HVDC逆变器

高压直流输电（LCC-HVDC 和 MMC-HVDC）中平波电抗器的作用和选择策略

在高压直流输电系统中，平波电抗器扮演着关键角色。在LCC-HVDC系统中，平波电抗器主要作用为：一、抑制直流电流纹波分量，确保电流的平稳传输；二、在低功率传输情况下避免电流断续；三、在系统故障或受扰动时，限制直流电流上升速率和幅度，降低换相失败概率；四、防止陡坡冲击波进入阀厅，保护换流器免受过电压损伤；五、减少交流系统下降引起的逆变器换相失败概率。

在MMC-HVDC系统中，平波电抗器的作用则主要体现在：一、抑制直流线路故障时的电流上升率，该功能也能由桥臂电抗器承担；二、在直流线路故障时，使MMC在闭锁前的直流侧故障电流小于闭锁后的直流侧故障电流；三、阻止雷电波直接侵入换流站，此作用仅适用于直流架空线路；四、阻塞谐波电流流通，并改变直流回路的谐振频率，适用于混合型柔性直流输电系统。

在LCC-HVDC系统中，选择平波电抗器的策略需考虑参数分析计算，以确保电流纹波得到有效抑制，避免直流电流断续，限制故障电流上升率，防止换相失败。具体策略包括：通过公式计算确定能有效抑制直流电流纹波的电感值，避免系统在50Hz和100Hz频率下发生低频谐振，同时确保电感量不专为滤波而调整。

对于MMC-HVDC系统而言，平波电抗器的选择策略则集中在确保闭锁前的直流短路电流小于闭锁后的直流短路电流，以防止故障时电流过大。通过计算临界电感值，选择大于临界值的电感量，即可实现这一目标。与LCC系统相比，MMC系统中的平波电抗器取值通常较小，一般在十mH级别，因为其主要功能在于确保闭锁前后的电流大小关系，而非主要承担纹波抑制任务。

LCC 和 VSC (MMC) 的底层特性区别

本文主要探讨了LCC（电流源换流器）和VSC（电压源换流器）在底层特性上的区别，尤其关注它们在高压直流输电中的应用，例如MMC（模块化多电平换流器）。LCC的基础是电流源逆变器，其特点是直流电流确定，通过改变电压极性控制能量流动，只有一个控制自由度。相反，VSC使用电压源逆变器，电流双向流动，具备两个控制自由度，能独立控制有功和无功功率，更灵活。

在高压直流输电中，VSC（如MMC）可以看作是一个无转动惯量的电动机或发电机，其电流和电压均能灵活控制，这与LCC的单向控制形成对比。VSC的控制策略通常包括双闭环系统控制和子模块级的电压均衡等，这些特性使得VSC在直流输电中的“柔直”特性更加明显。

尽管VSC技术在控制复杂度上高于LCC，但这种灵活性和控制能力使得它在高压直流输电中有着显著的优势，尤其是在多端系统中，VSC能够更好地实现功率的灵活转移。下一篇文章将深入讨论点对点和多终端MMC-HVDC的控制策略。

换流站原理解说

换流站是实现交流电与直流电相互转换的关键设施。其中，用于将交流电转换为直流电的设备称为整流器，而将直流电转换为交流电的设备则被称为逆变器。整流器和逆变器在本质上具有相似的结构，但在控制系统上有所区别。当触发角小于90度时，换流器处于整流模式，此时它被称为整流器；而当触发角大于90度时，换流器则处于逆变模式，此时它被称为逆变器。

整流器和逆变器不仅在控制系统的配置上有差异，其控制原理也各不相同。整流器在运行时，通过将交流电转换为直流电，实现电能的稳定传输。而逆变器则在工作时，将直流电转换为交流电，以便于在不同场合下使用。这些设备的控制逻辑通常包括触发脉冲的生成、控制信号的调整以及保护机制的设计等方面。

整流器和逆变器在电力系统中的应用非常广泛，特别是在高压直流输电（HVDC）系统中扮演着至关重要的角色。通过使用换流器，可以实现长距离、低损耗的电力传输，这对于远距离电网互联具有重要意义。此外，换流器还能在电力系统中实现无功功率的调节，提高系统的稳定性和可靠性。

在实际运行中，整流器和逆变器的控制策略需要根据电网的具体情况灵活调整。例如，在电力系统负荷变化时，可以通过改变触发角来调节功率的传输量；在遇到电网故障时，则需要快速响应以保护设备的安全。因此，对于换流器的控制技术研究和优化，一直是电力系统领域的重要课题。

总之，换流器作为电力系统中的重要组成部分，其在交直流电能转换中的作用不可忽视。通过深入研究和应用先进的控制技术，可以进一步提高电力系统的效率和稳定性，为未来的电力传输和分配提供更加可靠的技术支持。

LCC-HVDC 直流输电系统的基本控制策略

引入LCC-HVDC直流输电系统的等值电路概念，其中包含T形等值输电线路，以S点为界，可得出S点两侧的稳态伏安特性方程式，分别涉及整流器和逆变器的工作原理。

直流输电系统的控制方式主要包括：直流电流控制、直流电压控制、整流器定触发角α控制、逆变器熄灭角控制、定功率控制以及定无功功率控制。

运行特性方面，LCC-HVDC系统展现出五种典型模式，包括整流器定α角与逆变器定β角、α角与γ角、直流电流与γ角、α角与直流电流、以及直流电流与直流电压控制模式。每种模式均涉及整流器与逆变器之间的协同控制，确保系统稳定运行。

此外，LCC-HVDC系统还具备多种辅助控制方式，如低压限流控制、低压限压控制、风场连接时的交流频率控制等，但这些控制方式都是基于上述基本控制策略的拓展。

直流电和交流电有什么区别？

1. 电流特性不同：交流电的电流大小和方向随时间变化，而直流电的电流大小和方向保持恒定。这一差异使得交流电适用于电力系统和需要变化电流的设备，如的交流风扇和灯具，而直流电更适合电子设备，如计算机和手机。

2. 电压稳定性不同：交流电的电压通常通过变压器进行升高或降低，以适应不同用户的需要。直流电则通常在较低的电压下传输，并通过电路中的电压调节器来保持输出电压的稳定。

3. 传输效率和距离：交流电可以通过高压传输长距离，损耗较小，适合输电和分配。直流电传输距离较短，但随着技术的进步，高压直流输电（HVDC）已经可以实现远距离传输。

4. 设备兼容性：家用电器通常设计为使用交流电，而电子设备和电动工具等则使用直流电。然而，许多电子设备通过内置或外接电源适配器将交流电转换为直流电以供使用。

5. 安全性和环境影响：交流电存在触电风险，特别是在接触带电部件或绝缘损坏时。直流电则通常被认为更安全，尤其是较低电压时。然而，任何电流都有潜在的危险性，需谨慎处理。

6. 应用领域：交流电广泛应用于家庭、商业和工业电力供应。直流电则常用于电子设备、电动车辆、可再生能源存储系统以及电信行业。

7. 转换方法：交流电可以通过整流器转换为直流电，而直流电可以通过逆变器转换为交流电。这些转换技术使得不同类型的电能在不同场合下得以利用。

电是如何从发电厂输送到我家里的?

1. 发电厂生产的电能，通常电压约为10kV，通过升压变压器提高至220kV或500kV，以便通过超高压输电线路送往城市电网。

2. 在城市电网中，电能经过多级降压变压器，最终变为家庭使用的220V。

3. 对于长距离输电，除了传统的交流输电，还采用了高压直流（HVDC）输电技术。这种技术通过整流器和逆变器，在交流输电网中实现直流电的传输，以降低交流电能在线路中的损耗。

4. 超高压（500kV）输电的设计目的是减少电能在线路中的损耗，据估计，中国输配电系统的网络损耗可达8.5%。

5. 特高压（UHV）电网技术进一步提高了输电效率，包括1000kV交流或±800kV直流电网，能够实现长距离、大容量、低损耗的电力传输。

6. 电能的产生主要依赖于各种能源转换为电能的机制，如化石燃料的燃烧、核能的裂变或可再生能源如风能和水力。这些发电方式都基于法拉第电磁感应定律，尽管现代发电机与法拉第早期发明的同极发电机在外形上有所不同。

7. 十九世纪后期发明的变压器，通过高电压、低电流的方式提高了电力传输的效率。这一发明使得发电厂可以集中建设在远离居民区的地方，同时大规模的发电厂能享受到规模经济，生产的电力可以远距离传输至各个地方。

MMC变流器原理

深入解析：MMC变流器的工作原理与优势

在电力系统中，变流器扮演着关键角色，其核心原理如理想变流器的等效电路，揭示了功率传输的奥秘。图1展示了变流器如何将有功功率从相位超前侧流向滞后，无功功率由电压幅值高侧导流至低侧，构建了电力交互的桥梁。

MMC（多电平逆变器）主回路的创新设计，如图2所示，西门子和中国电科院的VSC-HVDC工程，展现了技术的卓越特点。首先，MMC采用的开关器件耐压低，对器件一致性要求不高，降低了设备成本。其次，它采用多电平结构，能有效降低谐波，提升系统运行的平滑性。开关频率低，损耗减小，使得系统效率显著提升。

MMC的独特结构使其能轻易实现背靠背连接，能量流动双向进行，无需额外的输出变压器，显著节省空间与成本。模块化设计便于容量扩展和冗余配置，提高了系统的灵活性和可靠性。但同时也带来挑战，如桥臂环流问题，需要通过精确的控制来抑制。

图4揭示了背靠背MMC的拓扑，换流器桥臂电流包括电网电流、直流电流和环流分量。桥臂电流的复杂性要求精细的控制策略，以保证电网的稳定运行。图5详细描绘了各个电流分量的路径，揭示了每相桥臂的电压和电流动态。

在子模块设计中，HBMMC拓扑结构如图7所示，通过T1和T2开关单元的巧妙设计，子模块可灵活地在电容电压Uc与0之间切换，实现三种工作状态，确保了输出的高效控制。

主回路参数设计中的桥臂电感Larm至关重要，它起到交流连接、抑制环流和保护短路的作用。在实际应用中，电感的选择需平衡电感的压降、成本和系统稳定性，通过仿真优化，已将电感量从20mH减小到3mH，显著提升了系统性能。

功率模块的直流电容则是决定电容电压波动范围的关键参数，通过合理计算，确定了10mF的电容值，以满足稳定运行的需求。主回路参数的调整，无论是减小电容还是增加，都会影响输出电流波形，必须精细调整以保持系统稳定。

最后，控制功能设计采用双闭环控制方法，实现精确的有功和无功功率控制，确保在变频工况下，功率单元的稳定运行。通过外环控制器，两台换流器协同工作，实现功率的灵活传输。

总的来说，MMC变流器以其独特的架构和精密的控制技术，为电力系统的高效、稳定运行提供了强有力的支持。每个环节的设计都体现出其在电力系统中的不可或缺性，展示了其在现代电力技术中的重要地位。

IGBT在相关应用场景下的作用是什么？

IGBT（绝缘栅双极型晶体管）在多个应用场景发挥重要作用。

在工业变频器领域，IGBT作为核心功率器件，能够将固定的直流电压转换为可变频率、可变电压的交流输出，精准控制电机的转速和转矩，实现节能和电机的灵活调速，广泛用于风机、水泵、机床等设备的电机驱动。

在新能源汽车里，IGBT用于车辆的电力转换和控制。在电动汽车的逆变器中，它把电池输出的直流电转换为交流电，驱动电机运转；在充电系统里，可实现交流电到直流电的转换，完成电池充电过程，对提升新能源汽车的性能和效率至关重要。

在智能电网方面，IGBT用于高压直流输电（HVDC）系统。能实现高压直流电和交流电之间的高效转换，降低输电损耗，提升电网的稳定性和输电能力，保障电力的可靠传输和分配。

在消费电子领域，如电磁炉，IGBT能快速精确地控制电流，实现电能到热能的高效转换，根据不同烹饪需求精准调节功率，提升烹饪效率和安全性。

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