【柔性交流輸電系統(tǒng)】第4章 電流型自換流變換器

1、4.1 電流型變流器的基本概念電流型變流器的基本概念 4.2 三相全波二極管整流器三相全波二極管整流器 4.3 晶閘管變流器晶閘管變流器 4.4 可關(guān)斷器件構(gòu)成的電流型變流器可關(guān)斷器件構(gòu)成的電流型變流器 4.5 電流型與電壓型變流器的比較電流型與電壓型變流器的比較 首首 頁(yè)頁(yè) 下 頁(yè)返回直流電壓的極性始終保持不變，直流電壓的極性始終保持不變，通過(guò)直流電流的反向改變傳輸通過(guò)直流電流的反向改變傳輸功率的方向。功率的方向。 直流側(cè)電流的方向保持在一個(gè)直流側(cè)電流的方向保持在一個(gè)方向，通過(guò)改變直流電壓的極方向，通過(guò)改變直流電壓的極性改變傳輸功率的方向。性改變傳輸功率的方向。電流型電流型變流器變流器 電壓

2、型電壓型變流器變流器 下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 idUd直流直流功率功率有功功有功功率率無(wú)功無(wú)功功率功率或或或或或或或或idUd直流直流功率功率有功功率有功功率無(wú)功功率無(wú)功功率下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 電流型變流器類(lèi)型電流型變流器類(lèi)型二極管變流器二極管變流器 J將交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，通過(guò)交流系統(tǒng)的電網(wǎng)將交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，通過(guò)交流系統(tǒng)的電網(wǎng)電壓實(shí)現(xiàn)從一個(gè)開(kāi)關(guān)閥到另一個(gè)開(kāi)關(guān)閥的直流換流。電壓實(shí)現(xiàn)從一個(gè)開(kāi)關(guān)閥到另一個(gè)開(kāi)關(guān)閥的直流換流。 直流直流功率功率有功和無(wú)功功率有功和無(wú)功功率直流電壓直流電壓直流電流直流電流濾波器和電容器濾波器和電容器下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 晶閘管線性換流變流器晶閘管線性換流變流器 J

3、利用交流系統(tǒng)的電網(wǎng)電壓實(shí)現(xiàn)從一個(gè)開(kāi)關(guān)閥到另一利用交流系統(tǒng)的電網(wǎng)電壓實(shí)現(xiàn)從一個(gè)開(kāi)關(guān)閥到另一個(gè)開(kāi)關(guān)閥的換流，可以傳送和控制任一方向的有功功個(gè)開(kāi)關(guān)閥的換流，可以傳送和控制任一方向的有功功率，不能向交流系統(tǒng)提供無(wú)功功率。率，不能向交流系統(tǒng)提供無(wú)功功率。 直流直流功率功率有功功率有功功率直流電壓直流電壓直流電流直流電流濾波器和電容器濾波器和電容器無(wú)功功率無(wú)功功率下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 自換流變流器自換流變流器 J開(kāi)關(guān)閥由可關(guān)斷器件構(gòu)成，根據(jù)器件的自關(guān)斷控開(kāi)關(guān)閥由可關(guān)斷器件構(gòu)成，根據(jù)器件的自關(guān)斷控制和交流側(cè)電容實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)閥的轉(zhuǎn)換，從而達(dá)到換流制和交流側(cè)電容實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)閥的轉(zhuǎn)換，從而達(dá)到換流的目的。的目的。 直流功直

4、流功率率直流電壓直流電壓直流電流直流電流有功功率有功功率濾波器濾波器無(wú)功功率無(wú)功功率電容器電容器下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 id16Ud5432陰極直流母線陰極直流母線陽(yáng)極直流母線陽(yáng)極直流母線UaUbUcnLs sLs sLs sabcid電電源源變變壓壓器器G 三相全波六脈沖二極管整流器三相全波六脈沖二極管整流器 下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 U0w wt下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 UaUaUbUct3t1t5t13511t2t5t4t2642ia0w wt141ib0w wt366ic0w wt25U0w wtUcbUcbUacUcbUbcUbaUcaUcbid0w wtF三相全波三相全波二極管整流二極管整流器的電

5、流波器的電流波形和電壓波形和電壓波形形 下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 U0w wtUaUaUbUct3t1t5t13511t2t5t4t2642ia0w wt141ib0w wt366ic0w wt25U0w wtUcbUabUacUacUbcUbaUcaUcbid0w wttl到到t2，開(kāi)，開(kāi)關(guān)閥關(guān)閥1和開(kāi)關(guān)和開(kāi)關(guān)閥閥2導(dǎo)通，直導(dǎo)通，直流電流從流電流從a相相流出，經(jīng)過(guò)流出，經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)閥開(kāi)關(guān)閥1和開(kāi)和開(kāi)關(guān)閥關(guān)閥2，最后，最后流入流入c相。相。 tl到到t2期間，期間，直流側(cè)兩條直流側(cè)兩條母線分別與母線分別與a、c兩相相聯(lián)，兩相相聯(lián)，直流輸出電直流輸出電壓為壓為a、c兩兩相的電壓差。相的電壓差。下 頁(yè)上 頁(yè)

6、返 回 U0w wtUaUaUbUct3t1t5t13511t2t5t4t2642ia0w wt141ib0w wt366ic0w wt25U0w wtUcbUabUacUacUbcUbaUcaUcbid0w wtt3時(shí)刻，時(shí)刻，b相的電壓高相的電壓高于于a相電壓，相電壓，開(kāi)關(guān)閥開(kāi)關(guān)閥3正偏，正偏，二極管導(dǎo)通，二極管導(dǎo)通，開(kāi)關(guān)閥開(kāi)關(guān)閥1中的中的電流轉(zhuǎn)移到電流轉(zhuǎn)移到開(kāi)關(guān)閥開(kāi)關(guān)閥3。 t3時(shí)的直流輸時(shí)的直流輸出電壓為出電壓為b、c兩相電壓之兩相電壓之差。同時(shí)電差。同時(shí)電流流經(jīng)開(kāi)關(guān)流流經(jīng)開(kāi)關(guān)閥閥2、c相、相、b相和開(kāi)關(guān)閥相和開(kāi)關(guān)閥3的路徑。的路徑。 下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 U0w wtUaUaUbUct

7、3t1t5t13511t2t5t4t2642ia0w wt141ib0w wt366ic0w wt25U0w wtUcbUabUacUacUbcUbaUcaUcbid0w wtt4瞬間，瞬間，a相電位低于相電位低于c相電位，開(kāi)相電位，開(kāi)關(guān)閥關(guān)閥4正向偏正向偏壓，對(duì)應(yīng)的壓，對(duì)應(yīng)的二極管開(kāi)始二極管開(kāi)始導(dǎo)通，開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，開(kāi)關(guān)閥閥2中的電流中的電流轉(zhuǎn)移到了開(kāi)轉(zhuǎn)移到了開(kāi)關(guān)閥關(guān)閥4中。中。 下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 U0w wtUaUaUbUct3t1t5t13511t2t5t4t2642ia0w wt141ib0w wt366ic0w wt25U0w wtUcbUabUacUacUbcUbaUcaUcbid0w

8、 wtt5瞬間，開(kāi)瞬間，開(kāi)關(guān)閥關(guān)閥3中的電中的電流被開(kāi)關(guān)閥流被開(kāi)關(guān)閥5中的電流取中的電流取代。代。 下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 U0w wtUaUaUbUct3t1t5t13511t2t5t4t2642ia0w wt141ib0w wt366ic0w wt25U0w wtUcbUabUacUacUbcUbaUcaUcbid0w wtt6瞬間，開(kāi)瞬間，開(kāi)關(guān)閥關(guān)閥6又取代又取代開(kāi)關(guān)閥開(kāi)關(guān)閥4，最，最后在后在t1瞬間，瞬間，電流又從開(kāi)電流又從開(kāi)關(guān)閥關(guān)閥5回到開(kāi)回到開(kāi)關(guān)閥關(guān)閥1。 下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 a電流型變流器中，換流在與同一直流母線相聯(lián)電流型變流器中，換流在與同一直流母線相聯(lián)的有關(guān)開(kāi)關(guān)閥之間進(jìn)行，其交流

9、電流波形是由的有關(guān)開(kāi)關(guān)閥之間進(jìn)行，其交流電流波形是由120矩形波組成，沒(méi)有矩形波組成，沒(méi)有3次諧波。次諧波。a電壓型變流器的換流發(fā)生在與同一橋臂相聯(lián)接電壓型變流器的換流發(fā)生在與同一橋臂相聯(lián)接的開(kāi)關(guān)閥之間，電壓型變流器的交流輸出電壓波的開(kāi)關(guān)閥之間，電壓型變流器的交流輸出電壓波形是由形是由180的方波組成，所以存在的方波組成，所以存在3次諧波次諧波。電流型變流器與電壓型變流器的區(qū)別電流型變流器與電壓型變流器的區(qū)別 下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 直流輸出電壓波形在一個(gè)周期內(nèi)等分為直流輸出電壓波形在一個(gè)周期內(nèi)等分為6段，每段段，每段為為60，以交流電壓的峰值對(duì)應(yīng)的點(diǎn)為參考點(diǎn)，以交流電壓的峰值對(duì)應(yīng)的點(diǎn)為參考點(diǎn)，則

10、線電壓的表達(dá)式可定義為：則線電壓的表達(dá)式可定義為：tUtuwcos2)(U: :線電壓有效值線電壓有效值,理想直流輸出電壓的平均值為：理想直流輸出電壓的平均值為：UUtUttdUUd35. 123sin23cos236666www下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 交流電流由交流電流由正負(fù)半周各正負(fù)半周各為為120的方的方波組成，這波組成，這個(gè)相電流的個(gè)相電流的有效值為：有效值為： ddddIItItdII816.032)(1332332wwUabUbaUcaUbcUbaUacUabUacUcUbUaU0w wtt3t1t5t13511t2t5t4t2642ia0w wt141ib0w wt366ic0w w

11、t25U0w wtid0w wt下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 如果忽略功率器件和線路損耗，則基波交流功率與直如果忽略功率器件和線路損耗，則基波交流功率與直流側(cè)功率應(yīng)相等：流側(cè)功率應(yīng)相等：ddIUUI 13將將UUtUttdUUd35. 123sin23cos236666www代入上式，則基波交流電流的有效值為代入上式，則基波交流電流的有效值為 ：ddIII78. 061下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 總諧波電流有效值為：總諧波電流有效值為： dhIIII24. 0212L換流過(guò)程會(huì)相對(duì)占用一部分時(shí)間，對(duì)應(yīng)的換流角換流過(guò)程會(huì)相對(duì)占用一部分時(shí)間，對(duì)應(yīng)的換流角度甚至可以達(dá)到度甚至可以達(dá)到2030，或者更高。，或者更高。

12、當(dāng)交流傳當(dāng)交流傳輸線上的阻抗呈感性特性時(shí)，電流就會(huì)從變流器的輸線上的阻抗呈感性特性時(shí)，電流就會(huì)從變流器的一相轉(zhuǎn)移到另一相，出現(xiàn)對(duì)應(yīng)兩個(gè)橋臂的換流。一相轉(zhuǎn)移到另一相，出現(xiàn)對(duì)應(yīng)兩個(gè)橋臂的換流。 下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 id16Ud5432環(huán)流電流環(huán)流電流UaUbUcnLs sLs sLs sabcid電電源源變變壓壓器器G含有換流重疊角的三相全波六脈沖二極管變流器含有換流重疊角的三相全波六脈沖二極管變流器 下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 U0w wtUaUbUct4t2t5t2g g246id0w wtia0w wt141ib0w wt636ic0w wt25t1t5t31351t1AF含有換流含有換流重疊角的三

13、重疊角的三相全波二極相全波二極管變流器電管變流器電流和電壓波流和電壓波形形 下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 t3瞬間，當(dāng)開(kāi)瞬間，當(dāng)開(kāi)關(guān)閥關(guān)閥3變?yōu)檎?，變?yōu)檎?，?zhǔn)備開(kāi)始導(dǎo)通準(zhǔn)備開(kāi)始導(dǎo)通時(shí)，全部直流時(shí)，全部直流電流從開(kāi)關(guān)閥電流從開(kāi)關(guān)閥1流過(guò)。流過(guò)。 Ud)cos1 (200gUUdU0w wtUaUbUct4t2t5t2g g246id0w wtia0w wt141ib0w wt636ic0w wt25t1t5t31351t1A下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 t3時(shí)刻后，開(kāi)時(shí)刻后，開(kāi)關(guān)閥關(guān)閥1和和3同時(shí)同時(shí)處于導(dǎo)通狀態(tài)。處于導(dǎo)通狀態(tài)。 Ud)cos1 (200gUUdU0w wtUaUbUct4t2t5t2g g24

14、6id0w wtia0w wt141ib0w wt636ic0w wt25t1t5t31351t1A下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 t3時(shí)刻后，開(kāi)關(guān)時(shí)刻后，開(kāi)關(guān)閥閥1和和3同時(shí)處于同時(shí)處于導(dǎo)通狀態(tài)。導(dǎo)通狀態(tài)。a相相和和b相處于短路相處于短路狀態(tài)，短路電流狀態(tài)，短路電流從從b相出發(fā)，通相出發(fā)，通過(guò)開(kāi)關(guān)閥過(guò)開(kāi)關(guān)閥3和和1后，后，流入流入a相。相。短路電流與通短路電流與通過(guò)開(kāi)關(guān)閥過(guò)開(kāi)關(guān)閥1的直的直流電流相等時(shí)，流電流相等時(shí)，流過(guò)它的凈電流過(guò)它的凈電流將為零，開(kāi)流將為零，開(kāi)關(guān)閥關(guān)閥1關(guān)斷，完關(guān)斷，完成一個(gè)換流。成一個(gè)換流。 Ud)cos1 (200gUUdU0w wtUaUbUct4t2t5t2g g246id0

15、w wtia0w wt141ib0w wt636ic0w wt25t1t5t31351t1A下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 換流期間若忽略線路電阻，則兩相短路電流對(duì)應(yīng)換流期間若忽略線路電阻，則兩相短路電流對(duì)應(yīng)的換流重疊角的換流重疊角用下式計(jì)算：用下式計(jì)算： tUdtdiLswssin22Ls s :各相的線路電感。對(duì)上式進(jìn)行積分后可得：各相的線路電感。對(duì)上式進(jìn)行積分后可得： tLUtiswwscos12w wt = g g 時(shí)，時(shí)， is(t)=Id ： gwscos12LUId下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 換流期間，換流期間，a相和相和b相的短路電壓為這兩個(gè)相電壓的相的短路電壓為這兩個(gè)相電壓的平均值。平均值。與忽

16、略換流重疊角的三相全波二極管整流與忽略換流重疊角的三相全波二極管整流器圖中器圖中g(shù) g00時(shí)的輸出電壓相比有所降低時(shí)的輸出電壓相比有所降低, ,減少的電壓減少的電壓部分為：部分為： )3/(AUdA: A: 損失的電壓損失的電壓 )3/(AUdgwwgcos121sin2210UttdUA下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 )cos1 (23gUUdgwscos12LUId將上式與將上式與比較后可得：比較后可得：ddILUws3dddILUUUUws300直流功率與交流功率相等，所以有：直流功率與交流功率相等，所以有： ddddIILUIUUIw3cos30下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 將以上三式合并后可得：將以上三式

17、合并后可得：UUtUttdUUd35. 123sin23cos236666wwwddIII78. 061ddddIILUIUUIw3cos30wLU311cos0下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 實(shí)際估算中，若用實(shí)際估算中，若用a a表示控制角，則功率因數(shù)角表示控制角，則功率因數(shù)角 可可由下式代替：由下式代替： 0300, 32aga009030, 3aga下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 4.3.1 晶閘管整流器的運(yùn)行晶閘管整流器的運(yùn)行 id16Ud5432UaUbUcnLs sLs sLs sabcid電電源源變變壓壓器器G 六脈沖晶閘管變流器六脈沖晶閘管變流器 下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 在在t3瞬間，開(kāi)瞬間，開(kāi)關(guān)閥關(guān)閥3

18、變?yōu)檎優(yōu)檎?，與開(kāi)關(guān)閥偏，與開(kāi)關(guān)閥1的電流交換。的電流交換。如果開(kāi)關(guān)閥為如果開(kāi)關(guān)閥為晶閘管，換流晶閘管，換流起始點(diǎn)可能會(huì)起始點(diǎn)可能會(huì)被延時(shí)。被延時(shí)。 Ud)cos1 (200gUUdU0w wtUaUbUct4t2t5t2g g246id0w wtia0w wt141ib0w wt636ic0w wt25t1t5t31351t1A下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 U0w wtUaUcUbUa1351a a246w wtid00iaw wt141ib0w wt636g gic0w wt25F控制角為控制角為a a時(shí)直流輸出時(shí)直流輸出電壓和相電電壓和相電流波形。流波形。下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 U0w wtUaUc

19、UbUa1351a a246w wtid00iaw wt141ib0w wt636g gic0w wt25F控制角為控制角為a a時(shí)直流輸出時(shí)直流輸出電壓和相電電壓和相電流波形。流波形。下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 換流過(guò)程的短路電流為：換流過(guò)程的短路電流為： tUdtdiLswssin22假設(shè)在假設(shè)在t=時(shí)開(kāi)始換流，則在時(shí)開(kāi)始換流，則在t 時(shí)時(shí)is(t) =0，將，將此條件代入上式的積分表達(dá)式后可得：此條件代入上式的積分表達(dá)式后可得： tLUtiswawscoscos2當(dāng)當(dāng)w wt=a a+時(shí)，時(shí)，is(t) =Id，因此有：，因此有： )cos(cos2gaawsLUId下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 當(dāng)當(dāng)00

20、時(shí)，以時(shí)，以6060為計(jì)算區(qū)域的直流輸出電壓為：為計(jì)算區(qū)域的直流輸出電壓為： )(cos2366ttdUUdwwaaaacoscos230UUUdU0: :=0和和=0時(shí)的輸出電壓時(shí)的輸出電壓為。為。l=0的輸出電壓波形與控制角的輸出電壓波形與控制角的余弦函數(shù)波形的余弦函數(shù)波形相同。相同。l增加時(shí)，輸出電壓緩慢減少。增加時(shí)，輸出電壓緩慢減少。 下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 換流重疊角時(shí)的輸出電壓每個(gè)換流面積為：換流重疊角時(shí)的輸出電壓每個(gè)換流面積為： )cos(cos21)(sin221gaawwgaaUttdUA該面積對(duì)應(yīng)該面積對(duì)應(yīng)60區(qū)間的直流電壓降，所以區(qū)間的直流電壓降，所以 )cos(cos23g

21、aaUU)cos(cos2cos00gaaaUUUUd下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 用電壓標(biāo)幺值用電壓標(biāo)幺值Ud/U0的形式可寫(xiě)為：的形式可寫(xiě)為： )cos(cos210gaaUUd根據(jù)根據(jù) aacoscos230UUUd)cos(cos23gaaUU可得：可得： dILUws3ddILUUwas3cos0下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 idicos U0 cosa a3w wLs s ddILUUswa3cos0 當(dāng)直流電流相同時(shí)，交流側(cè)的換流電壓積分當(dāng)直流電流相同時(shí)，交流側(cè)的換流電壓積分總是一樣?？偸且粯印?下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 假設(shè)假設(shè)Uon為電壓標(biāo)幺值的基數(shù)，則為電壓標(biāo)幺值的基數(shù)，則Ud和感抗和感抗w wL的

22、標(biāo)的標(biāo)幺值為：幺值為： )3()(UILXpwddIII78. 061ddILUUwas3cos0將將 合并合并 可得直流輸出電壓的標(biāo)幺值：可得直流輸出電壓的標(biāo)幺值： 2cospondXUUa下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 假設(shè)假設(shè)Ud=cos , ,那么功率因數(shù)近似為那么功率因數(shù)近似為: : )cos(cos213coscos0gaawaddILUU如果變流變壓器與系統(tǒng)阻抗之和為感性如果變流變壓器與系統(tǒng)阻抗之和為感性0.2，則直流，則直流電壓將從空載到滿負(fù)荷約下降電壓將從空載到滿負(fù)荷約下降10%，交流側(cè)功率因，交流側(cè)功率因數(shù)也將相應(yīng)下降。數(shù)也將相應(yīng)下降。2cospondXUUa下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 4.3

23、.2 4.3.2 逆變運(yùn)行逆變運(yùn)行a aa a1U0w wtUcUbUa35a cUbUa62a aw wtw wtw wt負(fù)區(qū)域負(fù)區(qū)域正區(qū)域正區(qū)域整流整流運(yùn)行運(yùn)行整流整流運(yùn)行運(yùn)行零直流零直流電壓電壓全部全部反相反相U0U006U264F無(wú)換流重?zé)o換流重疊角時(shí)變流疊角時(shí)變流器在不同控器在不同控制下的電壓制下的電壓波形波形 。下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 090cos0UUd可知可知平均輸出電壓平均輸出電壓 變流器運(yùn)行在逆變狀態(tài)，并已將直流側(cè)的有功功變流器運(yùn)行在逆變狀態(tài)，并已將直流側(cè)的有功功率傳送到交流系統(tǒng)，它能使直流電流與功率傳送的率傳送到交流系統(tǒng)，它能使直流電流與功率傳送的方

24、向相同，在直流電壓的極性不變的條件下，能夠方向相同，在直流電壓的極性不變的條件下，能夠?qū)⒅绷鞴β兽D(zhuǎn)移到交流側(cè)。將直流功率轉(zhuǎn)移到交流側(cè)。 控制角為控制角為180 時(shí)，負(fù)電壓值與整流器控制角為時(shí)，負(fù)電壓值與整流器控制角為零時(shí)的平均輸出電壓值一樣。零時(shí)的平均輸出電壓值一樣。 aacoscos230UUUd 控制角為控制角為90 時(shí)，時(shí)，根據(jù)根據(jù)下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 橋臂的換流需要一些時(shí)間（對(duì)應(yīng)換流重疊角橋臂的換流需要一些時(shí)間（對(duì)應(yīng)換流重疊角），還），還需要一段時(shí)間（對(duì)應(yīng)角度需要一段時(shí)間（對(duì)應(yīng)角度d d0 0）封鎖橋臂，使開(kāi)關(guān)閥）封鎖橋臂，使開(kāi)關(guān)閥在關(guān)斷后有足夠的恢復(fù)時(shí)間，這樣才能在電壓反向在關(guān)斷后有足

25、夠的恢復(fù)時(shí)間，這樣才能在電壓反向后不至于損壞開(kāi)關(guān)器件。否則開(kāi)關(guān)閥將重新回到換后不至于損壞開(kāi)關(guān)器件。否則開(kāi)關(guān)閥將重新回到換流狀態(tài)。流狀態(tài)。 idabcn165432b bg ga ad d下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 U0w wtUcUbUa46245130iw wtia0w wt14ib0w wt336ic0w wt225F基于晶閘管基于晶閘管的電流型變流的電流型變流器的三相全波器的三相全波逆變運(yùn)行波形。逆變運(yùn)行波形。 id下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 2)22(ga 32g320gd0a)(0gdaG 晶閘管變流器的運(yùn)行區(qū)域晶閘管變流器的運(yùn)行區(qū)域 下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 在整流器整個(gè)可運(yùn)行區(qū)間，整流器都會(huì)消耗無(wú)功功

26、在整流器整個(gè)可運(yùn)行區(qū)間，整流器都會(huì)消耗無(wú)功功率，由下兩式率，由下兩式wsLU311cos0)cos(cos213coscos0gaawaddILUU可計(jì)算出對(duì)應(yīng)的功率因數(shù)。但只能適用于變流器在可計(jì)算出對(duì)應(yīng)的功率因數(shù)。但只能適用于變流器在整流和逆變條件下，換流重疊角整流和逆變條件下，換流重疊角小于小于60 的情況。的情況。 下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 當(dāng)電壓和電流當(dāng)電壓和電流為一給定值時(shí)，為一給定值時(shí)，控制角控制角從零逐漸從零逐漸增加到增加到9090 時(shí)，時(shí)，直流輸出電直流輸出電壓降為零，此時(shí)，變流器傳輸?shù)挠泄β蕰?huì)逐漸壓降為零，此時(shí)，變流器傳輸?shù)挠泄β蕰?huì)逐漸減少，而無(wú)功功率則不斷增加。減少，而無(wú)功功

27、率則不斷增加。當(dāng)有功功率為零當(dāng)有功功率為零時(shí)，無(wú)功功率則達(dá)到最大值。時(shí)，無(wú)功功率則達(dá)到最大值。 2)22(ga 32g320gd0a)(0gda下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 wLU311cos0)cos(cos213coscos0gaawaddILUU|以上兩式只適用于變流器在整流和逆變條件下，以上兩式只適用于變流器在整流和逆變條件下，換流重疊角換流重疊角小于小于6060 的情況。的情況。|控制角控制角a a小于小于30 、換流重疊角、換流重疊角大于大于60 的運(yùn)行狀的運(yùn)行狀況是不可能同時(shí)出現(xiàn)的。況是不可能同時(shí)出現(xiàn)的。 |g g的最大值只能為的最大值只能為6060 。 下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 4.3.3 開(kāi)

28、關(guān)閥電壓開(kāi)關(guān)閥電壓 U0w wtUcUbUaUa5513624U0g32w wtUcbUca通過(guò)相間短路實(shí)通過(guò)相間短路實(shí)現(xiàn)換流。兩個(gè)短現(xiàn)換流。兩個(gè)短路交流相的電壓路交流相的電壓為這兩個(gè)相電壓為這兩個(gè)相電壓的平均值。的平均值。 下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 在在120+g g換流區(qū)換流區(qū)間間,開(kāi)關(guān)閥開(kāi)關(guān)閥5的電壓的電壓為零，換流結(jié)束為零，換流結(jié)束時(shí)，開(kāi)關(guān)閥時(shí)，開(kāi)關(guān)閥5的電的電流轉(zhuǎn)移到開(kāi)關(guān)閥流轉(zhuǎn)移到開(kāi)關(guān)閥1，電壓跳變?yōu)殡妷禾優(yōu)閁ca的的一個(gè)負(fù)值。一個(gè)負(fù)值。U0w wtUcUbUaUa5513624U0g32w wtUcbUca下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 U0w wtUcUbUaUa5513624U0g32w wt

29、UcbUcaUca重新變?yōu)檎匦伦優(yōu)檎妷褐?，開(kāi)關(guān)電壓之前，開(kāi)關(guān)閥承受的電壓為閥承受的電壓為Uca，由于開(kāi)關(guān)閥，由于開(kāi)關(guān)閥6與開(kāi)關(guān)閥與開(kāi)關(guān)閥2的換的換流所形成的流所形成的b、c兩相短路而發(fā)生兩相短路而發(fā)生畸變?；?。 下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 U0w wtUcUbUaUa5513624U0g32w wtUcbUca開(kāi)關(guān)閥開(kāi)關(guān)閥1到開(kāi)關(guān)閥到開(kāi)關(guān)閥3的換流使的換流使Uca再次再次發(fā)生畸變。完成換發(fā)生畸變。完成換流時(shí)，開(kāi)關(guān)閥的電流時(shí)，開(kāi)關(guān)閥的電壓變?yōu)閴鹤優(yōu)閁cb，這個(gè)電，這個(gè)電壓在隨后的開(kāi)關(guān)閥壓在隨后的開(kāi)關(guān)閥2到開(kāi)關(guān)閥到開(kāi)關(guān)閥4的換流又的換流又會(huì)產(chǎn)生畸變。會(huì)產(chǎn)生畸變。 下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 U0w wtU

30、cUbUaUa5513624U0g32w wtUcbUca開(kāi)關(guān)閥開(kāi)關(guān)閥5再次觸發(fā)再次觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)，完成了這導(dǎo)通時(shí)，完成了這個(gè)周期。開(kāi)關(guān)閥個(gè)周期。開(kāi)關(guān)閥5和和開(kāi)關(guān)閥開(kāi)關(guān)閥2兩端的電壓兩端的電壓波形為波形為Uca 和和 Ucb電電壓波形。壓波形。 變流器運(yùn)行在逆變狀態(tài)時(shí)，開(kāi)關(guān)閥承受的電壓變流器運(yùn)行在逆變狀態(tài)時(shí)，開(kāi)關(guān)閥承受的電壓大多數(shù)時(shí)間為正，而在整流運(yùn)行時(shí)，所承受的電大多數(shù)時(shí)間為正，而在整流運(yùn)行時(shí)，所承受的電壓大多數(shù)時(shí)間為負(fù)值。壓大多數(shù)時(shí)間為負(fù)值。電路中電感和電容為給定值時(shí)，電壓跳會(huì)發(fā)生電路中電感和電容為給定值時(shí)，電壓跳會(huì)發(fā)生電壓過(guò)沖出現(xiàn)在開(kāi)關(guān)閥電壓峰值時(shí)將使開(kāi)關(guān)閥承電壓過(guò)沖出現(xiàn)在開(kāi)關(guān)閥電壓峰值時(shí)將

31、使開(kāi)關(guān)閥承受更高電壓。需采用受更高電壓。需采用RC阻尼電路保護(hù)開(kāi)關(guān)閥。阻尼電路保護(hù)開(kāi)關(guān)閥。下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 4.3.4 換流失敗換流失敗成功完成功完成換流成換流 為了提高逆為了提高逆變器的輸出變器的輸出電壓應(yīng)盡可電壓應(yīng)盡可能減小能減小角。角。 換流前和換換流前和換流期間由于流期間由于電流的上升電流的上升和交流電壓和交流電壓的下降，的下降，角需保留一角需保留一定的裕量。定的裕量。 下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 U0w wtUbUaUcUbUdt3t4t1t2U0w wtU0w wtidabcn165432at1點(diǎn)點(diǎn)開(kāi)關(guān)閥開(kāi)關(guān)閥1和和開(kāi)關(guān)閥開(kāi)關(guān)閥2正在導(dǎo)通，正在導(dǎo)通，此時(shí)觸發(fā)開(kāi)關(guān)閥此時(shí)觸發(fā)開(kāi)關(guān)閥3，電流從

32、開(kāi)關(guān)閥電流從開(kāi)關(guān)閥1換換流到開(kāi)關(guān)閥流到開(kāi)關(guān)閥3。a假如在假如在t2時(shí)刻未能時(shí)刻未能實(shí)現(xiàn)換流，開(kāi)關(guān)閥實(shí)現(xiàn)換流，開(kāi)關(guān)閥1和開(kāi)關(guān)閥和開(kāi)關(guān)閥2繼續(xù)導(dǎo)通繼續(xù)導(dǎo)通相應(yīng)的直流電流。直相應(yīng)的直流電流。直流電壓隨著電壓流電壓隨著電壓Uca繼續(xù)下降。繼續(xù)下降。 下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 a在在t3點(diǎn)開(kāi)關(guān)閥點(diǎn)開(kāi)關(guān)閥4導(dǎo)通代替開(kāi)關(guān)閥導(dǎo)通代替開(kāi)關(guān)閥2續(xù)流，此時(shí)續(xù)流，此時(shí)Uca被被短路，直流電壓短路，直流電壓降為零。降為零。 a假設(shè)從開(kāi)關(guān)閥假設(shè)從開(kāi)關(guān)閥2到到開(kāi)關(guān)閥開(kāi)關(guān)閥4的換流順利的換流順利完成，直流電流通過(guò)完成，直流電流通過(guò)開(kāi)關(guān)閥開(kāi)關(guān)閥1和開(kāi)關(guān)閥和開(kāi)關(guān)閥4對(duì)對(duì)應(yīng)相序的橋臂，開(kāi)關(guān)應(yīng)相序的橋臂，開(kāi)關(guān)閥閥5沒(méi)有機(jī)會(huì)導(dǎo)通。沒(méi)有機(jī)會(huì)導(dǎo)

33、通。 U0w wtUbUaUcUbUdt3t4t1t2U0w wtU0w wtidabcn165432下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 at4點(diǎn)換流時(shí)的直點(diǎn)換流時(shí)的直流短路過(guò)程結(jié)束，流短路過(guò)程結(jié)束，開(kāi)關(guān)閥開(kāi)關(guān)閥6代替開(kāi)關(guān)代替開(kāi)關(guān)閥閥4導(dǎo)通，此時(shí)直導(dǎo)通，此時(shí)直流電壓小于零，換流電壓小于零，換流器仍能繼續(xù)正常流器仍能繼續(xù)正常工作。工作。 U0w wtUbUaUcUbUdt3t4t1t2U0w wtU0w wtidabcn165432一次換流失敗一次換流失敗 下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 只要電感足夠大到能限制住電流的上升率，只要電感足夠大到能限制住電流的上升率，希望在一次換流失敗后結(jié)束故障狀態(tài)，變流器須希望在一次換流失敗

34、后結(jié)束故障狀態(tài)，變流器須在開(kāi)通下一個(gè)開(kāi)關(guān)閥之前能夠檢測(cè)到整流失敗，在開(kāi)通下一個(gè)開(kāi)關(guān)閥之前能夠檢測(cè)到整流失敗，并執(zhí)行相應(yīng)的保護(hù)措施。并執(zhí)行相應(yīng)的保護(hù)措施。 下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 4.3.5 交流電流諧波交流電流諧波 i0i0i03 3 6 6 3/dI3/2dI32/dI2/dI32/dIw wtw wtw wt1:11:3301:322:1Id下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 采用采用Y-Y型連接，忽略換流重疊角，則電流由寬度型連接，忽略換流重疊角，則電流由寬度為為120方波所組成，對(duì)交流側(cè)電流進(jìn)行傅立葉分方波所組成，對(duì)交流側(cè)電流進(jìn)行傅立葉分析可以得到：析可以得到： tttttItidhwwwww13cos1

35、3111cos1117cos715cos51cos32)(電流中主要含有電流中主要含有6k1次諧波，其中次諧波，其中k為整數(shù)。為整數(shù)。 電流的有效值為：電流的有效值為： h6dhII 當(dāng)當(dāng)h=1時(shí)，基波有效值為：時(shí)，基波有效值為：ddIII78. 061下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 i0i0i03 3 6 6 3/dI3/2dI32/dI2/dI32/dIw wtw wtw wt1:11:3301:322:1Id下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 -Y型連接時(shí)，變壓器二次測(cè)電壓波形相位偏移型連接時(shí)，變壓器二次測(cè)電壓波形相位偏移30。5次、次、7次、次、17次、次、19次、次、29次等諧波與次等諧波與Y-Y型型連接法傅立

36、葉分析式符號(hào)相反。連接法傅立葉分析式符號(hào)相反。12脈沖變流器交流側(cè)電流的表達(dá)式為：脈沖變流器交流側(cè)電流的表達(dá)式為： ttttItidhwwww23cos23113cos13111cos111cos32)(電流中主要含有電流中主要含有12k1次諧波，其中次諧波，其中k為整數(shù)。為整數(shù)。 將將4個(gè)個(gè)6脈沖變流器接成一個(gè)脈沖變流器接成一個(gè)24脈沖變流器，通脈沖變流器，通過(guò)變壓器移相可獲得過(guò)變壓器移相可獲得15的相移。的相移。32a32ga0a aa agguuutusU232a ab b下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 U0w wti0w wtIdiqirif考慮換流重迭角：考慮換流重迭角： )(coscoscos

37、cos)(gaawatItidr)(gawatdqIi ) 3/2()(awgat)(coscos)3/2cos(cos)(gaawatIItiddf) 3/2() 3/2(gawat下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 14151617181920h=5換流重疊角換流重疊角g g度度 I5與基波與基波 I1的百分比的百分比400103020a a=0a a=10a a=20a a=30a a=40a a=80F5次諧波電次諧波電流在不同控制流在不同控制角角a a（或安全（或安全裕量角裕量角）時(shí)）時(shí)隨換流重疊角隨換流重疊角g g的變化。的變化。下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 101112131415 I7與基波與基波 I1

38、的百分比的百分比76896換流重疊角換流重疊角g g度度 h=7400103020a a=0a a=10a a=20a a=30a a=40a a=80F7次諧波電次諧波電流在不同控制流在不同控制角角a a（或安全（或安全裕量角裕量角）時(shí)）時(shí)隨換流重疊角隨換流重疊角g g的變化。的變化。下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 400187654329h=11010換流重疊角換流重疊角g g度度 3020 I11與基波與基波 I1的百分比的百分比a a=0a a=10a a=20a a=30a a=40a a=80F11次諧波電次諧波電流在不同控制流在不同控制角角a a（或安全（或安全裕量角裕量角）時(shí)）時(shí)隨換流重疊

39、角隨換流重疊角g g的變化。的變化。下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 01876543290 I13與基波與基波 I1的百分比的百分比4010換流重疊角換流重疊角g g度度 3020h=13a a=0a a=10a a=20a a=30a a=40a a=80F13次諧波電次諧波電流在不同控制流在不同控制角角a a（或安全（或安全裕量角裕量角）時(shí)）時(shí)隨換流重疊角隨換流重疊角g g的變化。的變化。下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 0165432 I17與基波與基波 I1的百分比的百分比h=17010換流重疊角換流重疊角g g度度 302040a a=0a a=10a a=20a a=30a a=40a a=80F17次諧波

40、電次諧波電流在不同控制流在不同控制角角a a（或安全（或安全裕量角裕量角）時(shí)）時(shí)隨換流重疊角隨換流重疊角g g的變化。的變化。下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 0154320 I19與基波與基波 I1的百分比的百分比h=194010換流重疊角換流重疊角g g度度 3020a a=0a a=10a a=20a a=30a a=40a a=80F19次諧波電次諧波電流在不同控制流在不同控制角角a a（或安全（或安全裕量角裕量角）時(shí)）時(shí)隨換流重疊角隨換流重疊角g g的變化。的變化。下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 4.3.6 直流電壓諧波直流電壓諧波當(dāng)控制角為零、沒(méi)有負(fù)載或忽略換流重疊角時(shí)，當(dāng)控制角為零、沒(méi)有負(fù)載或忽略換流重疊

41、角時(shí)， 6次諧波電壓諧波的有效值為：次諧波電壓諧波的有效值為： 1220hUUhh=kp，其中，其中k為整數(shù)，為整數(shù)，p=6時(shí)為六脈沖變流器時(shí)為六脈沖變流器當(dāng)控制角和換流重疊角均為零時(shí)，當(dāng)控制角和換流重疊角均為零時(shí)，6次諧波電壓的次諧波電壓的幅值為基波直流方波幅值的幅值為基波直流方波幅值的4.04%，12次諧波幅值次諧波幅值為為0.99%。 下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 考慮控制角考慮控制角和換流和換流重疊角重疊角，直流電壓，直流電壓波形的每波形的每60區(qū)間可區(qū)間可描述如下：描述如下：6cos2wtUusawt032a32ga0a aa agguuutusU232a ab bU0w wti0w wtId

42、iqirif下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 6cos26cos221wwtUtUut6cos2wtUuu)3/()(wgat)(gawat32a32ga0a aa agguuutusU232a ab bU0w wti0w wtIdiqirifU6U0h=6010換流重疊角換流重疊角g g度度 30204005201510下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 05101520253035404552.560F6次諧波電次諧波電壓隨控制角壓隨控制角a a(或安全裕量或安全裕量角角)和換流重和換流重疊角疊角g g的變化曲的變化曲線。線。a a=75下 頁(yè)上 頁(yè)返 回U12U000811109437261510換流重疊角換流重疊角

43、g g度度 302040h=1205101520253035404552.560a a=75F12次諧波電次諧波電壓隨控制角壓隨控制角a a(或安全裕量或安全裕量角角)和換流重和換流重疊角疊角g g的變化曲的變化曲線。線。 下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 U18U01672010換流重疊角換流重疊角g g度度 30204008543h=1805101520253035404552.560a a=75F18次諧波電次諧波電壓隨控制角壓隨控制角a a(或安全裕量或安全裕量角角)和換流重和換流重疊角疊角g g的變化曲的變化曲線。線。下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 可關(guān)斷器件構(gòu)成可關(guān)斷器件構(gòu)成的電流型變流器的電流型變流器 剛

44、性電流剛性電流型變流器型變流器 可關(guān)斷器件必須具有反向電壓阻斷的能力可關(guān)斷器件必須具有反向電壓阻斷的能力（對(duì)稱器件）。如果它們是不對(duì)稱器件，就需要（對(duì)稱器件）。如果它們是不對(duì)稱器件，就需要串聯(lián)一個(gè)二極管來(lái)構(gòu)成對(duì)稱器件。串聯(lián)一個(gè)二極管來(lái)構(gòu)成對(duì)稱器件。下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 比較$普通晶閘管電流型變流器的晶閘管不具有自關(guān)普通晶閘管電流型變流器的晶閘管不具有自關(guān)斷能力，需要有交流電源實(shí)現(xiàn)換流。斷能力，需要有交流電源實(shí)現(xiàn)換流。$電壓型變流器的直流電容器可將已關(guān)斷開(kāi)關(guān)閥電壓型變流器的直流電容器可將已關(guān)斷開(kāi)關(guān)閥中的電流快速轉(zhuǎn)移到同一橋臂相對(duì)的另一個(gè)開(kāi)關(guān)閥中的電流快速轉(zhuǎn)移到同一橋臂相對(duì)的另一個(gè)開(kāi)關(guān)閥中。中。$自

45、換流的電流型變流器開(kāi)關(guān)閥具有可關(guān)斷的能自換流的電流型變流器開(kāi)關(guān)閥具有可關(guān)斷的能力，可以隨意將它關(guān)斷。力，可以隨意將它關(guān)斷。$可關(guān)斷器件關(guān)斷時(shí)需要能夠迅速轉(zhuǎn)移電流的通可關(guān)斷器件關(guān)斷時(shí)需要能夠迅速轉(zhuǎn)移電流的通道。道。 下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 id或或abc165432交流系統(tǒng)或無(wú)交流系統(tǒng)或無(wú)源負(fù)載源負(fù)載在變流器交流側(cè)各相之間均并聯(lián)一個(gè)交流電容，在變流器交流側(cè)各相之間均并聯(lián)一個(gè)交流電容，可以加快電流從已關(guān)斷的開(kāi)關(guān)閥到準(zhǔn)備導(dǎo)通開(kāi)關(guān)可以加快電流從已關(guān)斷的開(kāi)關(guān)閥到準(zhǔn)備導(dǎo)通開(kāi)關(guān)閥的換流速度。閥的換流速度。 下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 id132當(dāng)開(kāi)關(guān)閥當(dāng)開(kāi)關(guān)閥1關(guān)斷關(guān)斷時(shí)，它的電壓上升時(shí)，它的電壓上升速率由交流電容來(lái)速

46、率由交流電容來(lái)減緩，換流時(shí)間約減緩，換流時(shí)間約為幾十個(gè)微秒。為幾十個(gè)微秒。 具有可關(guān)斷開(kāi)關(guān)閥的自換流變流器能以超前功具有可關(guān)斷開(kāi)關(guān)閥的自換流變流器能以超前功率因數(shù)運(yùn)行，不需要提前有一個(gè)反向交流電壓換率因數(shù)運(yùn)行，不需要提前有一個(gè)反向交流電壓換流。這種變流器可以當(dāng)作逆變器運(yùn)行，用于有源流。這種變流器可以當(dāng)作逆變器運(yùn)行，用于有源或無(wú)源交流系統(tǒng)中?；驘o(wú)源交流系統(tǒng)中。下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 1615324614163625陽(yáng)極母線電流陽(yáng)極母線電流陰極母線電流陰極母線電流icibiaidid00000陽(yáng)極母線上的直陽(yáng)極母線上的直流輸入電流由開(kāi)關(guān)流輸入電流由開(kāi)關(guān)閥閥1、3、5順序?qū)ы樞驅(qū)ê铣?。通合成。陰極母線上的直陰極母線上的直流輸出電流由開(kāi)關(guān)流輸出電流由開(kāi)關(guān)閥閥2、4、6順序?qū)ы樞驅(qū)ê铣伞Ｍê铣伞?兩組三開(kāi)關(guān)閥封兩組三開(kāi)關(guān)閥封閉導(dǎo)通順序在相位閉導(dǎo)通順序在相位上相差上相差60，它們，它們同時(shí)工作，形成三同時(shí)工作，形成三相全波橋式變流器。相全波橋式變流器。 下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 1615324614163625陽(yáng)極母線電流陽(yáng)極母線電流陰極母線電流陰極母線電流icibiaidid00000當(dāng)忽略換流角時(shí)，當(dāng)忽略換流角時(shí)，變流器順序注入到變流器順序注入到三相交流系統(tǒng)的交三相交流系統(tǒng)的交