直流工程换流器的比较

直流工程换流器的比较

实践电1301 王晓萌 24 高压直流输电系统的基本工作原理是通过

换流装置，将交流电转变为直流电，将直流电传送到受端换流装置，再由该换流装置将直流电转变为交流电送入受端交流系统。其中具有将交流电转变为直流电或直流电转变为交流电的设备统称为换流装置，也叫换流器。 1.换流器 换流器的功能

换流器可以将交流电转变为直流电状态，此时处于整流状态，这时的换流器也称为整流器；换流器也可以将直流电转变为交流电状态，此时处于逆变状态，这时的换流器也称为逆变器。 换流器的工作原理 12脉波整流器工作原理

12脉波换流器由两个6脉波换流器在直流侧串联而成，其交流侧通过换流变压器的网侧绕组实现并联。换流变压器的阀侧绕组一个为星形连结，另一个为三角形联结，从而使两个6脉波换流器的交流侧得到相位差为30°的换相电压。大容量高压直流输电工程通常采用两组双绕组换流变压器，如图1-1所示，小容量直流输电工程一般采用一组三绕组换流变压器，如图1-2所示。

图中T 为换流变压器，12p 为12脉波换流器，6p 为6脉波换流器，L d 为平波电抗器。

图 1-1 单相双绕组换流变压器

图 1-2 三相三绕组换流变压器

以下以两组双绕组换流变压器联结形式为例分析双桥12脉波整流器的工作原理。

假设Yy联结换流变压器超前于Yd联结换流变压器，则桥1对应阀臂的开通时间应先于桥2的对应阀臂30°导通，而每个单桥内部的6个阀臂仍然按照60°的间隔顺序轮流导通。因此，12阀臂的导通顺序为：VT11、VT12、VT21、VT22、VT31、VT32、VT41、VT42、VT51、VT52、VT61、VT62、VT11……（循环）。每个相邻阀臂的导通间隔为30°，如图1-3所示。其中，阀臂编号的第一个数字表示其在本单桥内的导通顺序，第二个数字代表其所在单桥的编号。

其原理如下。

12个阀臂的导通顺序为：VT11、VT12、VT21、VT22通→VT11、VT12、VT21、VT22、VT31通→VT12、VT21、VT22、VT31通→VT12、VT21、VT22、VT31通→VT12、VT21、VT22、VT31、VT32通→VT21、VT22、VT31、VT32通→VT21、VT22、VT31、VT32、VT41通→VT22、VT31、VT32、VT41通→VT22、VT31、VT32、VT41、VT42通→VT31、VT32、VT41、VT42通→VT31、VT32、VT41、VT42、VT51通→VT32、VT41、VT42、VT51通→VT32、VT41、VT42、VT51、VT52通→VT41、VT42、VT51、VT52通→VT41、VT42、VT51、VT52、VT61通→VT42、VT51、VT52、VT61、VT62通→VT51、VT52、VT61、VT62通→VT51、VT52、VT61、VT62、VT11

图 1-3 双桥12脉波整流器原理图

通→VT 52、VT 61、VT 62、VT 11通→VT 52、VT 61、VT 62、VT 11、VT 12通→VT 61、VT 62、VT 11、VT12通→VT 61、VT 62、VT 11、VT 12、VT 21通→VT 62、VT 11、VT 12、VT 21通→VT 62、VT 11、VT 12、VT 21、VT 22通→VT 11、VT 12、VT 21、VT 22通→（循环）。

在桥1换相过程中，桥2的整流电压仍然保持2d c u u = 。由此说明工况4-5时，双桥换流器中邻桥的换相不影响本桥的整流电压。其中工况4-5的意思是指在30°的重复周期中，4个阀臂和5个阀臂轮流导通的运行方式，如上面所写的导通顺序。而因为换流变压器T 1和T 2的联结组标号差异而导致两个单桥的换相电压产生30°电角度差，桥1和桥2的整流电压波形也会相差30°电角度，于是双桥12脉波换流器的整流电压12d d d u u u =+ 波形为两个单桥直流电压波形叠加的结果，如图1-4所示。

双桥整流器a 相电流傅里叶级数展开式为

23

11112

cos cos11cos13cos 23cos 2511132325A d i i t t t t t ωωωωωπ⎡

⎤

=-+-+-⎢⎥⎣

⎦

L 其波形为

图 1-4 双桥12脉波换流器整流电压叠加示意图

整流电压平均值为

02cos cos 22d d U U μμα⎛

⎫=+ ⎪⎝

⎭

式中，0d U E π

=

，为单桥的理想空载直流电压，E 为交流等值线电

压有效值。

12脉波逆变器工作原理

12脉波逆变器又称为双桥逆变器，其电路结构与双桥整流器完全一样，也是由两个6脉波换流器直流侧串联同时交流侧通过换流变压器与交流电网并联而成。与12脉波整流器的区别在于12脉波逆变器的触发延迟角为钝角，因此，12脉波逆变器的工作过程与12脉波整流器相似，其交流侧每相电流中也含有121h k =± 次特征谐波，直流侧整流电压中含有12h k = 次特征谐波。 12脉波逆变器整流电压平均值为

032cos r d d d L U U i ωβπ⎛

⎫=+ ⎪⎝⎭——以触发前角β表示

032cos r d d d L U U i ωγπ⎛

⎫=- ⎪⎝⎭

——以关断角表示

2.换流阀的比较

12脉波换流器由12个桥臂组成，在直流输电系统中，桥臂也称为换流阀，阀臂，或简称阀。换流阀是换流器的基本单元，是进行换流的基本设备。晶闸管换流阀由几十到数百个晶闸管器件串联而成。为了保证换流阀运行的可靠性，晶闸管换流阀在结构上大多采用组件形式，即每个晶闸管器件与其均压元件、阻尼电路和控制单元组成一个晶闸管级，晶闸管级中，与晶闸管器件并联的均压阻尼电路包括静态均压电阻R 和阻尼电路R1C1。几个或十几个晶闸管级串联组成一个阀组件数个阀组件采用分层布置，串联组成一个换流臂，即一个单