直流输电换流原理讲义课件

直流输电换流原理直流输电基础11/18/20221直流输电换流原理直流输电基础11/11/20221补充材料：二极管与晶闸管各种换流电路拓扑本质——电力电子开关阵列11/18/20222补充材料：二极管与晶闸管各种换流电路拓扑本质——电力电子开补充材料：二极管与晶闸管电力电子开关阵列构成的三相整流器11/18/20223补充材料：二极管与晶闸管电力电子开关阵列构成的三相整流器11补充材料：二极管与晶闸管理想电力电子开关器件双向导通能力双向阻断能力理想的开关特性

无滞后的开关控制特性瞬时完成的开关过程无损耗11/18/20224补充材料：二极管与晶闸管理想电力电子开关器件双向导通能力补充材料：二极管与晶闸管实际电力电子开关器件正向导通、反向阻断器件：二极管正向导通、双向阻断器件：GTO（THY）正向导通、正向阻断器件：BJT双向导通、正向阻断器件：FET11/18/20225补充材料：二极管与晶闸管实际电力电子开关器件正向导通、反向补充材料：二极管与晶闸管功率二极管P-N结型半导体器件单向导电器件非线性器件电力系统谐波问题计算机仿真的困难11/18/20226补充材料：二极管与晶闸管功率二极管P-N结型半导体器件电力补充材料：二极管与晶闸管功率二极管vDiDKA-+vDiDVB0VF(I)反向阻断区IvDiD0符号实际伏安特性理想伏安特性11/18/20227补充材料：二极管与晶闸管功率二极管vDiDKA-+vDiDV补充材料：二极管与晶闸管晶闸管（可控硅）四层三端半导体器件半可控电力电子器件（控通不控断）非线性器件电力系统谐波问题计算机仿真的困难11/18/20228补充材料：二极管与晶闸管晶闸管（可控硅）四层三端半导体器件补充材料：二极管与晶闸管晶闸管vAKiGKA-+iA反向阻断区反向击穿电压反向击穿正向转折电压导通态关断态脉冲电流作用下导通过程vAKiA0导通态导通过程正向阻断反向阻断vAKiA0符号实际伏安特性理想伏安特性11/18/20229补充材料：二极管与晶闸管晶闸管vAKiGKA-+iA反向反向补充材料：二极管与晶闸管晶闸管：正向转折电压门极悬空时，与反向击穿电压大致相同门极注入正电流时，正向转折电压降低门极注入电流足够大时，正向特性类似于二极管——发生正向转折现象时对应的正向偏置电压11/18/202210补充材料：二极管与晶闸管晶闸管：正向转折电压门极悬空时，与补充材料：二极管与晶闸管晶闸管：正向转折电压11/18/202211补充材料：二极管与晶闸管晶闸管：正向转折电压11/11/20补充材料：二极管与晶闸管晶闸管：导通条件正向偏置合适的触发信号某一时刻两条件必须同时满足，与顺序无关11/18/202212补充材料：二极管与晶闸管晶闸管：导通条件正向偏置某一时刻两补充材料：二极管与晶闸管晶闸管：关断条件通过的电流小于某一值（维持电流）然后，偏置电压为零或为负值，并保持一段时间晶闸管可靠关断后即使再加正向偏置电压也不会导通，除非再加触发脉冲11/18/202213补充材料：二极管与晶闸管晶闸管：关断条件通过的电流小于某一螺栓型晶闸管外观补充材料：二极管与晶闸管11/18/202214螺栓型晶闸管外观补充材料：二极管与晶闸管11/11/2022螺栓型晶闸管外观补充材料：二极管与晶闸管11/18/202215螺栓型晶闸管外观补充材料：二极管与晶闸管11/11/2022平板型晶闸管外观补充材料：二极管与晶闸管11/18/202216平板型晶闸管外观补充材料：二极管与晶闸管11/11/2022平板型晶闸管外观补充材料：二极管与晶闸管11/18/202217平板型晶闸管外观补充材料：二极管与晶闸管11/11/2022补充材料：HVDC换流器11/18/202218补充材料：HVDC换流器11/11/202218补充材料：HVDC换流器阀阀组件阀厅11/18/202219补充材料：HVDC换流器阀11/11/202219补充材料：晶闸管阀均压电路稳态均压电阻晶闸管关断暂态均压阳极电抗组间均压冲击陡波均压11/18/202220补充材料：晶闸管阀均压电路稳态均压电阻晶闸管关断暂态均压阳极补充材料：晶闸管阀换流器桥臂桥臂组件11/18/202221补充材料：晶闸管阀换流器桥臂桥臂组件11/11/202221第二章换流器的工作原理换流器的功能交流－直流变换直流－交流变换直流－直流变换交流－交流变换整流器逆变器斩波器变频器11/18/202222第二章换流器的工作原理换流器的功能交流－直流变换整流器第二章换流器的工作原理三相交－直换流器桥接线共阴极组共阳极组桥臂11/18/202223第二章换流器的工作原理三相交－直换流器桥接线共阴极组共阳第二章换流器的工作原理三相桥式换流器的优点桥阀承受的电压峰值较低换流变压器容量较小换流变压器接线较简单阀的伏安容量较小直流电压纹波较小基本的换流器单元阀的利用率高变压器的利用率高11/18/202224第二章换流器的工作原理三相桥式换流器的优点桥阀承受的电第二章换流器的工作原理理想的假定条件三相交流电源对称、正弦、频率恒定交流电网阻抗对称，忽略换流变压器激磁导纳大电感平波电抗器，换流器直流侧电流为纯直流阀的特性是理想的桥阀等相位间隔依次轮流触发11/18/202225第二章换流器的工作原理理想的假定条件三相交流电源对称、第二章换流器的工作原理单桥整流器换相电感直流平波电感交流电源交流侧电流直流侧电流阀电流直流侧电压（滤波前）直流侧电压（滤波后）11/18/202226第二章换流器的工作原理单桥整流器换相电感直流平波电感交流第二章换流器的工作原理三相桥式换流器中重要的量交流侧相电压：va、vb、vc阀电压：v1~v6

vd

=

vm

-vn：直流侧电压

Vd：换流器直流输出电压阀电流：i1~i6交流侧电流：ia、ib、ic桥交流端对“O”点电位“m”、“n”点之间的电位差V1~V6阳极－阴极之间电压vd的平均值11/18/202227第二章换流器的工作原理三相桥式换流器中重要的量交流侧相第二章换流器的工作原理交流侧电源电动势（相电势）11/18/202228第二章换流器的工作原理交流侧电源电动势（相电势）11/1第二章换流器的工作原理交流侧电源电动势（线电势）11/18/202229第二章换流器的工作原理交流侧电源电动势（线电势）11/1第二章换流器的工作原理交流侧电源线电势过零点eca过零点eab过零点ebc过零点eca过零点eab过零点ebc过零点计时起点11/18/202230第二章换流器的工作原理交流侧电源线电势过零点eca过零第二章换流器的工作原理单桥整流器触发V1前导通11/18/202231第二章换流器的工作原理单桥整流器触发V1前导通11/11第二章换流器的工作原理触发滞后角aPP1P311/18/202232第二章换流器的工作原理触发滞后角aPP1P311/11/第二章换流器的工作原理触发滞后角aP与开通滞后角a理想情况下，aP1~aP6相等，记为aP触发滞后角aP：触发脉冲时刻P与C间的电角度开通滞后角a：阀开通时刻T与C间的电角度正常运行情况下：

开通滞后角＝触发滞后角11/18/202233第二章换流器的工作原理触发滞后角aP与开通滞后角a理想第二章换流器的工作原理整流器换相过程

Lg存在（换流变压器漏感、交流系统等值电感等）

Lg的存在使得阀电流不能突变存在同一半桥中两阀同时导通的区间直流负载电流Id从一阀向另一阀转移换相过程为两相短路过程11/18/202234第二章换流器的工作原理整流器换相过程Lg存在（换流变第二章换流器的工作原理整流器换相过程换相前换相中换相后11/18/202235第二章换流器的工作原理整流器换相过程换相前换相中换相后1第二章换流器的工作原理整流器换相过程（局部电路）换相前换相中换相后11/18/202236第二章换流器的工作原理整流器换相过程（局部电路）换相前换换相中i1i5第二章换流器的工作原理整流器换相过程（V5V1）11/18/202237换相中i1i5第二章换流器的工作原理整流器换相过程（V5第二章换流器的工作原理整流器换相过程（V5V1）换相开始时换相过程中换相结束时11/18/202238第二章换流器的工作原理整流器换相过程（V5V1第二章换流器的工作原理整流器换相过程（V5V1）短路电流直流分量短路电流强制分量两相短路电压换相开始换相结束11/18/202239第二章换流器的工作原理整流器换相过程（V5V1第二章换流器的工作原理

i：换相电流（两相短路电流）

vac：换相电压（两相短路电压）

X：换相电抗换相期间三阀导通；非换相期间两阀导通换相过程：六个电子开关轮流工作2－3工况11/18/202240第二章换流器的工作原理i：换相电流（两相短路电流）第二章换流器的工作原理换相重叠角g换相过程所经历的电角度2-3工况下小于6011/18/202241第二章换流器的工作原理换相重叠角g换相过程所经历的电角第二章换流器的工作原理换相重叠角g其它参数不变的情况下：

Id、E、Xg、ag11/18/202242第二章换流器的工作原理换相重叠角g其它参数不变的情况下：第二章换流器的工作原理换相重叠角g（a变化时）11/18/202243第二章换流器的工作原理换相重叠角g（a变化时）11/1第二章换流器的工作原理换相角g与工况11/18/202244第二章换流器的工作原理换相角g与工况11/11/202第二章换流器的工作原理整流器的直流电压（a=0，g=0）vmvnvd=

vm-vn脉动六次11/18/202245第二章换流器的工作原理整流器的直流电压（a=0，g第二章换流器的工作原理整流器的直流电压（a=0，g=0）无相控理想空载直流电压11/18/202246第二章换流器的工作原理整流器的直流电压（a=0，g第二章换流器的工作原理整流器的直流电压（a>0，g=0）

vmvnvd=

vm-vn触发脉冲eca过零点360，脉动六次11/18/202247第二章换流器的工作原理整流器的直流电压（a>0，g第二章换流器的工作原理整流器的直流电压（a>0，g=0）有相控理想空载直流电压11/18/202248第二章换流器的工作原理整流器的直流电压（a>0，g第二章换流器的工作原理整流器的实际空载直流电压a30°a>30°11/18/202249第二章换流器的工作原理整流器的实际空载直流电压a3第二章换流器的工作原理整流器的实际空载直流电压（a30°）a30°理想无相控空载直流电压输出电压峰值11/18/202250第二章换流器的工作原理整流器的实际空载直流电压（aa>30°第二章换流器的工作原理整流器的实际空载直流电压（a>30°）理想有相控空载直流电压输出电压峰值11/18/202251a>30°第二章换流器的工作原理整流器的实际空载直流第二章换流器的工作原理整流器的直流电压（a变化，g=0）11/18/202252第二章换流器的工作原理整流器的直流电压（a变化，g第二章换流器的工作原理整流器的直流电压（a>0，g>0）

vmvnvd=

vm-vn触发脉冲eca过零点11/18/202253第二章换流器的工作原理整流器的直流电压（a>0，g第二章换流器的工作原理整流器的换相压降（a>0，g>0）等值换相电阻11/18/202254第二章换流器的工作原理整流器的换相压降（a>0，g第二章换流器的工作原理整流器的直流电压（a>0，g>0）有相控带负载直流电压等值换相电阻11/18/202255第二章换流器的工作原理整流器的直流电压（a>0，g第二章换流器的工作原理整流器的直流电压（a变化，g>0）11/18/202256第二章换流器的工作原理整流器的直流电压（a变化，g第二章换流器的工作原理整流器的阀电压导通关断（承受反压）关断（承受正压）11/18/202257第二章换流器的工作原理整流器的阀电压导通关断（承受反压）第二章换流器的工作原理整流器的阀电压（a变化，g>0）V1的阳极电位（蓝）和阴极电位（红）11/18/202258第二章换流器的工作原理整流器的阀电压（a变化，g>第二章换流器的工作原理整流器的阀电压（a变化，g>0）11/18/202259第二章换流器的工作原理整流器的阀电压（a变化，g>第二章换流器的工作原理整流器的阀电流和交流侧电流（a=0，g=0）阀电流交流侧电流11/18/202260第二章换流器的工作原理整流器的阀电流和交流侧电流（a=第二章换流器的工作原理整流器的阀电流（g=0）120矩形波，波形形状与a无关，相位与a有关11/18/202261第二章换流器的工作原理整流器的阀电流（g=0）1第二章换流器的工作原理整流器的交流侧电流（g=0）总有效值：11/18/202262第二章换流器的工作原理整流器的交流侧电流（g=0第二章换流器的工作原理整流器的交流侧电流（g=0）基波分量有效值：11/18/202263第二章换流器的工作原理整流器的交流侧电流（g=0第二章换流器的工作原理整流器的阀电流和交流侧电流（a>0，g>0）阀电流交流侧电流上升段下降段非换相段（直流）11/18/202264第二章换流器的工作原理整流器的阀电流和交流侧电流（a>第二章换流器的工作原理整流器的阀电流（g>0）上升段（aw

ta

+g）:11/18/202265第二章换流器的工作原理整流器的阀电流（g>0）上第二章换流器的工作原理整流器的阀电流（g>0）下降段（120+aw

t120+a

+g）:11/18/202266第二章换流器的工作原理整流器的阀电流（g>0）下第二章换流器的工作原理整流器的阀电流（g>0）有效值:11/18/202267第二章换流器的工作原理整流器的阀电流（g>0）有第二章换流器的工作原理整流器的阀电流（g>0）(a

,g):11/18/202268第二章换流器的工作原理整流器的阀电流（g>0）第二章换流器的工作原理整流器的阀电流（g>0）有效值系数：11/18/202269第二章换流器的工作原理整流器的阀电流（g>0）有效第二章换流器的工作原理整流器的交流侧电流（g>0）有效值:11/18/202270第二章换流器的工作原理整流器的交流侧电流（g>0）第二章换流器的工作原理整流器的交流侧电流（g>0）基波有功分量:11/18/202271第二章换流器的工作原理整流器的交流侧电流（g>0）第二章换流器的工作原理整流器的交流侧电流（g>0）有功功率平衡：11/18/202272第二章换流器的工作原理整流器的交流侧电流（g>0）第二章换流器的工作原理整流器的交流侧电流（g>0）基波无功分量:11/18/202273第二章换流器的工作原理整流器的交流侧电流（g>0）第二章换流器的工作原理整流器的交流侧电流（g>0）基波分量:11/18/202274第二章换流器的工作原理整流器的交流侧电流（g>0）第二章换流器的工作原理换流装置的功率因数（直观分析）11/18/202275第二章换流器的工作原理换流装置的功率因数（直观分析）11有功功率第二章换流器的工作原理换流装置的功率因数（精确分析）视在功率11/18/202276有功功率第二章换流器的工作原理换流装置的功率因数（精确分第二章换流器的工作原理换流装置的总功率因数（精确分析）11/18/202277第二章换流器的工作原理换流装置的总功率因数（精确分析）1第二章换流器的工作原理换流装置的基波功率因数（精确分析）11/18/202278第二章换流器的工作原理换流装置的基波功率因数（精确分析）第二章换流器的工作原理换流装置的功率因数（工程应用）较精确较粗略11/18/202279第二章换流器的工作原理换流装置的功率因数（工程应用）较精第二章换流器的工作原理换流装置的功率因数分析有功功率基波无功功率畸变无功功率11/18/202280第二章换流器的工作原理换流装置的功率因数分析有功功率基波第二章换流器的工作原理换流装置的等值电路无相控理想空载电压有相控理想空载电压有相控带载输出电压等值换相电阻11/18/202281第二章换流器的工作原理换流装置的等值电路无相控理想空载电第二章换流器的工作原理可控整流器的外特性11/18/202282第二章换流器的工作原理可控整流器的外特性11/11/20第二章换流器的工作原理单桥换流器的计算公式（g<60

）11/18/202283第二章换流器的工作原理单桥换流器的计算公式（g<第二章换流器的工作原理单桥换流器的计算公式（g<60

）（续）11/18/202284第二章换流器的工作原理单桥换流器的计算公式（g<第二章换流器的工作原理单桥逆变器11/18/202285第二章换流器的工作原理单桥逆变器11/11/202285第二章换流器的工作原理换流器逆变运行的条件整流器空载直流电压大于逆变器空载直流电压逆变器由交流系统提供换相电流（两相电路电流）有足够大的关断越前角只有具备正向阻断能力的器件可构成逆变器11/18/202286第二章换流器的工作原理换流器逆变运行的条件整流器空载直第二章换流器的工作原理换流器直流侧电压（60°<a<120°）直流电压正负交替11/18/202287第二章换流器的工作原理换流器直流侧电压（60°<a<第二章换流器的工作原理换流器直流侧电压（120°<a<180°）直流电压恒为负11/18/202288第二章换流器的工作原理换流器直流侧电压（120°<a第二章换流器的工作原理逆变器的触发越前角b与关断越前角db：阀的触发时刻越前于相应的线电压过零点的电角度，b

＝

180°-ad：阀关断时刻到相应的线电压过零点的电角度，又称为熄弧角11/18/202289第二章换流器的工作原理逆变器的触发越前角b与关断越前角第二章换流器的工作原理各角度之间的关系触发滞后角触发越前角换相重叠角关断越前角关断滞后角11/18/202290第二章换流器的工作原理各角度之间的关系触发滞后角触发越前第二章换流器的工作原理角度符号对照触发滞后角a

触发越前角b

换相重叠角g

关断越前角d

abug11/18/202291第二章换流器的工作原理角度符号对照触发滞后角aabu第二章换流器的工作原理逆变器的直流电压（g>0）vmvnvd=

vm-vn触发脉冲eca过零点11/18/202292第二章换流器的工作原理逆变器的直流电压（g>0）第二章换流器的工作原理换流器直流侧电压（a>90°）11/18/202293第二章换流器的工作原理换流器直流侧电压（a>90°）第二章换流器的工作原理换流器直流侧电压（a>90°）11/18/202294第二章换流器的工作原理换流器直流侧电压（a>90°）第二章换流器的工作原理换流器直流侧电压（整流逆变）11/18/202295第二章换流器的工作原理换流器直流侧电压（整流逆变）11第二章换流器的工作原理逆变器换相过程（V5V1）11/18/202296第二章换流器的工作原理逆变器换相过程（V5V1换相开始第二章换流器的工作原理逆变器换相过程（V5V1）换相结束11/18/202297换相开始第二章换流器的工作原理逆变器换相过程（V5第二章换流器的工作原理逆变器的关断越前角与换相失败

d不够大有可能导致换相失败为保证逆变器正常运行，应使得d>d0

d015（50Hz系统）（60Hz系统：d018）11/18/202298第二章换流器的工作原理逆变器的关断越前角与换相失败d第二章换流器的工作原理逆变器的直流电压（a>90，g>0）

将逆变器电压波形旋转180

da，gg

得到Vd的负值11/18/202299第二章换流器的工作原理逆变器的直流电压（a>90，第二章换流器的工作原理逆变器的直流电压（反电压）11/18/2022100第二章换流器的工作原理逆变器的直流电压（反电压）11/1第二章换流器的工作原理逆变器的阀电压（b

60）与阀电流导通关断（承受反压）关断（承受正压）11/18/2022101第二章换流器的工作原理逆变器的阀电压（b60）与第二章换流器的工作原理逆变器的阀电压11/18/2022102第二章换流器的工作原理逆变器的阀电压11/11/2022第二章换流器的工作原理逆变器的阀电压：实际关断越前角d60<b90：后继换相齿前沿与横轴交于C611/18/2022103第二章换流器的工作原理逆变器的阀电压：实际关断越前角d第二章换流器的工作原理逆变器的阀电压：实际关断越前角d

b>90：后继换相齿前沿全部处于横轴下面11/18/2022104第二章换流器的工作原理逆变器的阀电压：实际关断越前角d第二章换流器的工作原理逆变器安全运行条件g45时：

情况1（b60）：d=d=b

-

g情况2（60<b90）：d=60-

g情况3（b>90）：d=d-30=b

-

g-30?11/18/2022105第二章换流器的工作原理逆变器安全运行条件g45第二章换流器的工作原理逆变器安全运行条件g>45时：

情况1（b<60）：d=d=b

-

g情况2（60<b<90）：d=60-

g情况3（b>90）：d=d-30=b

-

g-30?11/18/2022106第二章换流器的工作原理逆变器安全运行条件g>45第二章换流器的工作原理逆变器的功率因数（直观分析）11/18/2022107第二章换流器的工作原理逆变器的功率因数（直观分析）11/等b等值电路第二章换流器的工作原理可控逆变器的等值电路等g等值电路11/18/2022108等b等值电路第二章换流器的工作原理可控逆变器的等值电路第二章换流器的工作原理可控逆变器的外特性（反电压）aaa11/18/2022109第二章换流器的工作原理可控逆变器的外特性（反电压）aaa第二章换流器的工作原理换流器的工况图

Vd、Id、a、b、g、d、P、Q、W、cosj等量之间的关系

Id-

Vd工况图

P-

Q

工况图11/18/2022110第二章换流器的工作原理换流器的工况图Vd、Id、a第二章换流器的工作原理Id-

Vd直角坐标系的工况图标幺值：11/18/2022111第二章换流器的工作原理Id-Vd直角坐标系的工况图直流电流方程第二章换流器的工作原理Id-

Vd直角坐标系的工况图基本方程：直流电压方程11/18/2022112直流电流方程第二章换流器的工作原理Id-Vd直角坐等a方程第二章换流器的工作原理Id-

Vd直角坐标系的工况图（一）等a、等d及等g轨迹：等d(等z)方程等g方程11/18/2022113等a方程第二章换流器的工作原理Id-Vd直角坐标第二章换流器的工作原理Id-

Vd直角坐标系的工况图(一)(g

60)等a方程等d(等z)方程等g方程等a线等d线等g线11/18/2022114第二章换流器的工作原理Id-Vd直角坐标系的工况图第二章换流器的工作原理Id-

Vd直角坐标系的工况图（二）等cosj、等视在功率、等有功功率及等无功功率轨迹：等cosj方程（近似）等视在功率方程（近似）等有功功率方程等无功功率方程11/18/2022115第二章换流器的工作原理Id-Vd直角坐标系的工况图第二章换流器的工作原理Id-

Vd直角坐标系的工况图（二）等cosj方程（近似）等视在功率方程（近似）等有功功率方程等无功功率方程等cosj线等有功功率线等无功功率线等视在功率线11/18/2022116第二章换流器的工作原理Id-Vd直角坐标系的工况图第二章换流器的工作原理P

-

Q直角坐标系的工况图标幺值：11/18/2022117第二章换流器的工作原理P-Q直角坐标系的工况图标幺值第二章换流器的工作原理P-

Q直角坐标系的工况图（一）等W*

、等cosj、等Id*及等Vd*轨迹：等视在功率方程等cosj方程等Id*方程等Vd*方程11/18/2022118第二章换流器的工作原理P-Q直角坐标系的工况图（一）第二章换流器的工作原理P-

Q直角坐标系的工况图（一）等视在功率方程等Id*方程等cosj方程等Vd*方程等视在功率线等Id*线等Vd*线等cosj

线11/18/2022119第二章换流器的工作原理P-Q直角坐标系的工况图（一）第二章换流器的工作原理P-

Q直角坐标系的工况图（二）P

、Q：11/18/2022120第二章换流器的工作原理P-Q直角坐标系的工况图（二）第二章换流器的工作原理P-

Q直角坐标系的工况图（二）11/18/2022121第二章换流器的工作原理P-Q直角坐标系的工况图（二）第二章换流器的工作原理P-

Q直角坐标系的工况图（二）11/18/2022122第二章换流器的工作原理P-Q直角坐标系的工况图（二）第二章换流器的工作原理P-

Q直角坐标系的工况图（二）P*

、Q*与g（g

60）：11/18/2022123第二章换流器的工作原理P-Q直角坐标系的工况图（二）第二章换流器的工作原理P-

Q直角坐标系的工况图（二）P*

、Q*与a及z（g

60）：等a方程等z方程11/18/2022124第二章换流器的工作原理P-Q直角坐标系的工况图（二）第二章换流器的工作原理P-

Q直角坐标系的工况图（二）P*

、Q*与a、g及z（g

60）：等g

线等a

线等z

线11/18/2022125第二章换流器的工作原理P-Q直角坐标系的工况图（第二章换流器的工作原理P-

Q直角坐标系的工况图(二)（局部）P*

、Q*与a、g及z（g

60）：等g

线等a

线等z

线11/18/2022126第二章换流器的工作原理P-Q直角坐标系的工况图(第二章换流器的工作原理P-

Q直角坐标系的工况图（三）等直流电流与等直流电压的精确轨迹（g

60）：等直流电流线等直流电压线11/18/2022127第二章换流器的工作原理P-Q直角坐标系的工况图（三）第二章换流器的工作原理P-

Q直角坐标系的工况图（三）用近似方法计算无功功率的误差：11/18/2022128第二章换流器的工作原理P-Q直角坐标系的工况图（三）第二章换流器的工作原理多桥换流器的构成由基本换流器单元（三相桥）组合构成直流侧串联交流侧通过移相变压器并联各桥的触发脉冲错开适当相位11/18/2022129第二章换流器的工作原理多桥换流器的构成由基本换流器单元第二章换流器的工作原理多桥换流器的优点显著减小注入交流系统的谐波电流提高换流器的可用性规格化换流器的制造11/18/2022130第二章换流器的工作原理多桥换流器的优点显著减小注入交流第二章换流器的工作原理双桥12脉动换流器结构11/18/2022131第二章换流器的工作原理双桥12脉动换流器结构11/11/第二章换流器的工作原理双桥12脉动换流器直流电压（a=0，g=0）11/18/2022132第二章换流器的工作原理双桥12脉动换流器直流电压（a=第二章换流器的工作原理双桥12脉动换流器直流电压（a变化，g=0）11/18/2022133第二章换流器的工作原理双桥12脉动换流器直流电压（a变第二章换流器的工作原理双桥12脉动换流器直流电压（a变化，g>0）11/18/2022134第二章换流器的工作原理双桥12脉动换流器直流电压（a变第二章换流器的工作原理双桥12脉动换流器的桥间耦合：电路结构桥I漏电抗桥II漏电抗桥间耦合电抗11/18/2022135第二章换流器的工作原理双桥12脉动换流器的桥间耦合：电路第二章换流器的工作原理双桥12脉动换流器的桥间耦合：相量图11/18/2022136第二章换流器的工作原理双桥12脉动换流器的桥间耦合：相量第二章换流器的工作原理双桥12脉动换流器的桥间耦合：对电压的影响（g<30）11/18/2022137第二章换流器的工作原理双桥12脉动换流器的桥间耦合：对电第二章换流器的工作原理双桥12脉动换流器的桥间耦合：附加换相齿附加换相齿本桥换相齿11/18/2022138第二章换流器的工作原理双桥12脉动换流器的桥间耦合：附加第二章换流器的工作原理双桥12脉动换流器的桥间耦合：v1211/18/2022139第二章换流器的工作原理双桥12脉动换流器的桥间耦合：v1第二章换流器的工作原理双桥12脉动换流器的桥间耦合：附加换相齿对关断越前角的影响11/18/2022140第二章换流器的工作原理双桥12脉动换流器的桥间耦合：附加第二章换流器的工作原理双桥12脉动换流器的桥间解耦合交流滤波器平衡电抗器11/18/2022141第二章换流器的工作原理双桥12脉动换流器的桥间解耦合交第二章换流器的工作原理多桥换流器的特殊运行方式方式1方式2方式2方式3方式3方式3方式311/18/2022142第二章换流器的工作原理多桥换流器的特殊运行方式方式1方式第二章换流器的工作原理60<g<120时运行情况分析3-4工况

最小开通滞后角（强制开通滞后角）11/18/2022143第二章换流器的工作原理60<g<120时运第二章换流器的工作原理最小开通滞后角（60<g<120）11/18/2022144第二章换流器的工作原理最小开通滞后角（60<g第二章换流器的工作原理整流器的等值电路（60<g<120）11/18/2022145第二章换流器的工作原理整流器的等值电路（60<g第二章换流器的工作原理60<g<120时的换相过程（T1D4）11/18/2022146第二章换流器的工作原理60<g<120时的第二章换流器的工作原理60<g<120时的换相过程（D4

T2）11/18/2022147第二章换流器的工作原理60<g<120时的第二章换流器的工作原理60<g<120时的换相电流与直流电压波形11/18/2022148第二章换流器的工作原理60<g<120时的第二章换流器的工作原理60<g<120时的直流电压11/18/2022149第二章换流器的工作原理60<g<120时的第二章换流器的工作原理60<g<120时的阀电流和交流侧电流11/18/2022150第二章换流器的工作原理60<g<120时的第二章换流器的工作原理60<g<120时的电压波形a

相电压n

端电压m

端电压直流电压阀电压11/18/2022151第二章换流器的工作原理60<g<120时的第二章换流器的工作原理最小开通滞后角（g=60）11/18/2022152第二章换流器的工作原理最小开通滞后角（g=60第二章换流器的工作原理最小开通滞后角（aP

a30，g=60）a=30a=a

Pa

P<3011/18/2022153第二章换流器的工作原理最小开通滞后角（aPa第二章换流器的工作原理人工换相利用辅助阀的人工换相

利用叠加谐波的人工换相利用串联电容器的换流器………11/18/2022154第二章换流器的工作原理人工换相利用辅助阀的人工换相1补充材料：轻型直流输电轻型直流输电（HVDCLight）较小容量的直流输电系统（200～300MW以下）采用电压源型逆变器（由可关断器件构成）采用PWM技术11/18/2022155补充材料：轻型直流输电轻型直流输电（HVDCLight）补充材料：轻型直流输电轻型直流输电原理：一相电路结构11/18/2022156补充材料：轻型直流输电轻型直流输电原理：一相电路结构11/1补充材料：轻型直流输电轻型直流输电原理：PWM波形11/18/2022157补充材料：轻型直流输电轻型直流输电原理：PWM波形11/11补充材料：轻型直流输电轻型直流输电的应用11/18/2022158补充材料：轻型直流输电轻型直流输电的应用11/11/2022补充材料：轻型直流输电小规模发电提高可用性和经济性小规模发电装置向主电网供电可再生能源发电装置11/18/2022159补充材料：轻型直流输电小规模发电提高可用性和经济性11/1补充材料：轻型直流输电向小规模区域负载、海岛供电从主电网向负荷提供低成本能源向无源网络供电11/18/2022160补充材料：轻型直流输电向小规模区域负载、海岛供电从主电网向补充材料：轻型直流输电向城市中心供电利用已有路权，提高供电能力平衡多路城市供电潮流11/18/2022161补充材料：轻型直流输电向城市中心供电利用已有路权，提高供电补充材料：轻型直流输电多端直流网络网络扩充能力网络结构改变时的鲁棒性11/18/2022162补充材料：轻型直流输电多端直流网络网络扩充能力11/11/补充材料：轻型直流输电非同步联网非同步网络互联对功率交换的完全控制11/18/2022163补充材料：轻型直流输电非同步联网非同步网络互联11/11/补充材料：轻型直流输电海洋石油平台由于环保的原因，需要从大陆供电平台间互联11/18/2022164补充材料：轻型直流输电海洋石油平台由于环保的原因，需要从大补充材料：轻型直流输电改造已有交流输电线路增加输电能力提高邻近网络的稳定性11/18/2022165补充材料：轻型直流输电改造已有交流输电线路增加输电能力11补充材料：轻型直流输电轻型直流输电工程11/18/2022166补充材料：轻型直流输电轻型直流输电工程11/11/20221补充材料：轻型直流输电轻型直流输电工程：果特兰岛工程11/18/2022167补充材料：轻型直流输电轻型直流输电工程：果特兰岛工程11/1直流输电换流原理直流输电基础11/18/2022168直流输电换流原理直流输电基础11/11/20221补充材料：二极管与晶闸管各种换流电路拓扑本质——电力电子开关阵列11/18/2022169补充材料：二极管与晶闸管各种换流电路拓扑本质——电力电子开补充材料：二极管与晶闸管电力电子开关阵列构成的三相整流器11/18/2022170补充材料：二极管与晶闸管电力电子开关阵列构成的三相整流器11补充材料：二极管与晶闸管理想电力电子开关器件双向导通能力双向阻断能力理想的开关特性

无滞后的开关控制特性瞬时完成的开关过程无损耗11/18/2022171补充材料：二极管与晶闸管理想电力电子开关器件双向导通能力补充材料：二极管与晶闸管实际电力电子开关器件正向导通、反向阻断器件：二极管正向导通、双向阻断器件：GTO（THY）正向导通、正向阻断器件：BJT双向导通、正向阻断器件：FET11/18/2022172补充材料：二极管与晶闸管实际电力电子开关器件正向导通、反向补充材料：二极管与晶闸管功率二极管P-N结型半导体器件单向导电器件非线性器件电力系统谐波问题计算机仿真的困难11/18/2022173补充材料：二极管与晶闸管功率二极管P-N结型半导体器件电力补充材料：二极管与晶闸管功率二极管vDiDKA-+vDiDVB0VF(I)反向阻断区IvDiD0符号实际伏安特性理想伏安特性11/18/2022174补充材料：二极管与晶闸管功率二极管vDiDKA-+vDiDV补充材料：二极管与晶闸管晶闸管（可控硅）四层三端半导体器件半可控电力电子器件（控通不控断）非线性器件电力系统谐波问题计算机仿真的困难11/18/2022175补充材料：二极管与晶闸管晶闸管（可控硅）四层三端半导体器件补充材料：二极管与晶闸管晶闸管vAKiGKA-+iA反向阻断区反向击穿电压反向击穿正向转折电压导通态关断态脉冲电流作用下导通过程vAKiA0导通态导通过程正向阻断反向阻断vAKiA0符号实际伏安特性理想伏安特性11/18/2022176补充材料：二极管与晶闸管晶闸管vAKiGKA-+iA反向反向补充材料：二极管与晶闸管晶闸管：正向转折电压门极悬空时，与反向击穿电压大致相同门极注入正电流时，正向转折电压降低门极注入电流足够大时，正向特性类似于二极管——发生正向转折现象时对应的正向偏置电压11/18/2022177补充材料：二极管与晶闸管晶闸管：正向转折电压门极悬空时，与补充材料：二极管与晶闸管晶闸管：正向转折电压11/18/2022178补充材料：二极管与晶闸管晶闸管：正向转折电压11/11/20补充材料：二极管与晶闸管晶闸管：导通条件正向偏置合适的触发信号某一时刻两条件必须同时满足，与顺序无关11/18/2022179补充材料：二极管与晶闸管晶闸管：导通条件正向偏置某一时刻两补充材料：二极管与晶闸管晶闸管：关断条件通过的电流小于某一值（维持电流）然后，偏置电压为零或为负值，并保持一段时间晶闸管可靠关断后即使再加正向偏置电压也不会导通，除非再加触发脉冲11/18/2022180补充材料：二极管与晶闸管晶闸管：关断条件通过的电流小于某一螺栓型晶闸管外观补充材料：二极管与晶闸管11/18/2022181螺栓型晶闸管外观补充材料：二极管与晶闸管11/11/2022螺栓型晶闸管外观补充材料：二极管与晶闸管11/18/2022182螺栓型晶闸管外观补充材料：二极管与晶闸管11/11/2022平板型晶闸管外观补充材料：二极管与晶闸管11/18/2022183平板型晶闸管外观补充材料：二极管与晶闸管11/11/2022平板型晶闸管外观补充材料：二极管与晶闸管11/18/2022184平板型晶闸管外观补充材料：二极管与晶闸管11/11/2022补充材料：HVDC换流器11/18/2022185补充材料：HVDC换流器11/11/202218补充材料：HVDC换流器阀阀组件阀厅11/18/2022186补充材料：HVDC换流器阀11/11/202219补充材料：晶闸管阀均压电路稳态均压电阻晶闸管关断暂态均压阳极电抗组间均压冲击陡波均压11/18/2022187补充材料：晶闸管阀均压电路稳态均压电阻晶闸管关断暂态均压阳极补充材料：晶闸管阀换流器桥臂桥臂组件11/18/2022188补充材料：晶闸管阀换流器桥臂桥臂组件11/11/202221第二章换流器的工作原理换流器的功能交流－直流变换直流－交流变换直流－直流变换交流－交流变换整流器逆变器斩波器变频器11/18/2022189第二章换流器的工作原理换流器的功能交流－直流变换整流器第二章换流器的工作原理三相交－直换流器桥接线共阴极组共阳极组桥臂11/18/2022190第二章换流器的工作原理三相交－直换流器桥接线共阴极组共阳第二章换流器的工作原理三相桥式换流器的优点桥阀承受的电压峰值较低换流变压器容量较小换流变压器接线较简单阀的伏安容量较小直流电压纹波较小基本的换流器单元阀的利用率高变压器的利用率高11/18/2022191第二章换流器的工作原理三相桥式换流器的优点桥阀承受的电第二章换流器的工作原理理想的假定条件三相交流电源对称、正弦、频率恒定交流电网阻抗对称，忽略换流变压器激磁导纳大电感平波电抗器，换流器直流侧电流为纯直流阀的特性是理想的桥阀等相位间隔依次轮流触发11/18/2022192第二章换流器的工作原理理想的假定条件三相交流电源对称、第二章换流器的工作原理单桥整流器换相电感直流平波电感交流电源交流侧电流直流侧电流阀电流直流侧电压（滤波前）直流侧电压（滤波后）11/18/2022193第二章换流器的工作原理单桥整流器换相电感直流平波电感交流第二章换流器的工作原理三相桥式换流器中重要的量交流侧相电压：va、vb、vc阀电压：v1~v6

vd

=

vm

-vn：直流侧电压

Vd：换流器直流输出电压阀电流：i1~i6交流侧电流：ia、ib、ic桥交流端对“O”点电位“m”、“n”点之间的电位差V1~V6阳极－阴极之间电压vd的平均值11/18/2022194第二章换流器的工作原理三相桥式换流器中重要的量交流侧相第二章换流器的工作原理交流侧电源电动势（相电势）11/18/2022195第二章换流器的工作原理交流侧电源电动势（相电势）11/1第二章换流器的工作原理交流侧电源电动势（线电势）11/18/2022196第二章换流器的工作原理交流侧电源电动势（线电势）11/1第二章换流器的工作原理交流侧电源线电势过零点eca过零点eab过零点ebc过零点eca过零点eab过零点ebc过零点计时起点11/18/2022197第二章换流器的工作原理交流侧电源线电势过零点eca过零第二章换流器的工作原理单桥整流器触发V1前导通11/18/2022198第二章换流器的工作原理单桥整流器触发V1前导通11/11第二章换流器的工作原理触发滞后角aPP1P311/18/2022199第二章换流器的工作原理触发滞后角aPP1P311/11/第二章换流器的工作原理触发滞后角aP与开通滞后角a理想情况下，aP1~aP6相等，记为aP触发滞后角aP：触发脉冲时刻P与C间的电角度开通滞后角a：阀开通时刻T与C间的电角度正常运行情况下：

开通滞后角＝触发滞后角11/18/2022200第二章换流器的工作原理触发滞后角aP与开通滞后角a理想第二章换流器的工作原理整流器换相过程

Lg存在（换流变压器漏感、交流系统等值电感等）

Lg的存在使得阀电流不能突变存在同一半桥中两阀同时导通的区间直流负载电流Id从一阀向另一阀转移换相过程为两相短路过程11/18/2022201第二章换流器的工作原理整流器换相过程Lg存在（换流变第二章换流器的工作原理整流器换相过程换相前换相中换相后11/18/2022202第二章换流器的工作原理整流器换相过程换相前换相中换相后1第二章换流器的工作原理整流器换相过程（局部电路）换相前换相中换相后11/18/2022203第二章换流器的工作原理整流器换相过程（局部电路）换相前换换相中i1i5第二章换流器的工作原理整流器换相过程（V5V1）11/18/2022204换相中i1i5第二章换流器的工作原理整流器换相过程（V5第二章换流器的工作原理整流器换相过程（V5V1）换相开始时换相过程中换相结束时11/18/2022205第二章换流器的工作原理整流器换相过程（V5V1第二章换流器的工作原理整流器换相过程（V5V1）短路电流直流分量短路电流强制分量两相短路电压换相开始换相结束11/18/2022206第二章换流器的工作原理整流器换相过程（V5V1第二章换流器的工作原理

i：换相电流（两相短路电流）

vac：换相电压（两相短路电压）

X：换相电抗换相期间三阀导通；非换相期间两阀导通换相过程：六个电子开关轮流工作2－3工况11/18/2022207第二章换流器的工作原理i：换相电流（两相短路电流）第二章换流器的工作原理换相重叠角g换相过程所经历的电角度2-3工况下小于6011/18/2022208第二章换流器的工作原理换相重叠角g换相过程所经历的电角第二章换流器的工作原理换相重叠角g其它参数不变的情况下：

Id、E、Xg、ag11/18/2022209第二章换流器的工作原理换相重叠角g其它参数不变的情况下：第二章换流器的工作原理换相重叠角g（a变化时）11/18/2022210第二章换流器的工作原理换相重叠角g（a变化时）11/1第二章换流器的工作原理换相角g与工况11/18/2022211第二章换流器的工作原理换相角g与工况11/11/202第二章换流器的工作原理整流器的直流电压（a=0，g=0）vmvnvd=

vm-vn脉动六次11/18/2022212第二章换流器的工作原理整流器的直流电压（a=0，g第二章换流器的工作原理整流器的直流电压（a=0，g=0）无相控理想空载直流电压11/18/2022213第二章换流器的工作原理整流器的直流电压（a=0，g第二章换流器的工作原理整流器的直流电压（a>0，g=0）

vmvnvd=

vm-vn触发脉冲eca过零点360，脉动六次11/18/2022214第二章换流器的工作原理整流器的直流电压（a>0，g第二章换流器的工作原理整流器的直流电压（a>0，g=0）有相控理想空载直流电压11/18/2022215第二章换流器的工作原理整流器的直流电压（a>0，g第二章换流器的工作原理整流器的实际空载直流电压a30°a>30°11/18/2022216第二章换流器的工作原理整流器的实际空载直流电压a3第二章换流器的工作原理整流器的实际空载直流电压（a30°）a30°理想无相控空载直流电压输出电压峰值11/18/2022217第二章换流器的工作原理整流器的实际空载直流电压（aa>30°第二章换流器的工作原理整流器的实际空载直流电压（a>30°）理想有相控空载直流电压输出电压峰值11/18/2022218a>30°第二章换流器的工作原理整流器的实际空载直流第二章换流器的工作原理整流器的直流电压（a变化，g=0）11/18/2022219第二章换流器的工作原理整流器的直流电压（a变化，g第二章换流器的工作原理整流器的直流电压（a>0，g>0）

vmvnvd=

vm-vn触发脉冲eca过零点11/18/2022220第二章换流器的工作原理整流器的直流电压（a>0，g第二章换流器的工作原理整流器的换相压降（a>0，g>0）等值换相电阻11/18/2022221第二章换流器的工作原理整流器的换相压降（a>0，g第二章换流器的工作原理整流器的直流电压（a>0，g>0）有相控带负载直流电压等值换相电阻11/18/2022222第二章换流器的工作原理整流器的直流电压（a>0，g第二章换流器的工作原理整流器的直流电压（a变化，g>0）11/18/2022223第二章换流器的工作原理整流器的直流电压（a变化，g第二章换流器的工作原理整流器的阀电压导通关断（承受反压）关断（承受正压）11/18/2022224第二章换流器的工作原理整流器的阀电压导通关断（承受反压）第二章换流器的工作原理整流器的阀电压（a变化，g>0）V1的阳极电位（蓝）和阴极电位（红）11/18/2022225第二章换流器的工作原理整流器的阀电压（a变化，g>第二章换流器的工作原理整流器的阀电压（a变化，g>0）11/18/2022226第二章换流器的工作原理整流器的阀电压（a变化，g>第二章换流器的工作原理整流器的阀电流和交流侧电流（a=0，g=0）阀电流交流侧电流11/18/2022227第二章换流器的工作原理整流器的阀电流和交流侧电流（a=第二章换流器的工作原理整流器的阀电流（g=0）120矩形波，波形形状与a无关，相位与a有关11/18/2022228第二章换流器的工作原理整流器的阀电流（g=0）1第二章换流器的工作原理整流器的交流侧电流（g=0）总有效值：11/18/2022229第二章换流器的工作原理整流器的交流侧电流（g=0第二章换流器的工作原理整流器的交流侧电流（g=0）基波分量有效值：11/18/2022230第二章换流器的工作原理整流器的交流侧电流（g=0第二章换流器的工作原理整流器的阀电流和交流侧电流（a>0，g>0）阀电流交流侧电流上升段下降段非换相段（直流）11/18/2022231第二章换流器的工作原理整流器的阀电流和交流侧电流（a>第二章换流器的工作原理整流器的阀电流（g>0）上升段（aw

ta

+g）:11/18/2022232第二章换流器的工作原理整流器的阀电流（g>0）上第二章换流器的工作原理整流器的阀电流（g>0）下降段（120+aw

t120+a

+g）:11/18/2022233第二章换流器的工作原理整流器的阀电流（g>0）下第二章换流器的工作原理整流器的阀电流（g>0）有效值:11/18/2022234第二章换流器的工作原理整流器的阀电流（g>0）有第二章换流器的工作原理整流器的阀电流（g>0）(a

,g):11/18/2022235第二章换流器的工作原理整流器的阀电流（g>0）第二章换流器的工作原理整流器的阀电流（g>0）有效值系数：11/18/2022236第二章换流器的工作原理整流器的阀电流（g>0）有效第二章换流器的工作原理整流器的交流侧电流（g>0）有效值:11/18/2022237第二章换流器的工作原理整流器的交流侧电流（g>0）第二章换流器的工作原理整流器的交流侧电流（g>0）基波有功分量:11/18/2022238第二章换流器的工作原理整流器的交流侧电流（g>0）第二章换流器的工作原理整流器的交流侧电流（g>0）有功功率平衡：11/18/2022239第二章换流器的工作原理整流器的交流侧电流（g>0）第二章换流器的工作原理整流器的交流侧电流（g>0）基波无功分量:11/18/2022240第二章换流器的工作原理整流器的交流侧电流（g>0）第二章换流器的工作原理整流器的交流侧电流（g>0）基波分量:11/18/2022241第二章换流器的工作原理整流器的交流侧电流（g>0）第二章换流器的工作原理换流装置的功率因数（直观分析）11/18/2022242第二章换流器的工作原理换流装置的功率因数（直观分析）11有功功率第二章换流器的工作原理换流装置的功率因数（精确分析）视在功率11/18/2022243有功功率第二章换流器的工作原理换流装置的功率因数（精确分第二章换流器的工作原理换流装置的总功率因数（精确分析）11/18/2022244第二章换流器的工作原理换流装置的总功率因数（精确分析）1第二章换流器的工作原理换流装置的基波功率因数（精确分析）11/18/2022245第二章换流器的工作原理换流装置的基波功率因数（精确分析）第二章换流器的工作原理换流装置的功率因数（工程应用）较精确较粗略11/18/2022246第二章换流器的工作原理换流装置的功率因数（工程应用）较精第二章换流器的工作原理换流装置的功率因数分析有功功率基波无功功率畸变无功功率11/18/2022247第二章换流器的工作原理换流装置的功率因数分析有功功率基波第二章换流器的工作原理换流装置的等值电路无相控理想空载电压有相控理想空载电压有相控带载输出电压等值换相电阻11/18/2022248第二章换流器的工作原理换流装置的等值电路无相控理想空载电第二章换流器的工作原理可控整流器的外特性11/18/2022249第二章换流器的工作原理可控整流器的外特性11/11/20第二章换流器的工作原理单桥换流器的计算公式（g<60

）11/18/2022250第二章换流器的工作原理单桥换流器的计算公式（g<第二章换流器的工作原理单桥换流器的计算公式（g<60

）（续）11/18/2022251第二章换流器的工作原理单桥换流器的计算公式（g<第二章换流器的工作原理单桥逆变器11/18/2022252第二章换流器的工作原理单桥逆变器11/11/202285第二章换流器的工作原理换流器逆变运行的条件整流器空载直流电压大于逆变器空载直流电压逆变器由交流系统提供换相电流（两相电路电流）有足够大的关断越前角只有具备正向阻断能力的器件可构成逆变器11/18/2022253第二章换流器的工作原理换流器逆变运行的条件整流器空载直第二章换流器的工作原理换流器直流侧电压（60°<a<120°）直流电压正负交替11/18/2022254第二章换流器的工作原理换流器直流侧电压（60°<a<第二章换流器的工作原理换流器直流侧电压（120°<a<180°）直流电压恒为负11/18/2022255第二章换流器的工作原理换流器直流侧电压（120°<a第二章换流器的工作原理逆变器的触发越前角b与关断越前角db：阀的触发时刻越前于相应的线电压过零点的电角度，b

＝

180°-ad：阀关断时刻到相应的线电压过零点的电角度，又称为熄弧角11/18/2022256第二章换流器的工作原理逆变器的触发越前角b与关断越前角第二章换流器的工作原理各角度之间的关系触发滞后角触发越前角换相重叠角关断越前角关断滞后角11/18/2022