專利名稱：一種換流閥用晶閘管的開通電流耐受特性分析模型的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)器件領(lǐng)域，尤其涉及一種換流閥用晶閘管的開通電流耐受特性分析模型。
背景技術(shù)：
直流輸電換流閥內(nèi)最關(guān)鍵最核心的器件是晶閘管，隨著換流閥的電氣等級不斷提高，其中所采用的晶閘管功率也大幅度提高。在換流閥實(shí)際運(yùn)行中，晶閘管開通期間晶閘管自身的耐受特性是換流閥開通過程各項(xiàng)電氣分析中最基礎(chǔ)也是最本質(zhì)的依據(jù)。晶閘管開通初期，電流的擴(kuò)散需要一定的時(shí)間。當(dāng)電流從注入點(diǎn)擴(kuò)散至整個(gè)盤面時(shí)，電流強(qiáng)度或者電流變化率的過大都會導(dǎo)致晶閘管盤面局部過熱導(dǎo)致燒壞晶閘管，而這樣的實(shí)例也時(shí)有發(fā)生。 開通期間，晶閘管兩端電壓為下降過程，電流為上升過程，那么其上所承受的功率強(qiáng)度為從小到大再減小的過程，因此明確晶閘管的電流耐受特性是為了確保晶閘管能夠正常開通的一個(gè)基礎(chǔ)。國標(biāo)《GB/T 20992-2007》中晶閘管的性能參數(shù)中關(guān)于開通電流耐受特性方面的參數(shù)只有通態(tài)電流臨界上升率、不重復(fù)通態(tài)電流臨界上升率以及這兩個(gè)參數(shù)的測試條件，但是晶閘管開通開通期間，流過晶閘管的電流為一條隨時(shí)間變化的曲線，僅僅用電流變化率以及測試條件不能完整地揭示晶閘管開通初期的電流限值。這些不足限制了換流閥內(nèi)晶閘管開通工況相關(guān)的電氣性能分析。本發(fā)明以曲線形式給出了晶閘管開通期間的電流耐受特性，并且根據(jù)開通時(shí)間段定義了幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)指標(biāo)，根據(jù)典型的晶閘管特性給出了定量化的數(shù)據(jù)，相比于現(xiàn)在國標(biāo)中的兩個(gè)參數(shù)而言要完整全面，而且揭示了關(guān)鍵參數(shù)的物理含義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種晶閘管，尤其是換流閥用晶閘管的開通電流耐受特性分析模型。晶閘管電流開通時(shí)，受限于其物理結(jié)構(gòu)，電流從注入點(diǎn)擴(kuò)散至整個(gè)盤面需要一定時(shí)間，在這個(gè)擴(kuò)散過程中，開通初期的電流躍變、電流強(qiáng)度、電流變化率、電流峰值、電流波谷值等都需要有一定的限值，方能確保晶閘管能夠正常開通而不受損壞。本發(fā)明建立晶閘管開通過程中，標(biāo)定開通電流的完整參數(shù)及限值，為換流閥在開通期間的各項(xiàng)電氣分析奠定理論基礎(chǔ)。所提取的電流耐受模型物理概念清晰，操作簡單，方便易行。本發(fā)明的一種換流閥用晶閘管的開通電流耐受特性分析模型，包括以下步驟(1)建立晶閘管開通電流耐受特性的定性曲線形式；晶閘管開通電流的耐受特性體現(xiàn)為一條電流曲線波形，從晶閘管開通時(shí)刻起一定時(shí)間門檻內(nèi)，所述時(shí)間門檻為10-90微秒，晶閘管所能夠承受的電流強(qiáng)度波形，即在此時(shí)間門檻內(nèi)，要確保晶閘管開通時(shí)流過的電流要小于此耐受波形，根據(jù)時(shí)間段劃分，此電流耐受波形有幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)1)在晶閘管開通時(shí)刻起0. 5 1個(gè)微秒內(nèi)，晶閘管可以耐受一定量值的階躍電流，記此量為Istep，單位為安培，此電流一般小于幾百安培，具體數(shù)值要查詢選用特定型號的晶閘管特性； 2)在晶閘管開通時(shí)刻后1 5個(gè)微秒內(nèi)，晶閘管可承受一定電流上升率的電流特性，記此階段的電流上升率為di/dtl，單位為A/us，此階段允許的電流上升率一般為幾百安培/微秒，具體數(shù)值要查詢選用特定型號的晶閘管特性； 3)在晶閘管開通時(shí)刻后4 20個(gè)微秒內(nèi)，晶閘管可以承受一定電流上升率的電流特性，記此階段的電流上升率為di/dt2，單位為A/us，此階段允許的電流上升率一般為幾千安培/微秒，這一階段能夠承受的電流變化率di/dt2要高于di/dtl ；同時(shí)這一階段內(nèi)， 晶閘管所允許的電流峰值記為電流峰值門檻，記此電流峰值為Ipk，單位為安培，所述電流峰值為數(shù)千安至數(shù)十個(gè)千安，具體數(shù)值查詢選用特定型號的晶間管特性確定；4)在晶閘管開通時(shí)刻后10 90微秒內(nèi)，晶閘管可以承受一定電流波谷值，記此電流波谷值為rtg，單位為安培，此電流波谷值一般要大于晶閘管的擎住電流和維持電流，數(shù)值一般在幾個(gè)安培，具體數(shù)值要查詢選用特定型號的晶閘管特性，即要確保流過晶閘管的電流要大于此電流波谷值；(2)建立晶閘管開通電流耐受特性的模型參數(shù)；t0時(shí)刻，對應(yīng)開通電流的階躍值①；tl時(shí)刻，開通電流初期電流上升率的第一階段最大值②di/dt及對應(yīng)的電流幅值 ⑥；t2時(shí)刻，開通電流初期電流上升率的第二階段最大值③di/dt ；t3時(shí)亥IJ，開通電流的第一個(gè)峰值④；t4時(shí)亥IJ，開通電流的第一個(gè)波谷值⑤；其中，所述開通電流的階躍值①描述了電流從無到有建立時(shí)所允許的一個(gè)電流快速突變過程的一個(gè)限制；所述開通電流上升率的第一個(gè)階段最大值②描述了電流從晶閘管盤面的注入點(diǎn)開始擴(kuò)散過程中的擴(kuò)散速度限制，所述電流幅值⑥描述了擴(kuò)散電流的強(qiáng)度，間接反映了一定盤面上的擴(kuò)散電流密度的限制；開通電流初期電流上升率的第二個(gè)階段最大值③描述了電流擴(kuò)散后半段時(shí)間內(nèi)的擴(kuò)散速度限制，由于擴(kuò)散面積已經(jīng)增大，所允許的擴(kuò)散速度也比第一個(gè)階段的擴(kuò)散速度要大；開通電流的第一個(gè)峰值④描述了在擴(kuò)散過程中所允許的最大電流強(qiáng)度，間接反映了一定盤面上的擴(kuò)散電流最大密度限制；開通電流的第一個(gè)波谷值⑤描述了晶閘管開通過程中在經(jīng)過第一個(gè)峰值后能夠正常開通所允許的電流最小值，由于電流強(qiáng)度的降低會使得建立的電流擴(kuò)散過程有所回退，因此如果第一個(gè)電流波谷值過低，那么晶間管有可能無法正常建立開通過程，因此此數(shù)值描述了所允許的電流最小值限制；(3)建立晶閘管開通電流耐受特性的物理含義；晶閘管開通初期，電流的擴(kuò)散需要一定的時(shí)間，當(dāng)電流從注入點(diǎn)擴(kuò)散至整個(gè)盤面時(shí)，電流強(qiáng)度或者電流變化率的過大都會導(dǎo)致晶閘管盤面局部過熱導(dǎo)致燒壞晶閘管，因此(1)中晶閘管開通電流耐受特性的曲線形式和模型參數(shù)描述了晶閘管開通過程中的物理限制。本發(fā)明的有益效果是1.依據(jù)本發(fā)明的開通電流耐受特性分析模型物理概念清晰；2.依據(jù)本發(fā)明的開通電流耐受特性分析模型提取模型參數(shù)全面；3.依據(jù)本發(fā)明的開通電流耐受特性分析模型界定晶閘管開通更加規(guī)范。


圖1示出了晶閘管開通電流耐受曲線，橫軸為時(shí)間(單位微秒)，縱軸為電流(單位千安)。圖2示出了晶閘管開通電流模型示意圖，橫軸為時(shí)間，縱軸上面一副圖為電流波形，下面一副圖為對應(yīng)電流波形的電流變化率波形。圖3示出了依據(jù)本發(fā)明的建立分析模型的流程圖。
具體實(shí)施例方式針對晶閘管開通期間電流耐受特性，本發(fā)明建立模型的步驟如下(1)晶閘管開通電流耐受能力；晶閘管開通電流耐受能力曲線如圖一所示。這是試驗(yàn)獲得的開通電流耐受曲線， 分別為上限和下限兩條，即晶閘管開通電流的范圍介于上下限之間，那么晶閘管即可以正常開通。(2)晶閘管開通電流耐受模型；由于晶閘管開通期間的功率強(qiáng)度與開通電壓、結(jié)溫、頻率等試驗(yàn)條件有關(guān)，但是試驗(yàn)條件確定了，受影響地只是晶閘管開通電流耐受模型中的具體數(shù)值，并不影響模型正確性。晶閘管開通電流耐受模型如圖二所示。具體包括以下參數(shù)t0時(shí)刻，對應(yīng)開通電流的階躍值①；tl時(shí)刻，開通電流初期電流上升率的第一階段最大值②di/dt及對應(yīng)幅值⑥；t2時(shí)刻，開通電流初期電流上升率的第二階段最大值③di/dt ；t3時(shí)亥IJ，開通電流的第一個(gè)峰值④；t4時(shí)亥IJ，開通電流的第一個(gè)波谷值⑤；針對不同型號的晶閘管，上述各個(gè)參數(shù)在對應(yīng)時(shí)刻下都有相應(yīng)的約束范圍。同時(shí)， 確定此模型后，當(dāng)真正施加在晶間管上的電流應(yīng)力對應(yīng)的各參數(shù)都在上述5個(gè)時(shí)刻下相應(yīng)參數(shù)的范圍內(nèi)時(shí)，那么晶閘管可以確保正常開通而不受損壞。另外，也可以將施加在晶閘管開通期間的電流應(yīng)力曲線和圖一所示的曲線直接對比，如果介于晶閘管固有特性上下限之間，也可以確保晶閘管能夠正常開通。但曲線對比中關(guān)鍵的參數(shù)仍然為上述模型中所提及。一個(gè)建模實(shí)例為t0 = 0. 5微秒，開通電流的階躍值①=300A ；tl = 3微秒，開通電流初期電流上升率的第一階段最大值②di/dt = 250安培/微秒及對應(yīng)幅值⑥=1000 安培；t2 = 5微秒，開通電流初期電流上升率的第二階段最大值③di/dt = 5千安/微秒； t3 = 7微秒，開通電流的第一個(gè)峰值④=10千安；t4 = 10微秒刻，開通電流的第一個(gè)波谷值⑤=5安培； 以上是為了使本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解本發(fā)明，而對本發(fā)明進(jìn)行的詳細(xì)描述，但可以想到，在不脫離本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋的范圍內(nèi)還可以做出其它的變化和修改，這些變化和修改均在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種換流閥用晶閘管的開通電流耐受特性分析模型，其特征在于包括以下步驟(1)建立晶閘管開通電流耐受特性的定性曲線形式；晶閘管開通電流的耐受特性體現(xiàn)為一條電流曲線波形，從晶閘管開通時(shí)刻起一定時(shí)間門檻內(nèi)，所述時(shí)間門檻為10-90微秒，晶閘管所能夠承受的電流強(qiáng)度波形，即在此時(shí)間門檻內(nèi)，要確保晶閘管開通時(shí)流過的電流要小于此耐受波形，根據(jù)時(shí)間段劃分，此電流耐受波形有幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)1)在晶閘管開通時(shí)刻起0.5 1個(gè)微秒內(nèi)，晶閘管可以耐受一定量值的階躍電流，記此量為Istep，單位為安培，此電流一般小于幾百安培，具體數(shù)值要查詢選用特定型號的晶閘管特性；2)在晶閘管開通時(shí)刻后1 5個(gè)微秒內(nèi)，晶閘管可承受一定電流上升率的電流特性， 記此階段的電流上升率為di/dtl，單位為A/us，此階段允許的電流上升率一般為幾百安培 /微秒，具體數(shù)值要查詢選用特定型號的晶閘管特性；3)在晶閘管開通時(shí)刻后4 20個(gè)微秒內(nèi)，晶閘管可以承受一定電流上升率的電流特性，記此階段的電流上升率為di/dt2，單位為A/us，此階段允許的電流上升率一般為幾千安培/微秒，這一階段能夠承受的電流變化率di/dt2要高于di/dtl ；同時(shí)這一階段內(nèi)，晶閘管所允許的電流峰值記為電流峰值門檻，記此電流峰值為Ipk，單位為安培，所述電流峰值為數(shù)千安至數(shù)十個(gè)千安，具體數(shù)值查詢選用特定型號的晶間管特性確定；4)在晶閘管開通時(shí)刻后10 90微秒內(nèi)，晶閘管可以承受一定電流波谷值，記此電流波谷值為rtg，單位為安培，此電流波谷值一般要大于晶閘管的擎住電流和維持電流，數(shù)值一般在幾個(gè)安培，具體數(shù)值要查詢選用特定型號的晶閘管特性，即要確保流過晶閘管的電流要大于此電流波谷值；(2)建立晶閘管開通電流耐受特性的模型參數(shù)； to時(shí)刻，對應(yīng)開通電流的階躍值①；tl時(shí)刻，開通電流初期電流上升率的第一階段最大值②di/dt及對應(yīng)的電流幅值⑥；t2時(shí)刻，開通電流初期電流上升率的第二階段最大值③di/dt ；t3時(shí)刻，開通電流的第一個(gè)峰值④；t4時(shí)刻，開通電流的第一個(gè)波谷值⑤；其中，所述開通電流的階躍值①描述了電流從無到有建立時(shí)所允許的一個(gè)電流快速突變過程的一個(gè)限制；所述開通電流上升率的第一個(gè)階段最大值②描述了電流從晶間管盤面的注入點(diǎn)開始擴(kuò)散過程中的擴(kuò)散速度限制，所述電流幅值⑥描述了擴(kuò)散電流的強(qiáng)度，間接反映了一定盤面上的擴(kuò)散電流密度的限制；開通電流初期電流上升率的第二個(gè)階段最大值③描述了電流擴(kuò)散后半段時(shí)間內(nèi)的擴(kuò)散速度限制，由于擴(kuò)散面積已經(jīng)增大，所允許的擴(kuò)散速度也比第一個(gè)階段的擴(kuò)散速度要大；開通電流的第一個(gè)峰值④描述了在擴(kuò)散過程中所允許的最大電流強(qiáng)度，間接反映了一定盤面上的擴(kuò)散電流最大密度限制；開通電流的第一個(gè)波谷值⑤描述了晶間管開通過程中在經(jīng)過第一個(gè)峰值后能夠正常開通所允許的電流最小值，由于電流強(qiáng)度的降低會使得建立的電流擴(kuò)散過程有所回退，因此如果第一個(gè)電流波谷值過低，那么晶間管有可能無法正常建立開通過程，因此此數(shù)值描述了所允許的電流最小值限制；(3)建立晶閘管開通電流耐受特性的物理含義；晶閘管開通初期，電流的擴(kuò)散需要一定的時(shí)間，當(dāng)電流從注入點(diǎn)擴(kuò)散至整個(gè)盤面時(shí)，電流強(qiáng)度或者電流變化率的過大都會導(dǎo)致晶閘管盤面局部過熱導(dǎo)致燒壞晶閘管，因此(1)中晶閘管開通電流耐受特性的曲線形式和模型參數(shù)描述了晶閘管開通過程中的物理限制。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種換流閥用晶閘管的開通電流耐受特性分析模型。晶閘管電流開通時(shí)，受限于其物理結(jié)構(gòu)，電流從注入點(diǎn)擴(kuò)散至整個(gè)盤面需要一定時(shí)間，在這個(gè)擴(kuò)散過程中，開通初期的電流躍變、電流強(qiáng)度、電流變化率、電流峰值、電流波谷值等都需要有一定的限值，方能確保晶閘管能夠正常開通而不受損壞。本發(fā)明建立晶閘管開通過程中，標(biāo)定開通電流的完整參數(shù)及限值，為換流閥在開通期間的各項(xiàng)電氣分析奠定理論基礎(chǔ)。所提取的電流耐受模型物理概念清晰，操作簡單，方便易行。
文檔編號G01R31/327GK102175968SQ20111000629
公開日2011年9月7日 申請日期2011年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月13日
發(fā)明者于海玉, 劉杰, 魏曉光 申請人:中國電力科學(xué)研究院