换流器工作原理_

A B C
ia
B
C
ea eb
Lc
Udr
Udi
ib ic
5
4 N
6
2
1
3
ec
－
Id －
M
45
Ud ~ α的关系
单桥整流器的整流电压平均值( 0和 0 )：
U d U do cos
（5）
ud
Ud
换流器状态
0 ~ 600 全部为+ 全部为+
600 ~ 900 900 ~ 1200 1200 ~ 1800
V1、V2导通→V1、V2、V3导通→ 2、V3导通 V

V1、V2导通 与计及触发延时、不计 换相角时相同 V2、V3导通

ωt=α ～ α＋μ 时，
ea eb u MO 2 u NO ec eac ebc u MN 2
35
电压
整流电压平均值（正常工况）
ec
ic 4 6
N
_ 2
18
上半桥分析

V1、V2导通
u MO ea u NO ec u e ac MN
o
M
电压：
Ld Id
ea eb
i Lc a
Lc ib
1 3
A
5
+

ωt=c3 后 ∵ p3 给出，同时
B
Lc
ud
C
uV 3 eba 0
ec
ic 4 6 2
N
_
∴ V3导通, V1截止
+~-
+~-
全部为 全部为 -
+~0
0~-
整流器
对 ud 的影响、动画
逆变器
46
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：
90
0

2
180
0
0
柔性电力技术研究所
高压直流输电技术
刘晋 华北电力大学 电气与电子工程学院 柔性电力技术研究所 liujin@ncepu.edu.cn
1
柔性电力技术研究所
Chap.2 换流器工作原理
2
HVDC原理示意图
双桥换流器
A端 B端 Ld 正极12脉动 YY
滤波 交流系统A 交流系统B
DY
YY 滤波及 无功补偿
39
等效电路（单桥整流器）
3 LC 3 LC
dx

dx
+ +

Id
+
Id
+
+
Ud 0
_
+
ud
_
U d 0 cos
_
Ud 0
_
U d 0 cos
_
ud
_
（a）等效电路-1
（b）等效电路-2
U d ( , ) U d 0 cos d x I d
（13）
40
功率因数 （单桥整流器）
-----（6）
ik
B
A
ud
_
ec
ic 4 6 2
N
30
推导换相电流公式
计及： 和 线电压： 可得：
dI d 0 dt
eba
2 E sin( t )
（7）
dik 2 Lc dt
考虑初始条件：
2 E s in(t )
ik ( ) 0
31
换相电流计算公式
ik I sc 2 (cos cost )
Lc ib
1 3
A
5
+
eb ec
特点： 出现强制延迟现象 出现的原因： I d 过大
B
Lc
ud
C
ic 4 6 2
N
_
43
工况3-4

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。
M
成立的条件：
30 90
0 0
Ld Id

2
o
同时
ea eb
i Lc a

上半桥分析
V1、V2导通→V2、V3导通

V1、V2导通 与不计触发延时、不计 换相角时相同 V2、V3导通
24
2.1.2计及触发延时、不计换相角时单桥的工作原理

上半桥分析

M
Ld Id
ωt=c3～ p3 时 ∵ p3 没有给出，所以 尽管
ea
o
1 3
i Lc a
A
5
+
eb
Lc ib
B
uV 3 eba 0
A
A
串联方式需要均压，并联方式需要均流
9
10
11
12
第二章 主要内容
2.1 单桥整流器的工作原理 2.2 单桥逆变器的工作原理 2.3 双桥换流器的工作原理
单桥
HVDC系统
13
假设条件


交流电源为对称的正弦波； 交流输电系统及换流变压器阻抗对称； 不计交流系统中各元件的电阻及换流变压器 的激磁导纳； 平波电抗器的电感为无穷大； 晶闸管具有理想的开关特性； 等间隔触发
N
_
26
下半桥分析
(计及触发延时、不计换相角)

ωt> p4 时 ∵ p4 给出，同时
M
Ld Id
uV 4 eca 0
o
ea
i Lc a
Lc ib
1 3
A
5
+
∴ V4导通, V2截止
eb
ec
B
Lc
ud
C
ic 4 6 2
N
_
电压、阀电流、相电流 直流电流波形
27
整流电压平均值
（计及触发角、不计换相角）
直流输电线
滤波
DY 负极12脉动
Ld
3
换流器
4
换流器桥臂
桥臂符号
组件
5
换流器
6
平波电抗
阀组件：晶闸 管与均压电路
受单只器件控制 容量的限制，必须 采取组合的形式以 满足工作要求
冲击陡波均压
晶闸管 静态均压 动态均压
组间均压
7
换流器
8
换流器

桥臂组成方式--晶闸管串联和并联
M M
晶闸管
电压：5.5~9kV 电流：1.2~4.5kA
Ud
( , )
2
0
ud ( t )d ( t ) 2
空载时整流电 压的平均值 （11）
U d ( , 0) DU d
换相引起的电压损耗：
DU d
电压
3 LC

Id
（12）
36
外特性方程

整流电压平均值---表达式1 ---定α角外特性方程
U d ( , ) U d 0 cos d x I d
等值换相电阻/比换相压降：
（13）
dx
3 LC

（14）
定α角外特性曲线
37
整流电压平均值（正常工况）

整流电压平均值---表达式2
cos cos( ) U d ( , ) U d 0 2

（15）
整流电压平均值---表达式3
U d ( , ) U d 0 cos( ) cos 2 2
16
电源电动势
相电压:
ea eb ec 2 E p cos( t 60 0 ) 0 2 E p cos( t 180 ) 0 2 E p cos( t 60 )
（1）
线电压:
eab ebc eca
2 El cos( t 30 0 ) 0 2 El cos( t 150 ) 0 2 El cos( t 90 )
同时
0 60
47
工况2-3

下半桥分析 V1、V2导通→V1、V2 、V3导通→V2、V3导通
ωt∈(C3,α) /V1、V2导通
Id Ld
4
A
B C

N
ia I d ib 0 i I d c
ud
C
ic 4 6 2
N
_
电压、阀电流、相电流 直流电流波形
20
下半桥分析
V2、V3导通→V3、V4导通

M
Ld Id
ωt=c4 后 ∵ p4 给出，同时
ea
o
i Lc a
Lc ib
1 3
A
5
+
uV 4 eca 0
∴ V4导通, V2截止
eb ec
B
Lc
ud
C
ic 4 6 2
N
_
21
下半桥分析
（2）

自然换相点：电源相电压的交点
17
2.1.1 无触发延时、不计换相角时单桥工作原理

上半桥分析
V1、V2导通→V2、V3导通

M
Ld Id
V1、V2导通 电流：
ea
o
1
3
i Lc a
A
5
+
HVDC系统
ia I d ib 0 i I d c
eb
Lc ib
B
ud
C
Lc


（16）
38
直流电压的特点
整流电压平均值的特点：
U d ( , ) f ( I d , Lc , , , E )
其中：(1) I d ， c ， ， 增加，则 U d 减少； L
(2) E 增加，则 U d 增加
E I d 的影响，Lc 的影响， 的影响， 的影响， 的影响
Lc ib
1 3
A
5
+
60 0 120 0
B
特点：直流短路、交流三 相短路 出现的原因： I d 故障性增大
Lc
ud
C
ec
ic 4 6 2
N
_
44
2.2 单桥逆变器的工作原理

逆变器接入HVDC系统的方式
Ld
M
Id
+ +
5
Ld
N 4
A
ea eb ec
1 Lc
3
6
2
ia ib ic
Fra Baidu bibliotek
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：
同时
0 90
0

0 60
2 0
42
工况3

工况3： 在600的重复周期中，始终只有3 个阀轮流导通的运行方式。
M
成立的条件：
同时
Ld Id
0 30
0
60
ea
o
0
i Lc a
19
上半桥分析

换相：电流从一个晶闸管转移到同一半 桥中另一个晶闸管的过程。

V2、V3导通
M
Ld Id
ia 0 ib I d i I d c
u MO eb u NO ec u e bc MN
ea
o
i Lc a
Lc ib
1 3
A
5
+
eb
ec
B
Lc
交流系统两相短路电流的幅值
（8）
等值换相电感
I sc 2
E 2Lc
（9）
ik波形、阀电流、相电流、直流电流波形
32
换相角计算公式
ik I sc 2 (cos cost )
换相结束时： ik (
) Id
Id I SC 2
（10）
则
cos( ) cos
Ud

2
0
ud (t )d (t ) 2
U do cos
（5）
特点：
增加，则 U d 减少
28
2.1.3计及触发延时、计及换相角时单桥的工作原理
问题的提出： ip能否突变？ ip的变化规律？ 假设短路电流ik
M
Ld Id
1 3
ea eb
o
i Lc a
Lc ib
Lc
C
5
+
（不计触发角、不计换相角）
Ud

2
0
ud (t )d (t ) 2

3 2

E
（3）
U do 1.35 E
理想空载直流电压 理想空载直流电压
电源线电压
（4）
有效值
23
2.1.2计及触发延时、不计换相角时单桥工作原理

触发（延迟）角/滞后角/点燃角（ ）： 用电气角度表示的从自然换相点到晶闸 管的控制极上施以触发脉冲的时间。
ud
C
Lc
∴ V3不导通
ec
ic 4 6 2
N
_
25
上半桥分析
(计及触发延时、不计换相角)

ωt> p3 时 ∵ p3 给出，同时
M
Ld Id
uV 3 eba 0
o
ea eb
1 3
i Lc a
A
5
+
∴ V3导通, V1截止
Lc ib
B
ud
C
Lc
ec
电压、阀电流、相电流 直流电流波形
ic 4 6 2
ik
B
A
ud
_
ec
ic 4 6 2
N 29
推导换相电流公式
ia I d ik ib ik i I d c iV 1 iV 3 iV 2
o
M
Ld Id
ea eb
1 3
i Lc a
Lc ib Lc
C
5
+
KVL： dib dia Lc Lc eba dt dt
特点： f ( I d , Lc , , E )
33
换相实质
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。

换相电流：换相期间的短路电流
换相电压：提供换相电流的交流电源电压
换相阻抗：每相电源中性点到桥臂间的等
值阻抗
HVDC系统 34
电压分析-上半桥(正常工况)
HVDC系统 14
2.1 单桥整流器的工作原理

单桥等效电路原理图
M
Ld
Id
ea
o
Lc Lc Lc
ia
ib
1
A
3
5
+
eb ec
HVDC系统
B C
ud
2 _
ic
4
N
6
15
单桥整流器的主要内容
2.1.1 无触发延时、不计换相角时单 桥的工作原理 2.1.2 计及触发延时、不计换相角时 单桥的工作原理 2.1.3 计及触发延时、计及换相角时 单桥的工作原理 -----正常工况
cos cos( ) cos 2 cos( ) cos 2 2
功率因数角：
（17） （18） （19）
0 0


2
通常
10 ~ 20
0
0
15 ~ 25
41
单桥整流器的运行方式

工况2-3 ---正常运行方式 工况3 ---非正常运行方式 工况3-4 ---故障运行方式

V3、V4导通
M
Ld Id
ia I d ib I d i 0 c
u MO eb u NO ea u e ba MN
ea
o
i Lc a
Lc ib
1 3
A
5
+
eb ec
B
Lc
ud
C
ic 4 6 2
N
_
电压、阀电流、相电流 直流电流波形
22
整流电压平均值