ACDC换流器

AC/DC换流器

研电1502 1152201009 李鹏宇

首先，我们要搞清AC/DC换流器的最基本意思，即将交流电转换为直流电的设备。在传统的AC/DC转换电路中，其输入侧为50/60Hz的交流电，并经过整流、滤波，因此体积相对较大的滤波电容器是必不可少的，同时因遇到安全标准等的限制，这样就限制了AC/DC电源体积的小型化。但是由于近些年来高压直流输电的大规模发展与应用，高效稳定并且体积小，同时造价便宜可靠的AC/DC 换流器或换流站必不可少，因此也成为了电力电子学界研究的热点。

根据运行原理，换流器可以分成两大类：第一类需要交流系统提供换相电压（传统换流器即属此类）；第二类不需要交流系统支持换相而被称为“自换相换流器”。自换相换流器克服了传统换流器的许多缺点，有着传统换流器所无可比拟的优势。按照直流电路的设计，自换相换流器可进一步分为电流源型换流器CSC和电压源型换流器VSC。它们两者的根本区别在于：（1）CSC在换流变压器每相二次侧绕组与换流桥之间以串联电容连接，而VSC中电容（称为换相电容器）连接在换流桥直流侧正负极之间；（2）基于CSC的HVDC潮流反转是由系统的直流电压极性反转实现的，而VSC-HVDC潮流反转是由系统的直流电流方向反转实现的。

不同时期换流器对比：

就目前运用前景最广的HVDC中采用基于晶闸管的自然换相的整流器技术，但该技术存在着一些固有的缺点：

（1）由于导通角滞后和熄弧角的存在和博兴的畸变，因此就需要大量的无功补偿以及滤波设备，且甩负荷时会出现无功过剩而出现过电压现象；

（2）传统的HVDC由于不能向无源网络输送电能，当受端系统较弱时容易产生换相失败。

因此现在逐渐出现了基于电压源型换流器VSC（Voltage Source Converter）的HVDC，此换流器和传统的相比有如下许多独特优点：

（1）可以为短路比低的交流系统输送电能，甚至可以为无源网络输送电能；

（2）具有静止同步补偿器的功能，可以为交流系统提供无功功率支持以控制交流节点的电压并改善系统稳定性，而且不会有换相失败的危险；

（3）正常运行时VSC换流站可以同时且互相独立地控制有功功率和无功功率；

（4）采用正选脉宽调制技术，改善了输出电压波形，减少系统的谐波含量；

（5）控制和运行方式简单，减小了换流站之间的数字通信；

（6）VSC对所连交流系统的短路功率没有影响，不会增加系统的短路功率。

除此之外，其谐波特性方面，像所有的电力电子换流器一样，VSC要在其所连接的交、直流系统中产生谐波电压和电流。简单地说，从交流系统来看，可以把VSC看做在换流变压器阻抗之后的一个谐波电压源；同样地，可以把VSC看做在与换相变压器并联连接的一个谐波电流源。

VSC产生的谐波取决于如下因素：

（l）换流站的拓扑结构（即换流站的脉动数，是6脉动还是l2脉动等）；（2）IGBT/GTO等器件的开关频率；（3）所采用SPWM的脉冲模式。这一切优点使得VSC引起广泛关注。

总而言之，换流器在未来将有着广泛的用途和发展空间，其演变与进步也会经久不衰，并推动输变电产业的快速发展。

参考文献：

[1]马林，俞晓荣，苏宏营，廖培金.电压源型AC/DC换流器的运行机理和特性分析.继电器，2002，10(30):47-48.

[2]任震，高明振，何畅炜.HVDC系统电容换相换流器特性分析(Ⅱ):无功功率特性.《中国电机工程学报》, 2004, 4:4-8.

[3]王兆安，刘进军.电力电子技术(第五版) [M].机械工业出版社.