12脈動逆變器(文大神的作業(yè))(課堂)

第二節(jié)6脈動逆變器工作原理1與整流器一樣，逆變器也是由6個換流閥所組成的三相橋式接線。2逆變器是將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的換流器。直流輸電工程所用的逆變器，目前大部分均為有源逆變器，它要求逆變器所接的交流系統(tǒng)提供換相電壓和電流，即受端交流系統(tǒng)必須有交流電源。3逆變器的6個閥VT1——VT6，也是按同整流器一樣的順序，借助于換流變壓器閥側(cè)繞組的兩相短路電流進行換相。6個閥規(guī)律性的通斷，在一個工頻周期內(nèi)，分別在共陽極組和共陰極組的三個閥中，將流入逆變器的直流電流，交替的分成三段，分別送入換流變壓器的三相繞組，使直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姟?5前兩個條件保證了晶閘管的單向?qū)щ娦?；換流器作為逆變器運行時，其共陰極點m的電位應為負，共陽極點n的電位應為正，與其作為整流器運行時的極性正好相反，最后一個條件保證了這一點。6

由于換流閥的單向?qū)щ娦?，逆變器換流閥的可導通方向，必須與整流器的相一致，這樣才能保證直流電流的流通。逆變器按如下方式接入HVDC系統(tǒng)。7根據(jù)換流閥導通條件的要求，換流閥只在0<α<1800時才具有導通條件，因為此時其陽極對陰極的電壓為正。在此區(qū)間內(nèi)，不計換相時，對于阻感負載，當α<900時，直流輸出電壓為正值，換流器工作在整流工況；當α=900時，直流輸出電壓為零，稱為零功率工況；當α>900時，直流輸出電壓為負值，換流器則工作在逆變工況。不計換相時，整流和逆變運行的界限是α＝900。因此，逆變器的觸發(fā)角α比整流器的滯后很多。在實際運行中，由于有換相過程的存在，當考慮到換相角μ的影響時，直流輸出電壓為零不是當α＝900，而是在α＝900一μ/2時。因此，實際上整流工況變?yōu)槟孀児r的α角總比900小一些。8Ud

~

α的關系單橋整流器的整流電壓平均值(和

)：0~600600~900900~12001200~1800全部為++~-+~-

全部為-

全部為++~00~-

全部為-

換流器狀態(tài)

整流器逆變器

（5）910111213141516由于受端交流系統(tǒng)等值電感的存在，逆變器的閥也有一個換相過程，用表示，稱為逆變器的換相角。此外，為了保證逆變器的換相成功，還要求其換流閥從關斷(閥中電流為零)到其電壓由負變正的過零點之間的時間要足夠長，使得閥關斷后處于反向電壓的時間能夠充分滿足其恢復阻斷能力的要求。否則當閥上電壓變正時，閥在無觸發(fā)脈沖的情況下，可能又重新導通，而造成換相失敗。規(guī)定從閥關斷到閥上電壓由負變正的過零點之間的時間用γ角表示，稱為逆變器的關斷角。17單橋逆變器的運行方式工況2-3---正常運行方式工況3-4---故障運行方式工況2-3：在600的重復周期中，2個閥和3個閥輪流導通的運行方式。

成立的條件：

同時18

超前角/越前角/觸發(fā)越前角（

）：

用電氣角度表示的落后于自然換相點180°處到控制脈沖發(fā)出時刻之間的時間。

熄弧角/關斷越前角（）：規(guī)定從閥關斷到閥上電壓由負變正的過零點之間的時間用角表示，稱為逆變器的關斷角。

換相角（）由于受端交流系統(tǒng)等值電感Lr的存在，逆變器的閥也有一個換相過程，用表示，稱為逆變器的換相角。

且當，滿足19√單橋逆變器的觸發(fā)角α為鈍角，因此超前觸發(fā)角β為銳角，正好滿足人們用銳角表示角度的習慣。20工況2-3P3-μ<ωt<P3,V1、V2導通V1、V2導通V1、V2、V3導通V2、V3導通→→21

ωt=α～α＋μ

/VT1、VT2、VT3導通KVL：22推導換相電流公式計及：和線電壓：可得：考慮初始條件：23換相電流計算公式交流系統(tǒng)兩相短路電流的幅值等值換相電感ik波形閥電流相電流直流電流波形2425與單橋整流器一樣，單橋逆變器的換相角也隨著直流電流、交流側(cè)電壓、超前觸發(fā)角以及交流系統(tǒng)等值電感的變化而變化。當直流電流升高、交流系統(tǒng)等值電感加大、或交流側(cè)電壓降低時，均引起加大。26采用與單橋整流器工作與工況2-3時完全相同的分析方法，并計及觸發(fā)角所處范圍的不同，可以畫出單橋逆變器工況2-3時的電壓波形如圖所示。對應每一個60。的重復周期，大齒部分對應只有兩個閥臂同時導通過程。此時，整流電壓為交流系統(tǒng)的一段等值電源線電壓。小齒部分為3個閥臂同時導通過程，即換相期間。此時，整流電壓為交流系統(tǒng)等值電源某兩個線電壓之和的一半。27單橋逆變器的特性方程

導出原則一：

單橋逆變器的特性方程可由單橋整流器的特性方程導出。整流器αUdrdxrId逆變器

1800-β-Udidxi

Id電壓波形比較下標i和r各表示逆變和整流所對應的參數(shù)28已知單橋整流器的直流側(cè)電壓平均值單橋逆變器直流側(cè)電壓平均值（工況2-3）故29已知單橋整流器的外特性方程故單橋逆變器外特性方程（工況2-3）

定角的外特性方程其中，外特性曲線30

導出原則二：

整流器αUdrdxrμrId逆變器

γUdidxi

μiId電壓波形比較31已知單橋整流器輸出電壓平均值單橋逆變器輸出電壓平均值（工況2-3）故32已知單橋整流器的外特性方程故單橋逆變器外特性方程（工況2-3）

定角的外特性方程其中，外特性曲線33

計算公式-（單橋逆變器）已知單橋整流器的計算公式：故單橋逆變器

計算公式（工況2-3）34

等效電路（單橋逆變器）+_+_+_（a）等效電路-1+_+_+_（b）等效電路-235單橋逆變器的運行方式工況3-4：在600的重復周期中，3個閥和4個閥輪流導通的運行方式。

成立的條件：

同時

特點：直流短路、交流三相短路

出現(xiàn)的原因：故障性增大36逆變器的閥臂在一個工頻周期內(nèi)的大部分時間中承受正向電壓（如圖所示），因此，當換相結(jié)束后，退出導通的閥臂如果從關斷到其陽極電壓由負變正的過零時刻之間的時間過短，以致于退出導通的閥臂不能恢復阻斷正向電壓的能力，從而在其陽極電壓大于零后不控而重新導通，這個過程稱為換相失敗。而整流器的閥則大部分時間處于反向阻斷狀態(tài)。37換相失敗發(fā)生時，逆變器的直流側(cè)將出現(xiàn)短時短路，導致直流電流增加。而直流電流的加大時逆變器的換相角變大，從而可能導致逆變器的后續(xù)閥臂也發(fā)生換相失敗，從而延長直流短路故障的持續(xù)時間，最終可能導致直流控制與系統(tǒng)啟動故障緊急停運功能，使整個直流輸電系統(tǒng)停止運行。正因為如此，換相失敗又稱為換相失敗故障。如果逆變器發(fā)生連續(xù)兩次及以上次數(shù)換相失敗則稱為連續(xù)換相失敗，反之稱為一次換相失敗。38一次換相失敗連續(xù)兩次換相失敗HVDC系統(tǒng)發(fā)生一次換相失敗時，控制系統(tǒng)閉鎖，HVDC系統(tǒng)短時停運。

一般，80%的一次換相失敗不會發(fā)展為連續(xù)兩次換相失敗。電壓、閥電流波形電壓、閥電流波形39為了防止換相失敗，要留有足夠裕度的熄弧角?？紤]晶閘管恢復正向電壓阻斷能力的關斷時間300-400（對應電角度5-7.20），同時還考慮到交流系統(tǒng)三相電壓和參數(shù)不對稱以及觸發(fā)脈沖不對稱的影響（留100左右裕量），直流工程通常規(guī)定。

熄弧裕度角（）：考慮足夠裕度的熄弧角。40正常運行時：運行時要求：

另一方面，運行中并不希望角太大，因為這將使逆變器吸收更多的無功，降低直流傳輸功率。因此逆變站配置了定角調(diào)節(jié)器。當換相角變化時，定角調(diào)節(jié)器自動改變超前觸發(fā)角，以保持關斷角為給定值（附近）。41單橋逆變器計算公式工況2-3時，不同下的計算公式

和時

和時

和時如圖示42逆變器在大β角運行時，由于換相齒對閥電壓的影響，使得閥電壓從負變正的過零點提前，從而使角變小，這對逆變器的穩(wěn)定運行不利。在正常運行時，對逆變器的運行影響不大，當逆變器過負荷或故障情況下，將增大，使得變得更小，逆變器的穩(wěn)定運行可能受到威脅。4344454647如圖所示486126145634556112323434545656161212323445566112233445561223p4p3p6p1p2p5p1.p2P4p3p6p5C6C4C4C2C3C5C6C1C2C3C5C1ecebeaeaebecC60C1eabeacebcebaecaecbeabeacebcebaecaecb考慮換相過程后有源逆變器直流側(cè)電壓波形49對于剛觸發(fā)導通的閥臂而言，整流器的閥電流上升速度越來越快，而逆變器的閥電流則越來越慢ik與iv波形C3p3p3a

b

ISC2cosαISC2