新一代±800 kV/8 GW特高压直流工程换流阀晶闸管设计优化

doi:10.12204/j.issn.1000-7229.2020.06.015

电力建设 ›› 2020, Vol. 41 ›› Issue (6): 114-122.doi: 10.12204/j.issn.1000-7229.2020.06.015

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新一代±800 kV/8 GW特高压直流工程换流阀晶闸管设计优化

杨勇1，佘振球2，宋胜利3，李明1，王加龙1，樊纪超1

1.国网经济技术研究院有限公司，北京市 102209；2.国网直流技术中心，北京市 100032；3.国家电网有限公司，北京市 100031

出版日期:2020-06-01
作者简介:杨勇（1984），男，硕士，高级工程师，通信作者，主要研究方向为特高压/柔性直流输电工程设计及应用；佘振球（1964），男，高级工程师，主要研究方向为特高压直流输电工程技术应用及运行维护；宋胜利（1975），男，硕士，高级工程师，主要研究方向为特高压直流输电工程技术及应用；李明（1979），男，博士，高级工程师，主要研究方向为特高压/柔性直流输电工程设计及应用；王加龙（1988），男，博士，主要研究方向为特高压/柔性直流输电工程设计及应用；樊纪超（1977），男，博士，高级工程师，主要研究方向为特高压/柔性直流输电工程设计及应用。
基金资助:
国家电网公司科技项目“±800 kV/8 GW特高压直流输电工程标准化和技术提升研究”（5200-202056138A-0-0-00）

Design Optimization of Converter Valve Thyristor for New Generation of ±800 kV/8 GW UHVDC Project

YANG Yong1， SHE Zhenqiu2， SONG Shengli3， LI Ming1，WANG Jialong1，FAN Jichao1

1. State Grid Economic and Technological Research Institute Co.，Ltd.， Beijing 102209， China； 2. DC Technical Center of State Grid Corporation of China， Beijing 100032， China； 3. State Grid Corporation of China，Beijing 100031， China

Online:2020-06-01
Supported by:
This work is supported by research program“Study on Standardization and Technology Improvement of ±800 kV/8 GW UHVDC Transmission Project”of State Grid Corporation of China（No. 5200-202056138A-0-0-00） .

摘要/Abstract

摘要： 新一代标准化±800 kV/8 GW特高压直流工程对换流阀晶闸管性能及可靠性提出更高要求。通过分析新一代标准化特高压换流阀设备的性能提升需求，明确了晶闸管产品的性能参数优化目标；在以往工程晶闸管研制的基础上，研究了进一步提升电流性能、降低通态压降、提高动态参数一致性及安全裕度的优化设计与工艺改进方法，完成了2种国产技术路线的新一代标准化±800 kV/8 GW特高压直流工程用8.5 kV/5 500 A晶闸管产品设计，并通过专项试验对比分析不同技术路线晶闸管产品的性能特点。研究及试验结果表明，经优化设计后，2种国产晶闸管产品的通态压降与通流特性均得到提高，动态参数一致性更优，安全裕度进一步提升，2种国产晶闸管产品均能够满足新一代特高压工程要求。

关键词: 特高压直流, 换流阀, 晶闸管, 优化设计, 性能提升, 专项试验

Abstract: The new generation of standardized ±800 kV/8 GW UHVDC transmission projects puts forward the higher requirement on performance and reliability of thyristors used in converter valves. The performance requirements of converter valve equipment are analyzed. Then the optimization objectives of performance parameter of thyristor products are determined. On the basis of the research and development of thyristors in past projects， the optimization design and process improvement methods are studied in order to further improve current performance， reduce on-state voltage drop， improve dynamic parameter consistency and safety margin. For the new generation of standardized ±800 kV/8 GW UHVDC transmission project， two kinds of domestic 8.5 kV/5 500 A thyristors were designed and their performance characteristics were compared by special tests. The research and test results show that after the optimization design， lower on-state voltage drop and better current performance of the two thyristor products are realized， and the dynamic parameter consistency and safety margin is further improved. The two thyristor products can meet the requirements of the new generation of standardized UHVDC project.

Key words: UHVDC, converter valve, thyristor, optimization design, performance improvement, special test

中图分类号:

TM 402

杨勇，佘振球，宋胜利，李明，王加龙，樊纪超. 新一代±800 kV/8 GW特高压直流工程换流阀晶闸管设计优化[J]. 电力建设, 2020, 41(6): 114-122.

YANG Yong， SHE Zhenqiu， SONG Shengli， LI Ming，WANG Jialong，FAN Jichao. Design Optimization of Converter Valve Thyristor for New Generation of ±800 kV/8 GW UHVDC Project[J]. Electric Power Construction, 2020, 41(6): 114-122.

参考文献

［1］QIU Y F， DAI C B， JIN R. Impact of power electronic device development on power grids［C］//2016 28th International Symposium on Power Semiconductor Devices and ICs （ISPSD）. IEEE， 2016： 9-14.
［2］刘振亚. 全球能源互联网跨国跨洲互联研究及展望［J］. 中国电机工程学报， 2016， 36（19）： 5103-5110， 5391.
LIU Zhenya. Research of global clean energy resource and power grid interconnection［J］. Proceedings of the CSEE， 2016， 36（19）： 5103-5110， 5391.
［3］赵畹君. 高压直流输电工程技术［M］. 北京：中国电力出版社， 2011： 80-81.
［4］王华锋，林志光，张海峰，等. ±800 kV特高压直流工程换流阀故障分析与优化设计方法［J］. 高电压技术， 2017， 43（1）： 67-73.
WANG Huafeng， LIN Zhiguang， ZHANG Haifeng， et al. Fault analysis of ±800 kV UHVDC transmission converter valve and optimal design method［J］. High Voltage Engineering， 2017， 43（1）： 67-73.
［5］闻福岳，古哲韬，屈海涛，等. 6 250 A/±800 kV特高压直流换流阀设计［J］. 智能电网， 2017， 5（6）： 590-596.
WEN Fuyue， GU Zhetao， QU Haitao， et al. Design of 6 250 A/±800 kV UHVDC converter valve［J］. Smart Grid， 2017， 5（6）： 590-596.
［6］娄彦涛，马元社，刘飞，等. 锦屏—苏南±800 kV特高压直流工程晶闸管换流阀［J］. 高压电器， 2015， 51（7）： 42-45， 51.
LOU Yantao， MA Yuanshe， LIU Fei， et al. Thyristor valves in Jinping-Sunan±800 kV UHVDC project［J］. High Voltage Apparatus， 2015， 51（7）： 42-45， 51.
［7］李江涛，顾悦，任子媛，等. 高压大功率晶闸管阀关断的电应力分析［J］. 高压电器， 2018， 54（7）： 206-210.
LI Jiangtao， GU Yue， REN Ziyuan， et al. Analysis on the turn-off electrical stress of high voltage power thyristor valve［J］. High Voltage Apparatus， 2018， 54（7）： 206-210.
［8］张长春，许钒，周会高，等. 晶闸管换流阀特殊运行试验项目实施方法与故障分析［J］. 高压电器， 2016， 52（11）： 188-193， 199.
ZHANG Changchun， XU Fan， ZHOU Huigao， et al. Implementation method and fault analysis on special operation test items of thyristor valves［J］. High Voltage Apparatus， 2016， 52（11）： 188-193， 199.
［9］黄熹东，胡治龙，刘朴，等. 晶闸管换流阀断续电流试验方法探讨［J］. 高压电器， 2018， 54（12）： 281-286.
HUANG Xidong， HU Zhilong， LIU Pu， et al. Exploration of intermittent current test method for thyristor valves［J］. High Voltage Apparatus， 2018， 54（12）： 281-286.
［10］杨勇，石岩，操国宏，等. 特高压晶闸管反向恢复期失效机理及解决方案［J］. 电力电子技术， 2019， 53（9）： 121-124.
YANG Yong， SHI Yan， CAO Guohong， et al. Study of failure mechanism and solution of thyristor reverse recovery period of HVDC converter valve［J］. Power Electronics， 2019， 53（9）： 121-124.
［11］刘国友，黄建伟，舒丽辉，等. 6英寸高压晶闸管的研制［J］. 电网技术， 2007， 31（2）： 90-92.
［12］金锐，雷林绪，温家良，等. 特高压直流碳化硅晶闸管阀损耗探讨［J］. 电网技术， 2011， 35（3）： 8-13.
JIN Rui， LEI Linxu， WEN Jialiang， et al. Discussion on power loss of HVDC converter valves adopting silicon carbide thyristors［J］. Power System Technology， 2011， 35（3）： 8-13.
［13］DANNO K， NAKAMURA D， KIMOTO T. Investigation of carrier lifetime in 4H-SiC epilayers and lifetime control by electron irradiation［J］. Applied Physics Letters， 2007， 90（20）： 202109.
［14］BALIGA B J.功率半导体器件基础［M］. 韩郑生，陆江，宋李梅，译.北京：电子工业出版社， 2013： 336-337.
［15］丁荣军，刘国友. ±1 100 kV特高压直流输电用6英寸晶闸管及其设计优化［J］. 中国电机工程学报， 2014， 34（29）： 5180-5187.
DING Rongjun， LIU Guoyou. Optimization design of 6-inch thyristor for ±1 100 kV UHVDC transmission application［J］. Proceedings of the CSEE， 2014， 34（29）： 5180-5187.
［16］高山城，王峰瀛，白永恒，等. 特高压晶闸管的焊接技术［J］. 半导体技术， 2018， 43（10）： 782-786.
GAO Shancheng， WANG Fengying， BAI Yongheng， et al. Welding technology of ultra-high voltage thyristor［J］. Semiconductor Technology， 2018， 43（10）： 782-786.
［17］黄蓉，李世平，任亚东，等. 特高压直流输电用晶闸管dv/dt特性试验研究［J］. 大功率变流技术， 2013（4）： 4-8， 27.
HUANG Rong， LI Shiping， REN Yadong， et al. Research on dv/dt performance test of thyristors used in ultra high voltage DC transmission［J］. High Power Converter Technology， 2013（4）： 4-8， 27.
［18］解婷，查鲲鹏，汤广福，等. 过电流导致的HVDC换流阀失效机制研究［J］. 电网技术， 2010， 34（10）： 71-75.
XIE Ting， ZHA Kunpeng， TANG Guangfu， et al. Study on failure mechanism of HVDC valves caused by overcurrent in UHVDC power transmission devices［J］. Power System Technology， 2010， 34（10）： 71-75.
［19］王正鸣，陈黄鹂. 最新特高压晶闸管［J］. 电力电子技术， 2016， 50（8）： 24-25.
WANG Zhengming， CHEN Huangli. Newly developed thyristor for UHVDC［J］. Power Electronics， 2016， 50（8）： 24-25.
［20］王正鸣，高山城，郭永忠，等. 晶闸管分支满布N+放大门极： CN206864475U［P］. 2018-01-09.

[1]	潘益，郑建勇，韩文军，张苏，马天. 考虑特高压直流馈入的受端输电网架优化方法[J]. 电力建设, 2019, 40(4): 1-8.
[2]	陈钊，乐波，杨祺铭，刘思源，李琦. ±1 500 kV特高压直流输电系统主回路设计[J]. 电力建设, 2019, 40(4): 128-134.
[3]	贺兴容，张红，张安安，邱存勇. 离岸微型综合能量系统梯级余热发电优化设计[J]. 电力建设, 2017, 38(12): 38-.
[4]	钟建英，柴影辉，王赛豪，张友鹏，段晓辉. ±1 100 kV直流纯SF6气体绝缘穿墙套管关键技术研究[J]. 电力建设, 2017, 38(10): 129-.
[5]	戚庆茹, 蒋维勇，刘建琴，常浩，周专. 基于柔性直流输电技术的特高压直流送端孤岛系统黑启动方法[J]. 电力建设, 2017, 38(10): 138-.
[6]	赵峥，马为民. 并联换流器特高压直流输电系统可靠性研究[J]. 电力建设, 2016, 37(9): 86-.
[7]	金祖洋，杨洪耕，赵海杉. 特高压直流输电系统异常换相失败的机理研究[J]. 电力建设, 2016, 37(7): 126-132.
[8]	苗立俐，朱坤琳，温渤婴. 特高压直流分层接入工程主回路稳态参数的分析与计算[J]. 电力建设, 2016, 37(2): 91-99.
[9]	郝长城，王华锋，杨万开，王斌泽，周亮. 一种±800 kV直流换流阀技术改进方案及验证[J]. 电力建设, 2016, 37(2): 112-117.
[10]	王旌, 韩民晓，姚蜀军，田春筝，司瑞华，唐晓骏. 特高压直流输电分极接入运行特性分析[J]. 电力建设, 2016, 37(10): 54-.
[11]	王华锋，魏晓光，郑林，郝长城，张海峰，林志光. 高压直流输电换流阀晶闸管级在线监测技术[J]. 电力建设, 2016, 37(10): 61-.
[12]	陈凯，段翔颖，郭小江. 特高压交直流混联电网稳定控制分析[J]. 电力建设, 2016, 37(1): 64-69.
[13]	王运超，余占清，吴娅妮，陈水明，曾嵘，何金良，胡军，刘明松，李新年. ±1 100 kV特高压直流输电系统低频谐振分析[J]. 电力建设, 2015, 36(9): 9-15.
[14]	刘心旸,金茜，李亚男，蒋维勇，蒲莹. 并联换流器高压直流输电主回路与主接线研究[J]. 电力建设, 2015, 36(9): 50-56.
[15]	李高望，李亚男，邹欣. ±800 kV锡盟—泰州特高压直流输电工程交流侧暂态过电压[J]. 电力建设, 2015, 36(9): 57-61.

新一代±800 kV/8 GW特高压直流工程换流阀晶闸管设计优化

Design Optimization of Converter Valve Thyristor for New Generation of ±800 kV/8 GW UHVDC Project

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