Chap.2 换流器工作原理_for HVDC

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HVDC系统 34
电压分析-上半桥 正常工况 正常工况) 电压分析-上半桥(正常工况
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 计及触发延时、 换相角时相同 V2、V3导通 ωt=α ~ α+µ 时,
e a + eb u MO = 2 u NO = e c e ac + e bc u MN = 2
µ
µ
(16)
38
直流电压的特点
整流电压平均值的特点 整流电压平均值的特点: 特点
U d (α , µ ) = f ( I d , Lc ,α , µ , E )
其中: 减少; 其中:(1) I d , c , , 增加,则 U d 减少 L α µ 增加, (2) 增加, (2) E 增加,则 U d 增加
V2、V3导通
M
Ld Id
ia = 0 ib = I d i = − I d c
uMO = eb u NO = ec u = e bc 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
20
下半桥分析
V2、V3导通→V3、V4导通 ωt=c4 后 ∵ p4 给出,同时
M M
晶闸管
电压:5.5~9kV 电压 电流:1.2~4.5kA 电流
A A
串联方式需要均压 并联方式需要均流 均压, 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
M
Ld Id
3 2
= − iV
ea
o
1 3
i Lc a
Lc ib Lc
C
5
+
KVL: d ib d ia Lc − Lc = eba dt dt
-----(6)
eb
ik
B
A
ud
_
ec
ic 4 6 2
N
30
推导换相电流公式
计及: 计及 线电压: 和 线电压 可得: 可得
dI d = 0 dt
e ba =
YY 滤波及 无功补偿
直流输电线
滤波
∆Y 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: 阀组件:晶闸 管与均压电路
受单只器件控制 容量的限制, 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 桥臂组成方式 晶闸管串联和并联
U d (α , µ ) = U d 0 cos α − d x I d
(13)
40
单桥整流器) 功率因数 (单桥整流器)
cosα + cos(α + µ ) cosϕ ≈ 2 ≈ cos(α +
(17) (18) (19)
0 0
µ
2
) cos
µ
2
功率因数角: ϕ ≈ α + µ 功率因数角
2
通常
36
外特性方程
整流电压平均值---表达式1 整流电压平均值---表达式1 ---表达式 ---定α角外特性方程 角
U d (α , µ ) = U d 0 cos α − d x I d
等值换相电阻/比换相压降: 等值换相电阻/比换相压降:
(13)
dx =
3ω LC
π
(14)
定α角外特性曲线 角
37
2 E sin(ω t )
(7)
2 Lc
di k = dt
2 E sin( ω t )
考虑初始条件: 考虑初始条件
ik (α ) = 0
31
换相电流计算公式
i k = I sc 2 (cos α − cos ω t )
交流系统两相短路电流的幅值
(8)
等值换相电感
I
sc 2
=
E 2ω Lc
(9)
ik波形、阀电流、相电流、直流电流波形
电源线电压 有效值
(4)
23
2.1.2计及触发延时、不计换相角时单桥工作原理 计及触发延时、 计及触发延时
触发(延迟) 触发(延迟)角/滞后角/点燃角( α ): 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。 管的控制极上施以触发脉冲的时间
上半桥分析
V1、V2导通→V2、V3导通
16
电源电动势
相电压: 相电压:
ea = eb = ec = 2 E p cos( ω t − 60 0 ) 0 2 E p cos( ω t − 180 ) 0 2 E p cos( ω t + 60 )
(1)
线电压: 线电压:
e ab = e bc = e ca =
E I d 的影响,Lc 的影响,α 的影响, µ 的影响, 的影响
39
等效电路(单桥整流器) 等效电路(单桥整流器)
3ω LC
3ω LC
dx =
π
dx =
+ + +
π
Id
+
Id
Ud 0
_
+
Ud 0
_
+
ud
_
U d 0 cos α
_
ud
_
U d 0 cos α
_
(a)等效电路-1 等效电路-
(b)等效电路-2 等效电路-
α = 10 ~ 20
0
0
µ = 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 正常运行方式 工况3 ---非正常运行方式 工况 非正常运行方式 工况3-4 ---故障运行方式 故障运行方式 工况 工况2-3: 在600的重复周期中,2个阀 的重复周期中, 个阀 工况 个阀轮流导通的运行方式。 和3个阀轮流导通的运行方式 个阀轮流导通的运行方式 成立的条件: 成立的条件:
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 原理示意图 原理
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
∆Y
假设条件
交流电源为对称的正弦波; 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; 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; 的激磁导纳; 平波电抗器的电感为无穷大; 平波电抗器的电感为无穷大; 晶闸管具有理想的开关特性; 晶闸管具有理想的开关特性; 等间隔触发
同时
0 < α ≤ 90 −
0
µ
0 ≤ µ < 60
2 0
42
工况3
工况3: 在600的重复周期中,始终只有 的重复周期中,始终只有3 工况 个阀轮流导通的运行方式。 个阀轮流导通的运行方式 成立的条件: 成立的条件:
正常工况) 整流电压平均值(正常工况 正常工况
整流电压平均值---表达式2 整流电压平均值---表达式2 ---表达式
cos α + cos(α + µ ) U d (α , µ ) = U d 0 2
整流电压平均值---表达式3 整流电压平均值---表达式3 ---表达式
(15) 15
U d (α , µ ) = U d 0 cos(α + ) ⋅ cos 2 2
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 无触发延时、 桥的工作原理 2.1.2 计及触发延时、不计换相角时 计及触发延时、 单桥的工作原理 2.1.3 计及触发延时、计及换相角时 计及触发延时、 单桥的工作原理 -----正常工况 正常工况
ea
o Ld Id
M
i Lc a
Lc ib
1 3
A
5
+
uV 4 = e ca > 0
∴ V4导通, V2截止
eb ec
B
Lc
ud
C
ic 4 6 2
N
_
21
下半桥分析
V3、V4导通
Ld Id
M
ia = − I d ib = I d i = 0 c
uMO = eb u NO = ea u = e ba MN
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
ec
ic 4 6
N
_ 2
18
上半桥分析
V1、V2导通
电压:
uMO = ea uNO = ec u = e ac MN
o
32
换相角计算公式
i k = I sc 2 (cos α − cos ω t )
换相结束时: i k ( α 换相结束时 则
+ µ ) = I
d
cos( α + µ ) = cos α −
特点: 特点: µ = f ( I d , Lc ,α , E )
Id I SC 2
(10)
33
换相实质
换相实质: 换相实质: 换相是交流系统短时间的两 相短路。 相短路。换相是依靠交流电源提供的短路 电流进行的。 电流进行的。 换相电流:换相期间的短路电流 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 换相阻抗 每相电源中性点到桥臂间的等 值阻抗
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
(不计触发角、不计换相角) 不计触发角、不计换相角)
Ud
∫ =

0
ud (ωt )d (ωt ) 2π
=
3 2
π
E
(3)
U do ≈ 1.35E
理想空载直流电压 理想空载直流电压
问题的提出: 问题的提出 ip能否突变? 能否突变 突变? ip的变化规律? 的变化规律? 假设短路电流i 假设短路电流 k
M
Ld Id
1 3
ea eb
o
i Lc a
Lc ib Lc
C
5
+
ik
B
A
ud
_
ec
ic wenku.baidu.com 6 2
N 29
推导换相电流公式
ia = I d − ik ib = i k i = − I d c = iV 1 = iV
V1、V2导通 与不计触发延时、不计 与不计触发延时、 计触发延时 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 计及触发延时、 计及触发延时
上半桥分析
ωt=c3~ p3 时 ∵ p3 没有给出,所以 尽管
ea
o
M
Ld Id
1 3
i Lc a
A
5
+
eb
Lc ib
M
Ld Id
ea eb ec
i Lc a
Lc ib
1 3
A
5
+
ωt=c3 后 ∵ p3 给出,同时
B
Lc
ud
C
uV 3 = e ba > 0
ic 4 6 2
N
_
∴ V3导通, V1截止
19
上半桥分析
换相:电流从一个晶闸管转移到同一半 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。 桥中另一个晶闸管的过程
B
uV 3 = e ba > 0
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) 计及触发延时、不计换相角)
ωt> p3 时 ∵ p3 给出,同时
M
Ld Id
uV 3 = e ba > 0
o
ea eb
1 3
i Lc a
A
5
+
∴ V3导通, V1截止
Lc ib
2 E l cos( ω t − 30 ) 0 2 E l cos( ω t − 150 ) 0 2 E l cos( ω t + 90 )
0
(2)
自然换相点: 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 无触发延时、
上半桥分析
V1、V2导通→V2、V3导通
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) 计及触发角、不计换相角)
Ud
∫ =

0
ud (ωt )d (ωt ) 2π
= U do cosα
(5)
特点: 特点
增加, α 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 计及触发延时、 计及触发延时
35
电压
整流电压平均值(正常工况 整流电压平均值 正常工况) 正常工况
Ud
∫ (α , µ ) =

0
ud (ω t )d (ω t ) 2π
空载时整流电 压的平均值 (11)
= U d (α , 0) − ∆U d
换相引起的电压损耗: 换相引起的电压损耗:
∆U d =
电压
3ω LC
π
Id
(12)
B
ud
C
Lc
ec
电压、阀电流、相电流 直流电流波形
ic 4 6 2
N
_
26
下半桥分析
(计及触发延时、不计换相角) 计及触发延时、不计换相角)
ωt> p4 时 ∵ p4 给出,同时
M
Ld Id
uV 4 = e ca > 0
o
ea eb ec
i Lc a
Lc ib
1 3
A
5
+
∴ V4导通, V2截止
B
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