12脉动逆变器(文大神的作业)

第二节6脉动逆变器工作原理与整流器一样，逆变器也是由6个换流阀所组成的三相桥式接线。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。逆变器的6个阀VT1——VT6，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。•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m的电位应为负，共阳极点n的电位应为正，与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。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。根据换流阀导通条件的要求，换流阀只在0α1800时才具有导通条件，因为此时其阳极对阴极的电压为正。在此区间内，不计换相时，对于阻感负载，当α900时，直流输出电压为正值，换流器工作在整流工况；当α=900时，直流输出电压为零，称为零功率工况；当α900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α＝900。因此，逆变器的触发角α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μ的影响时，直流输出电压为零不是当α＝900，而是在α＝900一μ/2时。因此，实际上整流工况变为逆变工况的α角总比900小一些。Ud~α的关系单桥整流器的整流电压平均值(和)：000~600600~900900~12001200~1800全部为++~-+~-全部为-全部为++~00~-全部为-换流器状态整流器逆变器cosddoUU（5）dUdu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γ角表示，称为逆变器的关断角。单桥逆变器的运行方式工况2-3---正常运行方式工况3-4---故障运行方式工况2-3：在600的重复周期中，2个阀和3个阀轮流导通的运行方式。成立的条件：00901802-0060同时0超前角/越前角/触发越前角（）：用电气角度表示的落后于自然换相点180°处到控制脉冲发出时刻之间的时间。熄弧角/关断越前角（）：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（）由于受端交流系统等值电感Lr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。且00600060当+，满足√单桥逆变器的触发角α为钝角，因此超前触发角β为锐角，正好满足人们用锐角表示角度的习惯。工况2-3P3-μωtP3,V1、V2导通•V1、V2导通V1、V2、V3导通V2、V3导通→→-dcbdaIiiIi0nNcmNanmcauuuuuuωt=α～α＋μ/VT1、VT2、VT3导通KVL：132adkVbkVcdViIiiiiiiIi---barrbadidiLLudtdt-推导换相电流公式计及：0ddIdt2sin()baluEt和线电压：可得：22sin()krldiLEtdt考虑初始条件：0)(ki换相电流计算公式)cos(cos2tIisck-交流系统两相短路电流的幅值22lscrEIL等值换相电感ik波形阀电流相电流直流电流波形ii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。采用与单桥整流器工作与工况2-3时完全相同的分析方法，并计及触发角所处范围的不同，可以画出单桥逆变器工况2-3时的电压波形如图所示。对应每一个60。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，整流电压为交流系统的一段等值电源线电压。小齿部分为3个阀臂同时导通过程，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。单桥逆变器的特性方程导出原则一：单桥逆变器的特性方程可由单桥整流器的特性方程导出。整流器αUdrdxrId逆变器1800-β-UdidxiId电压波形比较ir下标i和r各表示逆变和整流所对应的参数已知单桥整流器的直流侧电压平均值0coscos()2rdrdrUU++单桥逆变器直流侧电压平均值（工况2-3）0cos()cos22rrdrdrUU+0coscos()2ididiUU+-0cos()cos22iididiUU-故已知单桥整流器的外特性方程0cosdrdrxrdUUdI-故0cosdidixidUUdI+单桥逆变器外特性方程（工况2-3）定角的外特性方程其中，3rixiLd外特性曲线导出原则二：整流器αUdrdxrμrId逆变器γUdidxiμiId电压波形比较已知单桥整流器输出电压平均值0coscos()2rdrdrUU++单桥逆变器输出电压平均值（工况2-3）0cos()cos22rrdrdrUU+0coscos()2ididiUU++0cos()cos22iididiUU+故已知单桥整流器的外特性方程0cosdrdrxrdUUdI-故0cosdidixidUUdI-单桥逆变器外特性方程（工况2-3）定角的外特性方程其中，3rixiLd外特性曲线计算公式-（单桥逆变器）已知单桥整流器的计算公式：故r2rr+单桥逆变器计算公式（工况2-3）i0180()2ii--2ii+等效电路（单桥逆变器）3CixiLddI+_diu+_0cosdiU+_0diU（a）等效电路-10cosdidixidUUdI+3CixiLd--dI+_diu+_0cosdiU+_0diU（b）等效电路-20cosdidixidUUdI-单桥逆变器的运行方式工况3-4：在600的重复周期中，3个阀和4个阀轮流导通的运行方式。成立的条件：00901802i-0060120i同时特点：直流短路、交流三相短路出现的原因：故障性增大dI•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（如图所示），因此，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过零时刻之间的时间过短，以致于退出导通的阀臂不能恢复阻断正向电压的能力，从而在其阳极电压大于零后不控而重新导通，这个过程称为换相失败。而整流器的阀则大部分时间处于反向阻断状态。•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变器的换相角变大，从而可能导致逆变器的后续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。一次换相失败连续两次换相失败HVDC系统发生一次换相失败时，控制系统闭锁，HVDC系统短时停运。一般，80%的一次换相失败不会发展为连续两次换相失败。电压、阀电流波形电压、阀电流波形•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。015-18s熄弧裕度角（）：考虑足够裕度的熄弧角。0正常运行时：0015~25i00030~40i+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）。ii0单桥逆变器计算公式工况2-3时，不同下的计算公式和时0060i0060和时0060i006090和时0060i0090902i+030i--i-060i-如图示•逆变器在大β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，从而使角变小，这对逆变器的稳定运行不利。在正常运行时，对逆变器的运行影响不大，当逆变器过负荷或故障情况下，将增大，使得变得更小，逆变器的稳定运行可能受到威胁。20-15如图所示6126145634556112323434545656161212323445566112233445561223p4p3p6p1p2p5p1.p2P4p3p6p5C6C4C4C2C3C5C6C1C2C3C5C106.2812.5721.510.50.511.52ecebeaeaebectC60C1eabeacebcebaecaecbeabeacebcebaecaecbt180nNumNunmu考虑换相过程后有源逆变器直流侧电压波形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ik与iv波形bau0180C3p3tp32sin()baluEt)cos(cos2tIisck-3VTkii1VTdkiIi-ISC2cosαISC2kiμtIdiVT1iVT3vit阀电流波形（、）-单桥逆变器00相电流波形（、）00直流电流波形（、）00电压波形（含一次换相失败）阀电流波形（含一次换相失败）电压波形（含连续两次换相失败）阀电流波形（含连续两次换相失败）电压波形比较（单桥R和I）阀1两端电压波形外特性曲线（单桥逆变器）ζIdoζdiU01cosdiU02cosdiU01cosdiU02cosdiU21121212tanxid0cosdidixidUUdI-0cosdidixidUUdI+