12脉动逆变器(文大神的作业)(课堂PPT).ppt

第二节 6脉动逆变器工作原理 1与整流器一样，逆变器也是由6个换流阀所组成的三相桥式接线。2逆变器是将直流电转换为交流电的换流器。直流输电工程所用的逆变器，目前大部分均为有源逆变器，它要求逆变器所接的交流系统提供换相电压和电流，即受端交流系统必须有交流电源。3逆变器的6个阀VT1VT6，也是按同整流器一样的顺序，借助于换流变压器阀侧绕组的两相短路电流进行换相。6个阀规律性的通断，在一个工频周期内，分别在共阳极组和共阴极组的三个阀中，将流入逆变器的直流电流，交替的分成三段，分别送入换流变压器的三相绕组，使直流电转变为交流电。45前两个条件保证了晶闸管的单向导电性；前两个条件保证了晶闸管的单向导电性；换换流流器器作作为为逆逆变变器器运运行行时时，其其共共阴阴极极点点m的的电电位位应应为为负负，共共阳阳极极点点n的的电电位位应应为为正正，与与其其作作为为整整流流器器运运行行时时的的极极性性正正好好相相反反，最最后一个条件保证了这一点。后一个条件保证了这一点。6 由于换流阀的单向导电性，逆变器换流阀的可导通方向，必须与整流器的相一致，这样才能保证直流电流的流通。逆变器按如下方式接入HVDC系统。7根 据 换 流 阀 导 通 条 件 的 要 求，换 流 阀 只 在01800时才具有导通条件，因为此时其阳极对阴极的电压为正。在此区间内，不计换相时，对于阻感负载，当900时，直流输出电压为负值，换流器则工作在逆变工况。不计换相时，整流和逆变运行的界限是900。因此，逆变器的触发角比整流器的滞后很多。在实际运行中，由于有换相过程的存在，当考虑到换相角的影响时，直流输出电压为零不是当900，而是在900一/2时。因此，实际上整流工况变为逆变工况的角总比900小一些。8Ud 的关系单桥整流器的整流电压平均值单桥整流器的整流电压平均值(和和 )：0 600 600 900900 12001200 1800全部为全部为+-+-全部为全部为 -全部为全部为+0 +0 0 -0 -全部为全部为 -换流器状态换流器状态 整流器整流器逆变器逆变器（5）910111213141516由于受端交流系统等值电感 的存在，逆变器的阀也有一个换相过程，用 表示，称为逆变器的换相角。此外，为了保证逆变器的换相成功，还要求其换流阀从关断(阀中电流为零)到其电压由负变正的过零点之间的时间要足够长，使得阀关断后处于反向电压的时间能够充分满足其恢复阻断能力的要求。否则当阀上电压变正时，阀在无触发脉冲的情况下，可能又重新导通，而造成换相失败。规定从阀关断到阀上电压由负变正的过零点之间的时间用角表示，称为逆变器的关断角。17单桥逆变器的运行方式v工况工况2-32-3 -正常运行方式正常运行方式v工况工况3-43-4 -故障运行方式故障运行方式工况工况2-32-3：在在60600 0的重复周期中，的重复周期中，2 2个阀个阀和和3 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：同时同时18 超前角超前角/越前角越前角/触发越前角触发越前角（）：）：用用电电气气角角度度表表示示的的落落后后于于自自然然换换相相点点180180处到控制脉冲发出时刻之间的时间。处到控制脉冲发出时刻之间的时间。熄弧角熄弧角/关断越前角关断越前角（）：）：规定从阀关断到阀上电压由负变正的过零点之间的时间用 角表示，称为逆变器的关断角。换相角换相角（）由由于于受受端端交交流流系系统统等等值值电电感感Lr的的存存在在，逆逆变变器器的的阀阀也也有一个换相过程，用有一个换相过程，用 表示，称为逆变器的换相角。表示，称为逆变器的换相角。且当，满足19单单桥桥逆逆变变器器的的触触发发角角为为钝钝角角，因因此此超超前前触触发发角角为为锐锐角角，正正好好满满足足人人们们用用锐锐角角表表示示角角度度的的习惯习惯。20工况2-3 P3-tP3,V1、V2导通V1、V2导通 V1、V2、V3导通 V2、V3导通 21 t=/VT1、VT2、VT3导通KVL：22推导换相电流公式计及计及：和线电压和线电压：可得可得：考虑初始条件考虑初始条件：23换相电流计算公式交流系统两相短路电流的幅值交流系统两相短路电流的幅值等值换相电感等值换相电感ik波形阀电流相电流直流电流波形2425与单桥整流器一样，单桥逆变器的换相角 也随着直流电流、交流侧电压、超前触发角以及交流系统等值电感的变化而变化。当直流电流升高、交流系统等值电感加大、或交流侧电压降低时，均引起 加大。26采采用用与与单单桥桥整整流流器器工工作作与与工工况况2-3时时完完全全相相同同的的分分析析方方法法，并并计计及及触触发发角角所所处处范范围围的的不不同同，可可以以画画出出单单桥桥逆逆变变器器工工况况2-3时时的的电电压压波波形形如如图图所所示示。对对应应每每一一个个60。的的重重复复周周期期，大大齿齿部部分分对对应应只只有有两两个个阀阀臂臂同同时时导导通通过过程程。此此时时，整整流流电电压压为为交交流流系系统统的的一一段段等等值值电电源源线线电电压压。小小齿齿部部分分为为3个个阀阀臂臂同同时时导导通通过过程程，即即换换相相期期间间。此此时时，整整流流电电压压为交流系统等值电源某两个线电压之和的一半。为交流系统等值电源某两个线电压之和的一半。27单桥逆变器的特性方程v 导出原则一导出原则一：单单桥桥逆逆变变器器的的特特性性方方程程可可由由单单桥桥整整流流器器的的特性方程特性方程导出。导出。整流器 Udr dxr Id逆变器 1800-Udi dxi Id电压波形比较下标i和r各表示逆变和整流所对应的参数28已知已知 单桥整流器的直流侧电压平均值单桥整流器的直流侧电压平均值v单桥逆变单桥逆变器器直流侧电压平均值直流侧电压平均值（工况工况2-2-3故故29已知已知 单桥整流器的外特性方程单桥整流器的外特性方程故故v单桥逆变器外特性方程单桥逆变器外特性方程（工况工况2-32-3）定定 角的外特性方程角的外特性方程其中，其中，外特性曲线30v 导出原则二导出原则二：整流器 Udr dxrr Id逆变器 Udi dxi i Id电压波形比较31已知单桥整流器输出电压平均值已知单桥整流器输出电压平均值v单桥逆变器输出电压平均值单桥逆变器输出电压平均值（工况工况2-32-3）故故32已知已知 单桥整流器的外特性方程单桥整流器的外特性方程故故v单桥逆变器外特性方程单桥逆变器外特性方程（工况工况2-2-3）定定 角的外特性方程角的外特性方程其中其中外特性曲线33 计算公式计算公式-（单桥逆变器）（单桥逆变器）已知已知 单桥整流器的单桥整流器的 计算公式计算公式：故故v单桥逆变器单桥逆变器 计算公式计算公式（工况工况2-32-3）34 等效电路（单桥逆变器）等效电路（单桥逆变器）+_+_+_（a a）等效电路等效电路-1-1+_+_+_（b b）等效电路等效电路-2-235单桥逆变器的运行方式工况工况3-43-4：在在60600 0的重复周期中，的重复周期中，3 3个阀和个阀和4 4个个阀轮流导通的运行方式阀轮流导通的运行方式。成立的条件成立的条件：同时 特点特点：直流短路、交流三相直流短路、交流三相短路短路 出现的原因出现的原因：故障性增大故障性增大36逆逆变变器器的的阀阀臂臂在在一一个个工工频频周周期期内内的的大大部部分分时时间间中中承承受受正正向向电电压压（如如图图所所示示），因因此此，当当换换相相结结束束后后，退退出出导导通通的的阀阀臂臂如如果果从从关关断断到到其其阳阳极极电电压压由由负负变变正正的的过过零零时时刻刻之之间间的的时时间间过过短短，以以致致于于退退出出导导通通的的阀阀臂臂不不能能恢恢复复阻阻断断正正向向电电压压的的能能力力，从从而而在在其其阳阳极极电电压压大大于于零零后后不不控控而而重重新新导导通通，这这个个过过程程称为换相失败。称为换相失败。而整流器的阀则大部分时间处于反向阻断状态。37换换相相失失败败发发生生时时，逆逆变变器器的的直直流流侧侧将将出出现现短短时时短短路路，导导致致直直流流电电流流增增加加。而而直直流流电电流流的的加加大大时时逆逆变变器器的的换换相相角角变变大大，从从而而可可能能导导致致逆逆变变器器的的后后续续阀阀臂臂也也发发生生换换相相失失败败，从从而而延延长长直直流流短短路路故故障障的的持持续续时时间间，最最终终可可能能导导致致直直流流控控制制与与系系统统启启动动故故障障紧紧急急停停运运功功能能，使使整整个个直直流流输输电电系系统统停停止止运运行行。正正因因为为如如此此，换换相相失失败败又又称称为为换换相相失失败败故故障障。如如果果逆逆变变器器发发生生连连续续两两次次及及以以上上次次数数换换相相失失败败则则称称为连续换相失败，反之称为一次换相失败。为连续换相失败，反之称为一次换相失败。38一次换相失败一次换相失败连续两次换相失败连续两次换相失败 HVDC HVDC系统发生一次换相失败时，控制系系统发生一次换相失败时，控制系统闭锁，统闭锁，HVDCHVDC系统短时停运。系统短时停运。一一般般，80%80%的的一一次次换换相相失失败败不不会会发发展展为连续两次换相失败为连续两次换相失败。电压、阀电流波形电压、阀电流波形39为了防止换相失败，要留有足够裕度的熄弧角。考虑晶闸管恢复正向电压阻断能力的关断时间300-400 （对应电角度5-7.20），同时还考虑到交流系统三相电压和参数不对称以及触发脉冲不对称的影 响（留 100左 右 裕 量），直 流 工 程 通 常 规 定 。熄弧裕度角熄弧裕度角（）：）：考虑足够裕度的熄弧角考虑足够裕度的熄弧角。40正常运行时：正常运行时：运行时要求：另一方面，运行中并不希望 角太大，因为这将使逆变器吸收更多的无功，降低直流传输功率。因此逆变站配置了定 角调节器。当换相 角变化时，定 角调节器自动改变超前触发角 ，以保持关断角 为给定值（附近）。41单桥逆变器单桥逆变器 计算公式计算公式工况工况2-32-3时，不同时，不同 下下 的计算公式的计算公式 和 时 和 时 和 时 如图示42逆逆变变器器在在大大角角运运行行时时，由由于于换换相相齿齿对对阀阀电电压压的的影影响响，使使得得阀阀电电压压从从负负变变正正的的过过零零点点提提前前，从从而而使使 角角变变小小，这这对对逆逆变变器器的的稳稳定定运运行行不不利利。在在正正常常运运行行时时 ，对对逆逆变变器器的的运运行行影影响响不不大大，当当逆逆变变器器过过负负荷荷或或故故障障情情况况下下，将将增增大大，使使得得 变变得更小，逆得更小，逆变变器的器的稳稳定运行可能受到威定运行可能受到威胁胁。4344454647如图所示486126145634556112323434545656161212323445566112233445561223 p4 p3 p6 p1 p2 p5 p1.p2 P4 p3 p6 p5C6C4C4C2C3C5C6C1C2C3C5C1ecebeaeaebecC60C1eabeacebcebaecaecbeabeacebcebaecaecb考虑换相过程后有源逆变器直流侧电压波形49对于刚触发导通的阀臂而言，整流器的阀电流上升速度越来越快，而逆变器的阀电流则越来越慢ik与iv波形C3p3p3a b ISC2cosISC2IdiVT1iVT350阀电流波形（、）-单桥逆变器51相电流波形（、）52直流电流波形（、）53电压波形（含一次换相失败）54阀电流波形（含一次换相失败）55电压波形（含连续两次换相失败）56阀电流波形（含连续两次换相失败）57电压波形比较（单桥R和I）58阀1两端电压波形59外特性曲线（单桥逆变器）Ido606162