晶闸管

无功功率补偿技术随着电力系统的出现而出现，并随着电力工业的发展和电力负荷的多样性而不断进步。电力系统发展到现在已出现三代无功补偿技术；同步发电机补偿、同步调相机补偿、并联电容器补偿、并联电抗器补偿，属于第一代补偿技术；基于自然关断晶闸管技术的SVC（相控电抗器（TCR）、磁控电抗器(MCR)）属于第二代无功补偿技术；基于IGBT、IGCT等大功率可控器件的补偿装置SVG(Static VAR Genarator)属于第三代无功补偿技术，不再采用大容量的电容器、电抗器，而是通过大功率电力电子器件的高频开关（IGBT）实现无功补偿的变换。

发电机励磁设备的灭磁开关、灭磁电阻以及励磁功率柜，均是大功率电气设备，现有的励磁系统缺少运行温度自动监测功能，只能利用人工巡检测温，但开启高压设备盘柜门有误碰带电部位风险，并且部分大功率元器件分布位置不易观察，人工巡检存在“死角”，不能及时发现设备过热，十分不利于励磁设备的故障诊断和分析。 据了解，白山电厂'开发出了灭磁电阻在线测温系统，葛洲坝电厂开发出了功率柜晶闸管在线测温系统，但是，均没有灭磁开关触头和阻容保护器件等自动测温系统。近几年发生的几起励磁功率柜烧毁事故中，有一次是因阻容保护的电容过热爆裂造成，而溪洛渡电站励磁功率柜阻容保护的电容就在功率柜上端，在励磁风机的热风和电阻高温的辐射作用下，电容损耗会增大，内部压力也增大，而现场缺乏有效的温度监测手段，若发生爆裂击穿，被击穿的电容碎片极可能会引起励磁整流柜三相交流输入短路或直流输出短路或者晶闸管短路而引发事故。 2014年，瑞士HPB灭磁开关在运行中，因其塑料复合材料器件产生裂纹，造成主触头合闸压力不够，动静触头接触电阻变大，在大电流下过热烧毁。溪洛渡电站也是HPB灭磁开关，为了有效避免上述事件再次发生，励磁设备关键部位温度监测十分有必要。

本项目采用消化吸收再创新的自主创新思路。首先研究南方电网现有晶闸管控制系统VBE装置、TE板、TVM板、RPU板的关键技术，突破国外技术封锁，完全掌握了晶闸管控制系统功能、架构、通讯、电磁兼容、散热，以及VBE装置系列板卡、TE板、TVM板、RPU板电路原理等方面的核心技术，结合现场运行维护成果，实现了VBE装置、TE板、TVM板和RPU板的国产化，并经第三方机构（开普实验室）检测合格，提出了换流站直流控制保护设备与换流阀二次接口规范，使我国高压直流输电直流控制保护技术提升了一个大台阶。 开展高压直流晶闸管控制系统板卡故障诊断及检测技术研究，并在借鉴和消化吸收国外先进故障诊断理论的基础上，结合VBE装置系列板卡、TE板、TVM板以及RPU板在功能、电路原理、接口和PCB板图等方面的研究成果，以及现场运行维护经验和实际需求，成功研制出国内首套高压直流输电VBE装置、TE板、TVM板、RPU板检测装置以及TE板连续运行试验装置，并经第三方机构（开普实验室）检测合格，填补了国内该领域研究的空白。

特高压直流输电是当前唯一可实现将万兆瓦级电能高效率输送至两千公里以外的先进输电技术，作为高压直流输电的核心设备，换流阀运行可靠性直接影响整个直流工程的安全稳定运行。 换流阀是由晶闸管、阻尼电阻、均压电阻、电抗器、晶闸管级触发监测单元等数百个元部件构成的复杂电力设备，任一元件故障都会对换流阀可靠运行带来严重影响。如何在换流阀生产、工程调试和停电检修阶段对全部元件参数、功能、相互配合进行系统测试是换流阀设计技术的重要组成部分，相关技术长期被三家国外公司垄断。 2010年，全球能源互联网研究院成功研制了国内首个具有完全自主知识产权的A5000型直流输电换流阀，并通过国家能源局技术成果鉴定。为确保换流阀工程应用可靠性，继续开展换流阀测试设备的开发。针对晶闸管级阻尼回路参数测量方法、触发监测单元触发保护功能测试方法和阀基电子设备闭环测试方法等关键技术进行系统深入研究。于2015年研制成功国内首个完全自主知识产权的换流阀晶闸管级功能测试设备，并陆续在哈郑西门子换流阀改造和灵邵直流工程中得到成功应用，成为A5000换流阀设计方案验证、出厂测试、现场调试和检修期间潜在运行风险排查的有效手段。

本项目发明了一种配电网快速调式消弧线圈装置，主要解决传统自动调式消弧线圈调节速度慢，且需要安装限压电阻等缺点。其利用控制器对晶闸管阀的控制，实现对消弧线圈可调部分的精确调整，快速补偿单相接地故障电容电流，电力电子开关的响应速度远远高于机械开关。装置无需限压电阻，避免了限压电阻选择的麻烦和带来可靠性的降低，并可以方便对已使用的机械调画式消弧线圈进行升级改造，只需在原有的基础上，加装晶闸管阀和控制电路即可。提出了一种对中性点接地方式进行兼容性分析的方法。针对配电网混合系统进行分析，且对两种接地系统联络后发生单相接地故障的情况进行分析。以乌鲁木齐市开发区站、铁西站和骑马山站的实际参数为依据，运用系统仿真软件PSCAD建立混合接地模型，进行单相接地故障仿真。根据仿真结果分析三个站不同接地方式的优缺点，并提出电阻接地系统的有效保护方案，混合接地方式下的保护改进方案及运行意见，提出了一种对中性点接地方式进行兼容性分析的方法。提出了一种基于多因素的配电网最佳接地电阻选择方法，电阻值的合理选择需要综合考虑多方面的内容，为了保证设备、人身安全，按照前述要求，在接地电阻不大于0.59的变电所一般不存在问题。在接地电阻不大于40的用户受电配电所故障电流不易超过150A。

本成果在2015年3月中国电机工程学会组织的新技术鉴定会上得到了以雷清泉院士为组长的专家组的高度评价，鉴定委员会认为“项目研究成果创新了有载分接开关切换技术，达到国际领先水平。建议进一步加快产业化进程”。分布式光伏、风电等与电动汽车充电站分别作为新型电源与负荷形式接入电网后，其间歇性和波动性将给电网的电压调节带来新的挑战。通过OLTC动态调节变压器变比是维持区域电网电压稳定的重要手段。本项目成果因其免维护、长寿命的优势宜在有载分按开关动作频繁的变压器中全面推广，比如新能源电站的汇集变压器、工业企业的电炉变等，有助于为用户减少设备维护量，提高经济效益。对于其他类型的变压器，可视用户需要部分推广。

特高压直流输电是当前唯一可实现将万兆瓦级电能高效率输送至两千公里以外的先进输电技术，作为高压直流输电的核心设备，换流阀运行可靠性直接影响整个直流工程的安全稳定运行。 换流阀是由晶闸管、阻尼电阻、均压电阻、电抗器、晶闸管级触发监测单元等数百个元部件构成的复杂电力设备，任一元件故障都会对换流阀可靠运行带来严重影响。如何在换流阀生产、工程调试和停电检修阶段对全部元件参数、功能、相互配合进行系统测试是换流阀设计技术的重要组成部分，相关技术长期被三家国外公司垄断。 2010年，全球能源互联网研究院成功研制了国内首个具有完全自主知识产权的A5000型直流输电换流阀，并通过国家能源局技术成果鉴定。为确保换流阀工程应用可靠性，继续开展换流阀测试设备的开发。针对晶闸管级阻尼回路参数测量方法、触发监测单元触发保护功能测试方法和阀基电子设备闭环测试方法等关键技术进行系统深入研究。于2015年研制成功国内首个完全自主知识产权的换流阀晶闸管级功能测试设备，并陆续在哈郑西门子换流阀改造和灵邵直流工程中得到成功应用，成为A5000换流阀设计方案验证、出厂测试、现场调试和检修期间潜在运行风险排查的有效手段。