高压直流换流阀饱和电抗器基本原理研究
阳极饱和电抗器概要
饱和电抗器的产品特点
（3）饱和电抗器防震降噪技术电抗器在使用中产生的噪音比较大， 这是所有带有气隙铁心式电抗器在工作中所共有的缺点。是换流阀中的主 要噪声源。我们在设计饱和电抗器时充分考虑到了这一点，我们采用了专 用的弹性体材料，将电抗器的线圈和铁心浇注在一体的工艺，即起到把线 圈和铁心的相对位置固定的作用，又能起到降低噪音的作用
在输配电设备领域，我们向中国仅有的两家国有电网运营商分别供 货，包括在高压输配电系统中有着重要作用的高压阳极饱和电抗器、高 压电力电容器和高压静止无功补偿及融冰装置。产品的高效能和高可靠 性使我们与国家电网等大型企业结成良好的合作伙伴。
我们的主要产品包括：以IGBT、IGCT为代表的半导体电力电子元器 件，高压阳极饱和电抗器，高压电力电容器，灵活交流输电技术 （FACTS）用的高压静止无功补偿及融冰装置、固态切换开关及静止同 步补偿器，输电设备的在线监测系统，大功率整流电源装置，功率母线 排，轨道机车牵引系统设备、模块化的控制监测系统和辅助供电系统。
因而阳极饱和电抗器特性的设计要满足在晶闸管开通瞬间，阳极饱 和电抗器具有很高的阻抗，而晶闸管元件内一旦建立起足够的载流子后， 阳极饱和电抗器又呈现出很低的阻抗特性，这有利于降低换流阀的工作 效率。即设计的阳极饱和电抗器必须具有非线性饱和性能。
饱和电抗器的产品特点
（1）用于高压直流输电换流器装置中的饱和电抗器。 由于特殊的运行环境性对电器部件的可靠性要求极高。也是我们在设 计研发选定材料过程中的考虑重点。除此还有如：脉冲特性，匝间绝缘， 承受浪涌电流能力以及温升和局放等都有极高的要求，为此在设计中采 用了高绝缘强度的水冷线圈，高导磁超薄取向冷轧硅钢片，具有高机械 强度和绝缘强度的外壳，加上全密闭灌封树脂结构，有效的降低了噪音， 提高了承受浪涌电流的能力，整个造型美观，结构简洁合理。
高压直流输电系统换流器技术综述
高压直流输电系统换流器技术综述内蒙古自治区锡林郭勒盟锡林浩特市 026000摘要：高压直流输电因其在长距离大容量输电、海底电缆输电、异步联网等领域的独特优势而得到广泛应用。
本文详细论述了高压直流输电系统换流器技术。
关键词：高压直流；输电；换流器高压直流输电核心设备是换流器，其是影响高压直流输电系统性能、运行方式、设备成本和运行损耗等的关键因素，是实现交直流电相互转换的设备。
因此，其对整个直流输电系统的安全稳定运行具有重要影响。
一、高压直流输电高压直流输电(HVDC)是利用稳定的直流电具有无感抗，容抗也不起作用，无同步问题等优点而采用的大功率远距离直流输电。
输电过程为直流，常用于海底电缆输电，非同步运行的交流系统之间的连络等。
其包括换流器、换流变压器、平波电抗器、交流滤波器等。
换流器又称换流阀是换流站的关键设备，实现整流和逆变。
目前换流器多采用晶闸管可控硅整流管组成三相桥式整流作为基本单元，称为换流桥。
一般由两个或多个换流桥组成换流系统，实现交流变直流直流变交流的功能。
换流器在整流和逆变过程中将要产生5、7、11、13、17、19等多次谐波。
为减少各次谐波进入交流系统在换流站交流母线上要装设滤波器。
它由电抗线圈、电容器、小电阻串联组成通过调谐的参数配合可滤掉多次谐波。
一般在换流站的交流侧母线装有5、7、11、13次谐波滤波器组。
单极又分为一线一地和单极两线方式。
直流输电一般采用双极线路，当换流器有一极退出运行时，直流系统可按单极两线运行，但输送功率要减少一半。
二、采用晶闸管的UHVDC换流器1、电路结构、工作原理和控制。
适用于UHVDC的换流器有两种接线方式：每极两组12脉冲换流器串联、每极两组12脉冲换流器并联。
我国采用每极2组12脉冲换流器串联接线方式，这是因换流器制造难度不会增加太多，也不会显著增加换流变压器制造与运输难度，所以能充分利用常规换流器在设计与制造方面的成熟经验。
适用UHVDC的换流器由于以12脉冲换流器为基本单元，其工作原理与常规高压直流换流器相同。
饱和电抗器原理
饱和电抗器原理摘要：以去年首次在中国投运的高压电动机磁控软起动装置为背景，介绍作为软起动装置执行元件的磁饱和电抗器，指明它实质上是一个开关，阐述它的作用、特点和分析方法。
一、引言：饱和电抗器是一种饱和度可控的铁芯电抗器。
50~70年代是磁饱和电抗器在电气自动化领域较盛行的时期[1，2，3]。
它既可以作为放大器件，又可以作为执行元件。
相对于电真空器件，它耐受恶劣环境的优点令人瞩目，相对于交磁放大机系统，它的静止性受到垂青。
当时，国内外关于磁饱和电抗器和磁放大器的著述和相关新铁芯材料的研制报导屡见不鲜。
在我国，在70年代已形成磁放大器产品系列[2]。
70年代以后，以双极型电子器件和SCR为代表的电力电子器件逐渐在电气控制领域占统治地位。
饱和电抗器因惯性较大、功率放大倍数较小等缺点而被排挤，其发展受阻。
但是，饱和电抗器是一种既有长处又有短处的电力器件。
在电阻炉炉温等较慢过程的控制中，以饱和电抗器为功率器件的系列产品仍然在使用。
在如何将它应用在较快过程的控制中，人们的研究和探索仍在继续。
也取得了一些可喜的成果[3]。
我认为，高压电动机软起动是一个能够使饱和电抗器扬长避短发挥重要作用的领域。
二、三相饱和电抗器的基本形式三相饱和电抗器有多种形式，在图1中表示了裂芯式和传统式的两种。
图1（a）为裂芯式结构，三相分立，一相一个铁芯。
挨近小截面的是直流绕组（共6个）。
绕在直流绕组外面的是交流绕组（共3个）。
两个直流绕组产生的磁通在两个小截面铁芯上形成环路。
而交流绕组产生的磁通通过大截面铁芯形成环路。
图1（b）为传统式。
直流绕组套住6个铁芯和6个交流绕组。
交流绕组每相2个，串连连接。
一相交流电流在2个铁芯上产生2个环路的磁通。
2个环路的时钟方向相同。
图1列出的仅是有代表性的形式。
其它的可行形式还很多，例如图1（a），若将交流绕组挪位，令它套住大截面铁芯，就演绎为另一种可行形式。
所有可行形式的共性是：三、饱和电抗器的分析方法：饱和电抗器不是线性器件。
特高压直流输电换流阀研制_习贺勋
(China Electric Power Research Institute, Haidian District, Beijing 100192, China) ABSTRACT: The China's first 800kV/4750A HVDC converter valve has been successfully developed by CEPRI with independent intellectual property rights, and it has passed type tests. This paper mainly focused on fundamental theories and key technology analysis. From the distinct angles including the working conditions, the electrical topology and the broadband model, this paper has completed the physical deconstruction of the value. Meanwhile, the paper has studied a series of key technologies, characteristic such as the the transient nonlinear electromagnetic analysis, 3 个层面分析换流阀样机的主要设计理念、 设计原则和技术 特点。 关键词：800kV/4750A 特高压换流阀；暂态电磁特性；非 线性组件；触发监控
高压直流输电晶闸管阀用饱和电抗器的设计
关键词 ： 饱和电抗器； 设计计 算 ； 高压直流
中图分类号： ＴＭ４ １４ 文献 标 识 码 ： 文章 编 号 ：０ ８９ ３ （０ ０ ０ —０ ００ ６． Ａ １０ —２ ３ ２ １ ）３０ ３ —４
１ 引言
高压 直流输 电 已是现 今世 界上 先进 的输变 电技 术 。为 了减 少输 电走廊 、 提高输 电效 率 、 降低 输 电成
Ｕ 每级 晶闸 管 的触 发 电压 ； 饱和 电 抗器 电压 ； 麟 ＿ Ｕ
２ ２ 铁 芯有效 总面积 ．
Ｕ 高压开关冲击电压 ； Ｌ
收 稿 日期 ：０ ００ —２ ２ １ —３２
根据保护触发水平 的
电压时间乘积分布在 电抗器线圈的匝数 Ｎ和
作者简介 ： 张建国（９ ７ ， ， １ ６ 一）男 湖北省武汉市人 ， 工程师 ， 研究方向为变压器 电流器设计。
图 ２ Ｃ 型 铁 芯
对 于带 状 缠绕 的 Ｃ型 铁 芯 的叠 片 系数 ｋ＇ ｊｌ＝ ａ ０９ 。 ．２ 每个 电抗 器铁 芯数量 根据下 式确定
Ａ
则 ＡＦ ・ Ｉ ８ｉ ｋａ ｅ＝ Ｉ ｌ ｍ ｉ ｎ・ ｎ・ ￣ｔ
图 ４ 铁 芯 温 升 与 磁 密 变 化 率 曲线
第 ２ 卷第 ３ ８ 期
２０１０年 ５月
西安航空技术 高等专科学校学报
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆ ’ｎＡｅｏｅ ｈ ｉ ｌ ｏｌｇ ｏ ｒ ａ ｏ ａ ｒ ｔｃ ｎｃ ｌ ｅ Ｘｉ ａＣ ｅ
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高压 直流 输 电晶 闸管 阀用 饱和 电抗 器 的设计
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高压直流输电换流阀性能分析研究
±800kV/5000A自主化换流阀性能分析马元社，李侠，刘宁，娄彦涛，张雷（西安西电电力系统有限公司，陕西省西安市 710075）摘要：文中介绍了西电电力系统公司(XDPS)自主研制的±800kV/5000A换流阀主要参数。
从换流阀的电压耐受能力、电流耐受能力和大角度运行能力详细分析了自主设计换流阀的主要性能。
在国家高压电器检测检验中心通过的型式试验验证了所设计换流阀性能可靠，满足实际工程应用。
关键词：特高压直流；换流阀；电压应力；电流应力1引言特高压直流输电具有输送距离远、输送容量大、损耗低的优势,是实现我国能源资源优化配置的重要途径之一[1]。
目前我国已经建成的特高压±800kV直流工程有云南-广东和向家坝-上海直流工程，在建的有锦屏-苏南直流工程，已经开始招标的有哈密-郑州直流工程，十二五期间我国还将有数条特高压直流工程开始建设，其社会经济效益显著。
随着我国特高压直流工程技术的不断发展以及我国社会经济发展的需要，自主研制±800kV特高压直流输电工程换流阀对于我国打破国外技术垄断，提升我国特高压直流工程国产化水平具有重要意义。
2011年11月西安西电电力系统有限公司设计具有自主知识产权的特高压±800kV/5000A换流阀研制成功，在国家高压电器检测检验中心通过了全部型式试验，并于2012年1月通过了国家能源局组织的国家级鉴定，技术指标达到国际先进水平。
文中对西安西电电力系统有限公司研制的±800kV/5000A换流阀进行了介绍，重点对换流阀的性能进行了分析。
2±800kV/5000A换流阀设计参数(1)环境条件表1 阀厅内使用条件名称参数全封闭户内，微正压，带通风和空调长期运行温度范围＋10～＋50℃最高温度＋60 ℃最低温度＋5 ℃长期运行湿度50%RH最大湿度60%RH地面水平加速度0.2 g海拔高度不超过1000m(2)电气参数为了满足不同工程的不同技术要求，换流阀采用标准化设计，模块化设计是实现标准化的最好途径。
高压直流输电换流阀性能分析研究
±800kV/5000A自主化换流阀性能分析马元社，李侠，刘宁，娄彦涛，张雷（西安西电电力系统有限公司，陕西省西安市 710075）摘要：文中介绍了西电电力系统公司(XDPS)自主研制的±800kV/5000A换流阀主要参数。
从换流阀的电压耐受能力、电流耐受能力和大角度运行能力详细分析了自主设计换流阀的主要性能。
在国家高压电器检测检验中心通过的型式试验验证了所设计换流阀性能可靠，满足实际工程应用。
关键词：特高压直流；换流阀；电压应力；电流应力1引言特高压直流输电具有输送距离远、输送容量大、损耗低的优势,是实现我国能源资源优化配置的重要途径之一[1]。
目前我国已经建成的特高压±800kV直流工程有云南-广东和向家坝-上海直流工程，在建的有锦屏-苏南直流工程，已经开始招标的有哈密-郑州直流工程，十二五期间我国还将有数条特高压直流工程开始建设，其社会经济效益显著。
随着我国特高压直流工程技术的不断发展以及我国社会经济发展的需要，自主研制±800kV特高压直流输电工程换流阀对于我国打破国外技术垄断，提升我国特高压直流工程国产化水平具有重要意义。
2011年11月西安西电电力系统有限公司设计具有自主知识产权的特高压±800kV/5000A换流阀研制成功，在国家高压电器检测检验中心通过了全部型式试验，并于2012年1月通过了国家能源局组织的国家级鉴定，技术指标达到国际先进水平。
文中对西安西电电力系统有限公司研制的±800kV/5000A换流阀进行了介绍，重点对换流阀的性能进行了分析。
2±800kV/5000A换流阀设计参数(1)环境条件表1 阀厅内使用条件名称参数全封闭户内，微正压，带通风和空调长期运行温度范围＋10～＋50℃最高温度＋60 ℃最低温度＋5 ℃长期运行湿度50%RH最大湿度60%RH地面水平加速度0.2 g海拔高度不超过1000m(2)电气参数为了满足不同工程的不同技术要求，换流阀采用标准化设计，模块化设计是实现标准化的最好途径。
特高压直流输电换流阀控制系统应用122
特高压直流输电换流阀控制系统应用摘要：换流阀控制系统的研究对于特高压直流输电工程建设具有重要意义。
文章介绍了直流输电的优势，然后结合实际案例，分析了特高压直流输电换流阀控制系统的结构及应用原理，为类似工程的建设提供参考。
关键词：特高压；直流输电；换流阀；控制系统一、直流输电概述和交流输电技术相比，直流输电技术在长距离输电中具有明显优势：直流线路输送电力损耗相对较小，输送容量相对较大；直流输电架空线仅仅需要正负两极导线，杆塔结构简单，线路造价相对较低；稳定性较好，可以有效传输大容量电能；可以让电力系统非同步联网，并不需要增加交流系统短路容量；可以将大地视为导体，有效提升输电系统可靠性；分期建设、增容扩建开展较为方便，提升投资效益。
±800kV 以上特高压直流输电技术因其容量大、输入距离长以及损耗低等优点，在我国具有良好的发展前景。
我国特高压直流输电技术已经逐渐走出国门，2019 年，国家电网公司负责建设的巴西美丽山二期特高压直流输电工程已投入运营。
在全球能源互联网背景下，发展特高压直流输电技术对于我国电力事业发展具有重要意义。
而换流阀在直流输电技术应用中占有重要地位，在送电端，换流阀为整流器，利用换流阀可以将交流电整流为直流电，输送能量；在受电端，换流阀为逆变器，可以将直流电逆变为交流电，为后端交流电网提供能量。
在特定情况下，通过改变控制策略，也可以让整流器、逆变器之间角色互换。
二、背景分析我国某 ±800kV 特高压直流输电工程 , 其线路总体长度约为1200km。
该工程的建设对于我国清洁事业发展、产业结构调整以及未来经济可持续发展具有重要意义。
该特高压直流输电工程采用 PCS- 8600 换流阀 , 本文对其换流阀控制系统应用进行分析 , 对类似工程系统的建设具有重要参考价值。
三、特高压直流输电换流阀控制系统结构及原理系统结构PCS-8600 换流阀控制系统结构如图 1 所示 , 主要包含以下三个组成部分。
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1.1;饱和电抗器理
高压直流输电换流阀在高压直流输电过程中保证直流交换，主要包括饱和电抗器、晶闸管和阻尼电容等多元器件，而饱和电抗器是直流输电换流阀的核心部件。从电抗器的构造来看，其构造和变压器的构造有很多相同的地方，主要构造是铁芯和线圈，结构相对简单。其工作特性符合铁磁质磁化曲线和非特性曲线，工作过程中会在电抗器内部形成完整磁通路，主要部件包括C型铁芯、线圈、散热器、端子构成，而鐵芯的主要组成部分是薄硅钢片。图1为电抗器实物及简化示意。
1.2;饱和电抗器的作用及特点
换流阀饱和电抗器在使用过程中，需要和硅碓串联使用，电流应力的大小和晶闸管的相同，主要起保护晶闸管的作用，而且能够限制晶闸管开通时的电流上升率。
换流阀使用饱和电抗器之后，能够提高换流阀的通流能力，加快换流阀的冷却速度，所以在冷却方式上通常采用直接冷却的方式。所以，要进行饱和电抗器的设计，还需要综合换流阀的整体技术路线。
从伏安特性曲线来看，在交流电压有效值保持在特定的范围内，饱和电抗器具有良好的线性控制特性。
2.2;输入输出特性
结合电抗器的工作原理来看，要保证饱和电抗器的正常工作，就需要保证电抗器的电感极限变化保持在特定的范围内，铁磁材料的磁导率是非线性的，所以饱和电抗器电感值的特性也是非线性变化。当铁磁材料的磁导率达到了磁饱和时，电抗器的输入和输出特性开始接近线性。横轴是励磁电流值，纵轴是电抗标幺值和输出工作电流标幺值。一旦励磁电源接入，会使直流绕组励磁电流逐渐增大，电抗器输入、输出特性表示的就是电感器电抗值和输出工作电流的曲线。并且随着电流的逐渐增加，会使电抗器的铁芯逐渐趋于饱和状态。同时，工作绕组的电抗值不断变小，电流逐渐变大。当励磁电超增达到SA之后，输出电流的上升变化不再明显，开始逐渐趋向于稳定，这时电抗器处于深度饱和状态。
在电力系统中要考虑通过合理措施进行滤波，尽可能减少谐波对电力系统产生的影响，所以要合理使用LC滤波进行滤波处理。因此要保证电抗器设计的合理性和使用的科学性，可以采用三角形连接和外延三角形连接等电抗器绕组方式，使其能够从结构和设计上尽量减少自身的谐波分量。此外，要减少谐波的影响，还可以通过合理增大控制电流、增加电抗器饱和程度等方式减少谐波对电力系统的影响。
2; ;饱和电抗器的特性分析
2.1;伏安特性
饱和电抗器在工作中的重要特性就是伏安特性（曲线见图2），特性曲线的横坐标是磁场强度，纵坐标是磁感应强度。其中，交流电流的有效值就是磁场强度，交流电压的有效值用磁感应强度表示，因此，伏安特性曲线也被称作交直流同时磁化曲线。
如图2所示，在保证电流恒定的过程中，在电源电压较低的时候，曲线的趋势首先会随着电流的增长而增长，此时的磁路磁通工作区域是磁激点附近，主要是直流激磁。随着电压的不断升高，曲线的趋势进入了第二阶段，也就是恒流控制区，电抗器在工作过程中的交流工作电流和直流控制电流的关系是安匝关系，其变化受到电压的影响较小。随着电压的不断增大，电抗器逐渐达到了饱和状态。
1.3;饱和电抗器的水压耐受能力分析
正如上文所提，换流阀饱和电抗器采用的冷却方式是直接冷却，所以要保证其具有很好的水压耐受能力。因此，在饱和电抗器水压耐受能力的设计过程中，要充分考虑工程换流阀水路运行的水压压强，保证能够在使用中承受住1.5倍的压力。
较大的水压设计裕度能够在换流阀饱和电抗器的使用过程中，保证其具有很好的耐受特性，满足直流工程的运行要求。当然，在我国的饱和电压器研制过程中，初期的换流阀饱和电抗器的水压耐受特性研究一直是国内研究的重难点，但是随着近些年研究的不断深入，国内的饱和电抗器的水路零部件研发技术不断深入和完善，目前国内的制造水平也得到了不断地提高，其生产已经达到了国际水平。
高压直流换流阀饱和电抗器基本原理研究
作者：艾亮
来源：《科学大众》2019年第11期
摘; ;要：随着高压直流输电系统的不断完善，高压直流换流阀得到了不断的发展，国内的换流阀饱和电抗器发展也逐渐实现了自主研发和国产化。要进行换流阀饱和电抗器的性能研究，就需要结合实际案例分别对饱和电抗器的水压耐受能力、直流损耗以及饱和特性等进行研究，尤其是针对国内换流阀饱和电抗器的发展和应用现状进行探讨。文章将进行高压直流换流阀饱和电抗器基本原理研究，以期能够为自主化换流阀的整体水平提高提供参考。
3; ;仿真实验及分析
针对以上特性分析，进行科学仿真试验，结果显示换流阀在晶闸管开通的时候，和晶闸管关断状态相比较，饱和电抗器铁损的瞬时功率会增大很多，逆变侧饱和电抗器的磁滞回线的主要分布区域是一、三象限。逆变侧饱和电抗器的磁滞回线分布情况说明整流侧的开通消耗较小，而关断消耗更大。如果直流换流阀关断，直流换流阀承受电压跳变的过程中会产生较多的电流脉冲，这也是导致电抗器铁芯产生磁滞回线的重要原因。
2.3;谐波分析
谐波分量是供电质量评价的重要指标，但是在电力系统中要保证系统的正常运行，需要注入高次谐波电流，同时会给电压波形造成很大的影响，甚至会出现电压波形畸变。高次谐波对电力系统的影响很大，会严重影响电力系统的安全性和经济性，所以，要想办法对其进行合理抑制。
工作过程中，饱和电抗器的交流电流主要有奇次谐波和偶次谐波，而且饱和电抗器的工作状态是非线性状态。从交流电流形式来看，最多的是奇次谐波，而偶次谐波仅占到其中一小部分。但是，其中的偶次谐波是饱和电抗器通路必不可少的一部分。正是由于电抗器采用的是铁磁材料，通过实验和数据统计发现，材料本身特性使得其奇次谐波占到了大多数。
关键词：高压直流;换流阀;饱和电抗器;原理
高压直流换流阀在高压直流输电工程中扮演着重要角色，换流阀的制造水平和质量是直流输电系统的重要保障，决定着直流输电系统的安全运行，是国际电力设备发展水平的重要体现。饱和电抗器是换流阀的重要组成部分，承担着同流的作用，在换流阀设备制造中占据了很大一部分。在国际饱和电抗器的技术发展过程中，外商技术一直处于垄断地位，虽然我国的高压直流换流阀设备研究不断深入，但是大多数的饱和电抗器还是采用外商的产品。国内在生产和使用过程中，通过技术引进ABB和西门子等技术，实现了技术合作并且逐渐掌握了（±500）kV/（±800）kV直流输电工程的换流阀及其关键件的设计、制造技术，在研究和开发过程中我国的高压直流工程换流阀饱和电抗器产品也逐渐被投产使用。