 用排序和優(yōu)化組合的方法選擇的晶閘管配對方案為選擇正向漏電流最大的晶閘管和反向漏 電流最小的晶閘管配對。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的確定晶閘管閥串聯(lián)靜態(tài)均壓電阻阻值的方法，其特征在于 所述用試驗(yàn)的方法測量串聯(lián)所用的各個(gè)晶閘管的正、反向漏電流是在相同的溫度和電壓條件 下進(jìn)行的。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種較準(zhǔn)確的確定晶閘管閥串聯(lián)靜態(tài)均壓電阻阻值的方法，首先用試驗(yàn)的方法測量串聯(lián)所用的各個(gè)晶閘管的正、反向漏電流；然后用排序和優(yōu)化組合的方法選擇晶閘管配對，保證各層的反并聯(lián)晶閘管對的正反向漏電流之和趨于平均值；再求得最大的層間漏電流差ΔI_M，并將該最大的層間漏電流差ΔI_M代入式(如圖)，計(jì)算晶閘管閥串聯(lián)靜態(tài)均壓電阻阻值Z*，其中U_max為各層晶閘管允許承受的最大電壓，U_m為閥在運(yùn)行中可能遇到的最大直流電壓，ns是串聯(lián)閥的晶閘管層數(shù)。本發(fā)明方法針對高壓晶閘管閥的串聯(lián)機(jī)理的物理本質(zhì)，依據(jù)漏電流差異進(jìn)行靜態(tài)均壓計(jì)算，更準(zhǔn)確、實(shí)用，可提高晶閘管的利用率和提高串聯(lián)閥的可靠性。
文檔編號G01R27/02GK101169458SQ20071017773
公開日2008年4月30日 申請日期2007年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月20日
發(fā)明者查鯤鵬, 湯廣福, 溫家良, 賀之淵, 鄧占峰 申請人:中國電力科學(xué)研究院