换流器工作原理

2023/10/7

文俊华北电力大学电气与电子工程学院柔性电力技术研究所hbdl_wenjun@126.comChap.3

换流器工作原理

高压直流输电2023/10/72课程安排第三章换流器工作原理3.1单桥整流器工作原理3.2双桥整流器工作原理3.3单桥逆变器工作原理3.4双桥逆变器工作原理2023/10/73假设条件1)交流电源为对称的正弦波；

2)交流输电系统及换流变压器阻抗对称；

3)不计交流系统中各元件的电阻及换流变压器的激磁导纳；

4)平波电抗器的电感为无穷大；

5)晶闸管具有理想的开关特性；

6)等间隔触发双极方式HVDC原理图2023/10/743.1单桥整流器工作原理单桥(6脉动)整流器原理图双极方式HVDC原理图2023/10/753.1单桥整流器工作原理6脉动整流器运行方式2-3工况（正常运行方式）3工况（非正常运行方式）3-4工况（故障运行方式）成立的条件：同时成立的条件：同时成立的条件：同时2023/10/763.1.12-3工况2-3工况：在60º的重复周期中，2个阀和3个阀轮流导通的运行方式。成立的条件：阀导通顺序2023/10/773.1.12-3工况自然换相点：电源相电压的交点,或线电压过零点。触发（延迟）角/滞后角/点燃角（α）：用电角度表示的从自然换相点到晶闸管控制极上施以触发脉冲的时间。额定：150±2.502023/10/783.1.12-3工况换相：电流从一个阀转移到同一半桥中另一个阀的过程。换相角/叠弧角/重叠角（μ）：换相持续时间所对应的电角度。额定：200±2.50换相实质：换相是交流系统短时间的两相短路。换相是依靠交流电源提供的短路电流进行的。2023/10/793.1.12-3工况电压波形2-3工况(理想)波形2023/10/7103.1.12-3工况整流电压平均值表达式1--定α角外特性方程电压波形，6p整流器外特性曲线图等值换相电阻/比换相压降：理想空载直流电压：2023/10/7113.1.12-3工况整流电压平均值表达式2表达式3电压波形，6p整流器外特性曲线图2023/10/7123.1.12-3工况电流波形2023/10/7133.1.12-3工况换相电流计算公式换相实质：换相是交流系统短时间的两相短路。换相是依靠交流电源提供的短路电流进行的。135462ibMNeaLrABCLd+ud

_idiciaLrLcebecoik交流系统两相短路电流幅值：电流波形，2023/10/7143.1.12-3工况换相角计算公式基波电流有效值相电流有效值电流波形，2023/10/7153.1.12-3工况功率因数6p整流器

其中，功率因数角：通常2023/10/7163.1.12-3工况6脉动整流器等效电路+_+_+_（a）等效电路-1（b）等效电路-2+_+_+_2023/10/7173.1.12-3工况2-3工况的特点交替出现交流两相短路换流阀持续导通120º+μ2023/10/7183.1.23工况3工况：在600的重复周期中，始终只有3个阀轮流导通的运行方式。特点：出现强制延迟现象，最大强迫触发角αb=30º换流阀持续导通180º原因：Id过大计算公式： 完全同2-3工况的公式6p整流器运行方式，6p整流器外特性曲线图2023/10/7193.1.33-4工况3-4工况：在600的重复周期中，3个阀和4个阀交替轮流导通的运行方式。特点：交替出现交流两相和三相短路直流短路换流阀持续导通60º～180º当μ=120°时，形成稳定的4个阀同时导通，阀持续导通240º。此时Ud=0，Id为交流三相短路电流的峰值。原因：

Id故障性增大6p整流器运行方式，6p整流器外特性曲线图2023/10/7203.2双桥整流器工作原理多桥换流器

由直流端串联、交流端并联的一个以上单桥构成的换流器。多桥换流器的接线方式典型方式:每极1组12脉动换流单元--双极双桥其他方式:每极2组12脉动换流单元串联每极2组12脉动换流单元并联特点：单桥数目为偶数2023/10/7213.2双桥整流器工作原理双桥换流器导通顺序V11→V12→V21→V22→V31→V32→V41→V42→V51→V52→V61→V62→V11→（循环）导通间隔为30°2023/10/7223.2双桥整流器工作原理双桥换流器运行方式：4-5工况（正常运行方式）5工况（非正常运行方式）5-6工况（非正常运行方式）成立条件：同时成立条件：同时成立条件：同时2023/10/7233.2.14-5工况4-5工况：在30º的重复周期中，4个阀和5个阀轮流导通的运行方式。特性 对每一个6脉动整流器而言，相当于工作在2-3工况。故6脉动整流器的特性及电压、电流公式均成立。2023/10/7243.2.14-5工况整流电压波形（α=μ=0）oea1c1ea2c212脉动2023/10/7253.2.14-5工况整流电压波形（4-5工况）2023/10/7263.2.14-5工况整流电压平均值其中,理想空载直流电压定α角外特性方程电压波形，6p整流器外特性曲线图2023/10/7273.2.14-5工况电流波形（α=μ=0）2023/10/7283.2.14-5工况电流计算公式（α=μ=0）换流变两侧相电流有效值换流变两侧基波相电流有效值电流波形，2023/10/7293.2.14-5工况换相电流计算公式换相角计算公式 与6脉动整流器的相应公式相同2023/10/7303.2.2桥间相互影响邻桥的换相使本桥（6脉动整流器）所有未导通阀的电压产生畸变，即出现“附加换相齿”。可能影响12脉动整流器接班阀的正常开通。2023/10/7313.2.2桥间相互影响桥间相互影响系数式中,Ls系统每相等值电感；Lr换流变压器每相漏感；A=0

1。A越大，桥间相互影响越强；桥间相互影响的实质：共有一个耦合电感Ls

。2023/10/7323.3单桥逆变器工作原理逆变器与整流器比较元件及电路结构相同触发角α的范围不同整流器：逆变器：2023/10/7333.3单桥逆变器工作原理均为相控换流器（PCC），必须与交流系统相连。此逆变也叫“有源逆变”实现有源逆变的充要条件与交流电网相连；与足够大直流电源相连；α在90°～180°内可调。2023/10/7343.3单桥逆变器工作原理有关名词：超前触发角/超前角(β)：用电气角度表示的落后于自然换相点180°处到控制脉冲发出时刻之间的时间。正常运行值：β=30º～40º

同时适合条件：

6p逆变器，6p逆变器电压波形2023/10/7353.3单桥逆变器工作原理关断角/熄弧角(γ)：用电角度表示的关断阀上正向电压为负的时间。正常值：γ0=15º～18º熄弧裕度角

该值既考虑了换流阀恢复阻断能力所需的最短时间，同时还考虑了交流系统的不对称性而留的裕度。逆变器阀电压波形

6p逆变器，2023/10/7363.3单桥逆变器工作原理单桥逆变器运行方式2-3工况（正常运行方式）3-4工况（故障运行方式）成立条件：同时成立条件：同时2023/10/7373.3.12-3工况2-3工况：在60º的重复周期中，2个阀和3个阀轮流导通的运行方式。成立条件：2023/10/7383.3.12-3工况整流电压波形电流波形2023/10/7393.3.12-3工况换相失败换相失败：关断阀在换相结束后不控而重新导通的过程。原因：关断角过小时，关断阀在换相结束后没有足够的时间恢复其正向阻断能力。分类:对策：控制保护系统紧急停运,自动再启动。 一般，80%的一次换相失败不会发展为连续两次换相失败。一次换相失败连续换相失败

6p逆变器，6p逆变器电压波形2023/10/7403.3.12-3工况整流电压平均值表达式1--定β角外特性方程理想空载直流电压：等值换相电阻/比换相压降：

6p逆变器，6p逆变器电压波形,6p逆变器外特性曲线图（定β）2023/10/7413.3.12-3工况整流电压平均值表达式2--定γ角外特性方程表达式3表达式4

6p逆变器，6p逆变器电压波形,6p逆变器外特性曲线图（定γ）2023/10/7423.3.12-3工况换相电流计算公式eaebecicLribia+

udi－A4MN12563BCoLrLrIdLdik交流系统两相短路电流幅值：

电流波形2023/10/7433.3.12-3工况