第二章换流器理论3——多桥换流器
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第二章 换流器的工作原理
逆变器的等值电路
§2.3 单桥逆变器的工作原理（续）
§2.3 单桥逆变器的工作原理（续）
§2.3 单桥逆变器的工作原理（续）
§2.3 单桥逆变器的工作原理（续）
逆变器的电流波形
§2.3 单桥逆变器的工作原理（续）
§2.4 多桥换流器简介
§2.4 多桥换流器简介
§2.5 换流器的常见故障
§2.2 单桥整流器的工作原理（续）
§2.2 单桥整流器的工作原理（续）
整流器的电流波形
§2.2 单桥整流器的工作原理（续）
整流器的基波功率因数角
§2.3 单桥逆变器的工作原理
换流器的电压波形
§2.3 单桥逆变器的工作原理（续）
逆变器
§2.3 单桥逆变器的工作原理（续）
逆变器的电压波形
§2.3 单桥逆变器的工作原理（续）
单桥整流器滞后换相过程（ α≠0°，γ=0° ）
单桥整流器换相过程（ α≠0°，γ≠0° ）
§2.2 单桥整流器的工作原理（续）
阀V5、V6导通时的导通电路
§2.2 单桥整流器的工作原理（续）
阀V5和V1换相时的导通电路
§2.2 单桥整流器的工作原理（续）
阀V5和V1换相完毕后的导通电路
§2.2 单桥整流器的工作原理（续）
ea
C1 C3
ebC5ec源自C1eaC30
C2
C4
C6
C2
eb
0° 90°
ec
180°
ea
270°
eb
360°
ec
三相电压波形图
2011/3/29 hfliang@ 3
§2.2 单桥整流器的工作原理（续）
单桥整流器自然换相过程（α=0°，γ=0° ）
换流器工作原理
0 ≤ µ < 60
0
2011-11-12
6
chap.3 换流器工作原理
3.1.1 2-3工况 工况
自然换相点：电源相电压的交点,或线电压过零点。 电源相电压的交点 或线电压过零点。 或线电压过零点 触发（延迟） 滞后角 点燃角（ ） 滞后角/点燃角 触发（延迟）角/滞后角 点燃角（α）：用电角度表
3.1.1 2-3工况 工况
电压波形
ud
2-3工况(理想)波形
2011-11-12
9
chap.3 换流器工作原理
3.1.1 2-3工况 工况
整流电压平均值 表达式1--定 角外特性 角外特性方程 表达式 定α角外特性方程
U d = U d 0 cos α − d x I d
理想空载直流电压： 理想空载直流电压： 等值换相电阻 /比换相压降： 比换相压降： 比换相压降
< µ ≤ 120
0
chap.3 换流器工作原理
3.1.1 2-3工况 工况
2-3工况：在60º的重复周期中，2个阀和 个阀轮 工况 的重复周期中， 个阀和 个阀和3个阀轮 的重复周期中
流导通的运行方式。 流导通的运行方式。
成立的条件： 成立的条件： 0 < α ≤ 90 0 − µ 2 阀导通顺序
2011-11-12
29
chap.3 换流器工作原理
3.2.2 桥间相互影响
邻桥的换相使本桥 脉动整流器） （6脉动整流器）所 脉动整流器 有未导通阀的电压 产生畸变， 产生畸变，即出现 附加换相齿” “附加换相齿”。 可能影响12脉动整 可能影响 脉动整 脉动 流器接班阀的正常 流器接班阀的正常 开通。 开通。
其中,理想空载直流电压 其中,
换流器培训教材
换流阀培训教材目录第一章换流器介绍及分类 (3)第一节 LTT换流器 (3)第二节 ETT换流器 (3)第二章换流器的结构及组成元件 (3)第一节换流器的设计要求 (4)第一小节基本性能 (5)第二小节其它要求 (7)第二节换流器元件参数 (9)第三节换流器结构 (10)第一小节阀塔结构 (10)第二小节阀层结构 (11)第三小节阀模块结构 (11)第四小节可控硅级结构 (12)第四节可控硅级的工作原理 (13)第一小节阻尼回路 (15)第二小节分压回路 (15)第三小节可控硅控制单元 (16)第五节阳极电抗器 (21)第六节冷却器 (21)第三章阀控系统 (24)第一节阀控系统概述 (24)第二节硬件介绍 (24)第一小节阀控中央板PS900 (24)第二小节阀控接口板PS906 (25)第三节软件介绍 (26)第一小节阀触发系统 (26)第二小节短脉冲系统 (27)第三小节阀监视系统 (28)第四章试验与检修 (29)第一节型式试验 (29)第二节常规试验 (32)第三节预防性试验 (33)第四节日常维护项目 (35)第一小节维护要求 (35)第二小节外观检查 (35)第三小节电气检查 (36)第五节特殊性检修项目 (37)第一小节可控硅更换 (38)第二小节可控硅控制单元更换 (41)第三小节电阻更换 (41)共48页第1页第四小节电容更换 (43)第五小节光纤更换 (44)第六小节更换元件后的检查 (47)共48页第2页换流器培训教材第一章换流器介绍及分类简介换流器是直流输电系统中的关键设备、它的作用是把交流电变换成直流电（称为整流），或者把直流电变换成交流电（称为逆变）。
通常用来换流的有6脉动换流器和12脉动换流器，12脉动换流器是由两个6脉动换流器串联而成。
按照触发原理的不同可分为LTT（Light Trigger Thyristor）换流器和ETT（Electric Trigger Thyristor）换流器。
本科春直流输电复习要点
高压直流输电教学内容第一章绪论1.1我国主要直流输电1） 工程概况（14条工程）（了解） 2） 直流输电应用场合（识记）1.2直流输电与交流输电运行特点比较（优缺点比较） （理解）1.3高压两端直流输电结构和元件 （理解）1）分类（单极分类、双极分类图）2） 构成元件 3） 元件作用 第二章换流理论及特性方程 2.1阀特性1）阀类型（汞弧阀、晶闸管、新型换流阀） （了解）1） 晶闸管电路符号、伏安特性、开通条件、关断条件（理解）2.2 6脉动三相全波桥式换流器电路分析 （重点掌握、难点）（1 ）整流器电路说明1） 为便于电路分析的 3条假设（交流电压、直流电流、阀）2） 6个阀阀触发角规律（2 ）忽略电源电感无触发延迟的电路分析（不考虑变压器漏感） 1）阀在某个触发角下，电路换相导通规律，一个周期 6次换相，掌握换相时一个周期内整流器直流侧电压波形、交流侧变压器a 相绕组电流波形、阀1电流波形。
2） 当阀的触发角不同时，掌握整流器直流侧电压波形、交流侧变压器a 相绕组电流波形、阀1电流波形及各电压电流波形变化规律。
3）直流平均电压表达式，及其大小影响因素 （3）包括换相叠弧的分析1）换相叠弧过程2）换相叠弧电压降4U = '+3）直流电压表达式V"j =cas a 一总卩£=卩鈕｛?门2 —EJ"2.3整流器和逆变器的工作方式 （重点掌握、难点） 当a=0,即无触发延迟时平均直流电压为:e ac d t =3：；3E mSin td t=3 3E m60n其中，Em 为相电压峰值；Vd0称为 理想空载直流电压V d° =2.34E LN =1.35E LL其中，ELN 相为相电压有效值，ELL 为线电压有效值1）整流器等效电路图31200-：60°在上述电路中，a点、b点、c点电压分别最高时，分别对应着阳极组晶闸管VI、V3、V5导通，这些点称之为各晶闸管自然换向点。
第二章换流器理论1——整流基本原理
具有哪些 优点？
2012-09-12
4
四种整流电路的比较
单相全波
单相桥式
V1 V3
2.1 概述（续）
Id
Id
Ud
Ud
V4
V2
三相半波
Id
三相全波
各自输出的 电压波形？
Ud
2012-09-12
5
1.单相全波
2.单相桥式
V1 V3
3.三相半波
Id
4.三相全波
Id
K / 1
序号 名称 阀数 脉动数 电 流 阀
体积大，有逆向导通的可能性。
从上个世纪70年代中期开始，所有的HVDC系统均采 用晶闸管阀。
2012-09-12 8
晶闸管 ——硅晶体闸流管的简称，是目前工业中实现大 容量功率变换和控制的主要电力电子器件。
晶闸管相当于一个可以控制接通的导电开关。
晶闸管是半导体型功率器件，对超过极限参数运用很敏 感，实际运用时应该注意留有较大电压、电流余量 ，并
R
iC 2 β2iG
i B 2 iG
iC 2 2 iG i B 1
iC1 β1 β2iG
G
iG
T2 EA
+ _
iC 1 β 1 iC 2
1 2 iG i B 2
在极短时间内使两个 三极管均饱和导通， 此过程称触发导通。
13
EG K EA > 0、EG > 0
2.094Pd 1.481Pd 1.209Pd
6 Id 0.333Id 0.816Id
/K 0.140Ud
变压器 有效值
Id
/K 1.571Ud
换流器的工作原理讲解
求积分后，得：
2E sin t
(2-6)
ir
2E
2 Lr
cos t
A
2E 2Xr
cos t
A
Is2 cos t A (2-7)
式中， Lr X r --从电源到桥之间的每相等值电抗；
2E 交流系统在换流器交流端两相短路 I s 2 2 Lr 时，短路电流强制分量的幅值；
A -- 积分常数。
2.整流器工作在滞后角 0 和换相角 0 的情况
直流电 压有缺
口
图2-11 整流器工作在 0, 0情况下的电压波形
同理，可取一周中的1/6波形来计算直流电压平均值，但积分的 上下限不同。
A 6
ea ea
ec
2E
2E sin t
sin t 120
(2-2)
ebc ebo eoc ec eb
2E
sin
t
120
可以从阀5和阀6导通，其余各阀阻断的状态 开始，并且假定整流器向直流线路输出的直 流电流为 I d ，这时，整流器实际导通的电路 为：
vd ebc
图2-3 阀5和阀6导通时的电路
在 t 时，电路从一组阀（阀5和阀6）导通改变成
另一组阀（阀5、阀6和阀1）导通的瞬间，电流不会突变，
即：i1 ir 0
所以式（2-7）中的积分常数：
A
2E cos
2Xr
Is2 cos
将式（2-8）代入式（2-7）中即得：
(2-8)
i1
ir
2E 2Xr
cos
cost
Is2
cos
cost
大，而阀5电流逐渐减小。
如果经过一定相角 μ 之后，电流 ir增大到 Id。即当t
换流器的工作原理
2.2 单桥整流器的工作原理
2.2.1 换相过程
交流系统三相等值电势
交流系统每相 等值电感
图2-2 单桥整流器的等值电路图
如果以系统等值电动势 eca 的矢量作为基准， 则电源相电动势的瞬时值为
ea eoa eb eob ec eoc 2 E sin t 30 3 2 E sin t 90 3 2 E sin t 150 3
此时，阀5、6、1都导通了，等值电路如图 2-5所示。
图2-5 阀5和阀1换相时的等值电路
在分析换流器各组阀导通状态转换过程时， 一个基本原则是：在导通或关断瞬间，通过 电感的电流是连续的，不会突变。
在等值电路中有：
di5 di1 Lr Lr ea ec (2-3) dt dt 由于ea ec ，所以 ir 的方向是从a点流向c点，因此： i1 ir i5 I d ir (2-4)
所以
A 3 2 U E cos cos 3 2
Ud 0 cos cos Vd 0 sin sin (2-21) 2 2 2
将式（2-11）代入上式可得换相压降：
图2-8 换相角 的大小和换流器工作过程中 同时导通的桥阀数的关系
2.2.2 整流器的直流电压和换相压降
1.整流器工作在滞后角 0 和换相角 0 的情况
六脉动
vd eba
图2-9 整流器工作在 0, 0 情况下的电压波形
整流器的直流电压 Vd在一周之中是由六段相同的正弦曲线 段组成的，求其平均值时，只要取其中的一段计算。 假定基准纵轴Y-Y位于 t 30处，则曲线 eba 的纵坐标可 用 2 E cos 表示。在 从 6 到 6 间隔内，这段 曲线下的面积为：
第二章换流器理论2——换相叠弧整流及逆变
换相开始时，ωt=α：i3=0
I sd [cos sin (t )] 2
恒定分量 滞后于换相 电压90°的 正弦分量
Id
V1 V3
3Em C cos 2Lc
2012-09-12
ea eb
ia
i1 ib i3
8
i5
i1
αμ
i3
（二） 叠弧现象对电流的影响
i6
i2
i4
i3 I sd (cos - cost )
3Em 2Lc
Id arccos(cos ) I sd 2Lc I d arccos(cos ) 3E m
可得，换相角：
1）Id或Lc增大； 2）Em或α减小 换相角μ增大。
I sd
换相角μ影响因素： Id、Lc、Em和α
11
2012-09-12
（四）换相叠弧对输出直流电压的影响
（四）换相叠弧对输出直流电压的影响
所以，在有换相叠弧及触发延迟的情况下，输出 直流电压的平均值为： 3Lc Vd Vd 0 cos U d Vd 0 cos Id Vd 0 cos Rc I d 其中，Rc 3Lc 3 X c
高压直流输电技术 （二.2）
High Voltage Direct Current Transmission Technology
西安交通大学高压教研室 汲胜昌 2012年 9月~ 11月
2012-09-12
1
第二章 换流器理论及其特性方程
2012-09-12
2
2.3.2 包括换相叠弧的换流电路分析（即Lc≠0）
i1 i2 i3 i4 i5 i6
I sd [cos sin (t )] 2
恒定分量 滞后于换相 电压90°的 正弦分量
Id
V1 V3
3Em C cos 2Lc
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ea eb
ia
i1 ib i3
8
i5
i1
αμ
i3
（二） 叠弧现象对电流的影响
i6
i2
i4
i3 I sd (cos - cost )
3Em 2Lc
Id arccos(cos ) I sd 2Lc I d arccos(cos ) 3E m
可得，换相角：
1）Id或Lc增大； 2）Em或α减小 换相角μ增大。
I sd
换相角μ影响因素： Id、Lc、Em和α
11
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（四）换相叠弧对输出直流电压的影响
（四）换相叠弧对输出直流电压的影响
所以，在有换相叠弧及触发延迟的情况下，输出 直流电压的平均值为： 3Lc Vd Vd 0 cos U d Vd 0 cos Id Vd 0 cos Rc I d 其中，Rc 3Lc 3 X c
高压直流输电技术 （二.2）
High Voltage Direct Current Transmission Technology
西安交通大学高压教研室 汲胜昌 2012年 9月~ 11月
2012-09-12
1
第二章 换流器理论及其特性方程
2012-09-12
2
2.3.2 包括换相叠弧的换流电路分析（即Lc≠0）
i1 i2 i3 i4 i5 i6
直流输电第2章(换流器理论及特性方程)
（3）换相叠弧引起的电压下降
第29页
在换流过程中
eb
ea
2L
di3 dt
L di3 eb ea dt 2
Vp
eb
L
di3 dt
ea
eb 2
由于叠弧的影响，在ωt=α后的瞬间，P端电压将恢
复至(ea＋eb)/2，而不是恢复到eb，因此，叠弧的影响可
用每隔60°(π/3弧度)从面积A0中减去面积Aμ来度量。
第11页
(2)电流波形分析 交流电源各相电流由
与该相相连的两个阀中 的电流合成。例如，a相 电流为i1-i4，如图所示， 该电流表示换流变压器 的副边绕组电流。
第12页
电流从一个阀转移到同一组中另一个阀， 称为“换相”。在上述分析中，我们假定 忽略了电源电感Lc，因此换相是瞬时完成 的，也就是说没有叠弧现象。所以在任一 时刻，最多只有两个阀导通(一个共阴极阀 和一个共阳极阀)。
1在ωt＝α（而不是ωt ＝0）时触发，阀2在 ωt＝α＋60°时触发， 阀3在ωt＝α＋120°时 触发，其余依次类推。
第15页
触发延迟角限制在180°以内。如果α超过 180°，阀将触发失败。例如，考虑阀1的触发，当 α＝0时，阀1在ωt＝0时触发。该触发可延迟到ωt＝ 180°，超过180°时，ea不再大于ec，因而阀1的阳 极对阴极为负电压，将无法触发导通。
换流技术是实现直流输电的基本条件，换流技术的发 展促进了直流输电的发展，而直流输电发展的需要又 反过来促进换流技术的发展。换流技术水平的高低是 决定直流输电各种运行性能和经济性能的重要因素。
第4页
2.1阀特性
高压直流换流器中的阀是一个可控电子开关。它通 常仅单向导通，正方向是从阳极到阴极，导通时阀 上仅有一个小的压降。在相反方向，即施加在阀上 的电压使阴极相对于阳极为正时，阀阻止电流通过。
12脉动换流器直流电压
设B为换流桥数目，T为变压器变比，理想空载电压
2019/6/13
23
由于每个桥的有电压降，共B个桥电路串联，因此交流电压
或 用功率因数方程表达的直流电压为： 总的交流电流的基频分量的有效值为：
2019/6/13
24
谢谢大家！
2019/6/13
25
图1.每极1组12脉动
图3.每极2组12脉动
换流单元
图2.每极2组12脉动换流单元串联 换流单元并联
2019/6/13
3
多桥脉动换流器直流电压：
2019/6/13
向家坝-上海 ±800kV = ±400kV
±400kV = ±200kV
±200kV ±200kV ±200kV
4
双极双桥
葛洲坝 ~500kV
51 + +
c1 ud1
21
_
ud
52 +
ud2
c2 22 _ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
_
41 12
6
二、 双桥12脉动换流器工作方式（工况4-5）
1）工况4
换流器工况4 是指12个换流阀有4个阀同时导通，如：4个阀导通11、 12、21、22
2019/6/13
7
2019/6/13
8
2）工况5
5个阀同时导通：分别是11、12、21、22、31
2019/6/13
13
2019/6/13
14
2019/6/13
15
2019/6/13
16
2019/6/1312脉波换流桥
直流电压和交流波形
17
12脉动换流器的运行方式 实际应用中，常见多为12脉波换流桥。
2019/6/13
23
由于每个桥的有电压降，共B个桥电路串联，因此交流电压
或 用功率因数方程表达的直流电压为： 总的交流电流的基频分量的有效值为：
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谢谢大家！
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图1.每极1组12脉动
图3.每极2组12脉动
换流单元
图2.每极2组12脉动换流单元串联 换流单元并联
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多桥脉动换流器直流电压：
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向家坝-上海 ±800kV = ±400kV
±400kV = ±200kV
±200kV ±200kV ±200kV
4
双极双桥
葛洲坝 ~500kV
51 + +
c1 ud1
21
_
ud
52 +
ud2
c2 22 _ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
_
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二、 双桥12脉动换流器工作方式（工况4-5）
1）工况4
换流器工况4 是指12个换流阀有4个阀同时导通，如：4个阀导通11、 12、21、22
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2）工况5
5个阀同时导通：分别是11、12、21、22、31
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2019/6/1312脉波换流桥
直流电压和交流波形
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12脉动换流器的运行方式 实际应用中，常见多为12脉波换流桥。
换流器工作原理
换流器工作原理换流器是一种用于电力系统中的设备，它的作用是将直流电转换为交流电，或者将交流电转换为直流电。
在电力系统中，换流器扮演着至关重要的角色，它可以实现不同电压、频率和相数之间的能量转换，从而满足各种电力系统的需求。
本文将介绍换流器的工作原理，以帮助读者更好地理解这一重要设备。
首先，让我们来了解一下换流器的基本结构。
换流器通常由整流器和逆变器两部分组成。
整流器用于将交流电转换为直流电，而逆变器则用于将直流电转换为交流电。
这两部分组成了换流器的核心结构，它们通过控制电子器件的导通和关断来实现电能的转换。
换流器的工作原理可以简单地分为两个步骤，整流和逆变。
首先是整流过程，当交流电输入整流器时，整流器内的电子器件（如二极管、晶闸管等）会将交流电转换为直流电。
在这个过程中，电子器件的导通和关断受到控制信号的调节，以确保输出的电流和电压符合系统要求。
整流过程的稳定性和效率对于换流器的性能至关重要。
接下来是逆变过程，当需要将直流电转换为交流电时，逆变器开始工作。
逆变器内的电子器件会按照一定的规律对直流电进行开关控制，从而产生与输入交流电频率和相位相匹配的交流电输出。
逆变过程同样需要精确的控制和调节，以确保输出的交流电符合系统的要求。
换流器的工作原理涉及到许多电力电子器件和控制技术，其中包括二极管、晶闸管、场效应管等。
这些器件和技术的选择和应用对于换流器的性能和稳定性有着重要的影响。
此外，换流器的工作原理还涉及到许多电磁理论和电路分析知识，需要工程师们具备扎实的理论基础和丰富的实践经验。
总的来说，换流器作为电力系统中的重要设备，其工作原理涉及到整流和逆变两个基本过程，需要精确的控制和调节。
了解换流器的工作原理有助于工程师们更好地设计、运行和维护电力系统，从而确保电能的高效、稳定和安全传输和利用。
通过本文的介绍，相信读者对换流器的工作原理有了更清晰的认识。
在今后的工作和学习中，希望读者能够进一步深入研究和应用这一领域的知识，为电力系统的发展和改进贡献自己的力量。
换流器工作原理
M
Ld Id
13 5
ea Lc ia
+
A
eb Lc ib ik
o
B
ud
Lc
ec
C
_
ic 4 6 2
N
27
推导换相电流公式
ia Id ik ib ik ic Id
iV 1 iV 3 iV 2 ea
KVL：
eb
o
Lc
dib dt
Lc
dia dt
eba
-----（6）
ec
M
Ld Id
13 5
ea eb
o
13 5
Lc ia
A
Lc ib
B
Lc
C
+
ud
ec
ic 4 6 2 _
N
电压、阀电流、相电流 直流电流波形
20
整流电压平均值
（不计触发角、不计换相角）
2
Ud
0
ud (t)d (t) 3 2 E
2
（3）
Udo 1.35E
理理想想空空载载直直流流电电压压
（4）
电源线电压 有效值
21
2.1.2计及触发延时、不计换相角时单桥工作原理
Lc ia
+
A
Lc ib ik
B
ud
Lc
C
_
ic 4 6 2
N 28
推导换相电流公式
计及：
dId 0 dt
和 线电压： eba 2E sin(t)
可得：
2 Lc
dik dt
2E sin(t)
（7）
考虑初始条件： ik ( ) 0
29
第二章 换流器的工作原理
§2.3.5 单桥逆变器的阀电压波形
( 3)
'
> 90
=
30
为保证逆变器正常运行，应满足：
30 ° 15 即： 45 或 ° 45
§2.3.5 单桥逆变器的阀电压波形
总结： （1）当 （2）当
45 时，单桥逆变器可运行于 > 45 时，则必须使 45
15
的任何角度。
§2.3.6 单桥逆变器的功率和功率因数
ud = ud1 + ud 2
ea1c1 ea2c2
ud 2 ud 1
o
2 6
t
§2.4 多桥换流器简介
两换流变压器具有相同的容量和漏抗，但桥二要有-30°相移。
耦合电抗
桥间耦合
注意： l桥Ⅱ比桥Ⅰ相应阀的触发脉冲须滞后30° l12脉冲谐波电流减小
§2.4 多桥换流器简介 D＇D〞： 两个附加换相齿
2
§2.1 概述
系统中每个阀由数十只至数百只 可控硅串联；当直流额定电流较 大时，还要并联！ l 阀的导通条件： 2个条件必须同时满足！ l 阀具有单向导电性： l 阀的关断条件：
3
§2.2 单桥整流器的工作原理
阀电压；直流电压瞬时值；直流电压有效值 阀电流；相电流；直流侧电流 假设： 电源；等效阻抗；平波电抗器Ld；阀；触发脉冲
ec
C1：eca从负到正的过零点；C4：eca从正到负的过零点。 C1~C6：各过零点等间隔，60°
§2.2.1 单桥整流器工作过程的定性分析
（一）自然换相
假设各阀控制极加 一恒定正电压
§2.2.1 单桥整流器工作过程的定性分析
单桥整流器自然换相过程（ =0°， =0° ）
§2.2.1 单桥整流器工作过程的定性分析
第二章 换流器的工作原理.
e4 ac
5
0.5
+
0
120+
4 6
vd
180
8 10 12
3
2
t
0.5
1
几个名词：
换相过程：从阀1开通瞬间到阀5关断瞬 间，直流电流从c相流经阀5转移到从a相流 经阀1的过程； 换相电流：电流 ir ；由上面的分析可知， 直流输电的换流器是借助于交流电网所提供 的短路电流 ir 来实现换相的。 换相电抗：换相电流所流经的回路中每 相等值电抗 X r； 换相角：换相过程所经历的相位角 由式（2-11）可得： 2 X r Id 1 (2-13) cos cos 2E
C1 1
0
ea
C3
2
eb
C5
+
4
ec
C1
6
ea
C3
8
eb
C5
120 + 10
ec
C1
12
vm
t
0.5
0.5
C2
0 2
C4
4
C6
6
C2
8
C4
10
C6
12
1
0.5
1.5
1
2 1
5 5 6 6
1
6
6 2
1
1 3
2
3
2 3 eab 4
3
4
3 4 eac 5
4
5
4 5 ebc 6
5
6
5 1
发生两相短路时的短路电流。式中第一、二两项分别为短路 电流的自由分量和强制分量。 同时 i5 I d ir (2-10)
第三节双桥换流器
Id ＋
南桥 ~220kV
－
－
＋
＋
/ / 525 209 209 33
－500kV
209kV
Id
－
/ / 230 198 198 33
198kV
ib2a2 ic2b2 ia2c2
isc isc
双桥换流器等效电路
双桥换流器等效电路12脉动逆变器在桥2中VT2 Nhomakorabea电压波形图
双桥换流器
早期的直流输电工程采用6脉动换流器。
由于6脉动换流器在交直流侧产生的低次谐波更多， 而12 脉动换流器的优点之一是其直流电压质量好， 所含的谐波成分少。因此现代大部分高压直流输电工 程均选择12脉动换流器作为基本换流单元，从而可简 化滤波装置，降低换流站造价。
如图所示
多桥换流器的接线方式：
从而使另一个桥上的阀电压波形产生附加换相齿
一般可以认为耦合电抗在“4-5工况”下， 对整流器的工作没有影响。
如图所示
如图所示
邻桥的换相影响整流器侧接班阀的正常 开通，以及逆变器侧熄弧阀的可靠关断。
HVDC系统原理图-双极双桥
葛洲坝 ~500kV
＋500kV
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
如图所示 如图所示
如图
如图所示
如图所示
iA iA1 iA2
如图所示
如图所示
如图所示
如图所示
如图所示
如图所示
▪ 不计α和μ 时电流波形， 1. 换流变阀侧电流， 2. 换流变网侧电流， 3. 电源侧电流
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高压直流输电技术 （二.3）
High Voltage Direct Current Transmission Technology
西安交通大学高压教研室 汲胜昌 2012年 09月~ 11月
2012-09-12
1
第二章 换流器理论及其特性方程
2012-09-12
2
2.5 多桥换流器
将两个或多个换流桥串联可获得所要求的高直流电压。
A *
EA
B *
EB
EC
C *
Ea
a *
b *
c *
Ec
Eb
如果把高压侧线电势相量EAC指向
A
a
钟面上的数字12，此时低压侧线 电势相量Eac指向1，这相当于1点 钟的位置，因此称这种变压器的
a
o
B
Ec
Ea
组别为Y/Y-1.
b
c
c
Eb
低压侧超前高压侧30°
C
b
2012-09-12
8
②关于换流变绕组的联接方式 （3）Y/△-11联结组 符号Y/△的表示高、低压（原、副边）绕组的接
换流桥在直流侧串联，而在交流侧通过换流变的网侧绕
组并联在一起。
实际应用中，一般是由两个6脉动换流器组成一个12脉
动换流器，如下图所示。
2012-09-12
3
2.5 多桥换流器
Id
V5
①关于两个换流变的变比 在右图中，两组换流变一 组 为 Y0/Y 连 接 ， 另 一 组 为 Y0/△连接，二者变比为：
iaY
ia
3 /2 /2 0.0
a
i'aY
b
/2
3 / 2
2பைடு நூலகம்
icY
c
ibY
Y/△接法的电流是 不是Y/Y的相移30° 就可以得到呢？
2012-09-12
i'bY i'cY
17
④ 交流系统的提供的电流
对于Yo/△接法的换流变而言，需要对其电流详细分析。
首先可以肯定的是：Yo/△接法的换流变，其二次侧（阀侧）的线 电流必然波形如下所示，这里暂时不考虑其相位信息。
Frequency (Hz)
2012-09-12
29
⑤ 总结：12脉动换流器的优点及其它特性
优点：
【1】输出的直流电压中的谐波成分减少了；6n→12n 【2】交流系统中的谐波电流减少了。6n±１→12n±１ 这样，可以简化滤波装置，节省了换流站的造价。
其它特性：
Vd 0 2 【1】理想空载直流电压： 3 3Em
n1 m2
V3' V5'
Vd
负 载
V1'
a
i a△
i'1 i'4 ib△ i'3 i'6 ic△ i'5 i'2
两个换流变的原边 是同一个电源（即： 交流系统）
c
b
1：3K
Y0/△
2012-09-12
V4'
V6'
V2'
n2
5
②关于换流变绕组的联接方式
2.5 多桥换流器
三相变压器与单相变压器不同，除了相电势的相位关系
③ 输出的直流电压
Y/Y
1：K
Y/Y 1：K
Y/△
1： 3 K
Y/△
1： 3 K
有何优点？？？
2012-09-12
14
输出直流电压的仿真
14 12 10
Amplitude
8 6 4 2 0 0 300 600 900 1200
Frequency (Hz)
2012-09-12
15
④ 交流系统的提供的电流（假定K=1）
A C B
V1 V3
m1
a
iaY
i1 i4 ibY i3 i6 icY i5 i2
c
b
K 3 KY
选择如此变比 的原因？？
因为换相电压为线电压，选 择上述变比的主要目的是使 二者的换相电压相等。
2012-09-12
1:K
Y0/Y
V4
V6
V2
n1 m2
V3' V5'
Vd
负 载
V1'
a
i a△
i'1 i'4 ib△ i'3 i'6 ic△ i'5 i'2
12
③ 输出的直流电压
A C B
m1
V3 V5
Id
当然，这两组三相交流电压 （相位差为 30°，而换相电压相等 的两组电压）可从接线方式分别为 Y/△和 Y/△的两台三相双绕组换流 变得到，也可从一台三相 Y/Y/△接 线的三绕组变压器的两个次级绕组 得到。 各换流变的网侧绕组的三相端 子分别按相并联在一起，各阀侧绕 组接于各自的换流器桥臂上，且额
用时钟法来表示：在三相系统中，总是令高压侧线电势表示长针（分
针），低压侧线电势表示短针（时针）。
如果把高压侧线电势相量EAC指向钟面上的数字12，此时低压侧线电势相量
Eac也指向12，这相当于12点钟的位置，因此称这种变压器的组别为Y/Y-12.
2012-09-12 7
②关于换流变绕组的联接方式 （2）Y/△-1联结组 符号Y/△的意义也是表示高、低压（原、副边）绕 组的接线方式，如下图所示。
【2】每个桥的压降为： U d 6
3X c
Id
3X c 因为是2个桥的串联，所以总的压降为： U d 12 2 Id
i' a△
ia △ ic △
？
2012-09-12
i'c△p
i'a △p
i'a △ i'b △ i'c △
18
i'b△p
？
ib △
ia △
④ 交流系统的提供的电流
ic △
i'c△p
i'a △p
i'a △ i'b △ i'c △
如图所示，下列
等式成立：
' ' '
i'b△p
ib △
1 ：3
(2)-(3)
i'a △ i'b △ i'c △
ia△ 的 波 形
3 Id 3
3 Id 3
2 3 Id 3
二者的相位关系 如何呢？ Id
iaY 的 波 形
2012-09-12
iaY
a
i'aY
b
icY
c
ibY
-Id
i'bY i'cY
22
④ 交流系统的提供的电流
如右图所示，不管换流变是 Y/Y 接 法还是 Y/△接法，其原边的 Y 绕组都是 接在一个系统的，所以：
2012-09-12
6
②关于换流变绕组的联接方式 （1）Y/Y-12联结组 符号Y/Y的意义是表示高、低压（原、副边）绕组 的接线方式，如下图所示。
A * B * C *
E C
A
a *
b *
c *
a b
E A
E B
E a
E b
E c
C
o
B c
o
图中，高压侧和低压侧的相电势是同相位的，所以，线电势也必然是同相位的。
1 ' ' ' i ap i bp i cp 0 (1) i ( i i ap 3 a b ) ' ' ' (2) 1 ' ' i a i ap i cp ' i ( i i b p b c ) ' ' ' 3 i i i ( 3 ) b b p a p 1 ' ' ' i 'c i 'cp i 'bp i ( i i cp c a ) (4) 3 3 3 (i1 i4 i3 i6 ) ia 3i 'ap (i'a i'b ) 3 3
c b c b a
iaY
V1
i1 i4 ibY i3 i6 icY i5 i2
1:K
Y0/Y
V4
V6
V2
n1 m2
V3' V5'
Vd
负 载
V1'
a
i a△
i'1 i'4 ib△ i'3 i'6 ic△ i'5 i'2
定线电压是相等的。
1：3K
Y0/△
2012-09-12
V4'
V6'
V2'
n2
13
在一个换流桥上提供的三相线电压与另一桥提供的三相 线电压之间移相30°，因此，两个桥输出的直流电压也应该 是相位相差30°的六段脉波，如下图所示：
Id
Id 相位相同吗？
iaY 的 波 形
2012-09-12
iaY 的 波 形
-Id -Id
24
④ 交流系统的提供的电流
2 3 Id 3
（1
ia△ 的 波 形
3 Id 3
2 3 ）I d 3
（1
3 ）I d 3
3 Id 3
3 Id 3
2 3 Id 3
-π Id
0
π
iaY 的 波 形
-Id
High Voltage Direct Current Transmission Technology
西安交通大学高压教研室 汲胜昌 2012年 09月~ 11月
2012-09-12
1
第二章 换流器理论及其特性方程
2012-09-12
2
2.5 多桥换流器
将两个或多个换流桥串联可获得所要求的高直流电压。
A *
EA
B *
EB
EC
C *
Ea
a *
b *
c *
Ec
Eb
如果把高压侧线电势相量EAC指向
A
a
钟面上的数字12，此时低压侧线 电势相量Eac指向1，这相当于1点 钟的位置，因此称这种变压器的
a
o
B
Ec
Ea
组别为Y/Y-1.
b
c
c
Eb
低压侧超前高压侧30°
C
b
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8
②关于换流变绕组的联接方式 （3）Y/△-11联结组 符号Y/△的表示高、低压（原、副边）绕组的接
换流桥在直流侧串联，而在交流侧通过换流变的网侧绕
组并联在一起。
实际应用中，一般是由两个6脉动换流器组成一个12脉
动换流器，如下图所示。
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3
2.5 多桥换流器
Id
V5
①关于两个换流变的变比 在右图中，两组换流变一 组 为 Y0/Y 连 接 ， 另 一 组 为 Y0/△连接，二者变比为：
iaY
ia
3 /2 /2 0.0
a
i'aY
b
/2
3 / 2
2பைடு நூலகம்
icY
c
ibY
Y/△接法的电流是 不是Y/Y的相移30° 就可以得到呢？
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i'bY i'cY
17
④ 交流系统的提供的电流
对于Yo/△接法的换流变而言，需要对其电流详细分析。
首先可以肯定的是：Yo/△接法的换流变，其二次侧（阀侧）的线 电流必然波形如下所示，这里暂时不考虑其相位信息。
Frequency (Hz)
2012-09-12
29
⑤ 总结：12脉动换流器的优点及其它特性
优点：
【1】输出的直流电压中的谐波成分减少了；6n→12n 【2】交流系统中的谐波电流减少了。6n±１→12n±１ 这样，可以简化滤波装置，节省了换流站的造价。
其它特性：
Vd 0 2 【1】理想空载直流电压： 3 3Em
n1 m2
V3' V5'
Vd
负 载
V1'
a
i a△
i'1 i'4 ib△ i'3 i'6 ic△ i'5 i'2
两个换流变的原边 是同一个电源（即： 交流系统）
c
b
1：3K
Y0/△
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V4'
V6'
V2'
n2
5
②关于换流变绕组的联接方式
2.5 多桥换流器
三相变压器与单相变压器不同，除了相电势的相位关系
③ 输出的直流电压
Y/Y
1：K
Y/Y 1：K
Y/△
1： 3 K
Y/△
1： 3 K
有何优点？？？
2012-09-12
14
输出直流电压的仿真
14 12 10
Amplitude
8 6 4 2 0 0 300 600 900 1200
Frequency (Hz)
2012-09-12
15
④ 交流系统的提供的电流（假定K=1）
A C B
V1 V3
m1
a
iaY
i1 i4 ibY i3 i6 icY i5 i2
c
b
K 3 KY
选择如此变比 的原因？？
因为换相电压为线电压，选 择上述变比的主要目的是使 二者的换相电压相等。
2012-09-12
1:K
Y0/Y
V4
V6
V2
n1 m2
V3' V5'
Vd
负 载
V1'
a
i a△
i'1 i'4 ib△ i'3 i'6 ic△ i'5 i'2
12
③ 输出的直流电压
A C B
m1
V3 V5
Id
当然，这两组三相交流电压 （相位差为 30°，而换相电压相等 的两组电压）可从接线方式分别为 Y/△和 Y/△的两台三相双绕组换流 变得到，也可从一台三相 Y/Y/△接 线的三绕组变压器的两个次级绕组 得到。 各换流变的网侧绕组的三相端 子分别按相并联在一起，各阀侧绕 组接于各自的换流器桥臂上，且额
用时钟法来表示：在三相系统中，总是令高压侧线电势表示长针（分
针），低压侧线电势表示短针（时针）。
如果把高压侧线电势相量EAC指向钟面上的数字12，此时低压侧线电势相量
Eac也指向12，这相当于12点钟的位置，因此称这种变压器的组别为Y/Y-12.
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②关于换流变绕组的联接方式 （2）Y/△-1联结组 符号Y/△的意义也是表示高、低压（原、副边）绕 组的接线方式，如下图所示。
【2】每个桥的压降为： U d 6
3X c
Id
3X c 因为是2个桥的串联，所以总的压降为： U d 12 2 Id
i' a△
ia △ ic △
？
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i'c△p
i'a △p
i'a △ i'b △ i'c △
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i'b△p
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ib △
ia △
④ 交流系统的提供的电流
ic △
i'c△p
i'a △p
i'a △ i'b △ i'c △
如图所示，下列
等式成立：
' ' '
i'b△p
ib △
1 ：3
(2)-(3)
i'a △ i'b △ i'c △
ia△ 的 波 形
3 Id 3
3 Id 3
2 3 Id 3
二者的相位关系 如何呢？ Id
iaY 的 波 形
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iaY
a
i'aY
b
icY
c
ibY
-Id
i'bY i'cY
22
④ 交流系统的提供的电流
如右图所示，不管换流变是 Y/Y 接 法还是 Y/△接法，其原边的 Y 绕组都是 接在一个系统的，所以：
2012-09-12
6
②关于换流变绕组的联接方式 （1）Y/Y-12联结组 符号Y/Y的意义是表示高、低压（原、副边）绕组 的接线方式，如下图所示。
A * B * C *
E C
A
a *
b *
c *
a b
E A
E B
E a
E b
E c
C
o
B c
o
图中，高压侧和低压侧的相电势是同相位的，所以，线电势也必然是同相位的。
1 ' ' ' i ap i bp i cp 0 (1) i ( i i ap 3 a b ) ' ' ' (2) 1 ' ' i a i ap i cp ' i ( i i b p b c ) ' ' ' 3 i i i ( 3 ) b b p a p 1 ' ' ' i 'c i 'cp i 'bp i ( i i cp c a ) (4) 3 3 3 (i1 i4 i3 i6 ) ia 3i 'ap (i'a i'b ) 3 3
c b c b a
iaY
V1
i1 i4 ibY i3 i6 icY i5 i2
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Y0/Y
V4
V6
V2
n1 m2
V3' V5'
Vd
负 载
V1'
a
i a△
i'1 i'4 ib△ i'3 i'6 ic△ i'5 i'2
定线电压是相等的。
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Y0/△
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V4'
V6'
V2'
n2
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在一个换流桥上提供的三相线电压与另一桥提供的三相 线电压之间移相30°，因此，两个桥输出的直流电压也应该 是相位相差30°的六段脉波，如下图所示：
Id
Id 相位相同吗？
iaY 的 波 形
2012-09-12
iaY 的 波 形
-Id -Id
24
④ 交流系统的提供的电流
2 3 Id 3
（1
ia△ 的 波 形
3 Id 3
2 3 ）I d 3
（1
3 ）I d 3
3 Id 3
3 Id 3
2 3 Id 3
-π Id
0
π
iaY 的 波 形
-Id