【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及高压直流输电领域，特别涉及晶闸管器件关断特性的等效建模领域，尤指一种考虑非线性开关暂态特性的晶闸管物理等效模拟方法。通过对不同电压等级晶闸管在关断特性上的差异进行分析，进而提出了考虑晶闸管开关特性的物理等效方法以及在物理等效过程中产生偏差的修正方法，构建出了考虑非线性开关暂态特性一致性的晶闸管物理等效模型，这对于高压直流输电系统换相失败的研究具有十分重要的意义。
技术介绍
1、高压直流输电（high voltage direct current，hvdc）具有系统调节迅速、输送容量巨大、远距离输电能力强等优点。电网换相换流器（line commutated converter，lcc）因输流容量大，经济性好等优势，在已有的高压直流输电工程中得到了广泛的应用，其运行特性对整个高压直流输电系统影响巨大。
2、但由于晶闸管自身关断特性导致其无法在承受反向电压的瞬时彻底关断，导致系统发生换相失败现象，对lcc-hvdc系统所造成的危害极大，因此迫切需要对换相失败的发生机理、影响因素、抵御方法等多个方面进行深入的研究。目前对于换相失败的研究主要通过仿真技术来实现，与数字仿真相比，物理仿真技术能够更加准确的复现实际系统的运行工况以及各种物理过程，可以更好地反映出实际系统中各组成器件的非线性暂态特性，更适合用于高压直流输电系统内、外部影响因素对换相失败的影响以及换相失败防御方法的研究。在现有的晶闸管物理等效方法的研究中，大多数都是采用按照所需要电压等级与实际电压等级的比例关系，等比例将各项参数进行缩小或者是利用相似原
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种考虑非线性开关暂态特性的晶闸管物理等效模拟方法，解决了现有技术中忽略晶闸管反向恢复过程以及物理等效过程中将会产生偏差的问题，大幅度提高了晶闸管物理模拟的准确度。本专利技术通过对换流器核心器件晶闸管的关断过程中载流子的变化特点进行分析，进而对晶闸管的关断机理进行研究。分析不同电压等级晶闸管关断特性之间差异，提出修正差异的方法，构建考虑非线性开关暂态特性一致性的晶闸管物理等效模型。提出物理等效模型中各组成部分参数选取方法，并根据不同电压等级晶闸管关断特性差异提出开关切换方法，实现不同电压等级晶闸管关断特性的动态一致，该模型可用于换相失败发生机理、影响因素、抵御方法等多个方面的研究。
2、晶闸管关断过程可以分为反向恢复过程与正向阻断恢复过程两个部分，在这期间载流子浓度随之发生不断变化，只有当载流子浓度接近为0时晶闸管才彻底关断，恢复正向阻断作用。不同电压等级晶闸管其内部载流子浓度不同，载流子消散速率不同，这导致了二者在关断特性上存在一定差异。针对这一差异，本专利技术提出了在低电压小电流晶闸管两端并联补偿支路来补偿二者关断特性的差异的晶闸管物理等效方法，建立了晶闸管物理等效模型。同时提出物理等效模型中各组成部分参数选取方法以及开关切换方法，保证了模型晶闸管与原型晶闸管的非线性开关特性动态一致。
3、本专利技术的上述目的通过以下技术方案实现：
4、考虑非线性开关暂态特性的晶闸管物理等效模拟方法，包括如下步骤：
5、步骤1：修正不同电压等级晶闸管关断特性之间的差异，建立实现不同电压等级晶闸管非线性开关暂态特性一致的晶闸管物理模型；
6、步骤1.1：通过对比不同电压等级晶闸管正向导通电流 if、反向恢复电流峰值 irm以及关断时间 trr，分析不同电压等级晶闸管关断特性之间的差异；
7、步骤1.2：分析系统换相时间 tr与低电压等级晶闸管关断时间 tl、高电压晶闸管的关断时间 th三者之间的关系对于换相过程的影响；
8、步骤1.3：建立晶闸管物理模型，采用并联阻尼支路补偿晶闸管反向恢复电流，通过判断晶闸管两端电压方向进行开关的切换；
9、步骤2：基于晶闸管物理等效模型运行原理，提出晶闸管物理模型阻容支路中电阻和电容的参数选取方法；
10、步骤2.1：通过对比不同电压晶闸管反向恢复电流差异，确定阻容支路中电容c的参数，实现反向恢复电流差异的补偿；
11、步骤2.2：根据阻容支路所能承受的最大电流确定支路中电阻r的参数。
12、步骤3：根据高电压晶闸管关断过程所经历的不同阶段，采用开关切换方式，实现不同电压等级晶闸管的关断特性一致，具体是：
13、步骤3.1：在高电压晶闸管进入反向恢复电流增大阶段时，使阻容支路开关导通，利用电容放电补偿反向恢复电流差异；
14、步骤3.2：当高电压晶闸管反向恢复电流峰值时，使阻容支路关断开关关断；
15、步骤3.3：当低电压晶闸管关断后使关断时间补偿支路开关导通，使电流向该支路转移，间接延长低电压等级晶闸管关断时间；
16、步骤3.4：当高电压晶闸管关断后使关断时间补偿支路开关断开；
17、步骤3.5：当低电压等级晶闸管承受正向电压时，使阻容支路开关闭合给电容充电，直至电容充满电后断开。
18、本专利技术的有益效果在于：通过对换流器核心器件晶闸管的关断过程中载流子的变化特点进行分析，对比了不同电压等级晶闸管在关断特性上存在的差异，有针对性的提出了在低电压小电流晶闸管两端并联补偿支路的物理等效方法。与现有的晶闸管物理等效方法相比，本专利技术方法通过阻容支路中的电容放电补偿低电压晶闸管的反向恢复电流，保证了模型晶闸管与实际晶闸管反向恢复电流峰值 irm的一致性，提高了晶闸管关断过程中重要参数的模拟精度。同时通过在低电压等级晶闸管关断后利用双向开关切换将回路电流转移至关断时间补偿支路，间接增大了模型晶闸管的关断时间，弥补了现有物理等效方法中对于晶闸管关断时间的忽略，从而实现模型晶闸管与原型晶闸管的非线性开关特性动态一致。同时提出了物理等效模型中各组成部分参数选取方法以及开关切换方法，保证了模型晶闸管对原型晶闸管关断特性等效的准确性，实现了对于实际晶闸管在不同运行工况下关断过程的准确模拟，大大提升了物理模型的精确度。
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1.一种考虑非线性开关暂态特性的晶闸管物理等效模拟方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的考虑非线性开关暂态特性的晶闸管物理等效模拟方法，其特征在于：步骤2所述的晶闸管物理模型阻容支路中电阻和电容的参数选取，具体是：
3.根据权利要求1所述的考虑非线性开关暂态特性的晶闸管物理等效模拟方法，其特征在于：步骤3所述的根据高电压晶闸管关断过程所经历的不同阶段，采用开关切换方式，实现不同电压等级晶闸管的关断特性一致，具体是：
【技术特征摘要】
1.一种考虑非线性开关暂态特性的晶闸管物理等效模拟方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的考虑非线性开关暂态特性的晶闸管物理等效模拟方法，其特征在于：步骤2所述的晶闸管物理模型阻容支路中电阻和电容的参数...
【专利技术属性】
技术研发人员：辛业春，李国庆，王拓，赫羽朋，江守其，王威儒，王延旭，刘奇，朱益华，余佳微，
申请(专利权)人：东北电力大学，
类型：发明
国别省市：
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