Chap2.5逆變工作原理

第2章?lián)Q流理論與特性方程逆變2023/2/611.逆變的基本概念逆變——把直流電轉(zhuǎn)變成交流電，整流的逆過程。逆變電路——把直流電逆變成交流電的電路。有源逆變電路——交流側(cè)和電網(wǎng)連結(jié)。無源逆變電路——變流電路的交流側(cè)不與電網(wǎng)聯(lián)接，而直接接到負載。對于可控整流電路，滿足一定條件就可工作于有源逆變，其電路形式未變，只是電路工作條件轉(zhuǎn)變。既工作在整流狀態(tài)又工作在逆變狀態(tài)，稱為變流電路。

在高壓直流輸電的情況下，連接到線路一端的整流器將交流電能轉(zhuǎn)換成直流電能，并為接于線路另一端的逆變器提供直流電源，逆變器的交流側(cè)與電網(wǎng)相連接，為用電負荷提供交流電能。因此，用于高壓直流輸電場合的逆變器均屬于有源逆變器。2023/2/622.兩個電源之間功率的相互流轉(zhuǎn)E1E2(b)RE1E2(c)R(a)E1E2RIE1輸出電能E2吸收電能E1吸收電能E2輸出電能E1、E2輸出電能；R吸收電能II2023/2/63類比(a)E1E2RIa>90°a<90°整流器逆變器2023/2/64+-+-條件1條件2條件3有源逆變運行要求存在如下三個條件：一個提供換相電壓(換相短路電流)的有源交流系統(tǒng)；一個反極性的直流電源以提供連續(xù)的單向(即通過開關(guān)器件從陽極流向陰極)電流；一個提供觸發(fā)延遲超過90°的全控整流（Ud<0）電路。2023/2/65E1E2(c)RI+-+-整流器整流器a<90°a<90°注意：電源的順向串聯(lián)將造成短路，輸出功率全部被直流線路的電阻吸收，這種情況在直流系統(tǒng)中是不允許出現(xiàn)。因此，HVDC的兩端換流站在潮流發(fā)轉(zhuǎn)過程中應進行及時通信。2023/2/66a<90°整流器逆變器當電路如圖時，逆變電路端電壓等于整流電路端電壓3.逆變器的換相過程2023/2/67逆變器的換相過程a=30°wuduabuacubcubaucaucbuabuacOta=150°wuduabuacubcubaucaucbuabuacOt2023/2/68直流側(cè)電壓波形2023/2/69i1i2i3i4i5i6i1-i4i3iaibic-i6i5-i2晶閘管電流和交流側(cè)電流波形2023/2/610三、逆變器交直流數(shù)量關(guān)系表達式

1.若不考慮換相重疊現(xiàn)象，則

2.若考慮換相重疊現(xiàn)象，則可見，從整流器轉(zhuǎn)向逆變的轉(zhuǎn)折點所對應的觸發(fā)角有下式確定可見，疊弧現(xiàn)象的影響是轉(zhuǎn)折點變成4.整流器與逆變器的轉(zhuǎn)折點2023/2/611為描述整流器工作方式，我們用了以下幾個角度：α＝觸發(fā)延遲角；μ＝疊弧角；δ＝熄弧延遲角＝α＋μ。

5.換流的幾個角度2023/2/612與整流器類似，逆變器的工作方式也可用同樣定義的α和δ來描述。但是與整流器不同的是，逆變器的α和δ值在90°至180°之間。在實際應用中，通常用觸發(fā)超前角β和熄弧超前角γ來描述逆變器的性能，這兩個角定義為相對于換相電壓為零并繼而減小的時刻（對閥3的觸發(fā)和閥1的熄弧而言，即ωt＝180°）所超前的角度，如圖所示。β＝π－α＝觸發(fā)超前角；γ＝π－δ＝熄弧超前角；μ＝δ－α＝β－γ＝疊弧角。2023/2/613與整流器類似，逆變器的工作方式也可用同樣定義的α和δ來描述。但是與整流器不同的是，逆變器的α和δ值在90°至180°之間。在實際應用中，通常用觸發(fā)超前角β和熄弧超前角γ來描述逆變器的性能。1）觸發(fā)角α

定義同整流器逆變器的幾種角度2）觸發(fā)超前角β3）熄弧超前角γ落后于自然換相點180°處到晶閘管門極獲得觸發(fā)信號處對應的電角度，β＝π－α規(guī)定從閥關(guān)斷到閥上陽極電壓持續(xù)為負的時間所對應的電角度。γ＝π－δ＝β－μ2023/2/614在通常的換流器方程中認為逆變電壓為負值，而專門針對逆變器列寫方程時，常常將其視為正值?；谝陨戏匠蹋孀兤骺杀硎緸橐韵聝蓚€等效電路。

由于cosα＝-cosβ和cosδ＝-cosγ，因此有：或6.逆變等效電路2023/2/615逆變器的等效電路（Vd為正）

2023/2/616逆變失敗逆變時，一旦換相失敗，外接直流電源就會通過晶閘管電路短路，或使變流器的輸出平均電壓和直流電動勢變成順向串聯(lián)，形成很大短路電流。逆變失敗的原因觸發(fā)電路工作不可靠，不能適時、準確地給各晶閘管分配脈沖，如脈沖丟失、脈沖延時等，致使晶閘管不能正常換相。晶閘管發(fā)生故障，該斷時不斷，或該通時不通。交流電源缺相或突然消失。換相的裕度角不足，引起換相失敗。7.逆變失敗與最小逆變角的限制2023/2/617換相重疊角的影響：交流側(cè)電抗對逆變換相過程的影響當b>μ

時，換相結(jié)束時，晶閘管能承受反壓而關(guān)斷。如果b<μ

時（從圖右下角的波形中可清楚地看到），該通的晶閘管（VT1）會關(guān)斷，而應關(guān)斷的晶閘管（VT3)不能關(guān)斷，最終導致逆變失敗。udOOidwtwtuaubucuaubpbμb<μaμbb>μiVT1iVTiVT3iVTiVT3222023/2/618確定最小逆變角bmin的依據(jù)逆變時允許采用的最小逆變角b應等于bmin=d′+μ

+

g′d′——晶閘管的關(guān)斷時間tq折合的電角度μ

——

換相重疊角