HVDC输电系统电压源整流器的动作原理

    HVDC输电系统两端的换流站，既需要整流器，又需要逆变器，在两个末端都可以实现两种功能的控制，因此两个换流站的功能可以相互替换。为了保证与电网的同步，对系统的波形、相位、频率都要求很高，因此整流和逆变必须严格控制。

    电压源整流器如图9-3(b)所示。又叫强迫换相整流器。电压源整流器的动作原理如图9-4所示，电压源通过一个反馈控制环，与一个电压参考值UREF相比较，比较后的差值产生一个信号，用来控制整流器6个管的通断(ON和OFF)。使交流变为直流电压源整流器。

    图9-3    强迫换相PWM整流器的拓扑结构

   (a)电流源整流器；(b)电压源整流器

    图9-4    电压源整流器的动作原理

    当电流ID为正时（整流器运行），电容CD放电，差值信号通过PWM控制电路控制6个管子，从交流电源中获取更大的功率，使交流变为直流。电容电压被恢复。反之，当ID为负时（逆变器运行），电容CD过充电时，差值信号要求控制电路为电容放电，功率返回到交流市电上。

   PWM控制能够矫正功率因数，使交流电流波形为正弦波，这就减少了对市电的谐波污染。

    通过PWM控制整流的一相调制像图如图9-5所示。为了让整流器正常地工作，PWM图形必须产生一个频率等于电源频率的基波UMOD。改变这个基波的幅值和相对于市电的相移，整流器能在四个象限运行：超前功率因数、滞后功率因数、超前功率因数逆变器、滞后功率因数逆变器。改变调制图形来改变UMOD的幅值及相移，如图9-6所示。

    图9-5    PWM图形和它的基波UMOD

    图9-6    通过PWM改变基波UMOD

   UMOD和U（电源电压）之间的相互关系可以通过矢量图看出。在图9-7中，有以下几种工作模式：(a)单位功率因数整流器；(b)单位功率因数逆变器；(c)电容器（零功率因数）；(d)电感器（零功率因数）。

    图9-7    强迫换相整流器的四象限运行

   (a) PWM强迫换相整流器；(b)单位功率因数下的整流器运行；

   (c)单位功率因数下的逆变器运行；(d)零功率因数下的电容器运

    行；(e)零功率因数下的电感器运行

    图9-7中，Is是电源电流is的有效值。图9-8中，在正半周，与直流环负极相连的晶体管VP2导通，电流is开始流过VP2 (iTn)。电流通过连接到直流环节的相同负极的二极管返回市电、晶体管和另一相构成回路。电流也可断开，开始流经二极管VD1，而VD1与直流环节正极相连。这个电流在图9-7中称做iDp，直接流到直流环节，产生电流idc。电流idc为电容CD充电，允许整流器产生直流功率。在此过程中电感Ls产生一个二极管VD1导通的感应电压。在负半周，工作方式类似，只是管子换成了VD1和VD2。

    图9-8    流过市电、晶体管和直流环的电流波形

   (a)波形图；(b)电路图

    为了控制整流器的正常运行，6个二极管在交流电源电压的任何瞬时都必须反偏，否则二极管将导通，PWM整流器与一个普通的二极管全桥整流器一样。保持二极管阻断的方法是确保直流环节电压高于二极管全桥产生的直流电压峰值。

（作者稿费要求：需要高清无水印文章的读者3元每篇，请联系客服，谢谢！在线客服：）