第二講換流器基本理論及特性方程

第二講換流器基本理論及特性方程演示文稿1目前一頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)2（優(yōu)選）第二講換流器基本理論及特性方程目前二頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)2.1換流器概述換流器功能：換流器分類：整流器；逆變器

【按功能】

換流器分類：單橋（6脈動(dòng)）；多橋（12

【按結(jié)構(gòu)】脈動(dòng)及以上）實(shí)現(xiàn)交流－直流或直流－交流的變換目前三頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)換流器概述6脈動(dòng)換流器：三相橋式換流回路12脈動(dòng)換流器：由兩個(gè)交流側(cè)電壓相位差30°的6脈動(dòng)換流器所組成絕大多數(shù)直流輸電工程均采用12脈動(dòng)換流器用于直流輸電的電力換流器都采用三相橋式接線目前四頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)簡單系統(tǒng)換流器原理接線圖目前五頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)2.26脈動(dòng)整流器工作原理目前六頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)三相橋式換流器的原理接線圖換流閥按正常輪流開通的次序編號(hào)目前七頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)晶閘管換流閥的通斷條件導(dǎo)通條件關(guān)斷條件換流閥的陽極電位必須高于陰極電位（即：閥電壓必須是正向的）在控制極加上觸發(fā)所需的脈沖閥電流減小到零，且閥電壓保持一段時(shí)間等于零或?yàn)樨?fù)，使閥元件內(nèi)多余載流子消失目前八頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)6脈動(dòng)橋式整流電路目前九頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)理想假定條件三相交流電源對稱、正弦，頻率恒定交流電網(wǎng)阻抗對稱，忽略換流變壓器激磁導(dǎo)納大電感平波電抗器，使換流器直流側(cè)電流為純直流閥的特性是理想的橋閥等相位間隔依次輪流觸發(fā)目前十頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)交流側(cè)電壓源表達(dá)式以的矢量作為基準(zhǔn)交流側(cè)電源相電動(dòng)勢：E:電源線電動(dòng)勢的有效值目前十一頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)交流側(cè)電壓源表達(dá)式交流側(cè)電源電動(dòng)勢（線電勢）目前十二頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)基本概念觸發(fā)滯后角換相角對控制極施加觸發(fā)脈沖的時(shí)刻滯后于自然換相點(diǎn)的相位角換相過程所經(jīng)歷的相位角，又稱“重疊角”角一般選擇為10°~15°左右：為保證閥正常觸發(fā)開通，應(yīng)大于其最小值，同時(shí)在實(shí)際運(yùn)行中需留有調(diào)節(jié)余地，故應(yīng)稍大一些為盡可能提高功率因數(shù)，不能過大目前十三頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)交流側(cè)電壓波形自然換相點(diǎn)是閥Vi觸發(fā)角計(jì)時(shí)的零點(diǎn)(i=1,2,…,6)目前十四頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)換相過程(1)換相前，閥5、6導(dǎo)通以－的換相過程為例V5V1目前十五頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)換相過程(1)等值電路以－的換相過程為例V5V1目前十六頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)換相過程(2)閥5和閥1換相過程以－的換相過程為例V5V1目前十七頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)換相過程(2)等值電路以－的換相過程為例V5V1目前十八頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)換相過程(3)換相結(jié)束，閥6、1導(dǎo)通以－的換相過程為例V5V1目前十九頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)換相過程(3)等值電路以－的換相過程為例V5V1目前二十頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)直流電壓波形（不考慮換相重疊）為例直流端對中性點(diǎn)直流電壓Vd目前二十一頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)直流電壓波形（考慮換相重疊）為例直流端對中性點(diǎn)直流電壓Vd目前二十二頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)閥電流和交流電流波形閥電流交流側(cè)電流目前二十三頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)閥電壓波形(閥V1)目前二十四頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)下面進(jìn)行公式推導(dǎo)目前二十五頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)換相過程中：，換相過程中的電流(V5V1)在閥V1開通后的等值電路中，臨界條件：目前二十六頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)換相過程中的電流(V5V1)得出則交流系統(tǒng)在換流器交流端兩相短路時(shí)，短路電流強(qiáng)制分量的幅值目前二十七頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)換相過程中的電流波形換相開始換相結(jié)束兩相短路電壓短路電流強(qiáng)制分量短路電流直流分量目前二十八頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)換相重疊角【結(jié)論】其它參數(shù)不變的情況下，Id、E、L、a

2-3工作模式下：目前二十九頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)整流器的直流電壓無相控的理想空載直流電壓()直流電壓在一周之中由6段相同正弦曲線組成。假定基準(zhǔn)縱軸位于處，則曲線的縱坐標(biāo)可用表示。則得出目前三十頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)整流器的直流電壓有相控的理想空載直流電壓()由于α角的存在，積分上下限值有所不同。得出目前三十一頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)整流器的直流電壓有相控、有負(fù)載時(shí)直流電壓()在換相期間，m點(diǎn)（共陰極點(diǎn)）的電位處于和兩曲線之間的中點(diǎn)上。直流電壓壓降，由區(qū)域A表示直流電壓波形局部放大目前三十二頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)整流器的直流電壓有相控、有負(fù)載時(shí)直流電壓()平均電壓壓降前面推出故目前三十三頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)整流器的直流電壓有相控、有負(fù)載時(shí)直流電壓()從而通過公式代換，還可得出其中，,比換相壓降（又稱等值換相電阻，但并不消耗有功功率）目前三十四頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)閥電流和交流側(cè)電流1.假定無換相重疊，閥電流有效值閥電流波形是寬度為120°的矩形波，幅值為目前三十五頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)閥電流和交流側(cè)電流橋交流側(cè)線電流有效值，（的倍）對應(yīng)基波分量有效值波形上各點(diǎn)對矩形波中線的角度目前三十六頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)閥電流和交流側(cè)電流前面已經(jīng)推出，導(dǎo)通期的非換相期間(a

+gwt120+a)，閥電流等于直流電流：2.考慮換相重疊，考慮閥電流上升和下降部分波形的變化目前三十七頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)閥電流和交流側(cè)電流換相期上升段（aw

ta

+g）:換相期下降段(120+awt120+a

+g):目前三十八頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)閥電流和交流側(cè)電流因此閥電流有效值其中：目前三十九頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)閥電流和交流側(cè)電流橋交流側(cè)線電流有效值，（的倍）換流器在正常情況下運(yùn)行時(shí)，系數(shù)約為0.955。因此可近似認(rèn)為目前四十頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)整流裝置的功率因數(shù)通過近似估計(jì)得出：（滯后）Ｖ目前四十一頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)整流裝置的功率因數(shù)根據(jù)得出換流裝置的總功率因數(shù)：目前四十二頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)整流裝置的功率因數(shù)換流裝置基波的功率因數(shù)目前四十三頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)整流裝置的功率因數(shù)換流裝置的總功率因數(shù)和基波功率因數(shù)是有差別的。裝置的交流電流不是正弦波引起的。只有基波電流才能供給換流裝置以有功功率?；児β剩ㄖC波電流引起，無功的一種）的存在，使換流裝置的總功率因數(shù)略小于它的基波功率因數(shù)。目前四十四頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)整流裝置的功率因數(shù)工程應(yīng)用較精確較粗略目前四十五頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)換流裝置的功率視在功率W基波有功功率P目前四十六頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)換流裝置的功率基波無功功率Q畸變功率N

目前四十七頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)整流器等值電路無相控理想空載電壓有相控理想空載電壓等值換相電阻有相控帶載輸出電壓目前四十八頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)整流器外特性曲線目前四十九頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)有功和無功運(yùn)行范圍QP目前五十頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)關(guān)于換相重疊角與工作模式其它參數(shù)不變的情況下，Id、E、a

2-3工作模式下（）：3工作模式下（）：換流變兩相短路3-4工作模式下（）：兩相短路與三相短路交替目前五十一頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)整流器工作特性曲線1、直流電壓和直流電流用標(biāo)么值來表示。2、基準(zhǔn)直流電壓為Ud0，基準(zhǔn)直流電流為換流變壓器三相短路電流的峰值：3、外特性方程：

目前五十二頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)整流器工作特性總結(jié)

在正常情況下，直流負(fù)載電流較小，換流器均工作在“2一3

”工況，換流變壓器只在換相（3個(gè)閥同時(shí)導(dǎo)通）期間處于兩相短路狀態(tài)。隨著負(fù)荷電流的增加，換流器將轉(zhuǎn)為“

3

”工況，換流變壓器將處于u、v、W三相按序輪流的兩相短路狀態(tài)，直流電壓將降低的更多。當(dāng)負(fù)荷電流進(jìn)一步增大時(shí)，換流器將轉(zhuǎn)入“

3一4

”工況，換流變壓器則處于兩相短路（3個(gè)閥同時(shí)導(dǎo)通）和三相短路（4個(gè)閥同時(shí)導(dǎo)通）交替的狀態(tài)，換流器的內(nèi)部玉降將更大，其直流電壓下降的速度也更快。當(dāng)負(fù)荷電流增至換流變壓器閥側(cè)繞組三相短路電流的幅值時(shí)，直流電壓則下降到零，換流變壓器則處于穩(wěn)定的三相短路狀態(tài)。目前五十三頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)

2.36脈動(dòng)逆變器工作原理目前五十四頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)作為逆變器運(yùn)行的換流器1目前五十五頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)作為逆變器運(yùn)行的換流器2目前五十六頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)換流器作為逆變器運(yùn)行的條件整流器空載直流電壓大于逆變器空載直流電壓逆變器由交流系統(tǒng)提供換相電流（兩相電路電流）有足夠大的關(guān)斷越前角只有具備正向阻斷能力的器件可構(gòu)成逆變器目前五十七頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)基本概念觸發(fā)越前角關(guān)斷越前角換相角閥的觸發(fā)時(shí)刻越前于相應(yīng)的線電壓過零點(diǎn)的電角度閥關(guān)斷時(shí)刻到相應(yīng)的線電壓過零點(diǎn)的電角度，又稱“熄弧角”b

＝180°-a目前五十八頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)直流電壓波形直流端對中性點(diǎn)直流電壓Vd目前五十九頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)換相過程逆變器的換相過程和整流器相似，是靠逆變側(cè)交流系統(tǒng)提供換相電壓和換相電流來實(shí)現(xiàn)的。觸發(fā)相位比整流器要滯后得多。不考慮換相影響時(shí)：

整流器工作狀態(tài)逆變器工作狀態(tài)目前六十頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)換相失敗為保證逆變器的換相成功，要求其換流閥從關(guān)斷（閥中電流為0）到其電壓由負(fù)變正的過零點(diǎn)之間的時(shí)間要足夠長，使得閥關(guān)斷后處于反向電壓的時(shí)間能夠充分滿足其恢復(fù)阻斷能力的要求。否則，當(dāng)閥上電壓變正時(shí)，閥在無觸發(fā)脈沖的情況下，可能又重新導(dǎo)通，從而造成換相失?。∧壳傲豁揬總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)換相失敗的特征關(guān)斷角小于換流閥恢復(fù)阻斷能力的時(shí)間（大功率晶閘管約0.4ms）6脈動(dòng)逆變器的直流電壓在一定時(shí)間下降到零直流電流短時(shí)增大交流側(cè)短時(shí)開路，電流減小基波分量進(jìn)入直流系統(tǒng)目前六十二頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)逆變側(cè)定控制為了避免換相失敗，規(guī)定運(yùn)行中,其中為閥恢復(fù)阻斷能力所需的時(shí)間再加上若干裕度；通常取。為避免逆變器的運(yùn)行性能變壞，不能過大，以盡可能提高逆變器的功率因數(shù)。因此，在逆變站均設(shè)有定角的控制器。通常其整定值取。目前六十三頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)逆變器的計(jì)算公式通過在相應(yīng)的整流公式中用角代換角即可得到。逆變側(cè)的直流電壓If

換相電壓相等；

&

逆變器的和分別和整流器的和相等Then

整流器的電壓波形旋轉(zhuǎn)180就得到逆變器的電壓波形。目前六十四頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)逆變側(cè)的直流電壓比換相壓降其中，2-3工作模式下：目前六十五頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)閥電壓與閥電流波形(b60)目前六十六頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)逆變器功率因數(shù)通過近似估計(jì)得出：目前六十七頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)逆變器等值電路目前六十八頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)逆變器外特性方程目前六十九頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)逆變器外特性曲線1、只適用于情況；2、時(shí)，由于換相齒對閥電壓波形的影響，使得閥電壓從負(fù)變正的時(shí)刻提前，從而關(guān)斷角減?。?、逆變器工作特性：（1）觸發(fā)越前角=常數(shù)（無自動(dòng)調(diào)節(jié)）（2）關(guān)斷角=常數(shù)（定關(guān)斷角自動(dòng)調(diào)節(jié)）目前七十頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)2.412脈動(dòng)換流器目前七十一頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)12脈動(dòng)換流器兩個(gè)6脈動(dòng)換流單元在直流側(cè)串聯(lián)而在交流側(cè)并聯(lián)。換流變閥側(cè)接線方式，必須一個(gè)為星形接線，另一個(gè)為三角形接線。改善諧波性能，交流側(cè)和逆變側(cè)可只分別配備12k±1次和12k次的濾波器，從而可簡化濾波裝置，縮小占地面積，降低換流站造價(jià)。目前七十二頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)12脈動(dòng)換流器結(jié)構(gòu)目前七十三頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)直流電壓的脈動(dòng)波形目前七十四頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)等值電路交流系統(tǒng)的等值電抗XX是兩橋間的耦合感抗，或稱“互感抗”目前七十五頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)直流電壓波形目前七十六頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)閥電壓波形（局部圖）逆變狀態(tài)和是由于耦合感抗引起的附加換相齒目前七十七頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)橋間解耦橋間耦合電抗對12脈動(dòng)逆變器的影響比對整流器影響大；安裝完善的交流濾波裝置，使交流母線電壓基本上為正弦電壓；使耦合電抗上主要流過基波電流；（換流變：三繞組？雙繞組?)采用平衡電抗器，使得電抗器的互感抗和系統(tǒng)的等值電抗相等。[很少采用]目前七十八頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)2.5直流輸系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)工況計(jì)算（總結(jié)）

直流系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)計(jì)算公式主要是換流器交流側(cè)和直流側(cè)的計(jì)算公式。包含電壓、電流有功功率、無功功率、功率因數(shù)等。

6脈動(dòng)2-3工況

12脈動(dòng)4-5工況

目前七十九頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)一直流輸電極對地電壓Ud1）整流站極對地直流電壓

2）逆變站極對地的直流電壓換相電抗：可取為換流變漏抗與閥電抗之和。

⑴觸發(fā)角（α、β）⑵換相角（μ）（γ）⑶關(guān)斷角（γ）（δ）⑷導(dǎo)通角（λ）目前八十頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)二直流電流Id1）單極方式

2）雙極方式對于不同的接線方式，電阻的計(jì)算不一樣。目前八十一頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)電阻計(jì)算1）雙極方式

2）單極大地回線方式

3）單極金屬回線方式

4）單極雙導(dǎo)線并聯(lián)大地回線Rl表示直流線路電阻，Rsm表示為一個(gè)極的平波電抗器的總電阻，Rgl表示為接地引線的電阻，Rg表示為接地極的電阻目前八十二頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)三直流功率Pd1整流站1）單極2）雙極

2逆變站1）單極2）雙極目前八十三頁\總數(shù)九十二頁\編于六點(diǎn)四直流回路電壓降和功率損耗1回路電壓降ΔUd

2功率損耗ΔPdR表示直流回路電阻目前八十四頁\總數(shù)九