12脈動逆變器(文大神的作業(yè))

節(jié)6脈動逆變器工作原理2021/6/271與整流器一樣，逆變器也是由6個(gè)換流閥所組成的三相橋式接線。2021/6/272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。2021/6/273逆變器的6個(gè)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(jìn)行換相。6個(gè)閥規(guī)律性的通斷，在一個(gè)工頻周期內(nèi)，分別在共陽極組和共陰極組的三個(gè)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?021/6/2742021/6/275前兩個(gè)條件保證了晶閘管的單向?qū)щ娦?；換流器作為逆變器運(yùn)行時(shí)，其共陰極點(diǎn)m的電位應(yīng)為負(fù)，共陽極點(diǎn)n的電位應(yīng)為正，與其作為整流器運(yùn)行時(shí)的極性正好相反，最后一個(gè)條件保證了這一點(diǎn)。2021/6/276

由于換流閥的單向?qū)щ娦?，逆變器換流閥的可導(dǎo)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)。2021/6/277根據(jù)換流閥導(dǎo)通條件的要求，換流閥只在0<α<1800時(shí)才具有導(dǎo)通條件，因?yàn)榇藭r(shí)其陽極對陰極的電壓為正。在此區(qū)間內(nèi)，不計(jì)換相時(shí)，對于阻感負(fù)載，當(dāng)α<900時(shí)，直流輸出電壓為正值，換流器工作在整流工況；當(dāng)α=900時(shí)，直流輸出電壓為零，稱為零功率工況；當(dāng)α>900時(shí)，直流輸出電壓為負(fù)值，換流器則工作在逆變工況。不計(jì)換相時(shí)，整流和逆變運(yùn)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(shí)際運(yùn)行中，由于有換相過程的存在，當(dāng)考慮到換相角μ的影響時(shí)，直流輸出電壓為零不是當(dāng)α＝900，而是在α＝900一μ/2時(shí)。因此，實(shí)際上整流工況變?yōu)槟孀児r的α角總比900小一些。2021/6/278Ud

~

α的關(guān)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）2021/6/2792021/6/27102021/6/27112021/6/27122021/6/27132021/6/27142021/6/27152021/6/2716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(gè)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(guān)斷(閥中電流為零)到其電壓由負(fù)變正的過零點(diǎn)之間的時(shí)間要足夠長，使得閥關(guān)斷后處于反向電壓的時(shí)間能夠充分滿足其恢復(fù)阻斷能力的要求。否則當(dāng)閥上電壓變正時(shí)，閥在無觸發(fā)脈沖的情況下，可能又重新導(dǎo)通，而造成換相失敗。規(guī)定從閥關(guān)斷到閥上電壓由負(fù)變正的過零點(diǎn)之間的時(shí)間用γ角表示，稱為逆變器的關(guān)斷角。2021/6/2717單橋逆變器的運(yùn)行方式工況2-3---正常運(yùn)行方式工況3-4---故障運(yùn)行方式工況2-3：在600的重復(fù)周期中，2個(gè)閥和3個(gè)閥輪流導(dǎo)通的運(yùn)行方式。

成立的條件：

同時(shí)2021/6/2718

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(diǎn)180°處到控制脈沖發(fā)出時(shí)刻之間的時(shí)間。

熄弧角/關(guān)斷越前角（）：規(guī)定從閥關(guān)斷到閥上電壓由負(fù)變正的過零點(diǎn)之間的時(shí)間用角表示，稱為逆變器的關(guān)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(gè)換相過程，用表示，稱為逆變器的換相角。

且當(dāng)，滿足2021/6/2719√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(xí)慣。2021/6/2720工況2-3P3-μ<ωt<P3,V1、V2導(dǎo)通V1、V2導(dǎo)通V1、V2、V3導(dǎo)通V2、V3導(dǎo)通→→2021/6/2721

ωt=α～α＋μ

/VT1、VT2、VT3導(dǎo)通KVL：2021/6/2722推導(dǎo)換相電流公式計(jì)及：和線電壓：可得：考慮初始條件：2021/6/2723換相電流計(jì)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2021/6/27242021/6/2725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(dāng)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(shí)，均引起加大。2021/6/2726采用與單橋整流器工作與工況2-3時(shí)完全相同的分析方法，并計(jì)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(shí)的電壓波形如圖所示。對應(yīng)每一個(gè)60。的重復(fù)周期，大齒部分對應(yīng)只有兩個(gè)閥臂同時(shí)導(dǎo)通過程。此時(shí)，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(gè)閥臂同時(shí)導(dǎo)通過程，即換相期間。此時(shí)，整流電壓為交流系統(tǒng)等值電源某兩個(gè)線電壓之和的一半。2021/6/2727單橋逆變器的特性方程

導(dǎo)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(dǎo)出。整流器αUdrdxrId逆變器

1800-β-Udidxi

Id電壓波形比較下標(biāo)i和r各表示逆變和整流所對應(yīng)的參數(shù)2021/6/2728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2021/6/2729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2021/6/2730

導(dǎo)出原則二：

整流器αUdrdxrμrId逆變器

γUdidxi

μiId電壓波形比較2021/6/2731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2021/6/2732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2021/6/2733

計(jì)算公式-（單橋逆變器）已知單橋整流器的計(jì)算公式：故單橋逆變器

計(jì)算公式（工況2-3）2021/6/2734

等效電路（單橋逆變器）+_+_+_（a）等效電路-1+_+_+_（b）等效電路-22021/6/2735單橋逆變器的運(yùn)行方式工況3-4：在600的重復(fù)周期中，3個(gè)閥和4個(gè)閥輪流導(dǎo)通的運(yùn)行方式。

成立的條件：

同時(shí)

特點(diǎn)：直流短路、交流三相短路

出現(xiàn)的原因：故障性增大2021/6/2736逆變器的閥臂在一個(gè)工頻周期內(nèi)的大部分時(shí)間中承受正向電壓（如圖所示），因此，當(dāng)換相結(jié)束后，退出導(dǎo)通的閥臂如果從關(guān)斷到其陽極電壓由負(fù)變正的過零時(shí)刻之間的時(shí)間過短，以致于退出導(dǎo)通的閥臂不能恢復(fù)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(dǎo)通，這個(gè)過程稱為換相失敗。而整流器的閥則大部分時(shí)間處于反向阻斷狀態(tài)。2021/6/2737換相失敗發(fā)生時(shí)，逆變器的直流側(cè)將出現(xiàn)短時(shí)短路，導(dǎo)致直流電流增加。而直流電流的加大時(shí)逆變器的換相角變大，從而可能導(dǎo)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(shí)間，最終可能導(dǎo)致直流控制與系統(tǒng)啟動故障緊急停運(yùn)功能，使整個(gè)直流輸電系統(tǒng)停止運(yùn)行。正因?yàn)槿绱?，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。2021/6/2738一次換相失敗連續(xù)兩次換相失敗HVDC系統(tǒng)發(fā)生一次換相失敗時(shí)，控制系統(tǒng)閉鎖，HVDC系統(tǒng)短時(shí)停運(yùn)。

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2021/6/2739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(fù)正向電壓阻斷能力的關(guān)斷時(shí)間300-400（對應(yīng)電角度5-7.20），同時(shí)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。2021/6/2740正常運(yùn)行時(shí)：運(yùn)行時(shí)要求：

另一方面，運(yùn)行中并不希望角太大，因?yàn)檫@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(dāng)換相角變化時(shí)，定角調(diào)節(jié)器自動改變超前觸發(fā)角，以保持關(guān)斷角為給定值（附近）。2021/6/2741單橋逆變器計(jì)算公式工況2-3時(shí)，不同下的計(jì)算公式

和時(shí)

和時(shí)

和時(shí)如圖示2021/6/2742逆變器在大β角運(yùn)行時(shí)，由于換相齒對閥電壓的影響，使得閥電壓從負(fù)變正的過零點(diǎn)提前，從而使角變小，這對逆變器的穩(wěn)定運(yùn)行不利。在正常運(yùn)行時(shí)，對逆變器的運(yùn)行影響不大，當(dāng)逆變器過負(fù)荷或故障情況下，將增大，使得變得更小，逆變器的穩(wěn)定運(yùn)行可能受到威脅。2021/6/27432021/6/27442021/6/27452021/6/27462021/6/2747如圖所示2021/6/27486126145634556112323434545656161212323445566112233445561223p4p3p6p1p2p5p1.p2P4p3p6p5C6C4C4C2C3C5C6C1C2C3C5C1ecebeaeaebecC60C1eabeacebcebaecaecbeabeacebcebaecaecb考慮換相過程后有源逆變器直流側(cè)電壓波形2021/6/2749對于剛觸發(fā)導(dǎo)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

ISC2cosαISC2μIdiVT1iVT32021/6/2750閥電流波形（、）-單橋逆變器2021/6/2751相電流波形（、）2021/6/2752