换流阀关断时的暂态过电压分析

换流阀关断时，由于晶闸管存储电荷的影响，阀两端将出现反向过冲，晶闸管将承受严重的反向电压应力，在晶闸管两端并联RC阻尼回路可以限制反向过冲，起到保护晶闸管的作用，可见换流阀关断过程决定了阻尼电容和阻尼电阻的取值，阻尼电容和阻尼电阻的取值必须保证晶闸管承受的最大反向电压应力在安全范围内；而且，也只有在确定了阻尼回路参数取值范围之后，才能对阻尼回路的损耗进行计算分析。

阀与外部电路的配合对阀中晶闸管的平均储存充电特性很敏感。在阀内部，单个晶闸管级之间的区别会产生很重要的局部效应。在反向恢复时，不同晶闸管级之间储存充电情况不同时，对加在阀上晶闸管过电压波形产生影响。简单地说，阀由（n-1）级具有同样充电电荷的晶闸管和一级不同充电电荷的晶闸管组成，如果这一级晶闸管有较小的存储电荷，它就会首先恢复并且承受一个比前面提到的其他级都要高的电压。在另一方面，如果这个晶闸管有较大的存储电荷，那么它就会恢复得很缓慢，并且承受比其他晶闸管要低的恢复电压。

如果不进行控制，在电压分配上会存在很大的偏差（或许是几百伏的偏差）。然而，通过匹配晶闸管的参数可以减小这些影响，可以通过选择晶闸管或者在制造工艺上进行控制，或者选择合适的阻尼电容。

另外需要说明的是，由储存电荷不同所导致电压分布的不均，与阀的阻尼电路元件匹配的精度是相互独立的。例如，即使阻尼电路良好，电压分布不均这种现象依然存在。由储存电荷不同所导致的电压分布不均，只能在几毫秒内进行纠正（取决于阻尼回路的时间常数）。结果，在换流器里这个分布不均的电压被保持下来，直到电压变成正的。这就意味着阀里面的许多级（那些有最大的存储电荷）会出现电压过早的过零，在坐标轴上它们甚至会比阀端电压超出几十微秒甚至上百微秒（它经常用作延时触发的参考）。晶闸管的关断时间特性和换流器的最小延迟触发角应该由允许这种效果的方式来确定。(www.xing528.com)

现代直流输电换流阀都是由几十甚至上百个晶闸管串联而成，由于制造工艺等因素的影响，晶闸管元件的参数不可能完全一致，所以不可能保证每个晶闸管同时开通或关断。这样，当阀开通或关断时，若晶闸管两端没有并联电容，阀电压将全部施加在最后动作的晶闸管上；若晶闸管两端并联有电容，电容电压不突变，可以起到保护晶闸管的作用。此外，为了限制晶闸管开通时并联电容对晶闸管的放电电流，需要给电容串联阻尼电阻。由于晶闸管存储电荷、换相角μ、换相电感等因素的影响，阀关断时晶闸管承受的反向电压应力往往高于阀开通时晶闸管承受的正向电压应力，所以，需要通过研究阻尼回路对晶闸管反向电压应力的影响来确定阻尼参数的选择。

一般，对阀关断暂态过程的分析采用物理模拟法和经典式法。物理模拟法将晶闸管模拟成一组具有不同开断时间的开关，当晶闸管反向恢复电流对时间的积分等于该晶闸管存储电荷Qrr时开关断开，这种方法简便易行；经典式法通过解常系数线性微分方程或者将电路通过积分变换转换为运算电路求解。随着大规模时域仿真技术的成熟发展，建立换流阀关断过程电磁暂态模型，仿真计算换流阀在整个关断过程的电气应力，计算效率高，计算结果精确，在当前换流阀设计工作中得到了广泛应用，本书将这一方法称为时域电路法。

下面分别介绍这三种方法[7]。