超高压远距离输电工作电流状态

时间：2023-06-30 理论教育版权反馈

【摘要】：图10.18 当阀1和3换向时整流器桥示意图那么，对于状态2-3，本时间段完全与状态2类似的时间段相同。此时在阀的阴极组上没有发生任何过程，而阀2持续工作，其电流等于Id。图10.19 状态2-3的时间曲线图则变流器工作的标准状态是不间断的换向过程，每60°重复一次。当整流电流由的第二个方程决定时，阀4的导通条件成立，状态3-4开始，3个或者4个阀交替地工作。

超高压远距离输电工作电流状态

当变流器中流过与额定值（I_d>0.05I_dном）相当的负载电流时，在各个时间段上变压器和系统的电感中流过储存很大能量的电流。因此，当阀换向时，其电流以及相对应的相电流不可能发生突变，就像上一个状态一样。

从结束工作的阀到即将工作阀的电流换向过程（过渡），不是瞬间的，而是在一定的时间范围内完成，这个时间以换向角g表示。换向过程将对变流过程以及其主要特性产生很大的影响，因此对于大功率高压变流器，这个过程是一定要考虑的。

图10.17 换向过程的时间曲线图

为了分析此过程，采用方程（10.25）和（10.28），此时与上述情况相同，整个过程被分解为一系列工作阀相互配合的时间段。起始时刻同样采取电动势e_A和e_B交叉点的时刻（见图10.17）。

下面分析当阀1和2处于工作状态下的时间段，这个时间段处于0≤ϑ≤α范围内，为此由式（10.25）得到如下的方程组：

由式（10.28），当u₁=0，u₂=0时，有

不工作阀中的电压等于：u₃=e₃；u₄=e₄；u₅=e₄；u₆=e₅。

当前阀上的电压

当ϑ＞0变成正的，并且在此时间段内阀准备导通。

图10.18 当阀1和3换向时整流器桥示意图

那么，对于状态2-3，本时间段完全与状态2类似的时间段相同。

当ϑ=α时，在阀3上施加控制脉冲，因为阀上的电压大于0阀将导通。当阀导通时，在A相和B相之间产生两相短路（见图10.18）。因为在0°～180°时间间隔内e_A＞e_B，短路电流的方向与电流i₁的方向相反，因此电流i₁在由角度g所决定的时间范围内降低到0，而阀3的电流i₃由0增加到工作电流I_d，产生了所谓A相电感的放电和B相电感的充电。此时在阀的阴极组上没有发生任何过程，而阀2持续工作，其电流等于I_d。

当ϑ=α+γ时，阀1的电流等于0，而阀3的电流等于I_d，短路被终止，而阀2和3仍旧工作。

阀3导通后经过60°，当ϑ=60°+α时，在阀4上施加控制脉冲，阀4准备导通，并且开始由阀2到4的换向。其后阀3和阀4仍旧保持工作，再经过60°阀5开始工作，以此类推。每经过60°重复这个过程一次。此状态下的时间曲线图如图10.19所示。

图10.19 状态2-3的时间曲线图

则变流器工作的标准状态是不间断的换向过程，每60°重复一次。因此这样的状态也被称为“准稳态”。

下面更详细地分析换向过程。对于阀1、2和3处于工作状态下的周期，由方程（10.25）可以得到

i₁+i₃=I_d，i₂=I_d，i₄=i₅=i₆=0

由此

此时由式（10.28）得到

其中u_dк——换向过程中整流电压的瞬时值。

为了得到换向阀的电流方程，由式（10.45）得：

此时计及

由此

或者将式（10.31）代入e₆，得到

由此

将方程（10.46）积分后，有

其中 C——积分常数，由ϑ=α在时间间隔的边界条件得到（重合）。

由于切换相中存在电感，阀1中的电流不能发生突变。当ϑ=α时，阀1电流i₁=I_d。

此时积分常数可以根据下列条件得到

由此

将积分常数代入（10.47）中，得到结束工作的阀1电流方程：

对于开始工作的阀3，有

i₃=I_d-i₁或者

对应方程（10.48）和（10.49）换向过程中电流i₁和i₃的变化如图10.20所示。

换向过程中阀3的电流可以写为自由电流分量和强迫电流分量和的形式：

i₃=i_пр+i_св其中

I_{К max}——阀换向时产生的两相短路电流幅值。

自由分量由角度a的值决定，并且此分量不衰减，即采取假设，变流器等值电路中无电阻。

图10.20 换向过程中自由和强迫电流分量

整流状态下，当a_в<90°时，自由分量是正的；在逆变状态下，当a_и＞90°时，它是负的。因此换向阀电流的变化特点被改变，如图10.20所示。除此之外，上图还显示了换向角度与负荷电流的定性关系，准确的关系将在下面得到。

在换向结束时刻，当ϑ=α+γ时，阀1的电流变为0，而阀3的电流达到了工作电流值I_d。

将电流i₃代入到式（10.49）中得到

经过三角变换后，这个表达式可以表示为如下的形式

当给定电流I_d时，表达式（10.51）可以用来确定换向角g，即从这个方程中可以得到

表达式（10.53）显示，角度γ由下列因素决定：工作电流值I_d，切换向的总电抗хк，系统电动势Е_m和控制角a。

当a不变时，电流I_d的增加使得换向角增加，从而导致供电系统电动势或者是变流器母线电压的降低。变流器连接点距离电源点的电气距离增加（即х_к），同样使得换向角增大。

图10.21 换向角g与电流I_d的关系

当给定хк和E_m时，换向角γ_d与电流I_d的关系如图10.21所示。从中可以看出，随着整流器负载电流的增加，换向角增大。并且在与角度a有关的某电流下，可以达到60°，占据了整个循环时间段，此后换向角不再增大。在此电流下状态2-3结束，状态3开始，在任意时刻都有3个阀处于工作状态。

对于不同的a值，在一种情况下将g=60°、a₁=0°代入，另一种情况是将g=60°、a₁=30°代入，当γ=60°时的负载电流可以从式（10.51）中得到：

计算表明，这些值超过负载电流的额定值很多倍，因此在整个变流器工作电流范围内要求角度g＜60°。

当角度a=0时，如果整流电流值处于式（10.54）第一和第二个方程所决定的范围内，整流器工作在状态3，在任意时刻三个阀导通，在变流器回路实现了不同相之间交替的两相短路状态。换向角g在此状态下依然不变，等于60°，但是出现了强迫导通角a_вын，且其随着电流的增加而增大。

当整流电流由（10.54）的第二个方程决定时，阀4的导通条件成立，状态3-4开始，3个或者4个阀交替地工作。在此状态下，变流器回路产生了交替的两相或者三相短路。在三相短路情况下电压降到0，随后当4个阀中的一个关闭时，电压跃升至由式（10.55）决定的值，但是在相应时刻的电动势下，电压然后又降低到0，以此类推。

当角度a>30°时，整流器直接由状态3过渡到状态3-4。对于直流换流站和直流输电线路，状态3和3-4没有什么特点，在此不进行详细分析。(www.xing528.com)

对于状态2-3，在换向过程中可以得到整流电压U_dк。对式（10.45）的前两个方程取和并且计及所产生的两个换流阀电流有不同符号，得到

将电动势е₁和е₂代入，有

电压的瞬时值и_dк如图10.17所示。

此状态下电压的相量图如图10.22所示。

由式（10.56）和图10.22，得到

图10.22 换向过程中电压的相量图

在一个循环周期内，整流电压的平均值可以通过换向时段和换向间时段的电压平均值的和得到

将е₁、е₂和u_dк代入有

积分变换后得到

变换方程

利用方程（10.53）从式（10.58）中消掉cos（a+g），结果得到

表达式（10.60）是单桥式整流器在状态2-3下的外特性，表明整流器输出端的电压不只是控制角a的函数，也是工作电流的函数。

电流的影响体现在换向时降低了整流电压的瞬时值，结果是通过控制角的引入，补充了从相应电动势正弦波顶部所限定区域切除掉的面积，补充面积的切除是由换向角所决定的。在图10.23中，这个面积是以阴影部分表示的。其出现导致与电流有关的电压进一步降低，以及整流器外特性的倾斜。在本图中还显示了换向角对整流电压平均值和瞬时值的影响：当换向角较大时，被分离的面积较大，而整流电压较低。