Chap2.5逆变工作原理

第2章换流理论与特性方程逆变2023/2/611.逆变的基本概念逆变——把直流电转变成交流电，整流的逆过程。逆变电路——把直流电逆变成交流电的电路。有源逆变电路——交流侧和电网连结。无源逆变电路——变流电路的交流侧不与电网联接，而直接接到负载。对于可控整流电路，满足一定条件就可工作于有源逆变，其电路形式未变，只是电路工作条件转变。既工作在整流状态又工作在逆变状态，称为变流电路。

在高压直流输电的情况下，连接到线路一端的整流器将交流电能转换成直流电能，并为接于线路另一端的逆变器提供直流电源，逆变器的交流侧与电网相连接，为用电负荷提供交流电能。因此，用于高压直流输电场合的逆变器均属于有源逆变器。2023/2/622.两个电源之间功率的相互流转E1E2(b)RE1E2(c)R(a)E1E2RIE1输出电能E2吸收电能E1吸收电能E2输出电能E1、E2输出电能；R吸收电能II2023/2/63类比(a)E1E2RIa>90°a<90°整流器逆变器2023/2/64+-+-条件1条件2条件3有源逆变运行要求存在如下三个条件：一个提供换相电压(换相短路电流)的有源交流系统；一个反极性的直流电源以提供连续的单向(即通过开关器件从阳极流向阴极)电流；一个提供触发延迟超过90°的全控整流（Ud<0）电路。2023/2/65E1E2(c)RI+-+-整流器整流器a<90°a<90°注意：电源的顺向串联将造成短路，输出功率全部被直流线路的电阻吸收，这种情况在直流系统中是不允许出现。因此，HVDC的两端换流站在潮流发转过程中应进行及时通信。2023/2/66a<90°整流器逆变器当电路如图时，逆变电路端电压等于整流电路端电压3.逆变器的换相过程2023/2/67逆变器的换相过程a=30°wuduabuacubcubaucaucbuabuacOta=150°wuduabuacubcubaucaucbuabuacOt2023/2/68直流侧电压波形2023/2/69i1i2i3i4i5i6i1-i4i3iaibic-i6i5-i2晶闸管电流和交流侧电流波形2023/2/610三、逆变器交直流数量关系表达式

1.若不考虑换相重叠现象，则

2.若考虑换相重叠现象，则可见，从整流器转向逆变的转折点所对应的触发角有下式确定可见，叠弧现象的影响是转折点变成4.整流器与逆变器的转折点2023/2/611为描述整流器工作方式，我们用了以下几个角度：α＝触发延迟角；μ＝叠弧角；δ＝熄弧延迟角＝α＋μ。

5.换流的几个角度2023/2/612与整流器类似，逆变器的工作方式也可用同样定义的α和δ来描述。但是与整流器不同的是，逆变器的α和δ值在90°至180°之间。在实际应用中，通常用触发超前角β和熄弧超前角γ来描述逆变器的性能，这两个角定义为相对于换相电压为零并继而减小的时刻（对阀3的触发和阀1的熄弧而言，即ωt＝180°）所超前的角度，如图所示。β＝π－α＝触发超前角；γ＝π－δ＝熄弧超前角；μ＝δ－α＝β－γ＝叠弧角。2023/2/613与整流器类似，逆变器的工作方式也可用同样定义的α和δ来描述。但是与整流器不同的是，逆变器的α和δ值在90°至180°之间。在实际应用中，通常用触发超前角β和熄弧超前角γ来描述逆变器的性能。1）触发角α

定义同整流器逆变器的几种角度2）触发超前角β3）熄弧超前角γ落后于自然换相点180°处到晶闸管门极获得触发信号处对应的电角度，β＝π－α规定从阀关断到阀上阳极电压持续为负的时间所对应的电角度。γ＝π－δ＝β－μ2023/2/614在通常的换流器方程中认为逆变电压为负值，而专门针对逆变器列写方程时，常常将其视为正值。基于以上方程，逆变器可表示为以下两个等效电路。

由于cosα＝-cosβ和cosδ＝-cosγ，因此有：或6.逆变等效电路2023/2/615逆变器的等效电路（Vd为正）

2023/2/616逆变失败逆变时，一旦换相失败，外接直流电源就会通过晶闸管电路短路，或使变流器的输出平均电压和直流电动势变成顺向串联，形成很大短路电流。逆变失败的原因触发电路工作不可靠，不能适时、准确地给各晶闸管分配脉冲，如脉冲丢失、脉冲延时等，致使晶闸管不能正常换相。晶闸管发生故障，该断时不断，或该通时不通。交流电源缺相或突然消失。换相的裕度角不足，引起换相失败。7.逆变失败与最小逆变角的限制2023/2/617换相重叠角的影响：交流侧电抗对逆变换相过程的影响当b>μ

时，换相结束时，晶闸管能承受反压而关断。如果b<μ

时（从图右下角的波形中可清楚地看到），该通的晶闸管（VT1）会关断，而应关断的晶闸管（VT3)不能关断，最终导致逆变失败。udOOidwtwtuaubucuaubpbμb<μaμbb>μiVT1iVTiVT3iVTiVT3222023/2/618确定最小逆变角bmin的依据逆变时允许采用的最小逆变角b应等于bmin=d′+μ

+

g′d′——晶闸管的关断时间tq折合的电角度μ

——

换相重叠角