脉动逆变器工作原理课件.ppt

1、第二节 6脉动逆变器工作原理 1PPT课件与整流器一样，逆变器也是由6个换流阀所组成的三相桥式接线。2PPT课件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。3PPT课件逆变器的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。4PPT课件5PPT课件 前两个条件保证了

2、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；换流器作为逆变器运行时，其共阴极点换流器作为逆变器运行时，其共阴极点m的的电位应为负，共阳极点电位应为负，共阳极点n的电位应为正，与的电位应为正，与其作为整流器运行时的极性正好相反，最其作为整流器运行时的极性正好相反，最后一个条件保证了这一点。后一个条件保证了这一点。6PPT课件 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。7PPT课件根 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

3、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。8PPT课件Ud 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 )：00 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

4、态换流器状态 整流器整流器逆变器逆变器 cosddoUU（5）dUdu9PPT课件10PPT课件11PPT课件12PPT课件13PPT课件14PPT课件15PPT课件16PPT课件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

5、角。17PPT课件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：00901802-0060 同时同时18PPT课件0 超前角超前角/越前角越前角/触发越前角触发越前角（）：）：用电气角度表示的落后于自然换相点用电气角度表示的落后于自然换相点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（）：）：

6、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（）由于受端交流系统等值电感由于受端交流系统等值电感Lr的存在，逆变器的阀也的存在，逆变器的阀也有一个换相过程，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006 0006 0当+，满足19PPT课件单桥逆变器的触发角单桥逆变器的触发角为钝角，因此超前触为钝角，因此超前触发角发角为锐角，正好满足人们用锐角表示角为锐角，正好满足人们用锐角表示角度的习惯。度的习惯。20PPT课件工况2-3 P3-tP3,V1、V2导通 V1、V2导通 V1、V2、V3导通 V2、V3导通-

7、dcbdaIiiIi0nNcmNanmcauuuuuu21PPT课件 t=/VT1、VT2、VT3导通KVL：132adkVbkVcdViIiiiiiiIi-barrb ad id iLLud td t-22PPT课件推导换相电流公式计及计及：0dd Id t2sin()baluEt和线电压和线电压：可得可得：22s in()krld iLEtd t考虑初始条件考虑初始条件：0)(ki23PPT课件换相电流计算公式)cos(cos2tIisck-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22ls crEIL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24PPT课件25PP

8、T课件ii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。26PPT课件采用与单桥整流器工作与工况采用与单桥整流器工作与工况2-3时完全相同的时完全相同的分析方法，并计及触发角所处范围的不同，可以分析方法，并计及触发角所处范围的不同，可以画出单桥逆变器工况画出单桥逆变器工况2-3时的电压波形时的电压波形如图所示如图所示。对应每一个对应每一个60。的重复周期，大齿部分对应只有的重复周期，大齿部分对应只有两个阀臂同时导通过程。此时，整流电压为交流两个阀臂同时导通过程

9、。此时，整流电压为交流系统的一段等值电源线电压。小齿部分为系统的一段等值电源线电压。小齿部分为3个阀个阀臂同时导通过程，即换相期间。此时，整流电压臂同时导通过程，即换相期间。此时，整流电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。27PPT课件单桥逆变器的特性方程v 导出原则一导出原则一：单桥逆变器的单桥逆变器的特性方程特性方程可由单桥整流器的可由单桥整流器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ir下标i和r各表示逆变和整流所对应的参数28PPT课件已知已知 单桥整流器的直流侧电压平

10、均值单桥整流器的直流侧电压平均值0coscos()2rdrdrUU+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）0cos()cos22rrdrdrUU+0coscos()2idid iUU+-0cos()cos22iididiUU-故故29PPT课件已知已知 单桥整流器的外特性方程单桥整流器的外特性方程0cosdrd rxrdUUd I-故故0cosdid ixidUUd I+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，3rixiLd外特性曲线30PPT课件v 导出原则二导出原则二：整流器

11、Udr dxrr Id逆变器 Udi dxi i Id电压波形比较31PPT课件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0coscos()2rdrdrUU+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）0cos()cos22rrdrdrUU+0coscos()2idid iUU+0cos()cos22iididiUU+故故32PPT课件已知已知 单桥整流器的外特性方程单桥整流器的外特性方程0cosdrd rxrdUUd I-故故0cosdid ixidUUd I-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

12、角的外特性方程其中其中，3rixiLd外特性曲线33PPT课件 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r2rr+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）i0180()2ii-2ii+34PPT课件 等效电路（单桥逆变器）等效电路（单桥逆变器）3CixiLddI+_diu+_0cosd iU+_0d iU（a a）等效电路等效电路-1-10cosdid ixidUUd I+3CixiLd-dI+_diu+_0cosd iU+_0d iU（b b）等效电路等效电路-2-20cosdid ixidUUd I-

13、35PPT课件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：00901802i-0060120i 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dI36PPT课件 逆变器的阀臂在一个工频周期内的大部分逆变器的阀臂在一个工频周期内的大部分时间中承受正向电压（时间中承受正向电压（如图所示如图所示），因此，），因此，当换相结束后，退出导通的阀臂如果从关当换相结束后，退出导通的阀臂如果从关断到其阳极电压由负变正的

14、过零时刻之间断到其阳极电压由负变正的过零时刻之间的时间过短，以致于退出导通的阀臂不能的时间过短，以致于退出导通的阀臂不能恢复阻断正向电压的能力，从而在其阳极恢复阻断正向电压的能力，从而在其阳极电压大于零后不控而重新导通，这个过程电压大于零后不控而重新导通，这个过程称为换相失败。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。37PPT课件 换相失败发生时，逆变器的直流侧将出现短时短换相失败发生时，逆变器的直流侧将出现短时短路，导致直流电流增加。而直流电流的加大时逆路，导致直流电流增加。而直流电流的加大时逆变器的换相角变大，从而可能导致逆变器的后续变器的换相角变大，从而可能导致逆变器的后

15、续阀臂也发生换相失败，从而延长直流短路故障的阀臂也发生换相失败，从而延长直流短路故障的持续时间，最终可能导致直流控制与系统启动故持续时间，最终可能导致直流控制与系统启动故障紧急停运功能，使整个直流输电系统停止运行。障紧急停运功能，使整个直流输电系统停止运行。正因为如此，换相失败又称为换相失败故障。如正因为如此，换相失败又称为换相失败故障。如果逆变器发生连续两次及以上次数换相失败则称果逆变器发生连续两次及以上次数换相失败则称为连续换相失败，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。38PPT课件 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

16、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。一般，一般，80%80%的一次换相失败不会发展的一次换相失败不会发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39PPT课件 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 。015-18s 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

17、度的熄弧角。040PPT课件正常运行时：正常运行时：0015 25i00030 40i+运行时要求：0 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）。ii041PPT课件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 0060i0060 和 时006 0i006 09 0 和 时 0060i0090902i+030i-i-060i-如图示42PPT课件 逆变器在大逆变器在大角运行时

18、，由于换相齿对阀电压的角运行时，由于换相齿对阀电压的影响，使得阀电压从负变正的过零点提前，从而影响，使得阀电压从负变正的过零点提前，从而使使 角变小，这对逆变器的稳定运行不利。在正角变小，这对逆变器的稳定运行不利。在正常运行时常运行时 ，对逆变器的运行影响不大，对逆变器的运行影响不大，当逆变器过负荷或故障情况下，当逆变器过负荷或故障情况下，将增大，使得将增大，使得 变得更小，逆变器的稳定运行可能受到威胁。变得更小，逆变器的稳定运行可能受到威胁。20-1543PPT课件44PPT课件45PPT课件46PPT课件47PPT课件如图所示48PPT课件6126145634556112323434545

19、656161212323445566112233445561223 p4 p3 p6 p1 p2 p5 p1.p2 P4 p3 p6 p5C6C4C4C2C3C5C6C1C2C3C5C106.2812.5721.510.50.511.52ecebeaeaebectC60C1eabeacebcebaecaecbeabeacebcebaecaecbt180nNumNunmu考虑换相过程后有源逆变器直流侧电压波形49PPT课件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与 波形b au0180C3p3tp3 2sin()baluEt)cos(cos2tIisc

20、k-3VTkii1VTdkiIi-ISC2cosISC2kitIdiVT1iVT3vit50PPT课件阀电流波形（、）-单桥逆变器0051PPT课件相电流波形（、）0052PPT课件直流电流波形（、）0053PPT课件电压波形（含一次换相失败）54PPT课件（含一次换相失败）55PPT课件电压波形（含连续两次换相失败）56PPT课件（含连续两次换相失败）57PPT课件电压波形比较（单桥R和I）58PPT课件阀1两端电压波形59PPT课件外特性曲线（单桥逆变器）IdodiU01cosd iU02cosd iU01cosd iU02cosd iU21121212tanxid0cosdid ixidUUd I-0cosdid ixidUUd I+60PPT课件61PPT课件62PPT课件