【正文】 等于基波電壓有效值 U（即）與 基波電流有效值、及基波電壓與基波電流相角差的余弦值的乘積。 1 次諧波。逆變側(cè)定δ運(yùn)行； c) 諧波幅值隨 諧波次數(shù)的增加而減?。? d) n=0 時(shí)的直流分量就等于直流電壓平均值。和 α =180176。 3. 諧波分析的基本假設(shè)： （ 1） 交流電源為三相對(duì)稱標(biāo)準(zhǔn)正弦波電壓源； （ 2） 三相交流電路各相阻抗參數(shù)相等； （ 3） 換流器采用 60176。（頻率相同，幅值相同）； （ 3） 觸發(fā)順序： 112233445566； （ 4） 直流輸出電壓瞬時(shí)值波形和紋波頻率：每工頻基波含 12 個(gè)均勻波頭； （ 5） 直流輸出平均電壓：等于兩個(gè)全控橋直流輸出平均電壓之和； （ 6） 雙橋換流器的優(yōu)點(diǎn)： a) 在晶閘管元件耐壓能力和串聯(lián)數(shù)不變的條件下，雙橋輸出電壓是單橋的兩倍；采用橋串聯(lián)代替元件串聯(lián)； b) 直流輸出電壓的諧 波幅值比單橋更小，諧波頻率更高，因而更易于濾除； c) 交流公共母線的電流諧波比單橋更小，最低次諧波次數(shù)更高； d) 當(dāng)雙橋中發(fā)生任一橋故障時(shí)，可以將故障橋隔離（短接），另一正常單橋仍可繼續(xù)工作； （ 1） 逆變器實(shí)現(xiàn)逆變的條件： a) 外接直流電源，其極性必須與晶閘管的導(dǎo)通方向一致； b) 外接交流系統(tǒng)，其在直流側(cè)產(chǎn)生的整流電壓平均值應(yīng)小于直流電源電壓； c) 晶閘管的觸發(fā)角 α 應(yīng)在的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。 由直流輸電系統(tǒng)等值電路可見，兩側(cè)電路工作時(shí)，應(yīng)該具有相同電流和端口電壓，表現(xiàn)在曲線上，就是兩側(cè)換流器的外特性曲線的交點(diǎn)，這就是工作點(diǎn)。 圖 3 2 2. 三相全控橋的波形圖： （詳見電力電子書 P15 P15 P160） 3. 三相全控橋計(jì)算公式 : （ 1） 直流輸出電壓的理想計(jì)算公式 : () （為線電壓） （ 2） 考慮交流側(cè)電抗的直流輸出電壓的計(jì)算公式（缺口面積是始于α 的面積與始于α +γ 的面積之差的一半，缺口面積 =） : () （ 3） 閥電流有效值： () （ 4） 交流側(cè)線電流有效值的計(jì)算公式 : () 4. 三相全控橋的外特性（全控橋外特性：直流輸出電壓 Ud 與直流輸出 電流 Id 間的函數(shù)關(guān)系）： （ 1） 逆變器外特性： a) 方程： () b) 曲線：端電壓 Ud 隨輸出負(fù)載電流 Id 的增加而下傾的直線；（以定α表示） 圖 3 3 （ 2） 整流器外特性： a) 方程： i. 用控制角α表示： () ii. 用逆變角β表示（α =180 176。增容時(shí) ,作為限制短路電流的措施之一 。 4. 高壓直流輸電的適用范圍： 答： 。 注意 ：高壓輸電好處是在輸送相同的視在功率 S 的前提下，高壓輸電能夠降低輸電線路流過的電流，減少線路損耗，提高輸送效率（ ,）。 2. 高壓直流輸電的特點(diǎn)： （ 1） 換流器控制復(fù)雜，造價(jià)高； （ 2） 直流輸電線路造價(jià)低，輸電距離越遠(yuǎn)越經(jīng)濟(jì)； （ 3） 沒有交流輸電系統(tǒng)的功角穩(wěn)定問題； （ 4） 適合海底電纜（海島供電、海上風(fēng)電）和城市地下電纜輸電； （ 5） 能夠非同步（同頻不同相位，或不同頻）連接兩個(gè)交流電網(wǎng)，且不增加短路容量； （ 6） 傳輸功率的可控性強(qiáng)，可有效支援交流系統(tǒng)； （ 7） 換流器大量消耗無功，且產(chǎn)生諧波； （ 8） 雙極不對(duì)稱大地回線運(yùn) 行時(shí)存在直流偏磁問題和電化學(xué)腐蝕問題； （ 9） 不能向無源系統(tǒng)供電，構(gòu)成多端直流系統(tǒng)困難。 。 二、 高壓直流輸電系統(tǒng)的基本構(gòu)成： 1. 雙端直流輸電的基本構(gòu)成： （ 1） 單極大地回線（相對(duì)于大地只有一個(gè)正極或者負(fù)極）： 圖 2 1 （ 2） 單極金屬回線： 圖 2 2 （ 3） 雙極大地回線（最常用）： 圖 2 3 （ 4） 雙極單端接地（很少用）： 圖 2 4 （ 5） 雙極金屬回線（較少用）： 圖 2 5 （ 6） 并聯(lián)式背靠背： 圖 2 6 （ 7） 串聯(lián)式背靠背： 圖 2 7 2. 多端直流輸電的基本構(gòu)成： （ 1） 三端并聯(lián)型； 圖 2 8 （ 2） 三端串聯(lián)型； 圖 2 9 注意 ：這里的“雙端”、“多端”指的是所接換流站的個(gè)數(shù)（交流電網(wǎng)接入點(diǎn)的個(gè)數(shù)），而不是換流器的個(gè)數(shù)。 β代入上式）： () iii. 用熄弧角δ表示（δ = β γ， γ是換相角）： () （） () （） 圖 3 4 理想定β的面積比理想定δ小 2 個(gè)缺口面積 : b) 曲線： i. 用逆變角β表示： 上翹 直線（負(fù)值面積隨電流增大）， 端口電壓的絕對(duì)值 隨直流電流的增加而增加（正內(nèi)阻）； ii. 用熄弧角δ表示： 下傾 直線（負(fù)值面積隨電流減小）， 端口電壓的絕對(duì)值 隨直流電 流的增加而下降（負(fù)內(nèi)阻）； 圖 3 5 逆變器外特性曲線（以定β和定δ表示） 5. 三相全控橋的等值電路： （ 1） 整流器等值電路 : 圖 3 6 整流器等值電路 () a) 內(nèi)電勢(shì)，內(nèi)阻為正的可調(diào)電壓源； b) 端口電壓隨輸出電流增大而減小。 圖 3 9 雙端直流系統(tǒng)工作點(diǎn)的確定（兩條線交點(diǎn)） （ 2） 工作點(diǎn)穩(wěn)定性判據(jù)：采用小擾動(dòng)法在工作點(diǎn)加上一點(diǎn)小擾動(dòng)看看系統(tǒng)能不能回到原來的穩(wěn)定點(diǎn)。 四、 換流器的諧波分析： 1. 諧波的危害： （ 1） 對(duì)鐵磁設(shè)備的影響。等間隔觸發(fā)； （ 4） 直流電流恒定（水平無紋波）； （ 5） 不考慮換相角的影響； 在上述基本假設(shè) 條件下，分析得出的諧波，稱之為“特征諧波”。幅值最小， α =90176。 （ 2） 交流線電流的特征諧波分析： a) YY 接線變壓器一次電流特征諧波分析：除基波外只剩有 11??次等 6k177。 （ 3） 雙橋換流器直流側(cè)電壓特征諧波分析（根據(jù)假設(shè)直流電流無紋波，故只分析直流電壓）： 12k177。（不考慮換相角γ時(shí)，；考慮換相角γ時(shí)，） 2. 只考慮基波時(shí)的功率因數(shù)： () 3. 考慮諧波時(shí)的功率因數(shù)： () 上式是不考慮換相角時(shí)的情況。 圖 6 1 四重閥示意圖 （ 2） 等間隔（ 60176。（ k=2， 3， 4， 5， 6）。 （ 4） 觸發(fā)脈沖的傳送方式： a) 光纖方式； b) 電磁方式。但是過大，當(dāng)電流迅速變化時(shí)在直流電抗器上產(chǎn)生的過電壓就越大；另外作為一個(gè)延時(shí)環(huán)節(jié)，過大對(duì)直流電流的自動(dòng)調(diào)節(jié)不利。 （ 2） 交流濾波器的種類及其阻抗特性： a) 單調(diào)諧濾波器（只有一個(gè)諧振頻率）： 圖 6 4 單調(diào)諧濾波器 圖 6 5 單調(diào)諧濾波器阻抗特性 b) 雙調(diào)諧濾波器（有兩個(gè)諧振頻率）： 圖 6 6 雙調(diào)諧濾波器 圖 6 7 雙調(diào)諧濾波器阻抗特性 c) 高通濾波器： 圖 6 8 高通濾波器 圖 6 9 高通濾波器阻抗特性 （ 3） 交流側(cè)濾波器設(shè)計(jì)原則：濾除諧波的同時(shí)考慮無功補(bǔ)償，兼顧經(jīng)濟(jì)性。 （ 6） 濾波器的特征電 抗、品質(zhì)因數(shù)： 諧振頻率下的感抗值或容抗值即特征電抗；，即品質(zhì)因數(shù)。 5. 直流斷路器 : （ 1） 直流沒有過零點(diǎn)，難以熄弧； （ 2） 熄弧技術(shù)： a) 并聯(lián) LC 支路，利用 LC 振蕩產(chǎn)生反向電流以抵消線路電流，使之實(shí)現(xiàn)過零滅?。婚_關(guān)閉合工作時(shí)，電容器通過充電回路預(yù)充電，開關(guān)打開前，并聯(lián)到開關(guān)兩端構(gòu)成 LC 振蕩回路； b) 直接并聯(lián)帶間隙的電容器，利用電容器吸收能量熄弧； c) 利用逐漸加大串聯(lián)電阻使回路電流下降，最后用電容器吸收能量熄弧； d) 拉長(zhǎng)電弧，增加弧電阻，降低回路電流，熄弧。 注意 ：系統(tǒng)在不同運(yùn)行方式下， SCR 可能不同。），故當(dāng)關(guān)斷角小于 176。 （ 5） 措施： a) 利用無功補(bǔ)償維持交流電壓穩(wěn)定； b) 采用較大平波電抗限制直流電流暫態(tài)上升； c) 規(guī)劃階段降低變壓器短路電抗（換流電抗）； d) 增大觸發(fā)角或關(guān)斷角整定值； e) 人工換相等。自由振蕩頻率為： () 式中，由上式可知，機(jī)組慣量越大，振蕩頻率越低；輸送功率越大 ，振蕩頻率越低。 注意 ： HVDC 換流器交流側(cè)為諧波電流源，直流側(cè)為諧波電壓源。 持續(xù)、長(zhǎng)時(shí)間的大電流流過接地極會(huì)表現(xiàn)出三類效應(yīng)：電磁效應(yīng)、熱力效應(yīng)、電化效應(yīng)。 b) 影響電極溫升土壤參數(shù)：電阻率、熱導(dǎo)率、熱容率、濕度。 圖 7 2 直流偏磁對(duì)變壓器勵(lì)磁電流的影響 （ 3） 產(chǎn)生的原因： a) 電流在大地中流通，會(huì)在不同的地點(diǎn)產(chǎn)生不同的電勢(shì)，如果兩個(gè)變電站的接地網(wǎng)存在直流電勢(shì)差，加上交流系統(tǒng)的直流電阻比較小，這樣就會(huì)在交流系統(tǒng)中形成直流電流； b) 入地電流找到了一個(gè)比大地更容易流通的通道，即接地變壓器繞組和交流線路組成。（ Temporary Overvoltage， TOV） （ 2） 原因：造成換流站短時(shí)過電壓的根本原因是換流站安裝的大量無功補(bǔ)償電容器和濾波器；額定工況下，無功容量為額定輸送功率的40%60%，甩負(fù)荷時(shí)引起無功 消耗大幅下降甚至為零，剩余的無功補(bǔ)償容量就會(huì)導(dǎo)致過電壓。 9. HVDC 引起的次同步振蕩（ Subsynchronous Oscillation (SSO)）： （ 1） 概念：汽輪發(fā)電機(jī)軸系會(huì)與電力系統(tǒng)功率控制設(shè)備，如高壓直流輸電系統(tǒng)，靜止無功補(bǔ)償系統(tǒng)等，發(fā)生相互作用，產(chǎn)生的低于同步頻率的振蕩。 圖 7 8 （ 5） 影 響因素： a) 發(fā)電機(jī)組與電整流站電氣距離：距離越近越不利； b) 發(fā)電機(jī)組與交流大電網(wǎng)聯(lián)系：聯(lián)系越薄弱越不利； c) 發(fā)電機(jī)組的額定功率與 HVDC 輸送的額定功率相對(duì)大?。喝粼谕粋€(gè)數(shù)量級(jí)上，不利； d) HVDC 控制器：電流調(diào)節(jié)器、輔助控制器等引起負(fù)阻尼。 注意 ： SSO 基本只涉及大容量汽輪發(fā)電機(jī)組（ 30 萬 kW 以上），其軸系結(jié)構(gòu)特點(diǎn)引起。 11. 單雙極閉鎖： （ 1） 整流站閉鎖相當(dāng)于突甩負(fù)荷，系統(tǒng)頻率上升； （ 2） 逆變站閉鎖相當(dāng)于突然切機(jī)，系統(tǒng)頻率 下降； （ 3） 極閉鎖會(huì)使雙側(cè)交流系統(tǒng)突甩無功負(fù)荷，使電壓升高。 八、 VSCHVDC 1. 基本概念： （ 1） 定義：以基于全控器件的電壓源變換器（ VSC）為基礎(chǔ)的直流輸電技術(shù)。 2. VSCHVDC 的特點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)合： （ 1） 優(yōu)點(diǎn)： a) 結(jié)構(gòu)緊湊占地小； b) 無源系統(tǒng)供電 /黑啟動(dòng)； c) 可聯(lián)絡(luò)弱交流系統(tǒng)； d) 獨(dú)立的有功和無功控制； e) 站間不用通訊； f) 無換相失敗問題； g) 諧波?。? h) 易于實(shí)現(xiàn)多端直流。 （ 2） 換流器： a) 兩電平換流器（以 PWM 波形逼近正弦波）： 圖 8 1 兩電平換流器（采用 IGBT 直接串聯(lián)閥實(shí)現(xiàn)） i. 優(yōu)點(diǎn)：電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；所有閥容量相同；控制簡(jiǎn)單，易擴(kuò)展。 ii. 缺點(diǎn)：電容器電壓平衡有難度。 4. VSCHVDC 構(gòu)成形式： （ 1） 換流站接線方式： 圖 8 4 （ 2） 兩端 VSCHVDC 輸電系統(tǒng)：?jiǎn)螛O系統(tǒng)，雙級(jí)系統(tǒng)。（有文獻(xiàn)稱為“偽雙極”）而由組合式 VSC 構(gòu)成 VSCHVDC 換流器時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)真正的雙 極系統(tǒng)。 圖 8 9 VSCHVDC 分層控制 a) 系統(tǒng)層控制： i. 系統(tǒng)層控制兩類物理量： 有功類物理量（有功功率、直流電壓 /電流、交流頻率）和無功類物理量（無功功率、交流電壓幅值）。電流內(nèi)環(huán)有利于換流器限流。 圖 8 16 PWM 調(diào)制波的形成 PWM 頻率與載波 Vtri 頻率相同，輸出電壓 VA0 幅值由調(diào)制波 Vcontrol幅值決定，輸出電壓基頻由 Vcontrol 頻率決定。 圖 8 18 三相兩電平 VSC 注意 ：三相 VSC 可控運(yùn)行的前提是直流電壓不低于交流線電壓倍。 v. 特定諧波消除調(diào)制方法（ SHEPWM）： ① 目標(biāo)：滿足調(diào)制比前提下，消去部分低次諧波。 vii. 換流閥觸發(fā)技術(shù)： 圖 8 22 采用光電轉(zhuǎn)換觸發(fā)換流閥 7. VSCHVDC 保護(hù)配置： （ 1） 區(qū)域劃分：外部交流系統(tǒng)，換流站內(nèi)部，直流側(cè)線路 。 （ 3） 保護(hù)配置原則與特點(diǎn)： a) 可靠性，靈敏性，選擇性，快速性，可控性（通過控制換流器等減輕故障的危害），安全性（保障人身安 全和設(shè)備安全），可維護(hù)性（保護(hù)功能及參數(shù)便于調(diào)整）。 （ 6） 直流線路保護(hù)： a) 直流欠壓保護(hù)； b) 直流過壓保護(hù) ； c) 直流電壓不平衡保護(hù)； d) 直流故障再啟動(dòng)邏輯等。 1，直流側(cè) 12k 次； b) VSCHVDC：與開關(guān) 頻率相關(guān)的高次諧波。 b) VSCHVDC： i. PWM 控制方式