华北电大高压直流输电.ppt

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1、,电力电子技术应用,华北电力大学,2023/11/1,2,平波电抗器 Reactor of Smoothing Waves；Flat-Wave Reactor；the Smoothing Reactor；平波一般指整流后将交流平滑成直流。滤波是对某频段的干扰信号进行低阻抗滤出。,2023/11/1,3,平波电抗器 平波电抗器用于整流以后的DC回路中。整流电路的脉波数总是有限的，在输出的整直电压中总是有纹波的。这种纹波往往是有害的，需要由平波电抗器加以抑制。DC输电的换流站都装有平波电抗器，使输出的直流接近于理想DC。DC供电的SCR电气传动中，平波电抗器也是不可少的。平波电抗器与直流滤波器一起

2、构成高压DC换流站DC侧的DC谐波滤波回路。平波电抗器一般串接在每个极换流器的DC输出端与直流线路之间，是高压DC换流站的重要设备之一。,2023/11/1,4,平波电抗器用途 平波电抗器用于整流回路之中，抑制整流后的波纹脉动分量，并使整流后的电流连续不断，改善输出的直流波形，保证直流设备的正常运行。,2023/11/1,5,电抗器 能在电路中起到阻抗的作用的东西，我们叫它电抗器。电力网中所采用的电抗器，实质上是一个无导磁材料的空心线圈。它可以根据需要布置为、水平和品字形三种装配形式。电力系统发生短路时，会产生数值很大的短路电流。如不加以限制，要保持电气设备的动态稳定和热稳定是非常困难的。因此

3、，为了满足某些QF遮断容量的要求，常在出线QF处串联电抗器，增大短路阻抗，限制短路电流。,2023/11/1,6,平波电抗器的工作原理 平波电抗器和DC滤波器一起构成DC T型谐波滤波网，减小AC脉动分量并滤除部分谐波，减少DC线路沿线对通信的干扰和避免谐波使调节不稳定。平波电抗器还能防止由DC线路产生的陡波冲击进入阀厅，使换流阀免遭过U的损坏。,2023/11/1,7,平波电抗器的工作原理 当逆变器发生某些故障时，可避免引起继发的换相失败。可减小因AC电压下降引起逆变器换相失败的机率。当DC线路短路时，在整流侧调节配合下，限制短路电流的峰值。L值并非越大越好，因为电感的增大对DC输电系统的自

4、动调节特性有影响。,2023/11/1,8,平波电抗器的工作原理 在DC输电系统中，当DC电流发生间断时，会产生较高过电压，对绝缘不利，使控制不稳定。平波电抗器通过限制由快速电压变化所引起的电流变化率来防止DC电流的间断，从而降低换流器的换相失败率。,2023/11/1,9,平波电抗器分类 按型式分类（1）油浸式平波电抗器（2）干式平波电抗器 按结构分类（1）空心带磁屏蔽平波电抗器（2）有气隙铁芯平波电抗器,2023/11/1,10,平波电抗器结构特点 1.该电抗器为单相铁心干式结构。2.铁芯采用优质低损耗冷轧硅钢片，芯柱由多个气隙分成均匀小段，气隙采用环氧层压玻璃布板作间隔，并涂以专用粘接剂

5、，以保证电抗气隙在运行过程中不发生变化且无噪音。3.线圈采用F级或H级漆包铜扁线绕制，排列紧密且均匀，外表不包绝缘层，小容量线圈采用层式结构，大容量线圈采用饼式结构，具有较好的通风散热效果。,2023/11/1,11,平波电抗器结构特点 4.平波电抗器的线圈和铁芯组装成一体后经过预烘、真空浸漆、热烘固化这一工艺流程，采用H级浸渍漆，使电抗器的线圈和铁芯牢固地结合在一起，不但大大减小了运行时的噪音，而且具有极高的耐热等级，可确保电抗器在高温下亦能无噪音地安全运行。5.平波电抗器芯柱部分紧固件采用无磁性材料，确保电抗器具有较低的温升。6.外露部件均采取了防腐蚀处理，引出端子采用镀锡铜管端子或铜排。

6、,2023/11/1,12,油浸式平波电抗器 油浸式平波电抗器的结构与变压器相似，主要由线圈、铁芯和油箱、套管、冷却系统等部件组成。油浸式平波电抗器因构造上有铁芯，其负荷电流与磁性成非线性关系。,2023/11/1,13,油浸式平波电抗器优点：由于有铁芯，增加单台电感量较容易；油纸绝缘系统很成熟，运行也很可靠；安装在地面上，因此重心低，抗震性能好；采用干式套管穿入阀厅，取代了水平穿墙套管，解决了水平穿墙套管的不均匀湿闪问题；油浸式平波电抗器的垂直套管也采用干式套管，使其发生污闪的概率降低。,2023/11/1,14,油浸式平波电抗器缺点：内部绝缘复杂；主要靠油纸绝缘，容易着火并引起火灾。噪声较

7、大；重量较大，运输较为困难；运行、维护费用较高。,2023/11/1,15,干式平波电抗器 主要由线圈、支架、绝缘支柱、均压环、底座等组成。线圈由多层同心压缩铝线包组成，每层线包均浇注环氧树脂绝缘，层间垫有隔条，用于保证层间绝缘和散热。每层线圈通过垂直紧固件固定牢靠，以确保线圈震动时不变形。由于干式平波电抗器无铁芯，负荷电流与磁性成线性关系。,2023/11/1,16,干式平波电抗器优点（1）对地绝缘简单。绝缘主要由支柱绝缘子提供，提高了主绝缘的可靠性。无油，消除了火灾危害和环境影响。无油绝缘系统，因而没有火灾危险和环境影响，在阀厅和户外之间也不需要装设防护墙。,2023/11/1,17,干式

8、平波电抗器优点（2）潮流翻转时无临界质场强。高压直流翻转需要改变电压极性，会应捕获电荷的原因在油纸复合绝缘系统中产生临界场强；但对于干式平波电抗器来说，改变电压极性仅在支柱绝缘子上产生应力，没有临界场强的限制，这样干式平波电抗器的支柱绝缘子与其他母线支柱绝缘子的特性相似。,2023/11/1,18,干式平波电抗器优点（3）负荷电流与磁链成线性关系。由于没有铁芯，因而在故障情况下不会出现磁链饱和现象，在任何情况下都保持同样的电感值。暂态过电压较低。因对地电容较低，所以对平抗的冲击绝缘水平要求也较低。可听噪声低。质量轻，易于运输和处理。运行、维护费用低。基本上是免维护的。,2023/11/1,19

9、,干式平波电抗器缺点 重心较高，防震性能较差；占地面积较多；内部无铁芯，要增加单台电感量和提高过负荷能力较困难；本身不带穿墙套管，与换流器之间需要安装穿墙套管，增大了穿墙套管湿闪、污闪的概率；对环境污秽较敏感。对发热点和红外测温较为困难。由于干式平波电抗器外部装有噪声罩，对其内部线圈发热点测量较为困难、误差较大。,2023/11/1,20,平衡电抗器 在电路发生短路时，平衡电抗器上的电压降较大，起到了维持母线电压水平的作用，使母线上的电压波动较小，保证了非故障线路上的用户电气设备运行的稳定性。,2023/11/1,21,直流电抗器和交流电抗器区别 交流电抗器用于交流回路中，有三相交流电抗器和单

10、相交流电抗器。直流电抗器用于直流系统回路中，只有单相的。,2023/11/1,22,直流电抗器和交流电抗器区别交流电抗器的作用：1.降低主电源谐波、浪涌和峰值电流。2.提高低频传导抗干扰性。3.保护驱动机构的电力电子元件。4.提高功率因数。5.防止主电源的电压尖脉冲引起的跳闸，,2023/11/1,23,直流电抗器和交流电抗器区别直流电抗器作用：DC电抗器又称DC平波电抗器，用于变流器的DC侧，电抗器中流过的是具有AC分量的DC电流。它的作用是将叠加在DC电流上的AC分量限定在某一规定值。还用于并联变流器的DC侧对耦，降低断续极限，限制环流线路中的环流，以为应用DC快速开关切断故障电流时限制电

11、流上升率还被用在电流，电压型变频器中间回路的DC平波，这可用于整流电源平波，以消除纹波。,2023/11/1,24,DC和AC滤波器的区别 DC滤波器:阻挡（用电阻或电感）并短路（用电容）AC成分；AC滤波器：阻挡（用双绕组电感）并短路（用电容）超过本身频率的或外来高频交流干扰成分。用双绕组电感分别串联在本电源输入和输出线端，因为它们的磁回路方向为反向，因此对本身的AC输入没有影响。,2023/11/1,25,DC避雷器与AC避雷器的区别 AC电一般指有效值，峰值是有效值的1.414倍，220V的峰值是311V DC电没有峰值一说，DC可以用在交流上。AC电有过零，利于放电的结束。DC电没有过

12、零，可能某些具有负阻特性的放电元件不适合。,2023/11/1,26,交流输电系统的技术问题,输电距离的限制,稳定性问题,潮流难于控制 振荡与摇摆,2023/11/1,27,交流输电系统的技术问题,交变的电磁场：无功和频率问题,恒定的电磁场：没有无功和频率问题,电缆输电情况下问题尤为突出！,2023/11/1,28,HVDC,Rectifier,Inverter,Line/Cable,High Voltage Direct Current，HVDC,2023/11/1,29,利用稳定的直流电具有无感抗，无同步问题等优点而采用的大功率远距离直流输电。输电过程为直流。常用于海底电缆输电，非同步运行

13、的交流系统之间的连络等方面。高压直流输电技术被用于通过架空线和海底电缆远距离输送电能；同时在一些不适于用传统交流联接的场合，它也被用于独立电力系统间的联接,一、HVDC概述,2023/11/1,30,在一个高压直流输电系统中，电能从三相交流电网的一点导出，在换流站转换成直流，通过架空线或电缆传送到接受点；直流在另一侧换流站转化成交流后，再进入接收方的交流电网。直流输电的额定功率通常大于100兆瓦，许多在1000-3000兆瓦之间。高压直流输电用于远距离或超远距离输电，因为它相对传统的交流输电更经济。应用高压直流输电系统，电能等级和方向均能得到快速精确的控制，这种性能可提高它所连接的交流电网性能

14、和效率，直流输电系统已经被普遍应用。,一、HVDC概述,2023/11/1,31,高压直流输电是将三相交流电通过换流站整流变成直流电，然后通过直流输电线路送往另一个换流站逆变成三相交流电的输电方式。高压直流输电的主要设备是两个换流站(Converter Station)和直流输电线。两个换流站分别与两端的交流系统相连接。HVDC的核心有两个：整流与逆变(Rectifier and Inverter),一、HVDC概述,2023/11/1,32,换流站的主要设备包括换流器、换流变压器、平波电抗器(The flat wave reactor)、交流滤波器、直流避雷器及控制保护设备等。换流器又称换流

15、阀是换流站的关键设备，其功能是实现整流和逆变。目前换流器多数采用晶闸管可控硅整流管)组成三相桥式整流作为基本单元，称为换流桥。一般由两个或多个换流桥组成换流系统，实现交流变直流直流变交流的功能。,一、HVDC概述,2023/11/1,33,电容有隔DC通交流的作用，平波实际上是用于整流后的DC电有一定的脉动，用电容可以将脉动的部分过滤掉，因为脉动的DC电相当于DC+交流，用电容加在DC回路，交流部分可以通过电容过滤（旁路）掉，剩下的DC部分就较为平稳了。,一、HVDC概述,2023/11/1,34,整流后的DC电源有很大波动，电压不稳，音箱一类的用电器。要求电压越稳越好，这就需要电容平波，电容

16、和用电器并联链接，在电压高的时候变化率高的时候，电容分走了大部分电流，用电器的电压也就趋于平缓，用电器得到较平稳的电压。,一、HVDC概述,2023/11/1,35,换流器在整流和逆变过程中将要产生5、7、11、13、17、19等多次谐波。为了减少各次谐波进入交流系统在换流站交流母线上要装设滤波器。它由电抗线圈、电容器和小电阻3种设备串联组成通过调谐的参数配合可滤掉多次谐波。一般在换流站的交流侧母线装有5、7、11、13次谐波滤波器组。,一、HVDC概述,2023/11/1,36,主要优点 不增加系统的短路容量；便于实现两大电力系统的非同期联网运行和不同F的电力系统的联网；利用DC系统的P调制

17、能提高电力系统的阻尼，抑制低频振荡，提高并列运行的DC输电线的输电能力。,二、HVDC的特点,2023/11/1,37,主要缺点 DC输电线路难于引出分支线路，绝大部分只用于端对端送电。加拿大原计划开发和建设五端DC输电系统，现已建成三端直流输电系统。实现多端DC输电系统的主要技术困难是各种运行方式下的线路功率控制问题。目前，一般认为三端以上的DC输电系统技术上难实现经济合理性待研究。,二、HVDC的特点,2023/11/1,38,二、HVDC的特点,最适合大容量、远距离输电的电能形态线路造价较低 线路损耗较小 异步联接 可控制性好,2023/11/1,39,直流输电系统的技术优势,三、采用

18、HVDC技术的理由,无稳定性问题 可快速控制潮流,2023/11/1,40,高压直流输电系统的经济优势：等价距离,三、采用 HVDC技术的理由,2023/11/1,41,直流输电与交流输电的建设费用比较,2023/11/1,42,高压直流输电系统的经济优势：等价距离,直流输电线造价低于交流输电线路但换流站造价却比交流变电站高得多。一般认为架空线路超过600-800km，电缆线路超过40-60km直流输电较交流输电经济。随着高电压大容量可控硅及控制保护技术的发展，换流设备造价逐渐降低，等价距离缩短，使直流输电近年来发展较快。我国葛洲坝一上海1100km。,三、采用 HVDC技术的理由,2023/

19、11/1,43,高压直流输电系统的经济优势：线损,三、采用 HVDC技术的理由,2023/11/1,44,高压直流输电系统的经济优势：环境,三、采用 HVDC技术的理由,2023/11/1,45,高压直流输电系统的经济优势：环境,三、采用 HVDC技术的理由,2023/11/1,46,高压直流输电系统的经济优势：环境,三、采用 HVDC技术的理由,2023/11/1,47,Actual Situation World wide electrical power consumption is projected to increase by over 70%during the next 20

20、years,implying enormous investments in power generation.Tendency to a global energy market,resulting in the need of national and international grid interconnections Generation and consumption centers separated by long distances,为什么用HVDC？,三、采用 HVDC技术的理由,2023/11/1,48,为什么用HVDC？,三、采用 HVDC技术的理由,现实情况 未来20

21、年电力消费的增长导致巨大的电源建设投资 全球电力市场化趋势导致国内乃至国际电网互联的需求 电源中心远离负荷中心,2023/11/1,49,Limitations of the HVAC Technology AC transmission found its limits for transmission at very long distances and for asynchronous interconnections:Economical:expensive transmission lines and rights of way Technical:Stability problem

22、s,high losses,为什么用HVDC？,三、采用 HVDC技术的理由,2023/11/1,50,为什么用HVDC？,三、采用 HVDC技术的理由,HVAC技术的局限 交流输电技术在远距离及非同步联网时的局限 经济性：高投资的线路与路权 技术性：稳定性问题，高线损,2023/11/1,51,Actual Situation,World wide electrical power consumption is projected to increase by over 70%during the next 20 years,implying enormous investments in

23、power generation.,Limitations of the HVAC Technology,AC transmission found its limits for transmission at very long distances and for asynchronous interconnections:,Economical:expensive transmission lines and rights of way,Technical:stability problems,high losses,Generation and consumption centers s

24、eparated by long distances,Tendency to a global energy market,resulting in the need of national and international grid interconnections,为什么用HVDC？,三、采用 HVDC技术的理由,现实情况：未来20年电力消费的增长导致巨大的电源建设投资 全球电力市场化趋势导致国内乃至国际电网互联的需求 电源中心远离负荷中心,HVAC技术的局限 交流输电技术在远距离及非同步联网时的局限 经济性：高投资的线路与路权 技术性：稳定性问题，高线损,2023/11/1,52,HV

25、DC的应用场合 长距离、大容量输电（能源基地到负荷中心）联络线（电力系统之间或电力企业之间）电缆输电（地下或海底）改造原有交流线路以增加输电容量,三、采用 HVDC技术的理由,2023/11/1,53,国内已建成的HVDC线路,宁波舟山群岛（100 kV，50 MW，1988年投运）上海嵊泗群岛（50KV，60MW，2002年投运）葛洲坝上海（500 kV，1200 MW，1989年投运）天生桥广州（500 kV，1800 MW，2001年双极投运）三峡左岸常州（500 kV，3000 MW，2003年投运）三峡广东（500 kV，3000 MW，2004年投运）贵州广东（500 kV，300

26、0 MW，2004年投运）灵宝背靠背（西北华中联网工程，2005年投运）,四、中国的HVDC工程,2023/11/1,54,国内部分在建及规划的HVDC线路,三峡上海（500 kV，3000 MW，预计2007年投运）贵州广东二回（500 kV，3000 MW，预计2007年投运）金沙江向家坝、溪洛渡外送工程（更高电压等级？）澜沧江水电外送工程,四、中国的HVDC工程,2023/11/1,55,直流输电换流技术 直流输电稳态特性 直流输电控制系统与控制保护 直流输电系统故障分析与保护 换流站无功补偿与交流侧滤波 换流站直流侧滤波,五、HVDC的主要技术,2023/11/1,56,HVDC系统构

27、成方式,5.1 HVDC的基本原理,2023/11/1,57,双极系统：双极运行方式,5.1 HVDC的基本原理,2023/11/1,58,双极系统：单极运行、大地回路方式,5.1 HVDC的基本原理,Transmission Line 2,2023/11/1,59,双极系统：单极开路试验方式,5.1 HVDC的基本原理,2023/11/1,60,双极系统：单极运行、金属回路方式,5.1 HVDC的基本原理,2023/11/1,61,双极系统：单极双线并联运行、大地回路方式,5.1 HVDC的基本原理,2023/11/1,62,2023/11/1,63,2023/11/1,64,2023/11

28、/1,65,2023/11/1,66,2023/11/1,67,二 换流站的主要设备 换流变压器 换流器 平波电抗器 交流滤波器 直流滤波器 无功补偿设备,2023/11/1,68,避雷器 直流开关 控制保护装置 远动通信系统 直流测量设备 接地极及接地极线路,2023/11/1,69,2023/11/1,70,1.换流变压器 功能电压配合、隔离、限流、抽头调节改善 运行性能。特点谐波、阀侧绕组绝缘（ACDC）、自动 调抽头、多绕组等。类型三相三线圈、三相双线圈、单相三线圈、单相双线圈。2.换流器（核心部分）（重点讲解学习）功能换流、开关、与控制系统配合实现运行控制。特点结构（四重阀、双重阀；

29、户外式、户内式）、冷却方式、触发方式、试验等。类型汞弧阀、晶闸管阀、光直接触发晶闸管阀、IGBT换流阀。,2023/11/1,71,2023/11/1,72,3.平波电抗器 功能滤波、限流、防止电流断续、降低过电压、防止换相失败等。特点电感值（0.31.0H）。类型油浸式、干式。4.直流滤波器 功能滤波。类型无源和有源两种。5.交流滤波器 功能滤波、无功补偿。类型无源、连续可调。有源的正在研究。,2023/11/1,73,6.无功补偿设备 ACF、电容器、调相机、静补。7.避雷器 换流站的避雷器种类多、运行条件复杂。特点续流为直流、通流能力强、正常运行时发热较严重、有时两端均不接地 类型曾采用

30、碳化硅避雷器，现均采用氧化锌避雷器。8.直流开关 灭弧问题。目前只用于回路方式转换。,2023/11/1,74,9.控制保护设备 功能起动、停运、自动调节、运行性能改进等。类型微机控制。各公司所用硬件、软件不同。发展很快。10.远动通信 功能传送两换流站之间的信息、换流站与调度以及其他所需信息。类型电力线载波、微波、光纤通信。,2023/11/1,75,11.直流测量设备 直流CT、直流PT、微分CT等。12.接地极及接地极线路 功能固定直流侧电位、长期通过运行电流、改变直流侧运行方式、提高运行可靠性等。特点地下埋设物电腐蚀、中性点接地变压器的磁饱和等。,2023/11/1,76,工频相控AC

31、/DC换流器：电路图,5.1 HVDC的基本原理,2023/11/1,77,工频相控AC/DC换流器：电路图,5.1 HVDC的基本原理,2023/11/1,78,5.1 HVDC的基本原理,静态均压,晶闸管,动态均压,平波电抗,组间均压,冲击陡波均压,阀组件：晶闸管与均压电路 受单只器件控制容量的限制，必须采取组合的形式以满足工作要求,2023/11/1,79,5.1 HVDC的基本原理,换流器桥臂,桥臂符号,2023/11/1,80,IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成

32、的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。,2023/11/1,81,5.1 HVDC的基本原理,换流器桥臂的构成换流器每个桥臂由多个器件组及桥臂保护电路构成 每个器件组由多个单元及组保护电路构成 每个单元由阀元件及元件保护电路构成 特殊性：均压、均流问题,2023/1

33、1/1,82,5.1 HVDC的基本原理,阀、阀组件、阀厅,2023/11/1,83,器件的串并联使用,晶闸管的串联 目的：当晶闸管额定电压小于要求时，可以串联。问题：理想串联希望器件分压相等，但因特性差异，使器件电压分配不均匀。静态不均压：串联的器件流过的漏电流相同，但因静态伏安特性的分散性，各器件分压不等。承受电压高的器件首先达到转折电压而导通，使另一个器件承担全部电压也导通，失去控制作用。反向时，可能使其中一个器件先反向击穿，另一个随之击穿。,5.1 HVDC的基本原理,2023/11/1,84,静态均压措施：选用参数和特性尽量一致的器件 采用电阻均压，Rp的阻值应比器件阻断时的正、反向

34、电阻小得多。,晶闸管的串联a)伏安特性差异b)串联均压措施,晶闸管的串联,5.1 HVDC的基本原理,2023/11/1,85,动态不均压由于器件动态参数和特性的差异造成的不均压。动态均压措施：选择动态参数和特性尽量一致的器件。用RC并联支路作动态均压。采用门极强脉冲触发可以显著减小器件开通时间上的差异。,晶闸管的串联,5.1 HVDC的基本原理,2023/11/1,86,晶闸管的并联,目的：多个器件并联来承担较大的电流问题：因静态和动态特性参数差异而电流分配不均匀。均流措施：挑选特性参数尽量一致的器件。采用均流电抗器。用门极强脉冲触发也有助于动态均流。当需要同时串联和并联晶闸管时，通常采 用

35、先串后并的方法联接。,5.1 HVDC的基本原理,2023/11/1,87,IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等

36、领域。,2023/11/1,88,电容均压电阻 Balancing Resistors 1，铝电容串联时，为什么需要均压电阻 每个铝电解电容漏电流值是不一样的，即两极间等效直流电阻是不同的，所以在串联的电容分别并一个小电阻，因为电容的等效直流电阻很大，如果并联一个小电阻的话，那么并联后的总阻值就会接近小阻值，即均压电阻的阻值，由于均压电阻是相同的型号，所以这样就能保证电容的分压是接近的。2，选用时几个注意问题 a，阻值越小，均压性能越好，但功耗越大 b，均压电阻阻值按照经验选取电容等效直流电阻的1/20，均压误差会小于5%。c，不同厂家的，不同批次的不能装在一起串联使用。,2023/11/1,

37、89,串联整流元件的要为何均压及均压方法 由于整流元件特性的分散性，其反向电阻各不相同。串联使用时，各元件上的电压分配不均，其中反向电阻最大的一只承受的反向电压也最高，可能被击穿。一只元件击穿后，全部反向电压加在其余的元件上，又会造成其余的元件陆续各个击穿，因此必须采取均压措施。常用的均压方法是在每只串联元件上并联一电阻。电阻值一般为整流管反向电阻的1/3到1/10。,2023/11/1,90,晶闸管并联并联一个电阻和电容的作用 电容可以吸收尖脉冲高压，晶闸管并联一个电阻与电容串联的支路，是为了防止电源由于某种原因产生的瞬时脉冲高压击穿晶闸管。原理电容电阻串联相当于对f频率的信号分压。电容和电

38、阻串联后与晶闸管并联，电容用于对高频信号进行吸收，电阻用于阻尼。一般在感性负载侧要用阻容吸收器。因为感性负载断电时，一部分能量需释放（电流滞后特性），如不吸收，部分能量会返回到电路中，危害电路中的元器件。为此，大功率晶体管的输出端并联阻容吸收器。,2023/11/1,91,电容可以吸收尖脉冲高压，晶闸管并联一个电阻与电容串联的支路，是为了防止电源由于某种原因产生的瞬时脉冲高压击穿晶闸管。,2023/11/1,92,器件串联是要考虑均压问题的。而均压又分为动态均压和静态（稳态）均压。静态均压电路稳定运行时，每个IGBT承受的电压应相等的。动态均压开和关过程中，每个开关的触发能力的不同，IGBT制

39、造工艺的不同，即使同一厂家同一型号的IGBT，它的开关时间或者性能也是有差异的，这就造成IGBT在开关的过程中出现开关速度不同步。如两串联IGBT两端的电压一定，先开通的IGBT两端电压先降下来，后开通的那个IGBT必然会承受几乎全部的电压。关断时也类似。,2023/11/1,93,均压电阻的选取一般要并联较大的均压电阻（但要比被均压的晶闸管的关门电阻小一到两个数量级）；均流电阻的选取均流是要在各支路中串接较小的均流电阻（但要比晶闸管的开门电阻略大，或大一个数量级左右），具体情况要参看晶闸管的生产厂家的建议方式，不要轻易乱整电路以免损坏元件或造成人身和设备危险,2023/11/1,94,IGB

40、T(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。,2023/11/1,95,电容均压电阻 Balancing Resisto

41、rs 1，铝电容串联时，为什么需要均压电阻 每个铝电解电容漏电流值是不一样的，即两极间等效直流电阻是不同的，所以在串联的电容分别并一个小电阻，因为电容的等效直流电阻很大，如果并联一个小电阻的话，那么并联后的总阻值就会接近小阻值，即均压电阻的阻值，由于均压电阻是相同的型号，所以这样就能保证电容的分压是接近的。2，选用时几个注意问题 a，阻值越小，均压性能越好，但功耗越大 b，均压电阻阻值按照经验选取电容等效直流电阻的1/20，均压误差会小于5%。c，不同厂家的，不同批次的不能装在一起串联使用。,2023/11/1,96,串联整流元件的要为何均压及均压方法 由于整流元件特性的分散性，其反向电阻各不

42、相同。串联使用时，各元件上的电压分配不均，其中反向电阻最大的一只承受的反向电压也最高，可能被击穿。一只元件击穿后，全部反向电压加在其余的元件上，又会造成其余的元件陆续各个击穿，因此必须采取均压措施。常用的均压方法是在每只串联元件上并联一电阻。电阻值一般为整流管反向电阻的1/3到1/10。,2023/11/1,97,晶闸管并联并联一个电阻和电容的作用 电容可以吸收尖脉冲高压，晶闸管并联一个电阻与电容串联的支路，是为了防止电源由于某种原因产生的瞬时脉冲高压击穿晶闸管。原理电容电阻串联相当于对f频率的信号分压。电容和电阻串联后与晶闸管并联，电容用于对高频信号进行吸收，电阻用于阻尼。一般在感性负载侧要

43、用阻容吸收器。因为感性负载断电时，一部分能量需释放（电流滞后特性），如不吸收，部分能量会返回到电路中，危害电路中的元器件。为此，大功率晶体管的输出端并联阻容吸收器。,2023/11/1,98,电容可以吸收尖脉冲高压，晶闸管并联一个电阻与电容串联的支路，是为了防止电源由于某种原因产生的瞬时脉冲高压击穿晶闸管。,2023/11/1,99,器件串联是要考虑均压问题的。而均压又分为动态均压和静态（稳态）均压。静态均压电路稳定运行时，每个IGBT承受的电压应相等的。动态均压开和关过程中，每个开关的触发能力的不同，IGBT制造工艺的不同，即使同一厂家同一型号的IGBT，它的开关时间或者性能也是有差异的，这

44、就造成IGBT在开关的过程中出现开关速度不同步。如两串联IGBT两端的电压一定，先开通的IGBT两端电压先降下来，后开通的那个IGBT必然会承受几乎全部的电压。关断时也类似。,2023/11/1,100,均压电阻的选取一般要并联较大的均压电阻（但要比被均压的晶闸管的关门电阻小一到两个数量级）；均流电阻的选取均流是要在各支路中串接较小的均流电阻（但要比晶闸管的开门电阻略大，或大一个数量级左右），具体情况要参看晶闸管的生产厂家的建议方式，不要轻易乱整电路以免损坏元件或造成人身和设备危险,2023/11/1,101,5.1 HVDC的基本原理,三相交直换流器桥接线,共阴极组,共阳极组,桥臂,2023

45、/11/1,102,5.1 HVDC的基本原理,三相桥式换流器的优点,桥阀承受的电压峰值较低 换流变压器容量较小 换流变压器接线较简单 阀的伏安容量较小 直流电压纹波较小,基本的换流器单元,阀的利用率高,变压器的利用率高,2023/11/1,103,5.1 HVDC的基本原理,理想的假定条件,三相交流电源对称、正弦、频率恒定 交流电网阻抗对称，忽略换流变压器激磁导纳 大电感平波电抗器，换流器直流侧电流为纯直流 特性理想的阀 桥阀等相位间隔依次触发,2023/11/1,104,5.1 HVDC的基本原理,三相单桥整流器,换相电感,直流平波电感,交流电源,交流侧电流,直流侧电流,阀电流,直流侧电压

46、（滤波前）,直流侧电压（滤波后）,2023/11/1,105,5.1 HVDC的基本原理,三相桥式换流器中重要的量,交流侧相电压：va、vb、vc 阀电压：v1 v6 vd=vm-vn：直流侧电压 Vd：换流器直流输出电压 阀电流：i1 i6 交流侧电流：ia、ib、ic,桥交流端对“O”点电位,“m”、“n”点之间的电位差,V1 V6阳极阴极之间电压,vd 的平均值,2023/11/1,106,5.1 HVDC的基本原理,交流侧电源电动势（相电势）,2023/11/1,107,5.1 HVDC的基本原理,交流侧电源电动势（线电势）,2023/11/1,108,5.1 HVDC的基本原理,交流

47、侧电源线电势过零点,eca 过零点,eab 过零点,ebc 过零点,eca 过零点,eab 过零点,ebc 过零点,计时起点,2023/11/1,109,5.1 HVDC的基本原理,换流原理,2023/11/1,110,5.1 HVDC的基本原理,触发滞后角a,P1,P3,2023/11/1,111,5.1 HVDC的基本原理,触发滞后角与开通滞后角a,理想情况下，a1 a6 相等，记为a 触发滞后角：触发脉冲时刻 P 与 C 间的电角度 开通滞后角：阀开通时刻 T 与 C 间的电角度,正常运行情况下：开通滞后角 触发滞后角,2023/11/1,112,5.1 HVDC的基本原理,整流器换相过

48、程,Lg 存在（换流变压器漏感、交流系统等值电感等）Lg 的存在使得阀电流不能突变 存在同一半桥中两阀同时导通的区间 直流负载电流 Id 从一阀向另一阀转移 换相过程为两相短路过程,2023/11/1,113,5.1 HVDC的基本原理,整流器换相过程,换相前,换相中,换相后,2023/11/1,114,5.1 HVDC的基本原理,整流器换相过程,换相前,2023/11/1,115,5.1 HVDC的基本原理,整流器换相过程,换相中,2023/11/1,116,5.1 HVDC的基本原理,整流器换相过程,换相后,2023/11/1,117,5.1 HVDC的基本原理,整流器换相过程（局部电路）

49、,换相前,换相中,换相后,2023/11/1,118,5.1 HVDC的基本原理,整流器换相过程（局部电路）,换相前,2023/11/1,119,5.1 HVDC的基本原理,整流器换相过程（局部电路）,换相中,2023/11/1,120,5.1 HVDC的基本原理,整流器换相过程（局部电路）,换相后,2023/11/1,121,5.1 HVDC的基本原理,换相中,i1,i5,整流器换相过程（V5 V1）,2023/11/1,122,5.1 HVDC的基本原理,换相中,i1,i5,整流器换相过程（V5 V1）,2023/11/1,123,5.1 HVDC的基本原理,整流器换相过程（V5 V1）,

50、2023/11/1,124,5.1 HVDC的基本原理,整流器换相过程（V5 V1）,2023/11/1,125,5.1 HVDC的基本原理,整流器换相过程（V5 V1）,2023/11/1,126,5.1 HVDC的基本原理,整流器换相过程（V5 V1）,2023/11/1,127,5.1 HVDC的基本原理,无相控理想空载电压,有相控理想空载电压,有相控带载输出电压,等值换相电阻,整流器等值电路图,2023/11/1,128,5.1 HVDC的基本原理,有源逆变工作方式,2023/11/1,129,5.1 HVDC的基本原理,有源逆变工作方式,2023/11/1,130,直流电压波形图（整