换流器工作原理.ppt

chap.3 换流器工作原理 课程安排第三章 换流器工作原理  Ø 3.1 单桥整流器工作原理Ø 3.2 双桥整流器工作原理Ø 3.3 单桥逆变器工作原理Ø 3.4 双桥逆变器工作原理chap.3 换流器工作原理 假设条件 Ø 1) 交流电源为对称的正弦波；Ø 2) 交流输电系统及换流变压器阻抗对称；Ø 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；Ø 4) 平波电抗器的电感为无穷大；Ø 5) 晶闸管具有理想的开关特性；Ø 6) 等间隔触发双极方式HVDC原理图chap.3 换流器工作原理 3.1 单桥整流器工作原理v单桥(6脉动)整流器原理图双极方式HVDC原理图chap.3 换流器工作原理 3.1 单桥整流器工作原理v6脉动整流器运行方式 Ø2-3工况（正常运行方式）Ø3工况（非正常运行方式）Ø3-4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chap.3 换流器工作原理 3.1.1  2-3工况v2-3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 v成立的条件： v阀导通顺序chap.3 换流器工作原理 3.1.1  2-3工况v自然换相点：电源相电压的交点,或线电压过零点。

v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±2.50chap.3 换流器工作原理 3.1.1  2-3工况v换相：电流从一个阀转移到同一半桥中另一个阀的过程v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±2.50udv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chap.3 换流器工作原理 3.1.1  2-3工况v电压波形ud2-3工况(理想)波形chap.3 换流器工作原理 3.1.1  2-3工况v整流电压平均值Ø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：chap.3 换流器工作原理 3.1.1  2-3工况v整流电压平均值Ø表达式2Ø表达式3电压波形， 6p整流器外特性曲线图chap.3 换流器工作原理 3.1.1  2-3工况v电流波形udchap.3 换流器工作原理 3.1.1  2-3工况v换相电流计算公式n 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，chap.3 换流器工作原理 3.1.1  2-3工况v换相角计算公式v相电流有效值v基波电流有效值电流波形，chap.3 换流器工作原理 3.1.1  2-3工况v功率因数6p整流器 其中，功率因数角：通常chap.3 换流器工作原理 3.1.1  2-3工况v6脉动整流器等效电路+_+_+_（a）等效电路-1（b）等效电路-2+_+_+_chap.3 换流器工作原理 3.1.1  2-3工况v2-3工况的特点Ø交替出现交流两相短路Ø换流阀持续导通120º+μudchap.3 换流器工作原理 3.1.2  3工况v3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 v特点： Ø出现强制延迟现象，最大强迫触发角αb=30º Ø换流阀持续导通180º v原因： Id过大v计算公式： 完全同2-3工况的公式ud6p整流器运行方式， 6p整流器外特性曲线图chap.3 换流器工作原理 3.1.3  3-4工况v3-4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。

v特点： Ø交替出现交流两相和三相短路 Ø直流短路 Ø换流阀持续导通60º～180º Ø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 v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udchap.3 换流器工作原理 3.2 双桥整流器工作原理v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v多桥换流器的接线方式Ø 典型方式: 每极1组12脉动换流单元--双极双桥Ø 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v 特点：单桥数目为偶数chap.3 换流器工作原理 3.2 双桥整流器工作原理v双桥换流器导通顺序ØV11→V12 → V21 → V22 → V31 → V32 → V41 → V42 → V51 → V52 → V61 → V62 → V11 → （循环）Ø导通间隔为30°chap.3 换流器工作原理 3.2 双桥整流器工作原理v双桥换流器运行方式： Ø4-5工况（正常运行方式）Ø5工况（非正常运行方式）Ø5-6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chap.3 换流器工作原理 3.2.1  4-5工况v4-5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。

v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 chap.3 换流器工作原理 3.2.1  4-5工况v整流电压波形（ α=μ=0 ）oea1c1ea2c212脉动chap.3 换流器工作原理 3.2.1  4-5工况v整流电压波形（4-5工况 ）chap.3 换流器工作原理 3.2.1  4-5工况v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chap.3 换流器工作原理 3.2.1  4-5工况v电流波形（ α=μ=0 ）chap.3 换流器工作原理 3.2.1  4-5工况v电流计算公式（ α=μ=0 ）Ø换流变两侧相电流有效值Ø换流变两侧基波相电流有效值电流波形， chap.3 换流器工作原理 3.2.1  4-5工况v换相电流计算公式v换相角计算公式与6脉动整流器的相应公式相同chap.3 换流器工作原理 3.2.2 桥间相互影响v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”v可能影响12脉动整流器接班阀的正常开通。

chap.3 换流器工作原理 3.2.2 桥间相互影响v桥间相互影响系数Ø式中,Ls系统每相等值电感；Lr换流变压器每相漏感；A=01ØA越大，桥间相互影响越强；Ø桥间相互影响的实质：共有一 个耦合电感Ls chap.3 换流器工作原理 3.3 单桥逆变器工作原理v逆变器与整流器比较Ø元件及电路结构相同Ø触发角α的范围不同整流器：逆变器：chap.3 换流器工作原理 3.3 单桥逆变器工作原理Ø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”v实现有源逆变的充要条件Ø与交流电网相连；Ø与足够大直流电源相连；Øα在90°～180°内可调chap.3 换流器工作原理 3.3 单桥逆变器工作原理v有关名词：Ø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chap.3 换流器工作原理 3.3 单桥逆变器工作原理Ø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ü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，chap.3 换流器工作原理 3.3 单桥逆变器工作原理v单桥逆变器运行方式 Ø2-3工况（正常运行方式）Ø3-4工况（故障运行方式）成立条件：同时成立条件：同时chap.3 换流器工作原理 3.3.1  2-3工况v2-3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 v成立条件：chap.3 换流器工作原理 3.3.1  2-3工况v整流电压波形v电流波形chap.3 换流器工作原理 3.3.1  2-3工况v换相失败 Ø换相失败：关断阀在换相结束后不控而重新导 通的过程 Ø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 Ø分类:Ø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ü一次换相失败ü连续换相失败6p逆变器， 6p逆变器电压波形chap.3 换流器工作原理 3.3.1  2-3工况v整流电压平均值Ø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）chap.3 换流器工作原理 3.3.1  2-3工况v整流电压平均值Ø表达式2 --定γ角外特性方程Ø表达式3Ø表达式46p逆变器， 6p逆变器电压波形, 6p逆变器外特性曲线图（定γ）chap.3 换流器工作原理 3.3.1  2-3工况v换相电流计算公式eaebecicLribia+    udi－  A4MN12563BCo LrLrIdLdik交流系统两相短路电流幅值：电流波形chap.3 换流器工作原理 3.3.1  2-3工况v换相角计算公式v关断角计算公式ü0<μ≤60º且 0<β≤60º 时ü0<μ≤60º且 60º<β≤90º 时ü0<μ≤60º且 90º<β≤90º+μ/2 时chap.3 换流器工作原理 3.3.1  2-3工况v电流计算公式(γ=0, = 0)Ø相电流有效值Ø基波电流有效值电流波形chap.3 换流器工作原理 3.3.1  2-3工况v功率因数其中，功率因数角：通常6p逆变器chap.3 换流器工作原理 3.3.1  2-3工况v6脉动逆变器等效电路+_+_+_（a）等效电路-1+_+_+_（b）等效电路-2chap.3 换流器工作原理 3.3.2  3-4工况v3-4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。

v特点： Ø交替出现交流两相和三相短路 Ø直流短路 Ø换流阀持续导通60º～180º Ø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 v原因： Id故障性增大6p逆变器运行方式, 6p逆变器外特性曲线图（定γ）chap.3 换流器工作原理 3.4 双桥逆变器工作原理v双桥逆变器电路同双桥整流器v双桥逆变器导通顺序ØV11→V12 → V21 → V22 → V31 → V32 → V41 → V42 → V51 → V52 → V61 → V62 → V11 → （循环）Ø导通间隔为30°chap.3 换流器工作原理 3.4 双桥逆变器工作原理v双桥逆变器运行方式Ø4-5工况（正常运行方式）Ø5-6工况（非正常运行方式）成立条件：同时成立条件：同时chap.3 换流器工作原理 3.4 双桥逆变器工作原理v整流电压平均值6p逆变器， 6p逆变器电压波形, 定β角外特性方程定γ角外特性方程chap.3 换流器工作原理 3.4 双桥逆变器工作原理v电流计算公式（ α=μ=0 ）Ø换流变两侧相电流有效值Ø换流变两侧基波相电流有效值电流波形chap.3 换流器工作原理 3.4 双桥逆变器工作原理v桥间相互影响 Ø邻桥的换相使本桥 （6脉动逆变器）所 有未导通阀的电压 产生畸变，即出现“ 附加换相齿”。

Ø可能影响12脉动逆 变器关断阀的正常 关断，产生换相失 败故障chap.3 换流器工作原理 3.4 双桥逆变器工作原理v桥间相互影响系数Ø式中,Ls系统每相等值电感；Lr换流变压器每相漏感；A=01ØA越大，桥间相互影响越强；Ø桥间相互影响的实质：共有一 个耦合电感Ls chap.3 换流器工作原理 双极方式HVDC原理图双极双桥葛洲坝南  桥209kVIdId－＋－＋＋－－＋~500kV500kV500kV198kV~。