直流输电基本原理

C2
4 5 4 5 6 5 6
5 6 1
C6
2 3
2 3 4
C2
4 5
3 4
4 5 6
C4 6
6 1 1 2 1 2
5 6
1 2 3
C62
2 3 3 4
-iv4 -iv6 iv5
iv1 iv3
-iv4 -iv6 iv5
iv1
ia = iv 1 − iv 4
ib = i v 3 − i v 6
-iv2
值
dγ ＝3ωLγ /π ω π Id
等值换相电阻 直流电流
逆变器定γ 逆变器定γ等值电路
逆变器定β 逆变器定β等值电路
稳态特性
µ δ=γ
单桥换流器稳态特性
直流电压与α 直流电压与α角的关系
换流器的功率因数
ϕ ≈α +
µ γ
2
µ
µ
µ
相关公式总结
U d = 1 .35 • U • cos α − 3
Id
ea eb ec
共阳极组
Id
6脉动二极管整流 脉动二极管整流
直流电压 （平均值） 纹波
整流器的阀电流和交流侧电流（不计换相） 整流器的阀电流和交流侧电流（
换相过程
ea eb ec
叠弧（换相电感） 叠弧（换相电感）引起的电压降
∆U
d
= 6 f L Id
ω 3 =6 L Id = ω L Id 2π π
交流电压中含有谐波电压 两个6脉动组的换流变漏抗 脉动组的换流变漏抗／ 两个 脉动组的换流变漏抗／变比误差 两极换流器运行参数不相等 换流变三相漏抗误差 触发脉冲不等距
小结
基本控制配合3 基本控制配合
• 整流站控制 d 整流站控制I 由电流调节器控制I 由电流调节器控制 d Id ＝Ido 由换流变抽头调节控制换流变阀侧空载电压 Udi0不变。 不变。 • 逆变站控制 d 逆变站控制U 由关断角调节器控制γ ＝ 由关断角调节器控制 γ＝17º 由换流变抽头调节控制换流变阀侧空载电压 Udi0不变。 不变。 • 例：葛南
整流
π
3
ωL Id ωL I d )
逆变
U d = − (1.35 • U • cos γ −
π
叠弧角
2 ωL I d cos(α + µ ) = cos α − U
α + µ +γ = π
等值电路图
稳态特性
S点左侧 点左侧 Vd = Vdzocosα- Id dγz α γ S点右侧 点右侧 定β 运行 Vd = Vdoncosβ +Id (dγn + R) β γ 定γ 运行 Vd = Vdoncos γ - Id (dγn - R) γ Id = (Vdzocosα - Vdoncosβ) /(dγz+R + dγn) α β γ γ = (Vdzocosα - Vdoncos γ )/(dγz+R - dγn) α γ γ
6 8 10 12
π +α 3
2
4
ωt
uV 3
整流桥波形
直流电压
相电流
桥臂电压
整流运行
整流运行小结 直流电压 Vd＝Vdiocos α－dγId
Vdio＝1.35E ＝ 值 dγ ＝3ωLγ/π γ ω γπ Lγ γ 相 Id E 理想空载直流电压 换流变阀侧线电压有效 等值换相电阻 从电源到阀桥之间的每 等值电抗 直流电流
iv3
ic = iv 5 − iv 2
-iv2
逆变桥波形
直流电压
相电流
桥臂电压
逆变运行
逆变运行小结
超前角β 超前角β β＝180°－α ° 迭弧角µ 迭弧角µ 关断角γ 熄弧角， 关断角γ (δ) 熄弧角，换相余裕角 直流电压 Vd＝Vdiocos β＋dγId Vd＝Vdiocos γ －dγId Vdio＝1.35E 理想空载直流电压 E 换流变阀侧线电压有效
3 5 4 4 6
u-
ib = iv 3 − iv 6
ic = iv 5 − iv 2
U+
单桥整流器电压波形
p1 p2 p3 p4 p5 p6 p1 p2 p3 p4 p5 p6
U-
ea
C1
0
eb
C3
2
ec
C5
4
ea
C1
6
eb
C3
8
ec
C5
10
u+
C1
12
ωt
C2
5 5 6 6
1
C4
6 6 2 1 1 3 2 3 2 3 eba 4 3 4
3
π
ωL Id = Udio • cosα −
3
π
ωL Id
电压矢量关系
ea
( a+ c)/2
e e
ec
电压矢量关系
eb
可控整流器的外特性
换流器的等值电路
可控整流器的阀两端电压波形
U+
单桥整流器相电流波形
p1 p2 p3 p4 p5 p6 p1 p2 p3 p4 p5 p6
U-
ea
C1
0
eb
峰值整流
电压降
整流电压(平均值)
U d = 1.35 ⋅U −
3
π
ωL I d
6脉动可控桥 脉动可控桥
U+
Id
ea eb ec
ia ib ic A B C Id
U-
α >0 时，考虑叠弧后整流电压平均值
U d = 1 . 35 ⋅ U ⋅ cos α −
3
π
ωL Id
可控整流电压
C
Ud =1.35• U • cosα −
C6
3 4 eca 5 4 5 4 5 6
C2
5 1 6 6 2 1
C4
1 3 2 3 2 3 eba 4 3 4
C6
3 4 5 4 5 ecb 6
u-
2 eab 1 e1 2 ebc ac 1
e5 cb
6
1 2 e6 1 eac 2 ebc ab
e4 ca
5
ud
120 ° + µ
0
α α+µ
180 °
u+
iV1 iV2 iV3 iV4 iV5 iV6
单桥逆变器换流变阀侧电流波形
p5 p6 p1. p2 p3 P4 p5 p6 p1 p2 p3 p4
ea
C1
0
eb
C3 C5 C4
6 1 6 1 2 1 2 1 2 3
ec
6.28
ea
C1
3 4 5
eb
C3 C5
5 6 1
ec
12.57
uu+
3 4 5
ea
C1
0
eb
C3 C5 C4
6 1 6 1 2 1 2 1 2 3
ec
6.28
ea
C1
3 4 5
eb
C3 C5
5 6 1
ec
12.57
u-
3 4 5
C2
4 5 4 5 6 5 6
5 6 1
C6
2 3
2 3 4
C2
4 5
3 4
4 5 6
C4 6
6 1 1 2 1 2
5 6
1 2 3
C62
2 3 3 4
控制特性配合3 控制特性配合
定Ud、定Id
Vd
(p.u.) Vd
(p.u.)
1.0
C
B
0.8
b c
0.0
Id(p.u.)
0.0
Id(p.u.)
控制特性配合4 控制特性配合
电流裕度控制
(p.u.) Vd Vd
°
(p.u.)
1.0
γ
1.0
Idz
γ=18°
In
Idn
Idz
∆I
0.0
Id(p.u.)
0.0
注意:只需很小的压差 注意 只需很小的压差
直流输电原理(反送 直流输电原理 反送) 反送
逆变 Id 整流
注意: 注意 只需很小的压差 电流方向不变,仅电压极性反转！ 电流方向不变 仅电压极性反转！ 仅电压极性反转
换流器的结线方式
采用6脉动换流桥为基本单元 采用 脉动换流桥为基本单元 脉动
与其他结线方式相比， 脉动换流桥的优点 脉动换流桥的优点： 与其他结线方式相比， 6脉动换流桥的优点： • 直流电压相同条件下，阀在断态下所承受的电压峰值较低； 直流电压相同条件下，阀在断态下所承受的电压峰值较低； • 直流输出功率相同条件下，换流变压器阀侧绕组容量较小； 直流输出功率相同条件下，换流变压器阀侧绕组容量较小； • 换流变结线简单，无需两个副绕组或有中心抽头的副绕组； 换流变结线简单，无需两个副绕组或有中心抽头的副绕组；
ud 2 ud1
C61 C62 C11 C12 C21 C22 C31 C32 C41 C42 C51 C52 C61 C62 C11 C12 C21 C22
π
1 Id 3
2π
ωt
(1+
(1+ 1 ) Id 3
2 ) Id 3
i A = i A1 + i A 2
(1+
(1+ 1 ) Id 3
1 Id 3
12脉动阀组 脉动阀组
12脉动桥电源侧电流波形 12脉动桥电源侧电流波形
u
eca ecb ecb eab eab eac eac ebc ebc eba eba eca eca ecb ecb eab eab
p61 p62 p11 p12 p21 p22 p31 p32 p41 p42 p51 p52 p61 p62 p11 p12p61 p62
单桥逆变器
逆变器
逆变器的直流电压（ 逆变器的直流电压（ µ > 0 ）
逆变电压
V1 V5V1 C V5 P1 c4
A
α + µ +γ = π
经过计算=>
3
U d = − (1.35 • U • cos γ −
π
ωL I d )
逆变器的阀电压与阀电流
单桥逆变器阀电流波形
p5 p6 p1. p2 p3 P4 p5 p6 p1 p2 p3 p4
Id(p.u.)
电流调节器示意
Id调节例 调节例
小结
控制直流功率的手段
• 改变α角(Vd＝1.35Ecos α－dγId) 改变α ＝ γ 调节范围大；连续调节；调节速度快。 调节范围大；连续调节；调节速度快。 主要控制手段 • 改变换流变抽头位置 Vd＝1.35Ecos α－dγId) 改变换流变抽头位置( ＝ γ 调节范围小；分级调节；调节速度慢。 调节范围小；分级调节；调节速度慢。 辅助控制手段
小结
基本控制配合2 基本控制配合
• 整流站控制 d 整流站控制I 由电流调节器控制Id Id ＝Ido 由电流调节器控制 由换流变抽头调节控制换流器α 由换流变抽头调节控制换流器 α=15º±2.5º ± • 逆变站控制Ud 逆变站控制 由电压调节器控制U 由电压调节器控制 d Ud ＝ Udo 由换流变抽头调节控制γ ＝ 由换流变抽头调节控制 γ＝17º ±2.5º • 例：天广、贵广 天广、
基本控制配合1 小结 基本控制配合
• 整流站控制 d 整流站控制I 由电流调节器控制Id Id ＝Ido 由电流调节器控制 由换流变抽头调节控制换流器α 由换流变抽头调节控制换流器 α=15º±2.5º ± • 逆变站控制Ud 逆变站控制 由关断角调节器控制γ ＝ 由关断角调节器控制 γ＝17º 由换流变抽头调节控制U 由换流变抽头调节控制 d Ud ＝ Udo±1% • 例：三常、三广 三常、
交流量和直流量的近似关系
• 交流电流和直流电流 换流桥交流侧电流有效值 I=(√ 6/π)*Id = 0.78Id √ π 换流桥交流侧基波电流有效值 I1=(√ 6/π)*Id*k1 √ π k1 = f(α,µ) αµ • 交流电压和直流电压 Vd = [3*√2/(2π)]*E*[cosα+cos(α +µ)] √ π α α µ • 换流器视在功率 W = √3*E*I • 换流器总功率因数 cosϕ = [cos α + cos (α+µ)]/2 ϕ α µ • 交流功率和直流功率 P = Pd 忽略换流器损耗（ ％ 忽略换流器损耗（< 1％Pdn） ）
1 Id 3
2 ) Id 3
iB = iB 1 + iB 2
(1+
(1+ 1 )Id 3
2 ) Id 3
iC = iC 1 + iC 2
直流谐波
1. 直流侧谐波
• 特征谐波 n=kp 6脉动换流器 脉动换流器 12脉动换流器 脉动换流器 • 非特征谐波 产生的原因： 产生的原因： 6、12、18、… 、 、 、 12、24、36、… 、 、 、
控制特性配合1 控制特性配合
定α、定β
(p.u.) Vd Vd
定α、定γ
(p.u.)
② 1.0 ① 1.0
③ ①
0.0
Id(p.u.)
0.0
Id(p.u.)
控制特性配合2 控制特性配合
定Id、定β
(p.u.) Vd Vd
定α、定Id
(p.u.)
1.0
C
1.0
c
0.0
Id(p.u.)
0.0
Id(p.u.)
C3
2
ec
C5
4
ea
C1
6
eb
C3
8
ec
C5
10
u+
C1
12
ωt
C2
5 5 6 6 1 6 1 6 1 2 1 2
C4
1 2 3 2 3 2 3 4 3 4
C6
3 4 5 4 5 4 5 6 1 2 1 2
C4
1 2 3 2 3 2 3 4 3
C6
i4a 4= 5 i v51 − i v 4
采用晶闸管元件（半控器件） 采用晶闸管元件（半控器件）
• 晶闸管导通条件 • 晶闸管关断条件 正向电压 电流过零 触发脉冲
晶闸管
阳极
门极
阴极
六脉动换流桥
共阴极组
桥臂
共阳极组
晶闸管阀塔
6脉动二极管整流桥 未计入换相电感 脉动二极管整流桥(未计入换相电感 脉动二极管整流桥 未计入换相电感)
共阴极组
直流输电基本原理
中国电力科学研究院 曾南超
内容提要
• • • • • • • • • • • 直流输电原理 换流器的结线方式 6脉动可控桥 脉动可控桥 换相过程 整流器运行 逆变器运行 等值电路图 稳态特性 两站控制特性的配合 交流量和直流量的近似关系 交直流谐波及无功补偿
直流输电原理(正送)
整流 Id 逆变