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1、(10)申请公布号 CN 103580054 A (43)申请公布日 2014.02.12 CN 103580054 A (21)申请号 201310573365.9 (22)申请日 2013.11.15 H02J 3/36(2006.01) G06F 9/455(2006.01) G06F 19/00(2011.01) (71)申请人 国家电网公司 地址 100031 北京市西城区西长安街 86 号 申请人 国网智能电网研究院 中电普瑞电力工程有限公司 国网山东省电力公司电力科学研究 院 (72)发明人 魏晓光 袁兆祥 许韦华 张静 查鲲鹏 (74)专利代理机构 北京安博达知识产权代理有 限。
2、公司 11271 代理人 徐国文 (54) 发明名称 一种换流阀交流系统 1s 故障耐受特性分析 方法 (57) 摘要 本发明涉及高压直流输电系统的故障分析方 法， 具体涉及一种换流阀交流系统 1s 故障耐受特 性分析方法。该方法包括下述步骤 ：（1） 模拟换 流阀交流系统交流侧 1s 故障 ；（2） 确定晶闸管换 流阀的热应力极限 ；（3） 确定晶闸管阀在交流系 统 1s 故障时晶闸管阀所能通过的最大直流电流。 该方法采用仿真方式计算了晶闸管阀的热应力极 限， 并根据此极限计算了在交流 1s 故障时， 晶闸 管换流阀所能耐受的最大电流， 为换流阀的设计 和运行提供依据。 (51)Int.Cl。
3、. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图3页 (10)申请公布号 CN 103580054 A CN 103580054 A 1/1 页 2 1. 一种换流阀交流系统 1s 故障耐受特性分析方法， 其特征在于， 所述方法包括下述步 骤 ： （1） 模拟换流阀交流系统交流侧 1s 故障 ； （2） 确定晶闸管换流阀的热应力极限 ； （3） 确定晶闸管阀在交流系统 1s 故障时晶闸管阀所能通过的最大直流电流。 2. 如权利要求 1 所述的 1s 故障耐受特性分析方法， 其特征在于， 所述步骤 。
4、（1） 中， 换流 阀交流系统为 12 脉动换流单元， 由两个 6 脉动换流单元串联组成 ； 将交流系统等效为一个交流电源 ； 采用调节该交流电源的输出电压来模拟换流阀交流 系统交流侧 1s 故障， 模拟交流系统电压在任意比值的电压降落。 3. 如权利要求 2 所述的分析方法， 其特征在于， 所述 6 脉动换流单元包括 ： 换流变压 器、 换流阀和阀避雷器 ； 换流变压器通过换流阀系统的等效电抗器与三相整流桥连接 ； 三 相整流桥的每一相均由上下两桥臂构成， 每个桥臂均由换流阀构成 ； 每个换流阀两端并联 阀避雷器 ； 所述换流阀包括阻尼回路、 直流均压回路、 晶闸管、 饱和电抗器和阀内杂散电。
5、容 ； 所述 阻尼回路、 直流均压回路和晶闸管并联后组成阻尼回路-直流均压回路-晶闸管并联支路， 阻尼回路 - 直流均压回路 - 晶闸管并联支路与饱和电抗器串联与阀内杂散电容并联。 4. 如权利要求 2 所述的分析方法， 其特征在于， 两个 6 脉动换流单元的两个换流变压 器， 一个为星型连接， 一个为三角形连接。 5. 如权利要求 1 所述的 1s 故障耐受特性分析方法， 其特征在于， 所述步骤 （2） 中， 用积 分的方法确定晶闸管换流阀的热应力极限， 如下式所示 ： 其中 ： VT0： 晶闸管通态门槛电压， rT： 晶闸管通态斜率电阻， i ： 电流瞬时值， T ： 工频周 期， 为 0。
6、.02s。 6. 如权利要求 1 所述的 1s 故障耐受特性分析方法， 其特征在于， 所述步骤 （3） 中， 根据 晶闸管换流阀的热应力极限和交流系统故障后的电压得出晶闸管阀在交流系统 1s 故障时 晶闸管阀所能通过的最大直流电流。 权 利 要 求 书 CN 103580054 A 2 1/3 页 3 一种换流阀交流系统 1s 故障耐受特性分析方法 技术领域 0001 本发明涉及高压直流输电系统的故障分析方法， 具体涉及一种换流阀交流系统 1s 故障耐受特性分析方法。 背景技术 0002 换流阀是高压直流输电系统的核心设备， 其运行性能直接决定了直流系统的运行 性能。交流系统故障使得在换流站交。
7、流母线所测量到的三相平均整流电压值大于正常电 压的 30%， 但小于极端最低连续运行电压并持续长达一秒的时段内， 直流系统应能连续稳定 运行， 在这种条件下所能运行的最大直流电流由交流电压条件和晶闸管阀的热应力极限决 定。 发明内容 0003 针对现有技术的不足， 本发明的目的是提供一种换流阀交流系统 1s 故障耐受特 性分析方法， 该方法采用仿真方式计算了晶闸管阀的热应力极限， 并根据此极限计算了在 交流 1s 故障时， 晶闸管换流阀所能耐受的最大电流， 为换流阀的设计和运行提供依据。 0004 本发明的目的是采用下述技术方案实现的 ： 0005 本发明提供一种换流阀交流系统 1s 故障耐受。
8、特性分析方法， 其改进之处在于， 所 述方法包括下述步骤 ： 0006 （1） 模拟换流阀交流系统交流侧 1s 故障 ； 0007 （2） 确定晶闸管换流阀的热应力极限 ； 0008 （3） 确定晶闸管阀在交流系统 1s 故障时晶闸管阀所能通过的最大直流电流。 0009 优选的， 所述步骤 （1） 中， 换流阀交流系统为 12 脉动换流单元， 由两个 6 脉动换流 单元串联组成 ； 0010 将交流系统等效为一个交流电源 ； 采用调节该交流电源的输出电压来模拟换流阀 交流系统交流侧 1s 故障， 模拟交流系统电压在任意比值的电压降落。 0011 较优选的， 所述 6 脉动换流单元包括 ： 换流。
9、变压器、 换流阀和阀避雷器 ； 换流变压 器通过换流阀系统的等效电抗器与三相整流桥连接 ； 三相整流桥的每一相均由上下两桥臂 构成， 每个桥臂均由换流阀构成 ； 每个换流阀两端并联阀避雷器 ； 0012 所述换流阀包括阻尼回路、 直流均压回路、 晶闸管、 饱和电抗器和阀内杂散电容 ； 所述阻尼回路、 直流均压回路和晶闸管并联后组成阻尼回路 - 直流均压回路 - 晶闸管并联 支路， 阻尼回路-直流均压回路-晶闸管并联支路与饱和电抗器串联与阀内杂散电容并联。 0013 较优选的， 两个 6 脉动换流单元的两个换流变压器， 一个为星型连接， 一个为三角 形连接。 0014 优选的， 所述步骤 （2）。
10、 中， 用积分的方法确定晶闸管换流阀的热应力极限 （损耗极 限） ， 如下式所示 ： 说 明 书 CN 103580054 A 3 2/3 页 4 0015 0016 其中 ： VT0： 晶闸管通态门槛电压， rT： 晶闸管通态斜率电阻， i ： 电流瞬时值， T ： 工频 周期， 为 0.02s。 0017 优选的， 所述步骤 （3） 中， 根据晶闸管换流阀的热应力极限和交流系统故障后的电 压得出晶闸管阀在交流系统 1s 故障时晶闸管阀所能通过的最大直流电流。直流电流不同 将导致式 （1-1） 中的电流瞬时值也随之变化， 当式 （1-1） 中的损耗确定时， 瞬时电流所对应 的直流电流将相应确。
11、定， 在仿真计算中用迭代法得到。 0018 与现有技术比， 本发明达到的有益效果是 ： 0019 1. 本发明采用调节换流变压器输出电压的形式来模拟交流侧 1s 故障， 可以灵活 地模拟交流系统电压的在任意比值的电压降落 ； 0020 2. 本发明用积分的方法计算晶闸管换流阀的热应力极限， 计算快捷， 结果精确 ； 0021 3. 本发明根据晶闸管换流阀的热应力极限和交流系统故障后的电压， 可以精确得 出晶闸管阀在交流系统 1s 故障时晶闸管阀所能通过的最大直流电流。 附图说明 0022 图 1 是本发明提供的换流阀交流系统 1s 故障耐受特性分析方法的流程图 ； 0023 图 2 是本发明提。
12、供的换流阀交流系统的结构图 ； 0024 图 3 是本发明提供的单个换流阀的结构图 ； 0025 图 4 是本发明提供的某工程直流电压降至 80% 时晶闸管损耗电热仿真波形图 ； 0026 图 5 是本发明提供的某工程直流电压降至 80% 时直流电压电热仿真波形图 ； 0027 图 6 是本发明提供的某工程直流电压降至 80% 时直流电流电热仿真波形图 ； 0028 图 7 是本发明提供的某工程直流电压降至 60% 时晶闸管损耗电热仿真波形图 ； 0029 图 8 是本发明提供的某工程直流电压降至 60% 时直流电压电热仿真波形图 ； 0030 图 9 是本发明提供的某工程直流电压降至 60%。
13、 时直流电流电热仿真波形图 ； 0031 图 10 是本发明提供的某工程直流电压降至 40% 时晶闸管损耗电热仿真波形图 ； 0032 图 11 是本发明提供的某工程直流电压降至 40% 时直流电压电热仿真波形图 ； 0033 图 12 是本发明提供的某工程直流电压降至 40% 时直流电流电热仿真波形图。 具体实施方式 0034 下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。 0035 本发明提供的换流阀交流系统1s故障耐受特性分析方法的流程图如图1所示， 包 括下述步骤 ： 0036 （1） 将交流系统等效为一个交流电源 ； 采用调节该交流电源的输出电压来模拟换 流阀交流系统交流侧 。
14、1s 故障， 模拟交流系统电压在任意比值的电压降落。换流阀交流系统 为 12 脉动换流单元， 由两个 6 脉动换流单元串联组成 ； 6 脉动换流单元包括 ： 换流变压器、 换流阀和阀避雷器 ； 换流变压器通过换流阀系统的等效电抗器与三相整流桥连接 ； 三相整 流桥的每一相均由上下两桥臂构成， 每个桥臂均由换流阀构成 ； 每个换流阀两端并联阀避 雷器 ； 其结构图如图 2 所示。 说 明 书 CN 103580054 A 4 3/3 页 5 0037 单个换流阀的结构图如图 3 所示， 包括阻尼回路、 直流均压回路、 晶闸管、 饱和电 抗器和阀内杂散电容 ； 所述阻尼回路、 直流均压回路和晶闸管。
15、并联后组成阻尼回路 - 直流 均压回路 - 晶闸管并联支路， 阻尼回路 - 直流均压回路 - 晶闸管并联支路与饱和电抗器串 联与阀内杂散电容并联。两个 6 脉动换流单元的两个换流变压器， 一个为星型连接， 一个为 三角形连接。 0038 （2） 用积分的方法计算晶闸管换流阀的热应力极限 （损耗极限） ， 如下式所示 ： 0039 0040 其中 ： VT0： 晶闸管通态门槛电压， rT： 晶闸管通态斜率电阻， i ： 电流瞬时值， T ： 工频 周期， 为 0.02s。 0041 （3） 根据晶闸管换流阀的热应力极限和交流系统故障后的电压得出晶闸管阀在交 流系统 1s 故障时晶闸管阀所能通过的。
16、最大直流电流。直流电流不同将导致式 （1-1） 中的 电流瞬时值也随之变化， 当式 （1-1） 中的损耗确定时， 瞬时电流所对应的直流电流将相应确 定， 在仿真计算中用迭代法得到。 0042 实施例 0043 下面结合具体实施例对本发明做进一步的详细说明。 0044 以 800kV/4500A 工程应用 7.2kV 晶闸管时为例， 最热晶闸管结温达到 90时， 此时单个晶闸管的损耗为 ： 3.53kW。 在这个损耗限值的限制下， 当交流电压分别为额定值的 40%、 60%、 80%时， 直流电流分别达到4.81kA、 4.98kA、 5.13kA时， 单个晶闸管损耗为3.53kW， 因此， 即。
17、可得到该工程的交流系统 1s 故障耐受特性。40%、 60%、 80% 时的晶闸管损耗电热仿 真、 直流电压电热仿真以及直流电流电热仿真的波形图分别如图 4-12 所示， 0045 最后应当说明的是 ： 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制， 尽 管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明， 所属领域的普通技术人员应当理解 ： 依然 可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换， 而未脱离本发明精神和范围的任何 修改或者等同替换， 其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。 说 明 书 CN 103580054 A 5 1/3 页 6 图 1 图 2 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 103580054 A 6 2/3 页 7 图 5 图 6 图 7 图 8 说 明 书 附 图 CN 103580054 A 7 3/3 页 8 图 9 图 10 图 11 图 12 说 明 书 附 图 CN 103580054 A 8 。