第二章?lián)Q流器的工作原理

1、1直流輸電與FACTS技術(shù) 楊用春電力工程系電力教研室E-mail：第二章 換流器的工作原理 概述 單橋整流器的工作原理 單橋逆變器的工作原理 多橋換流器簡(jiǎn)介 換流器的常見故障2.1 概述 兩端HVDC系統(tǒng)示意圖交流系統(tǒng)A交流系統(tǒng)B換流站換流站三相橋式換流器的原理結(jié)線圖三相橋式換流器的原理結(jié)線圖 橋臂組成方式橋臂組成方式-晶閘管串聯(lián)和并聯(lián)晶閘管串聯(lián)和并聯(lián)AM晶閘管晶閘管AM串聯(lián)方式需要均壓，并聯(lián)方式需要均流串聯(lián)方式需要均壓，并聯(lián)方式需要均流晶閘管晶閘管電壓電壓：5.59kV電流電流：1.26kA789換流器橋臂換流器橋臂橋臂符號(hào)橋臂符號(hào)組件組件11 二重閥閥塔外形圖二重閥閥塔外形圖 閥導(dǎo)通條件

2、：閥導(dǎo)通條件：陽(yáng)極電位高于陰極電位，閥承受正向電壓；陽(yáng)極電位高于陰極電位，閥承受正向電壓；觸發(fā)脈沖。觸發(fā)脈沖。閥等效：?jiǎn)蝹€(gè)晶閘管閥等效：?jiǎn)蝹€(gè)晶閘管假定條件：假定條件：三相交流電源的電動(dòng)勢(shì)是對(duì)稱的正弦波，頻率恒三相交流電源的電動(dòng)勢(shì)是對(duì)稱的正弦波，頻率恒定；定；交流電網(wǎng)的阻抗也是對(duì)稱的，而且忽略不計(jì)換流交流電網(wǎng)的阻抗也是對(duì)稱的，而且忽略不計(jì)換流變壓器的激磁導(dǎo)納；變壓器的激磁導(dǎo)納；直流側(cè)平波電抗器具有很大的電感，使直流側(cè)電直流側(cè)平波電抗器具有很大的電感，使直流側(cè)電流經(jīng)濾波后波形是平直的，沒有紋波；流經(jīng)濾波后波形是平直的，沒有紋波；閥的特性是理想的，即通態(tài)正向壓降和斷態(tài)漏電閥的特性是理想的，即通態(tài)正向

3、壓降和斷態(tài)漏電流小到可以忽略不計(jì)；流小到可以忽略不計(jì)；六個(gè)橋閥以六個(gè)橋閥以1/6周期的等相位間隔依次輪流觸發(fā)。周期的等相位間隔依次輪流觸發(fā)。135462ibmneaLabcLd+Ud _IdiciaLLebecovd單橋整流器的等值電路圖單橋整流器的等值電路圖交流系統(tǒng)三相等值電勢(shì)交流系統(tǒng)每相等值電感如果以系統(tǒng)等值電動(dòng)勢(shì)如果以系統(tǒng)等值電動(dòng)勢(shì) 的矢量作為基準(zhǔn)，的矢量作為基準(zhǔn)，則電源相電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值為則電源相電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值為cae2sin3 032sin9 032sin1 5 03ao abo bco ceeEteeEteeEt其中，E為電源線電動(dòng)勢(shì)的有效值。 (2-1) 則相應(yīng)的線電動(dòng)勢(shì)為：2 s

4、in2 sin1202 sin120caacabbabccbeeeEteeeEteeeEt (2-2) 三相電壓波形圖三相電壓波形圖線電壓波形圖線電壓波形圖135462ibmneaLabcLd+Ud _IdiciaLLebecovd單橋整流器的等值電路圖單橋整流器的等值電路圖0120030001800360eaebec00600240tC1C3C5C1C3C2C6C4C2p2p1p4p3p5p1p6p3p2v2v3v6v1v3v4v5v6v1v2v6v1v5v6v4v5v1v2 v2v3 v3v4mvnv0120030001800360eca00600240ebaeabecbebceac06.

5、2812.571.21.232305101fx()xdv單橋整流器自然換相過程（=0，=0 ）ebc閥電流波形（=0，=0 ）0120030001800360eaebec00600240tC1C3C5C1C3C2C6C4C2p2p1p4p3p5p1p6p3p2v2v3v6v1v3v4v5v6v1v2v6v1v5v6v4v5v1v2 v2v3 v3v4mvnviV1iV2iV3iV5iV4iV6相電流波形（=0，=0 ）0120030001800360eaebec00600240tC1C3C5C1C3C2C6C4C2p2p1p4p3p5p1p6p3p2v2v3v6v1v3v4v5v6v1v2v6

6、v1v5v6v4v5v1v2 v2v3 v3v4mvnviaibic25vvciii41vvaiii63vvbiii135462ibmneaLabcLd+Ud _IdiciaLLebecovd單橋整流器的等值電路圖單橋整流器的等值電路圖觸發(fā)滯后角觸發(fā)滯后角 1P13P3電壓波形（0，=0 ）0120030001800360eaebec00600240C1C3C5C1C3C2C6C4C202468101210.50.51eaebeceattv2v3v6v1v3v4v5v6v1v2v6v1v5v6v4v5v1v2 v2v3 v3v4p2p1p4p3p5p1p6p3p2p5p4mvnv0120030

7、0018003600060024002468101221.510.50.511.52tecaebaeabecbebceacecaebaecbdvebc閥電流波形(0，=0 ）0120030001800360eaebec00600240C1C3C5C1C3C2C6C4C202468101210.50.51eaebeceattv2v3v6v1v3v4v5v6v1v2v6v1v5v6v4v5v1v2 v2v3 v3v4p2p1p4p3p5p1p6p3p2p5p4mvnviV1iV2iV3iV5iV4iV6相電流波形(0，=0 ）0120030001800360eaebec00600240C1C3C5

8、C1C3C2C6C4C202468101210.50.51eaebeceattv2v3v6v1v3v4v5v6v1v2v6v1v5v6v4v5v1v2 v2v3 v3v4p2p1p4p3p5p1p6p3p2p5p4mvnviaibic25vvciii41vvaiii63vvbiii135462ibmneaLabcLd+ud _IdiciaLLebeco單橋整流器的等值電路圖單橋整流器的等值電路圖5 6 15 66 1 26 11 2 31 22 3 42 33 4 53 44 5 64 55 6 15 66 1 26 11 2 31 22 3 42 33 4 53 44 5 64 5p1p2p

9、3p4p5p6p1p2p3p4p5p6電壓波形（ 0，0 ）+ 120 + 024681 01 221 .510 .50 .511 .52eaebeceaebecC1C2C3C4C5C6C1C1C2C3C4C5C6tmvnv02468101210.50.5102468101210.50.513180ecaebaeabecbebceacecaebaeabecbebceactdv120 +從閥5和閥6導(dǎo)通，其余各閥阻斷的狀態(tài)開始，并且假定整流器向直流線路輸出的直流電流為 ，這時(shí)整流器實(shí)際導(dǎo)通的電路為：dI圖圖2-3 閥閥5和閥和閥6導(dǎo)通時(shí)的電路導(dǎo)通時(shí)的電路dbcve（1）換相前）換相前假定觸發(fā)角為

10、 ，則在 閥1觸發(fā)開通的瞬間，實(shí)際導(dǎo)通的電路變?yōu)閳D2-4。t圖圖2-4 閥閥5和閥和閥1換相時(shí)的實(shí)際電路換相時(shí)的實(shí)際電路（2）換相中）換相中此時(shí)，閥5、6、1都導(dǎo)通了，等值電路如圖2-5所示。圖圖2-5 閥閥5和閥和閥1換相時(shí)的等值電路換相時(shí)的等值電路在分析換流器各組閥導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程時(shí)，一個(gè)基本原則是：在導(dǎo)通或關(guān)斷瞬間，通過電感的電流是連續(xù)的，不會(huì)突變。在等值電路中有：在等值電路中有：51rracdidiLLeedtdt由于由于 ，所以，所以 的方向是從的方向是從a點(diǎn)流向點(diǎn)流向c點(diǎn)，因此：點(diǎn)，因此：aceeri1rii5driIi代入式（代入式（2-3），可得：），可得：drrrracdIi

11、diLLeedtdt (2-3) (2-4) (2-5) 整理后，得：整理后，得：22sinrrdiLEtdt求積分后，得：求積分后，得：22coscos22rrrEEitAtALX 2cossItA 式中，式中， -從電源到橋之間的每相等值電抗；從電源到橋之間的每相等值電抗； 交流系統(tǒng)在換流器交流端兩相短路交流系統(tǒng)在換流器交流端兩相短路 時(shí)，短路電流強(qiáng)制分量的幅值；時(shí)，短路電流強(qiáng)制分量的幅值； A A - - 積分常數(shù)。積分常數(shù)。 (2-6) (2-7) rrLX222srEIL在在 時(shí)，電路從一組閥（閥時(shí)，電路從一組閥（閥5和閥和閥6）導(dǎo)通改變成）導(dǎo)通改變成另一組閥（閥另一組閥（閥5、閥、

12、閥6和閥和閥1）導(dǎo)通的瞬間，電流不會(huì)突變，）導(dǎo)通的瞬間，電流不會(huì)突變，即：即：10riit (2-8) 所以式（所以式（2-7）中的積分常數(shù)：）中的積分常數(shù)：22coscos2srEAIX將式（將式（2-8）代入式（）代入式（2-7）中即得：）中即得：122coscoscoscos2rsrEiitItX由式（由式（2-9）可知：）可知： 實(shí)際上是閥實(shí)際上是閥1開通時(shí)，交流系統(tǒng)在開通時(shí)，交流系統(tǒng)在ca兩點(diǎn)兩點(diǎn)發(fā)生兩相短路時(shí)的短路電流。式中第一、二兩項(xiàng)分別為短路發(fā)生兩相短路時(shí)的短路電流。式中第一、二兩項(xiàng)分別為短路電流的自由分量和強(qiáng)制分量。電流的自由分量和強(qiáng)制分量。同時(shí)同時(shí) (2-9) (2-10)

13、 ri5driIi閥1和閥5的電流波形如圖2-6所示。圖圖2-6 閥閥5和閥和閥1換相時(shí)的電流波形換相時(shí)的電流波形隨著隨著 的增加，電流分量的增加，電流分量 將增大，因此閥將增大，因此閥1電流逐漸增電流逐漸增大，而閥大，而閥5電流逐漸減小。電流逐漸減小。如果經(jīng)過一定相角如果經(jīng)過一定相角 之后，電流之后，電流 增大到增大到 。即當(dāng)。即當(dāng) 時(shí)，從式（時(shí)，從式（2-9）可得：）可得：由于閥單向?qū)щ娞匦缘南拗疲捎陂y單向?qū)щ娞匦缘南拗疲?不能反向，而停留在零值；不能反向，而停留在零值；此后此后 不可能再增大，不可能再增大， 也保持為也保持為 ；所以當(dāng)；所以當(dāng) ， 閥閥5就關(guān)斷。換流器電流又從三個(gè)閥（就

14、關(guān)斷。換流器電流又從三個(gè)閥（5，6和和1）導(dǎo)通狀態(tài)）導(dǎo)通狀態(tài)改變位兩個(gè)閥（改變位兩個(gè)閥（6和和1）導(dǎo)通的狀態(tài)，如圖）導(dǎo)通的狀態(tài)，如圖2-7所示。所示。 (2-11) (2-12) triridIt122coscos()coscos()2rsdrEiiIIX 50driIi5iri1idIt圖圖2-7 閥閥6和閥和閥1導(dǎo)通時(shí)的實(shí)際電路導(dǎo)通時(shí)的實(shí)際電路dbave（3）換相后）換相后5 6 15 66 1 26 11 2 31 22 3 42 33 4 53 44 5 64 55 6 15 66 1 26 11 2 31 22 3 42 33 4 53 44 5 64 5p1p2p3p4p5p6p1

15、p2p3p4p5p6電壓波形（ 0，0 ）+ 120 + 024681 01 221 .510 .50 .511 .52eaebeceaebecC1C2C3C4C5C6C1C1C2C3C4C5C6tmvnv02468101210.50.5102468101210.50.513180ecaebaeabecbebceacecaebaeabecbebceactdv120 +幾個(gè)名詞：幾個(gè)名詞：u 換相過程換相過程：從閥：從閥1開通瞬間到閥開通瞬間到閥5關(guān)斷瞬關(guān)斷瞬間，直流電流從間，直流電流從c相流經(jīng)閥相流經(jīng)閥5轉(zhuǎn)移到從轉(zhuǎn)移到從a相流相流經(jīng)閥經(jīng)閥1的過程；的過程；u 換相電流換相電流：電流：電流 ；由

16、上面的分析可知，；由上面的分析可知，直流輸電的換流器是借助于交流電網(wǎng)所提供直流輸電的換流器是借助于交流電網(wǎng)所提供的短路電流的短路電流 來實(shí)現(xiàn)換相的。來實(shí)現(xiàn)換相的。u 換相電抗換相電抗：換相電流所流經(jīng)的回路中每：換相電流所流經(jīng)的回路中每相等值電抗相等值電抗 ；u 換相角換相角：換相過程所經(jīng)歷的相位角：換相過程所經(jīng)歷的相位角 12coscos2rdX IE 由式（由式（2-11）可得：）可得：ririrX (2-13) 當(dāng)換相角 大小變化時(shí)，換流器在工作中同時(shí)導(dǎo)通的橋閥數(shù)目將不相同。如圖2-8所示。換流器在正常工作情況下，一般 。在這種情況下，非換相期間有2個(gè)閥導(dǎo)通，換相期間有3個(gè)閥導(dǎo)通，而且2個(gè)

17、和3個(gè)閥導(dǎo)通的狀態(tài)是交替出現(xiàn)的，這種工作方式簡(jiǎn)稱2-3方式。圖圖2-8 換相角換相角 的大小和換流器工作過程中的大小和換流器工作過程中同時(shí)導(dǎo)通的橋閥數(shù)的關(guān)系同時(shí)導(dǎo)通的橋閥數(shù)的關(guān)系601.整流器工作在滯后角整流器工作在滯后角 和換相角和換相角 的情況的情況dbave六脈動(dòng)六脈動(dòng)圖圖2-9 整流器工作在整流器工作在 情況下的電壓波形情況下的電壓波形0,000整流器的直流電壓整流器的直流電壓 在一周之中是由六段相同的正弦曲線在一周之中是由六段相同的正弦曲線段組成的，求其平均值時(shí)，只要取其中的一段計(jì)算。段組成的，求其平均值時(shí)，只要取其中的一段計(jì)算。假定基準(zhǔn)縱軸假定基準(zhǔn)縱軸Y-Y位于位于 處，則曲線處，

18、則曲線 的縱坐標(biāo)可的縱坐標(biāo)可用用 表示。在表示。在 從從 到到 間隔內(nèi)，這段間隔內(nèi)，這段曲線下的面積為：曲線下的面積為：660662cos2sin2AEdEE將將 除以除以 即可得即可得 情況下的直流電壓平均值情況下的直流電壓平均值00321.353dAVEE此電壓稱為此電壓稱為無相控?zé)o相控的理想的理想空載空載直流電壓。直流電壓。0,0dI030,00AdV30t66bae2cosE (2-14) (2-15) 2.整流器工作在滯后角整流器工作在滯后角 和換相角和換相角 的情況的情況圖圖2-11 整流器工作在整流器工作在 情況下的電壓波形情況下的電壓波形直流電直流電壓有缺壓有缺口口0,000同

19、理，可取一周中的同理，可取一周中的1/6波形來計(jì)算直流電壓平均值，但積分的波形來計(jì)算直流電壓平均值，但積分的上下限不同。上下限不同。662 cos2 cosAEdE 取平均，即可求得在此情況下的直流電壓的平均值取平均，即可求得在此情況下的直流電壓的平均值032coscos3ddAVEV此電壓稱為此電壓稱為有相控有相控的理想的理想空載空載直流電壓。直流電壓。 (2-16) (2-17) 3.整流器工作在有相控且有負(fù)載的情況（整流器工作在有相控且有負(fù)載的情況（ ）0,0圖圖2-12 整流器工作在整流器工作在 情況下的電壓波形情況下的電壓波形0,0解釋：解釋： 在換相角在換相角 之內(nèi)，由于閥之內(nèi)，由

20、于閥5和閥和閥1換相，換流器交流端換相，換流器交流端ca兩相兩相短路，線電壓短路，線電壓 全部降落在這兩相的換相電抗全部降落在這兩相的換相電抗 上，每相上，每相 的降落各為的降落各為 的一半，所以這時(shí)的一半，所以這時(shí)m點(diǎn)的電位處于點(diǎn)的電位處于 和和 兩曲兩曲線之間的中點(diǎn)上線之間的中點(diǎn)上 如圖如圖2-12(a)中中AB一段粗曲線所示。一段粗曲線所示。ceae12mcaveecae2Xcae直流電壓的平均值可以從間隔為直流電壓的平均值可以從間隔為60的一段的一段 曲線下的面積曲線下的面積求取平均值求得，這時(shí)曲線下的面積又比求取平均值求得，這時(shí)曲線下的面積又比 時(shí)的小了時(shí)的小了一塊由換相過程引起的缺

21、口一塊由換相過程引起的缺口 ，因此，因此 01cos3ddVAAVV 根據(jù)圖根據(jù)圖2-12(a)可以求出可以求出22caacaeeeeAedd112sin22cae dEd 2coscos2E (2-19) (2-20) dv0A32coscos32AVE所以所以00coscossinsin222ddVV (2-21) 將式（將式（2-11）代入上式可得換相壓降：）代入上式可得換相壓降：336ddddLVIX IfL IR I最后得到：最后得到：0coscos2dV03cosddXVI (2-22) (2-23) dV0cosddVR I式中，式中， 其意義是一個(gè)單位直流電流在換相過其意義是一

22、個(gè)單位直流電流在換相過程中所引起的壓降，稱為程中所引起的壓降，稱為比換相壓降比換相壓降；有時(shí)也稱為；有時(shí)也稱為等值換相電阻等值換相電阻。但是，它不是真正的電阻，。但是，它不是真正的電阻， 只是只是代表?yè)Q相電流在換相電抗中造成的壓降而引起的換代表?yè)Q相電流在換相電抗中造成的壓降而引起的換流器交流端電壓和直流電壓的降落，所以等值換相流器交流端電壓和直流電壓的降落，所以等值換相電阻是不消耗有功功率的。電阻是不消耗有功功率的。3 LRdR I從式（從式（2-23）可知：?jiǎn)螛蛘餮b置在以恒定交流電）可知：?jiǎn)螛蛘餮b置在以恒定交流電壓和定滯后角壓和定滯后角 正常運(yùn)行時(shí)的等值電路如圖正常運(yùn)行時(shí)的等值電路如圖2

23、-15所所示。示。根據(jù)式（根據(jù)式（2-23）可繪出整流裝置輸出端的正常運(yùn)行）可繪出整流裝置輸出端的正常運(yùn)行（ ）外特性曲線，如圖）外特性曲線，如圖2-15所示。所示。等等 外特性曲線是一族隨外特性曲線是一族隨 的增大而向下傾斜的直的增大而向下傾斜的直線，它在縱軸的交點(diǎn)是理想空載電壓：線，它在縱軸的交點(diǎn)是理想空載電壓： ，斜率是，斜率是 。60dI03 2coscosdEVR圖圖2-15 單橋整流器正常運(yùn)行（單橋整流器正常運(yùn)行（ ）的等值電路）的等值電路和等和等 外特性曲線外特性曲線60圖圖2-14 單橋整流器閥電壓波形單橋整流器閥電壓波形圖圖2-14(a)中，以閥中，以閥1為例，作出了它的陽(yáng)極

24、對(duì)中性點(diǎn)為例，作出了它的陽(yáng)極對(duì)中性點(diǎn)O的電壓曲線，和它的陰極對(duì)的電壓曲線，和它的陰極對(duì)O點(diǎn)的電壓曲線，分別點(diǎn)的電壓曲線，分別以粗虛線和粗實(shí)線表示。以粗虛線和粗實(shí)線表示。兩曲線之間的縱坐標(biāo)長(zhǎng)度即代表閥兩曲線之間的縱坐標(biāo)長(zhǎng)度即代表閥1陽(yáng)極和陰極之間陽(yáng)極和陰極之間的電壓，即閥的電壓，即閥1的電壓，如圖的電壓，如圖(b)所示。所示。由圖可見：閥電壓是由一段直線和七段正弦弧線所由圖可見：閥電壓是由一段直線和七段正弦弧線所組成的。組成的。 在導(dǎo)通期間，是一條代表很小正向壓降的直線，在導(dǎo)通期間，是一條代表很小正向壓降的直線，此時(shí)為零；此時(shí)為零； 在阻斷期間，只有短時(shí)間處在正向電壓作用下，在阻斷期間，只有短時(shí)

25、間處在正向電壓作用下，大部分時(shí)間處在反向電壓作用下。大部分時(shí)間處在反向電壓作用下。各個(gè)閥電流的波形如圖各個(gè)閥電流的波形如圖2-13所示。在換相過程中，所示。在換相過程中，閥電流上升和下降部分的波形如圖閥電流上升和下降部分的波形如圖2-6所示，在其余所示，在其余的導(dǎo)通期間，閥電流等于的導(dǎo)通期間，閥電流等于 。各閥導(dǎo)通的時(shí)間為。各閥導(dǎo)通的時(shí)間為 。只分析簡(jiǎn)單的情況：假定只分析簡(jiǎn)單的情況：假定 ，則閥電流波形是，則閥電流波形是寬度為寬度為120的矩形波，并且形狀與的矩形波，并且形狀與 的大小無關(guān)。的大小無關(guān)。閥電流的有閥電流的有效值為：效值為：橋交流側(cè)線電流的橋交流側(cè)線電流的有效值為：有效值為：20

26、1210.577233VdddIIII20.8163ddIII0dI120 (2-24) (2-25) 整流器工作在整流器工作在 情況下的電流波形情況下的電流波形0,0圖圖2-13 整流器工作在整流器工作在 情況下的電流波形情況下的電流波形0,0整流器的基波功率因數(shù)角由前面分析可知：當(dāng)由前面分析可知：當(dāng) 時(shí)，換流器的直流電時(shí)，換流器的直流電壓平均值為壓平均值為 。 當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)， ，工作在整流狀態(tài)；，工作在整流狀態(tài)； 當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)， ，工作在逆變狀態(tài)。，工作在逆變狀態(tài)。0090901800cosddVV0dV 0dV 換流器的電壓波形(60120， =0 )整流器和逆變器的不同：整流器和逆變器

27、的不同： 觸發(fā)滯后角的不同；觸發(fā)滯后角的不同； 整流器功率從交流側(cè)傳送到直流側(cè)，直流側(cè)是負(fù)整流器功率從交流側(cè)傳送到直流側(cè)，直流側(cè)是負(fù)載，而逆變器的功率是從直流側(cè)傳送到交流側(cè)，直載，而逆變器的功率是從直流側(cè)傳送到交流側(cè)，直流側(cè)是電源。流側(cè)是電源。為了分析方便，逆變器的觸發(fā)相位角往往用觸發(fā)越為了分析方便，逆變器的觸發(fā)相位角往往用觸發(fā)越前角前角 來表示。它與觸發(fā)滯后角來表示。它與觸發(fā)滯后角 的關(guān)系為：的關(guān)系為：180整流器和逆變器在工作原理上有很多相似之處，下整流器和逆變器在工作原理上有很多相似之處，下面分析著重討論兩者差異的各點(diǎn)。面分析著重討論兩者差異的各點(diǎn)。 (2-26) 圖圖2-16 作為逆變

28、器運(yùn)行的換流器作為逆變器運(yùn)行的換流器逆變器的電壓波形如圖逆變器的電壓波形如圖2-17所示?？梢钥闯?，它如所示。可以看出，它如果在紙平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)果在紙平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)180，則得到與整流器一樣的電，則得到與整流器一樣的電壓波形。壓波形。圖中，將閥圖中，將閥5關(guān)斷的時(shí)刻超前于線電壓過零點(diǎn)關(guān)斷的時(shí)刻超前于線電壓過零點(diǎn)C4之間之間的相角定義為關(guān)斷越前角的相角定義為關(guān)斷越前角 ，則有：，則有：同整流器的分析，可以得到換相期間的閥電流為：同整流器的分析，可以得到換相期間的閥電流為：12coscossiiIt5diIi (2-27) (2-28) (2-29) 圖圖2-17 單橋逆變器電壓波形單橋逆變器電壓波形圖圖

29、2-17 單橋逆變器電壓波形單橋逆變器電壓波形圖圖2-17 單橋逆變器電壓波形單橋逆變器電壓波形圖圖2-17 單橋逆變器電壓波形單橋逆變器電壓波形換相結(jié)束時(shí)，換相結(jié)束時(shí)，1 8 0t 122coscoscoscos2sdEiiIIX 50i (2-30) (2-31) 上式與式（上式與式（2-11）類似，）類似，只是用只是用 代替了其中的代替了其中的 角角。逆變器的閥電流波形如圖逆變器的閥電流波形如圖2-18所示。所示。事實(shí)上，在分析逆變器時(shí)，只要是與時(shí)間無關(guān)的量，事實(shí)上，在分析逆變器時(shí)，只要是與時(shí)間無關(guān)的量，如電壓電流的有效值、平均值等，都可以利用整流如電壓電流的有效值、平均值等，都可以利用

30、整流器的相應(yīng)公式作角度的替換來計(jì)算。器的相應(yīng)公式作角度的替換來計(jì)算。式（式（2-23）同樣適用于逆變狀態(tài)，）同樣適用于逆變狀態(tài)，將將 代代入得到：入得到：18000cos 180cosdddddVVR IVR I 可以看到：可以看到：0dV 為了方便，往往重新規(guī)定為了方便，往往重新規(guī)定 的正方向，將其反向。的正方向，將其反向。dV所以：所以：0cosdddVVR I另外，將逆變器電壓波形旋轉(zhuǎn)另外，將逆變器電壓波形旋轉(zhuǎn)180，可看到與整，可看到與整流的波形一樣。其中，逆變器的流的波形一樣。其中，逆變器的 對(duì)應(yīng)整流器對(duì)應(yīng)整流器的的 。所以有：。所以有：, , 0cosdddVVR I (2-32)

31、 (2-33) (2-34) 根據(jù)式（根據(jù)式（2-33）和（）和（2-34）可以畫出逆變器的等值）可以畫出逆變器的等值電路如圖電路如圖2-20所示，分別用所示，分別用 和和 兩種相角表示。兩種相角表示。兩者實(shí)質(zhì)是一樣的。兩者實(shí)質(zhì)是一樣的。圖圖2-20 單橋逆變器的等值電路圖單橋逆變器的等值電路圖同樣可作出兩種外特性曲線如圖同樣可作出兩種外特性曲線如圖2-21所示。所示。圖圖2-21 單橋逆變器的外特性曲線單橋逆變器的外特性曲線圖圖2-19 單橋逆變器閥電壓波形（單橋逆變器閥電壓波形（ ）60由圖可見：逆變器閥電壓波形形狀也相當(dāng)于把整流由圖可見：逆變器閥電壓波形形狀也相當(dāng)于把整流器閥電壓波形在紙

32、面上旋轉(zhuǎn)器閥電壓波形在紙面上旋轉(zhuǎn)180。其特點(diǎn)為：。其特點(diǎn)為： 在導(dǎo)通期間，是一條代表很小正向壓降的直線，在導(dǎo)通期間，是一條代表很小正向壓降的直線，此時(shí)為零；此時(shí)為零； 在阻斷期間，有很長(zhǎng)一段時(shí)間處在正向電壓作在阻斷期間，有很長(zhǎng)一段時(shí)間處在正向電壓作用下，此時(shí)如果電壓過高，特別是電壓上升過快，用下，此時(shí)如果電壓過高，特別是電壓上升過快，閥在該段時(shí)間內(nèi)存在有未經(jīng)觸發(fā)就發(fā)生閥在該段時(shí)間內(nèi)存在有未經(jīng)觸發(fā)就發(fā)生誤開通誤開通（通?。┕收希ㄍɑ。┕收系目赡苄?；而很短時(shí)間處在反向電的可能性；而很短時(shí)間處在反向電壓作用下，而且電壓較低，所以逆變器發(fā)生反向壓作用下，而且電壓較低，所以逆變器發(fā)生反向?qū)ü收系臋C(jī)率

33、較小。這與整流器情況恰恰相反。導(dǎo)通故障的機(jī)率較小。這與整流器情況恰恰相反。應(yīng)該注意的是：應(yīng)該注意的是：關(guān)斷越前角關(guān)斷越前角 要足夠大，使換流閥要足夠大，使換流閥有足夠長(zhǎng)的時(shí)間處于反向電壓作用下，以保證退出導(dǎo)有足夠長(zhǎng)的時(shí)間處于反向電壓作用下，以保證退出導(dǎo)通的閥能完全恢復(fù)阻斷能力。通的閥能完全恢復(fù)阻斷能力。 逆變器在正常運(yùn)行情況下，關(guān)斷越前角必須大逆變器在正常運(yùn)行情況下，關(guān)斷越前角必須大于某一定角度，這角度稱為安全關(guān)斷越前角，用于某一定角度，這角度稱為安全關(guān)斷越前角，用 表示。一般為表示。一般為15或更大一些?；蚋笠恍?。0閥電流的波形以閥閥電流的波形以閥1、閥、閥4和和a相為例，如圖相為例，如圖

34、2-18所示。所示。可以看出，逆變器閥電流的上升沿波形是向上凸出可以看出，逆變器閥電流的上升沿波形是向上凸出的，下降的后沿是向下凹進(jìn)的。這恰恰和整流器閥的，下降的后沿是向下凹進(jìn)的。這恰恰和整流器閥電流的前后沿波形相反。電流的前后沿波形相反。閥電流、交流相電流的有效值的計(jì)算同整流器，只閥電流、交流相電流的有效值的計(jì)算同整流器，只需替換角度即可。即用需替換角度即可。即用 代替代替 角。角。圖圖2-18 單橋逆變器電流波形單橋逆變器電流波形各個(gè)閥電流的波形如圖各個(gè)閥電流的波形如圖2-13所示。在換相過程中，所示。在換相過程中，閥電流上升和下降部分的波形如圖閥電流上升和下降部分的波形如圖2-6所示，在

35、其余所示，在其余的導(dǎo)通期間，閥電流等于的導(dǎo)通期間，閥電流等于 。各閥導(dǎo)通的時(shí)間為。各閥導(dǎo)通的時(shí)間為 。只分析簡(jiǎn)單的情況：假定只分析簡(jiǎn)單的情況：假定 ，則閥電流波形是，則閥電流波形是寬度為寬度為120的矩形波，并且形狀與的矩形波，并且形狀與 的大小無關(guān)。的大小無關(guān)。閥電流的有閥電流的有效值為：效值為：橋交流側(cè)線電流的橋交流側(cè)線電流的有效值為：有效值為：201210.577233VdddIIII20.8163ddIII0dI120 (2-24) (2-25) 在直流輸電工程中，常把兩個(gè)或兩個(gè)以上換流橋在直流輸電工程中，常把兩個(gè)或兩個(gè)以上換流橋的直流端串聯(lián)起來，組成一個(gè)多橋的換流器，以得的直流端串聯(lián)

36、起來，組成一個(gè)多橋的換流器，以得到輸電所需要的直流電壓。到輸電所需要的直流電壓。 多橋換流器一般由偶數(shù)個(gè)的橋串聯(lián)組成，其中每多橋換流器一般由偶數(shù)個(gè)的橋串聯(lián)組成，其中每?jī)蓚€(gè)橋布置成為一個(gè)雙橋。每一個(gè)雙橋中的兩個(gè)橋兩個(gè)橋布置成為一個(gè)雙橋。每一個(gè)雙橋中的兩個(gè)橋分別由兩組相位差為分別由兩組相位差為30的三相交流電源供電。這的三相交流電源供電。這兩組三相交流電壓可以從接線方式為兩組三相交流電壓可以從接線方式為Y/Y和和Y/ 的的兩臺(tái)換流變壓器得到，也可以從一臺(tái)兩臺(tái)換流變壓器得到，也可以從一臺(tái)Y/Y/ 接線的接線的三繞組變壓器的兩個(gè)次繞組得到。三繞組變壓器的兩個(gè)次繞組得到。 Y/Y接線換流變壓器相位超前于

37、接線換流變壓器相位超前于Y/接線接線換流變壓器；換流變壓器； 橋橋1對(duì)應(yīng)閥臂的開通時(shí)間超前于橋?qū)?yīng)閥臂的開通時(shí)間超前于橋2對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng)閥臂閥臂30度；度； 每個(gè)單橋內(nèi)部的每個(gè)單橋內(nèi)部的6個(gè)閥臂按照個(gè)閥臂按照60度的間度的間隔順序輪流導(dǎo)通。隔順序輪流導(dǎo)通。 多橋換流器的多橋換流器的優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)： 各橋換流變壓器適當(dāng)聯(lián)結(jié)后，可使整個(gè)換流器各橋換流變壓器適當(dāng)聯(lián)結(jié)后，可使整個(gè)換流器注入系統(tǒng)的注入系統(tǒng)的諧波電流大大減小諧波電流大大減小。 具有具有較高的運(yùn)行可靠性較高的運(yùn)行可靠性。當(dāng)多橋中的一橋故障。當(dāng)多橋中的一橋故障時(shí)，其余健全橋仍可工作，不致造成換流器全停。時(shí)，其余健全橋仍可工作，不致造成換流器全停。 便于用

38、便于用規(guī)格化的換流橋規(guī)格化的換流橋組成不同額定直流電壓組成不同額定直流電壓的換流器。的換流器。 所以，所以，HVDC工程中采用最多的是雙橋換流器。工程中采用最多的是雙橋換流器。它共有它共有12個(gè)閥臂，其結(jié)線如圖個(gè)閥臂，其結(jié)線如圖2-22所示。所示。圖圖2-22 雙橋換流器的原理結(jié)線圖雙橋換流器的原理結(jié)線圖 雙橋換流器的運(yùn)行特點(diǎn)：雙橋換流器的運(yùn)行特點(diǎn)： 正常運(yùn)行時(shí)正常運(yùn)行時(shí)12個(gè)臂開通的次序如圖中數(shù)字所示，個(gè)臂開通的次序如圖中數(shù)字所示，為為11、12、21、22、31、32、41、42、51、52、61、62。各個(gè)臂開通時(shí)刻的間隔為。各個(gè)臂開通時(shí)刻的間隔為1/12基波周期?；ㄖ芷凇?雙橋中的每

39、個(gè)橋的直流電壓都是雙橋中的每個(gè)橋的直流電壓都是6脈動(dòng)的，但脈動(dòng)的，但由于二者的三相交流電壓相差由于二者的三相交流電壓相差30，串聯(lián)后得到，串聯(lián)后得到的直流電壓是的直流電壓是12脈動(dòng)的。如圖脈動(dòng)的。如圖2-24所示。所示。 12脈動(dòng)的換流器比脈動(dòng)的換流器比6脈動(dòng)的換流器具有更小的脈動(dòng)的換流器具有更小的紋波系數(shù)，注入交流系統(tǒng)的諧波電流也較小。紋波系數(shù)，注入交流系統(tǒng)的諧波電流也較小。雙橋換流器電壓波形（理想情況）o2tea1c1u21dv2dv6ea2c212脈動(dòng)621dddvvviv12iv42p21p11p31p61p51p41p61p11p61ecbeabeacebcebaecaecbeabC

40、21C31C41C51C61C11C21C11C61tu21dvC22C32C42C52C62C12C22C12C62ecaecbeabeacebcebaecaecbeabp22p12p32p62p52p42p62p12p622dviv11iv4141111vvaiiiiv31iv61iv6161311vvbiiiiv21iv51iv21iv5121511vvciii42122vvaiiiiv32iv62iv6262322vvbiiiiv52iv52iv2222522vvciii雙橋換流變閥側(cè)電流波形（理想情況）dI31dI32p21p11p31p61p51p41p61p11p61ecbeabeacebcebaecaecbeabC21C31C41C51C61C11C21C11C61tu21duC22C32C42C52C62C12C22C12C62ecaecbeabeacebcebaecaecbeabp22p12p32p62p52p42p62p12p622duiv11i