电力电子课程设计--三相可控整流技术在轻型高压直流输电系统中的应用

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1、1 电力电子技术课程设计说明书电力电子技术课程设计说明书 设计题目： 三相可控整流技术在轻型高压直流输电系统中的应用 2011 年 12 月 26 日 2 一、课程设计题目 三相可控整流技术在轻型高压直流(HVDC Light)输电系统中的应用 二、课程设计日期: 2011 年 12 月 16 日 至 2011 年 12 月 23 日 三、课程设计目的 利用三相桥式整流电路实现对轻型高压直流输电过程中交流到直流的整 流以及其相反过程直流到交流的逆变过程，期间整流侧通过架空或电缆传送 到逆变侧。训练学生综合运用学过的变流电路原理的基础知识，独立进行查 找资料、选择方案、设计电路、撰写报告，进一步

2、加深对变流电路基本理论 的理解，提高运用基本技能的能力，为今后的学习和工作打下坚实的基础。 在设计过程中巩固之前学习的知识，并且锻炼独立思考能力。 四、课程设计正文 1.轻型高压直流输电技术简介 （1）概述 轻型高压直流输电是一种以电压源换流器和绝缘栅双极晶体管为主要部 件发展起来的新型直流输电技术，采用可关断电力电子器件构成电压源型换 流站VSC ( Voltage Sourced Converters )进行直流传输，故采用自换相电 压源换流器VSC的HVDC被称为轻型高压直流输电（HVDC-Light）。 （2）与传统高压直流输电HVDC不同及优势 轻型HVDC和传统的HVDC相比，最大

3、的差别在于两边均采用IGBT构成的 VSC。因此，在无需改变VSC极性的情况下，只要改变电流方向就能简易迅速 地实现对功率流向的控制。由于IGBT较好的开关特性和频率响应，加上PWM 调制，使整流输出的直流电压更加趋近于理想值，仅附着幅值极小的高频纹 波，无晶闸管换流阀的6脉动或12脉动。因此，无需庞大的平波电抗器。采 用PWM技术的逆变输出交流电压，更加趋近于标准的正弦波，无明显的换相 齿和换相重叠角，谐波分量大大减小，使传统的滤波系统简化，换流站更加 紧凑、小型化。站与阀厅的建筑规模也相应缩小，投资减少。 2. HVDC-Light基本工作原理 轻型直流输电是一种以电压源换流器 （VSC）

4、 和绝缘栅双极晶体管 （IGBT） 为主要部件发展起来的新型直流输电技术。工作时，送端和受端均采用电压 源换流器(VSC)，两侧换流器具有相同的结构。换流器由换流桥、换流电抗 器、直流电容器和交流滤波器组成。换流桥的每个桥臂由几十个到几百个 IGBT串联而成。换流电抗器是电压源换流器(VSC)与交流侧能量交换的纽带， 同时也起到滤波的作用。直流电容器的作用是为逆变器提供电压支撑、缓冲 桥臂关断时的冲击电流、减少直流侧谐波。交流滤波器的作用是滤除交流侧 谐波。另外，轻型直流输电的传输线路一般采用地下电缆，对周围环境的影 响较小。主电路如下。 3 1-交流滤波器 2-换流电抗器 3-换流桥 4-直

5、流电容 5-直流电缆 3.电压源型换流站VSC （1）VSC组成 由电压源换流器组成对交流电的蒸馏控制，其桥臂由大功率可控关断型 器件 （如IGBT、 IGCT） 和反并联的二极管组成。 目前IGBT的耐压水平达6.5kV、 通断电流达3kA； IGCT 的断态重复峰值电压达6kV， 最大可关断电流达3-6kA。 （2）工作原理 在VSC-HVDC输电中，VSC通常采用的是正弦脉冲调制技术(SPWM)，SPWM 是通过比较正弦波(期望输出的电压波形)和三角载波来决定每个桥臂的开 通关断时刻。在直流侧电压恒定时，SPWM的调制比来决定VSC输出电压波形， 而正弦给定信号的频率与相位决定VSC输出

6、电压的频率与相位。由于VSC吸收 的有功功率和无功功率取决于VSC输出电压的相位和幅值，所以通过控制 SPWM给定正弦信号的相位和调制度就可以控制有功功率和无功功率的大小 和传输方向，从而实现对有功功率和无功功率的相互独立的控制。 4.SPWM控制 （1）控制组成 大功率高频IGBT的问世，使得采用脉宽调制技术成为可能。IGBT的控制 极具高阻抗，要求的触发功率小；其由于通断频率高，切换时间短，从而降 低了通断损耗；同时在上千赫兹的通断频率下，串联元件仍能得到良好的均 压。因此，由IGBT组成的PWM电压源换流器在轻型直流输电工程中得到了广 泛的应用。 4 1-三相输电线 2-晶闸管IGBT示意 （2）工作原理 电压正弦脉冲调制法的基本思路是与正弦波等效的一系列等副不等宽的 矩形脉冲形来等效正弦波（如图 a） 。具体是把一个正弦半波分作 n 等分（图 a 中 n=12） ，然后把每一等分正弦曲线与横轴所包围的面积都用一个与之面 积相等的矩形脉冲来代替，矩形脉冲的幅值不变，各脉冲的中点与正弦波每 一等分的中点重合（如图 b） ，这