（10-32）

波形如图10-13所示； (2)平波电抗很大，负载直流

无纹波；

(3)可控硅阀K1～K6是理想的，即导通时压降为零，关断后阻抗无穷大。 为简化分析，先忽略三相电源电感

。可控硅阀K1～K6每隔60°电角度轮流触

发导通，导通的次序为K6→K1→K2→K3→K4→K5→K6。可控硅导通时刻由图10-13所

示触发脉冲控制角决定，在整流工作状态下0≤≤。可控硅导通的条件是阀承

受正向电压同时在控制极得到触发脉冲信号。一旦导通后，可控硅只有在电流过零承受反向电压时方能恢复到关断状态。

图10-13 典型的三相桥式整流电路及波形图 图10-13交流侧变压器的输出是以线电压接在上下可控硅之间，中性点不与负载相连，所以可控硅的导通是由线电压决定的。

从波形图中可以看出，在线电压Uab波形的60°处，Uab是各线电压中最大的，K6和K1开始承受正向电压，门极触发脉冲在此之后加入才是有效的。将可控硅承受正向电压起到加触发脉冲使其导通的瞬间所对应的电角度称为控制角α。控制角α不同，输出的直流电压是不同的。直流输电系统正是利用控制角调节输出的直流电压的大小。 随着时间的推移，瞬时值最大的线电压将依次轮换，对应的参与导通电流的可控硅也要轮换。这种从一个可控硅导通变换为另一个可控硅导通的过程称为换相。如K1触发导通后，电流通过K1、负载、K6、相和相电源形成回路。此时的直流输出电压变为ea-eb。以后可控硅按K1、K2(输出电压为ea-ec)，K3、K2(输出电压为eb-ec)，K3、K4(输出电压为eb-ea)，K5、K4(输出电压为ec-ea)??的顺序分六组轮流导通，每组可控硅导通的时间为60°电角度，导通的两个可控硅分别处于不同相的上部和下部桥臂上。每一可控硅连续在2组中导通，其导通时间为120°电角度。每组可控硅导通时，其直流输出电压的波形是相同的。

整流电路直流输出电压的平均值可由任一组可控硅(例如K1、K6)导通时的直流输出电压平均值求得为：

令，可得

（10-33）

整流状态下控制角α的变化范围为0°~90°。 2. 逆变工作状态

当控制角的变化范围为90°~180°时，Vd<0,而Id只能单向流通，即Id>0，直流侧吸收功率，传给交流侧。换流器工作在逆变状态，将直流变成交流。

第四节 灵活交流输电系统

随着社会经济的发展，电力系统电网结构和电力负荷越来越复杂、系统日趋庞大，有最终形成统一大电网的趋势。传统交流输电系统在快速发展的同时也产生了一些新的问题主要有：

电力系统局部故障如果处理不当，则会造成事故扩大，甚至危及整个系统 由于稳定性问题而使线路得不到充分利用

短路电流随系统容量增大，断路器在断流容量和动热稳定性方面可能满足不了要求 电力系统结构越来越复杂，调控手段缺乏，安全运行管理难度大

在这种形势下，如何根据运行的要求，快速地对电力系统中影响输送功率和电网稳定的电压、阻抗、功角等电量进行调节显得尤为重要。以交流输电系统为例，为控制电压波动和系统无功潮流而采用并联补偿装置；为控制线路在正常运行时所传输的功率，或增加线路传输功率到热稳定极限值，或改善系统稳定性，常在线路中串入可调电容等。但传统的补偿装置是利用机械投切或分接头转换的方式进行参数变换的，不能适应现代电力系统的要求。

灵活交流输电系统FACTS（Flexible AC Transmission System）是美国电力科学研究院的N.G.Hingorani 博士于上世纪80年代后期提出的，是以大功率可控硅部件组成的电子开关代替现有的机械开关，灵活自如地调节电网电压、功角和线路参数。使电力系统变得更加灵活、可控、安全可靠。从而能在不改变现有电网结构的情况下提高系统的输送能力，增加其稳定性。 FACTS控制设备接入电力系统的方式有：

并联 静止无功补偿器SVC（Staic Var Compensator）

静止同步调相器STATCOM（Static Synchronous Compensator） 串联 可控串联补偿器TCSC（Thyristor Controlled Series Capacitor） 串并联 统一潮流控制器UPFC（Unified Power Flow Controller） 其实在上册讲无功补偿与电压调节时，已经讲过包括SVC和串补的一些内容，在此不作详细讨论。

本章小结

本章介绍超高压交流和直流远距离输电系统有关内容。在超高压交流输电线路中，由于电容效应，未端电压随线路所传输的功率而变化。在轻载和空载运行方式下，末端电压比首端高（即工频过电压）。应用并联电抗器可限制长线工频过电压，并联电抗器配合中性点小电抗也是抑制单相接地故障潜供电流的有效措施。

直流输电系统中，换流装置将超高压交流变换成直流后将电能传输至远方负荷，逆变装置再将超高压直流逆变成交流，经降压后提供给用户。在直流系统中，可通过整流器的触发角α和逆变器的逆变角β来实现对直流电压、电流和有功的快速控制。

将现代电力电子技术应用于超高压交流输电系统中，对电压、功角、线路阻抗等参数进行调节和补偿，满足系统潮流快速控制的要求，从而大大提高系统运行的效率和稳定性。灵活交流控制器分并联和串联两种形式，前者的主要功能是调节无功和电压，后者则用于有功功率的控制。统一潮流控制器将串联和并联补偿相结合，协调控制，是一种重要的灵活交流控制器。

第十一章 电力系统内部过电压

要求、重点及难点

要求：

了解过电压的含义及分类、掌握产生各种内部过电压的根本原因、物理过程及其影响因素和限制措施。

重点：

几种操作过电压的形成过程；铁磁谐振过电压的基本性质。

难点：

间歇性电弧过电压的分析。

第一节 概述

一、过电压

所谓的过电压就是超过电网最高运行电压而对绝缘有危害的电压。

电力系统中的大部分故障（如上册学过的单相

接地故障）都属于绝缘故障。绝缘出现故障不外乎两方面的原因：一是绝缘本身的绝缘强度下降，另一原因就是作用在绝缘上的电压因某种原因升高。而电气设备的绝缘强度是有限的，所以必须采取措施将可能出现的过电压限制在一个合理的范围。因此必须了解过电压产生的机理，传播或发展的规律，以及影响因素和限制措施。

二、过电压的分类

按照形成过电压的能量来源可以将过电压分成两大类：雷云中大量雷电荷倾注于电力系统而形成的雷电过电压和由于电力系统内部能量的转化或传递引起的内部过电压。对于内部过电压而言，因操作或故障引起的暂态电压升高，称为操作过电压。因系统的电感、电容参数配合不当，出现的各种持续时间很长的谐振现象及其电压升高，称为谐振过电压。电力系统中在正常或故障时还可能出现幅值超过最大工作相电压、频率为工频或接近工频的电压升高。这种电压升高统称为工频电压升高，或称为工频过电压。

操作过电压存在的时间远比谐振过电压和工频过电压存在的时间短，是暂态性质的；而对谐振过电压和工频过电压来说，如不采取措施，将会长期存在，是稳态性质的。在实际运行中为确保电网的安全运行，要采取措施避免谐振过电压和工频过电压的长期存在，即只允许其暂时存在，因此人们又把这两种过电压列入暂时过电压的类别。据此可把内部过电压分为暂态性质的操作过电压和稳态性质的暂时过电压两大类。本章主要介绍操作过电压和谐振过电压。

第二节 操作过电压

内部过电压是电力系统内部能量的转化或传递引起的。实际上就是电容与电感之间的能量交换或传递。电感和电容均为储能元件，可在电力系统中组成各种振荡回路。电力系统中的电感元件包括电力变压器、互感器、发电机、消弧线圈、电抗器、线路导线的电感等；而线路导线的对地自部分电容和相间互部分电容、补偿用的并联或串联电容器组、高压设备的杂散电容等均可作为电容元件。

当进行操作或发生故障时，将会发生回路从一种工作状态通过振荡转变到另一种工作状态的过渡过程，出现操作过电压，操作过电压存在的时间一般为几毫秒到几十毫秒。

一、空载变压器的分闸过电压

电网中用断路器开断空载变压器（以下简称切空变）是一种常规操作方式。此时断路器切断的式变压器的励磁电流。我们知道断路器应当能切断变压器的短路电流，而励磁电流仅为短路电流的几百分之一到几万分之一，因此在切断励磁电流时，常常不是在电流过零时熄弧，而是因断路器灭弧能力太强使电弧电流被迫很快下降到零，造成

于是在变压器励磁电感L上将感应出过电压

即过电压有可能达到很高的数值。

当然，在实际电路中diL/dt是不会达到无穷大的。这是因为变压器绕组除励磁电感LB外，还有电容CB（参看图11-1）。断路器截断电流后，电感中的电流可以以电容为回路继续流通，对电容进行充电，将电感中的磁能转化为电容中的电能。参看图11-2，如果截流发生在某一瞬时值I0时，电容上的电压为U0，此时变压器的总储能W为

（11-1）按

能量不灭定律，当磁能全部转化为静电电能时，电容上的电压将达其最大值UBm，即