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(guó)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(fù)特性典型的換相過電壓保護(hù)方案阻容吸收參數(shù)選擇的常規(guī)方法具有反向恢復(fù)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(chǎng)測(cè)試整流裝置換相過電壓的建模與仿真可控硅的反向恢復(fù)特性反向恢復(fù)電流反向恢復(fù)電荷反向恢復(fù)電壓

當(dāng)VT1與VT3并聯(lián)導(dǎo)通換流時(shí)，iVT1逐漸下降，iVT3則逐漸上升。當(dāng)電流iVT1降至零以后，由于可控硅的反向恢復(fù)特性，在交流回路電感上就會(huì)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(huì)導(dǎo)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(yán)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(hù)方案阻容吸收運(yùn)用優(yōu)化曲線計(jì)算阻容參數(shù)

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

運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算阻容參數(shù)

主要缺點(diǎn)：經(jīng)驗(yàn)公式缺乏充分的針對(duì)性，參數(shù)的選擇范圍太寬，讓設(shè)計(jì)者無所適從，很難找到一個(gè)合適的參數(shù)以達(dá)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(jì)算結(jié)果，但不便于常規(guī)計(jì)算；雙曲函數(shù)模型能夠得到與實(shí)驗(yàn)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(shí)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(fù)電流的數(shù)學(xué)模型指數(shù)函數(shù)模型：反向恢復(fù)電流是按指數(shù)函數(shù)規(guī)律衰減的。優(yōu)點(diǎn)：克服了突然完全截止分析方法的缺點(diǎn)。能夠獲得比較精確的計(jì)算結(jié)果。缺點(diǎn)：直接求解電路的微分方程組比較繁瑣，不便于常規(guī)計(jì)算，需要借助計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)值求解。反向恢復(fù)電流的數(shù)學(xué)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(xiàng)式。

其中，x=di/dt，單位A/us，Irr單位A，Qrr單位uAs。恢復(fù)電流、恢復(fù)電荷的計(jì)算主電路部分：可控硅模塊與可控電流源模塊并聯(lián)。可控電流源由恢復(fù)電流計(jì)算模塊控制，動(dòng)態(tài)補(bǔ)償恢復(fù)電流?；謴?fù)電流計(jì)算模塊采用數(shù)學(xué)函數(shù)模塊直接計(jì)算Irr、Qrr、τ。

具有反向恢復(fù)特性可控硅的建模可控電流源可控硅模塊恢復(fù)電流計(jì)算模塊測(cè)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(cè)量波形非常接近，相對(duì)誤差在10%以內(nèi)。模型能夠動(dòng)態(tài)計(jì)算恢復(fù)電流參數(shù)，可以直接組建交流電路的仿真平臺(tái)，用于換相過電壓方面的仿真。仿真模型的測(cè)試（一）

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)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(cè)試（二）相對(duì)誤差=1.5%原MATLAB模型波形過電壓尖峰Umax≈1487V

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)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(cè)試（三）相對(duì)誤差=3.9%在相同的Cs參數(shù)條件下，存在一個(gè)最佳的Rs值與曲線的最低點(diǎn)相對(duì)應(yīng)。

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(duì)Wr的影響比較小，當(dāng)Rs增大到一定程度時(shí)，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(yīng)降低，當(dāng)Cs增大到一定程度時(shí)，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(shí)刻交流電壓之上的，因此當(dāng)控制角較大時(shí)，對(duì)應(yīng)著較大的換相過電壓峰值?？刂平菫?0°時(shí)，K=1.519

控制角為75°時(shí)，K=1.612

控制角為85°時(shí)，K=1.633

控制角對(duì)換相過電壓的影響

可控硅關(guān)斷時(shí)間不同步時(shí)

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

整流裝置換相過電壓的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

換相過電壓的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試序號(hào)測(cè)試機(jī)組測(cè)試過電壓倍數(shù)仿真過電壓倍數(shù)相對(duì)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(fù)電流的數(shù)學(xué)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(zhǔn)確計(jì)算問題。精確化可控硅模型能夠動(dòng)態(tài)計(jì)算恢復(fù)電流參數(shù)，可直接組建整流電路的仿真平臺(tái)，為換相過電壓的仿真壓研究和工程設(shè)計(jì)提供了高效的計(jì)算工具。采用數(shù)值分析的方法，對(duì)換相過電