直流工程换流器的比较.docx

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直流工程换流器的比较

直流工程换流器的比较

实践电1301王晓萌24高压直流输电系统的基本工作原理是通过换流装置，将交流电转变为直流电，将直流电传送到受端换流装置，再由该换流装置将直流电转变为交流电送入受端交流系统。

其中具有将交流电转变为直流电或直流电转变为交流电的设备统称为换流装置，也叫换流器。

1.换流器

换流器的功能

换流器可以将交流电转变为直流电状态，此时处于整流状态，这时的换流器也称为整流器；换流器也可以将直流电转变为交流电状态，此时处于逆变状态，这时的换流器也称为逆变器。

换流器的工作原理

12脉波整流器工作原理

12脉波换流器由两个6脉波换流器在直流侧串联而成，其交流侧通过换流变压器的网侧绕组实现并联。

换流变压器的阀侧绕组一个为星形连结，另一个为三角形联结，从而使两个6脉波换流器的交流侧得到相位差为30°的换相电压。

大容量高压直流输电工程通常采用两组双绕组换流变压器，如图1-1所示，小容量直流输电工程一般采用一组三绕组换流变压器，如图1-2所示。

图1-1单相双绕组换流变压器

图1-2三相三绕组换流变压器

图中T为换流变压器，12p为12脉波换流器，6p为6脉波换流器，Ld为平波电抗器。

以下以两组双绕组换流变压器联结形式为例分析双桥12脉波整流器的工作原理。

假设Yy联结换流变压器超前于Yd联结换流变压器，则桥1对应阀臂的开通时间应先于桥2的对应阀臂30°导通，而每个单桥内部的6个阀臂仍然按照60°的间隔顺序轮流导通。

因此，12阀臂的导通顺序为：

VT11、VT12、VT21、VT22、VT31、VT32、VT41、VT42、VT51、VT52、VT61、VT62、VT11……（循环）。

每个相邻阀臂的导通间隔为30°，如图1-3所示。

其中，阀臂编号的第一个数字表示其在本单桥内的导通顺序，第二个数字代表其所在单桥的编号。

图1-3双桥12脉波整流器原理图

其原理如下。

12个阀臂的导通顺序为：

VT11、VT12、VT21、VT22通→VT11、VT12、VT21、VT22、VT31通→VT12、VT21、VT22、VT31通→VT12、VT21、VT22、VT31通→VT12、VT21、VT22、VT31、VT32通→VT21、VT22、VT31、VT32通→VT21、VT22、VT31、VT32、VT41通→VT22、VT31、VT32、VT41通→VT22、VT31、VT32、VT41、VT42通→VT31、VT32、VT41、VT42通→VT31、VT32、VT41、VT42、VT51通→VT32、VT41、VT42、VT51通→VT32、VT41、VT42、VT51、VT52通→VT41、VT42、VT51、VT52通→VT41、VT42、VT51、VT52、VT61通→VT42、VT51、VT52、VT61、VT62通→VT51、VT52、VT61、VT62通→VT51、VT52、VT61、VT62、VT11通→VT52、VT61、VT62、VT11通→VT52、VT61、VT62、VT11、VT12通→VT61、VT62、VT11、VT12通→VT61、VT62、VT11、VT12、VT21通→VT62、VT11、VT12、VT21通→VT62、VT11、VT12、VT21、VT22通→VT11、VT12、VT21、VT22通→（循环）。

在桥1换相过程中，桥2的整流电压仍然保持

。

由此说明工况4-5时，双桥换流器中邻桥的换相不影响本桥的整流电压。

其中工况4-5的意思是指在30°的重复周期中，4个阀臂和5个阀臂轮流导通的运行方式，如上面所写的导通顺序。

而因为换流变压器T1和T2的联结组标号差异而导致两个单桥的换相电压产生30°电角度差，桥1和桥2的整流电压波形也会相差30°电角度，于是双桥12脉波换流器的整流电压

波形为两个单桥直流电压波形叠加的结果，如图1-4所示。

双桥整流器a相电流傅里叶级数展开式为

图1-5计及换相时双桥12脉波整流器交流电流波形

其波形为

整流电压平均值为

式中，

，为单桥的理想空载直流电压，E为交流等值线电压有效值。

12脉波逆变器工作原理

12脉波逆变器又称为双桥逆变器，其电路结构与双桥整流器完全一样，也是由两个6脉波换流器直流侧串联同时交流侧通过换流变压器与交流电网并联而成。

与12脉波整流器的区别在于12脉波逆变器的触发延迟角为钝角，因此，12脉波逆变器的工作过程与12脉波整流器相似，其交流侧每相电流中也含有

次特征谐波，直流侧整流电压中含有

次特征谐波。

12脉波逆变器整流电压平均值为

——以触发前角β表示

——以关断角表示

2.换流阀的比较

12脉波换流器由12个桥臂组成，在直流输电系统中，桥臂也称为换流阀，阀臂，或简称阀。

换流阀是换流器的基本单元，是进行换流的基本设备。

晶闸管换流阀由几十到数百个晶闸管器件串联而成。

为了保证换流阀运行的可靠性，晶闸管换流阀在结构上大多采用组件形式，即每个晶闸管器件与其均压元件、阻尼电路和控制单元组成一个晶闸管级，晶闸管级中，与晶闸管器件并联的均压阻尼电路包括静态均压电阻R和阻尼电路R1C1。

几个或十几个晶闸管级串联组成一个阀组件数个阀组件采用分层布置，串联组成一个换流臂，即一个单阀，单阀再组成四重阀或二重阀。

换流阀通常布置在户内，户内阀的布置可以是悬挂式，也可以是支撑式。

四重阀

二重阀

阀导通条件：

阳极电位高于阴极电位，阀承受正向电压；有触发脉冲。

二重阀塔

二重阀塔的结构

一般将两个单阀垂直组装在一起构成6脉波换流器一相中的两个阀，称为二重阀。

其外形如图2-1所示。

二重阀塔的注意事项

关于主排气管下面的二重阀需要注意两点：

一是驱动阀动作的气缸行程要控制在130-140mm?

的范围内（气缸本身的行程为150mm）。

太小，排出灰尘的空间不够，将造成排灰不畅；太大，则金属粉末烘干机在阀体磨损后达到气缸的极限行程150mm?

时，阀体关闭不严，造成漏风，并影响排灰。

如果行程超过规定范围，可增减阀座与杠杆间的垫板予以解决。

二是应在阀体密闭的状态下做盛水检查。

如果漏水，雷蒙磨机使用中也要漏风。

无论在制造厂还是在安装完成后，都要对此进行逐个检查。

四重阀塔

四重阀塔的结构

由四个单阀垂直安装在一起构成12脉波换流器的一相中的4个阀，称为四重阀。

其结构如图2-2和2-3所示。

四重阀塔的特点

四重阀塔结构紧凑，可大大减少阀厅空间。

三相共3个四重阀塔布置在一个阀厅内，即所谓三相四重阀，只需每相各一个四重阀塔。

四重阀塔可以分为支撑式阀塔和悬吊式阀厅，大多数采用悬吊式阀塔，因为它防震性能好。

四重阀塔注意事项

框架支架的设计，除了起到固定阀的作用外，还要作为阀装吊时的承力结构，应最大限度保持阀模块免受地震产生机械应力的破坏和阻尼机械共振。

模块外屏蔽材料要防止模块中电气元件电位不等、电场分布不均引起的局部放电现象。

阀塔整体布局要考虑爬电距离、绝缘间隙、内部干扰、杂散电感和电容分布、水压要求、重量分布、安装简便性、维护和试验简易性等需要。

静态均压电阻要远小于晶闸管关断时的电阻以保证是均压电阻在分压。

参考文献：

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[2]作者不详.宁东山东±660kV直流输电工程换流阀技术特点研究

[3]文俊.现代HVDC换流阀设计特点及其技术动向

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[5]张尧.基于RTDS双12脉动换流器解_闭锁策略的仿真

[6]马勇杰.换流站阀厅结构选型与抗震分析

[7]胡蓉.500kV换流站四重阀阀厅金具电场计算与分析