12脉动逆变器(文大神的作业)

Ud ~ α的关系
单桥整流器的整流电压平均值( 和0 0)：
Ud Udo cos
（5）

0 ~ 600 600 ~ 900 900 ~ 1200 1200 ~ 1800
ud
Ud
换流器状态
全部为+
+~-
全部为+
+~0
整流器
+ ~ - 全部为 -
0~-
全部为 -
逆变器
由于受端交流系统等值电感 的存在，逆变器的阀也有一 个换相过程，用 表示，称为逆变器的换相角。此外，为 了保证逆变器的换相成功，还要求其换流阀从关断(阀中电 流为零)到其电压由负变正的过零点之间的时间要足够长， 使得阀关断后处于反向电压的时间能够充分满足其恢复阻 断能力的要求。否则当阀上电压变正时，阀在无触发脉冲 的情况下，可能又重新导通，而造成换相失败。规定从阀 关断到阀上电压由负变正的过零点之间的时间用γ角表示， 称为逆变器的关断角。
➢ 工况3-4： 在600的重复周期中，3个阀和4个 阀轮流导通的运行方式。
成立的条件：
900 - i 1800
同时
2
600 i 1200
▪ 特点：直流短路、交流三相 短路
▪ 出现的原因： I故d 障性增大
• 逆变器的阀臂在一个工频周期内的大部分 时间中承受正向电压（如图所示），因此， 当换相结束后，退出导通的阀臂如果从关 断到其阳极电压由负变正的过零时刻之间 的时间过短，以致于退出导通的阀臂不能 恢复阻断正向电压的能力，从而在其阳极 电压大于零后不控而重新导通，这个过程 称为换相失败。
iVT1
iVT3
iVT1 Id - ik
t
阀电流波形（ 0、 0）-单桥逆变器
相电流波形（ 0 、 0 ）
直流电流波形（ 0、 0）
电压波形（含一次换相失败）
阀电流波形（含一次换相失败）
电压波形（含连续两次换相失败）
阀电流波形（含连续两次换相失败）
Udi Ud 0i cos + dxi Id
其中，
d xi

3 Lri
外特性曲线
❖ 导出原则二：
整流器 α
Udr
dxr
μr
Id
逆变器 γ
Udi
dxi
μi
Id
电压波形比较
已知单桥整流器输出电压平均值
故
Udr
Udr
Ud 0r cos +
Ud 0r cos(
cos( + r )
而整流器的阀则大部分时间处于反向阻断状态。
• 换相失败发生时，逆变器的直流侧将出现短时短 路，导致直流电流增加。而直流电流的加大时逆 变器的换相角变大，从而可能导致逆变器的后续 阀臂也发生换相失败，从而延长直流短路故障的 持续时间，最终可能导致直流控制与系统启动故 障紧急停运功能，使整个直流输电系统停止运行。 正因为如此，换相失败又称为换相失败故障。如 果逆变器发生连续两次及以上次数换相失败则称 为连续换相失败，反之称为一次换相失败。
变得更小，逆变器的稳定运行可能受到威胁。
如图所示
考虑换相过程后有源逆变器直流侧电压波形
2
p5 p6 p1. p2 p3
1.5
P4 p5 p6 p1
p2 p3 p4
1
0.5
ea
C1 0
eb
C3
ec
C5
ea
C1
6.28
eb
C3
ec
C5
t 12.57
0.5
1 1.5
2
C2
34 45 5
45 56 6
• 前两个条件保证了晶闸管的单向导电性；
• 换流器作为逆变器运行时，其共阴极点m的 电位应为负，共阳极点n的电位应为正，与 其作为整流器运行时的极性正好相反，最 后一个条件保证了这一点。
由于换流阀的单向导电性，逆变器换流阀的可导通 方向，必须与整流器的相一致，这样才能保证直流电 流的流通。逆变器按如下方式接入HVDC系统。
i + 0 300 ~ 400
单桥逆变器 计算公式
工况2-3时，不同 下 的计算公式
➢ 0 i 600 和 0 600 时
- i
➢ 0 i 600和600 900 时
600 - i
➢
0

i
600

采用与单桥整流器工作与工况2-3时完全相同的 分析方法，并计及触发角所处范围的不同，可以 画出单桥逆变器工况2-3时的电压波形如图所示。 对应每一个60。的重复周期，大齿部分对应只有 两个阀臂同时导通过程。此时，整流电压为交流 系统的一段等值电源线电压。小齿部分为3个阀 臂同时导通过程，即换相期间。此时，整流电压 为交流系统等值电源某两个线电压之和的一半。
可得：
2Lr
dik dt

2El sin(t)
考虑初始条件： ik ( ) 0
换相电流计算公式
ik I sc2 (cos - cost)
交流系统两相短路电流的幅值
等值换相电感
I sc 2
El
2 Lr
ik波形 阀电流 相电流 直流电流波形
与单桥整流器一样，单桥逆变器的换相角 i 也 随着直流电流、交流侧电压、超前触发角以及 交流系统等值电感的变化而变化。当直流电流 升高、交流系统等值电感加大、或交流侧电压 降低时，均引起 i 加大。
根据换流阀导通条件的要求，换流阀只在 0<α<1800时才具有导通条件，因为此时其阳极对 阴极的电压为正。在此区间内，不计换相时，对 于阻感负载，当α<900时，直流输出电压为正值， 换流器工作在整流工况；当α=900时，直流输出电 压为零，称为零功率工况；当α>900时，直流输出 电压为负值，换流器则工作在逆变工况。不计换相 时，整流和逆变运行的界限是α＝900。因此，逆变器的 触发角α比整流器的滞后很多。在实际运行中，由 于有换相过程的存在，当考虑到换相角μ的影响时， 直流输出电压为零不是当α＝900，而是在α＝900一 μ/2时。因此，实际上整流工况变为逆变工况的α 角总比900小一些。
和 900 900
- 300 - i
+
i
2
时
如图示
• 逆变器在大β角运行时，由于换相齿对阀电压的 影响，使得阀电压从负变正的过零点提前，从而 使 角变小，这对逆变器的稳定运行不利。在正 常运行时 15 - 20， 对逆变器的运行影响不大， 当逆变器过负荷或故障情况下， 将增大，使得
✓ ωt=α ～ α＋μ /VT1、VT2、VT3导通
ia I d - ik iV 1 ib ik iV 3 ic - I d -iV 2
KVL：
Lr
dib dt
- Lr
dia dt
uba
推导换相电流公式
计及：
dId 0 dt
和线电压： uba 2El sin(t)
▪ 一次换相失败 ▪ 连续两次换相失败
电压、阀电流波形 电压、阀电流波形
HVDC系统发生一次换相失败时，控制系 统闭锁， HVDC系统短时停运。
一般，80%的一次换相失败不会发展 为连续两次换相失败。
✓ 熄弧裕度角（ 0）：考虑足够裕度的熄弧角。
• 为了防止换相失败，要留有足够裕度的熄弧角。考 虑 晶 闸 管 恢 复 正 向 电 压 阻 断 能 力 的 关 断 时 间 300400 s （对应电角度5-7.20），同时还考虑到交流 系统三相电压和参数不对称以及触发脉冲不对称的 影 响 （ 留 100 左 右 裕 量 ） ， 直 流 工 程 通 常 规 定 0 15o-18o 。
单桥逆变器的运行方式
❖ 工况2-3 ---正常运行方式 ❖ 工况3-4 ---故障运行方式
➢ 工况2-3： 在600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： 900 - 1800
2
同时 0 600
✓ 超前角/越前角/触发越前角（）：
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。
+2r
2
)

cos
r
2
❖ 单桥逆变器输出电压平均值（工况2-3）
Udi
Ud 0i
cos
+ cos(
2
+
i )
Udi
Ud 0i
cos(
+
i
2
) cos
i
2
已知 单桥整流器的外特性方程
故
Udr Ud 0r cos - dxr Id
❖ 单桥逆变器外特性方程（工况2-3） 定 角的外特性方程
cos( + r )
+2r
2
)

cos
r
2
❖ 单桥逆变器直流侧电压平均值（工况2-3）
U di
Ud 0i
cos
+ cos(
2
- i )
U di
Ud 0i
cos(
-
i
2
) cos
i
2
已知 单桥整流器的外特性方程
Udr Ud 0r cos - dxr Id
故
❖ 单桥逆变器外特性方程（工况2-3） 定 角的外特性方程
√单桥逆变器的触发角α为钝角，因此超前触 发角β为锐角，正好满足人们用锐角表示角度 的习惯。
工况2-3
• V1、V2导通 →V1、V2 、V3导通→V2、V3导通
✓ P3-μ<ωt<P3,V1、V2导通
ia Id ib 0 ic -Id
unN uc umN ua unm uca
C4
C6
C2
5
6
1
2
3
4
6 6 1 1 22 3 3 4 4 5
1 1 2 2 33 4 4 5 5 6
5 6
5 6 1
C4 6
61 12
1 2
1 C62
2 23 3 34
eab eac ebc eba eca ecb eab eac ebc eba eca ecb
unN umN unm
t
0
C6 C1
第二节 6脉动逆变器工作原理
与整流器一样，逆变器也是由6个换流阀所组成的三相 桥式接线。
逆变器是将直流电转换为交流电的换流器。直流 输电工程所用的逆变器，目前大部分均为有源逆 变器，它要求逆变器所接的交流系统提供换相电 压和电流，即受端交流系统必须有交流电源。
逆变器的6个阀VT1——VT6，也是按同整流器一样的顺 序，借助于换流变压器阀侧绕组的两相短路电流进行换相。 6个阀规律性的通断，在一个工频周期内，分别在共阳极 组和共阴极组的三个阀中，将流入逆变器的直流电流，交 替的分成三段，分别送入换流变压器的三相绕组，使直流 电转变为交流电。
单桥逆变器的特性方程
单桥逆变器的特性方程可由单桥整流器的 特性方程导出。
电压波形比较
❖ 导出原则一：
整流器 α
Udr
dxr
r
Id
逆变器 1800-β
-Udi
dxi
i
Id
下标i和r各表示逆变和整 流所对应的参数
已知 单桥整流器的直流侧电压平均值
故
Udr
Udr
Ud 0r cos +
Ud 0r cos(
Udi Ud 0i cos - dxi Id
其中，
d xi

3 Lri
外特性曲线
计算公式-（单桥逆变器）
已知 单桥整流器的r 计算公式：
故
r

+
r
2
❖ 单桥逆变器 i 计算公式（工况2-3）
i
1800
- (
-
i
2
)
i


+
i
2
等效电路（单桥逆变器）
d xi

✓ 熄弧角/关断越前角（ ）：
规定从阀关0 断到阀上电压由负变正的过零点之 间的时间用 角表示，称为逆变器的关断角。
✓ 换相角（ ）
由于受端交流系统等值电感Lr的存在，逆变器的阀也 有一个换相过程，用 表示，称为逆变器的换相角。
当 0 600 且 0 600 ，满足 +



1பைடு நூலகம்0
ik与iv波形
uba
p3 C3

ik
p3
对于刚触发导通的阀臂而言，整流器的阀 电流上升速度越来越快，而逆变器的阀电
流则越来越慢
uba 2El sin(t)
1800
t
ik Isc2(cos - cost)
ISC2 ISC2cosα
μ
iv
t
iVT 3 ik
Id
3 LCi
+ Id
+
udi
+
Ud 0i
Ud 0i cos
_
_
_
（a）等效电路-1
Udi Ud 0i cos + dxi Id
-dxi

- 3 LCi
+ Id
+
udi
+
Ud 0i
Ud 0i cos
_
_
_
（b）等效电路-2
Udi Ud 0i cos - dxi Id
单桥逆变器的运行方式
运行时要求： 0
另一方面，运行中并不希望 角太大i ，因为这 将使逆变器吸收更多的无功，降低直流传输功率。 因此逆变 站配置了定 角调节器。当换相 i 角变 化时，定 角调节器自动改变超前触发角 ，以 保持关断角 为给定值（ 0 附近）。
正常运行时： i 150 ~ 250