探索高压输电中的电网换相换流器
据美国能源信息管理局统计，2014年美国能源的平均零售价格为10.44美分/千瓦时，预计输配电损耗为5%。这一损耗值似乎很低，但是你必须考虑到美国的总净发电功率是4.1万亿兆瓦时。在这种情况下，5%的损耗意味着超过2000亿千瓦时和210亿美元的损失，因此努力改善电力传输方式成为了我们的优先事项。
高压直流（hvdc）输电是为减少输配电损耗而实施的解决方案之一。为什么hvdc比常规交流输电更高效呢？hvdc输电线路的损耗比相同电压的ac线路少30-50%。当电压和电流变得异相时，hvdc可以提高功率因数。因为dc没有与其相关的频率，所以它不受集肤效应的影响，可以降低通过线路传输的总功率。当电流密度集中在表面或“外肤位置”时，会发生集肤效应，并且当其朝导体中心移动时会渐渐稀疏。沿表面的电流密度越高，ac的有效电阻也就越高。hvdc还提高了网络的可靠性。某些类型的hvdc站可以帮助稳定异步网络。
那么这么大量的电力如何从全国范围内传输到你家呢？电力首先从源开始，被传输到换流站，在整流为dc电压前，ac在这里被升级至所需电压。然后，电力可以作为hvdc通过远距离转移到另一个换流站，在那里被重新转换为ac，某些类型的换流站具有控制有功和无功功率的增值效益。然后变压器将ac电力提高到所需的电压，以根据需要将电压传输和配送到家庭和/或工厂。图1展示了这一完整过程。
最常见的换流站类型是电网换相换流器（lcc）和电压源换流器（vsc）。
电网换相换流器
目前运行的大多数hvdc系统采用lcc拓扑。lcc的效率稍高于vsc，能够传输更大数量的电力。其典型电压电平为450kv或500kv；然而，中国有几条800kv的线路。由于采用脉宽调制（pwm）技术，lcc不会像vsc那样出现开关损耗。lcc使用晶闸管作为开关装置。多个晶闸管串联成三相整流器的单支线路，即构成了所谓的“阀”。
由于晶闸管只能接通，不能断开，所以交流电压会使晶闸管发生反向偏置并停止传导。因此，lcc中的晶闸管取决于电网ac侧用于换流的功率。在晶闸管正向偏置后导通时的延时决定了相位角延迟（触发角）。晶闸管的相位角延迟实现了交流波的相位角控制。
lcc有两种典型的架构：6脉冲桥和12脉冲桥。图2所示为6脉冲桥，其使用六个晶闸管阀：每个相位使用两个阀来传导正负电压波形。lcc的谐波响应能力非常差。为了弥补这一点，通过将两个6脉冲桥串联形成12脉冲桥则可以改善谐波。
图2：lcc配置（图片由ee web提供）
通过分析信号，可以控制进出换流器的波形。适当地分析信号能够让系统知道电压和电流电平以及功率因数，并且有助于确定线路上是否存在任何故障。保护继电器或智能电子设备（ied）可以分析信号。请参见图3。
图3：信号解释
ti有几个介绍信号分析方法的设计指南。使用delta-sigma芯片诊断来测量保护继电器中ac电压和电流的参考设计讨论了如何通过使用电流互感器、分压器或罗戈夫斯基线圈来采集输出信号。然后，该信号由隔离和非隔离运算放大器进行调节，以增加振幅，抑制任何共模电压和噪声。然后由adc分析经调节的信号。从adc获得的数字化信息被传递到mcu进行解释。根据波形确定的信息反馈到换流器的控制装置，从而将对不断变化的相位和电压电平进行调整以保持稳定性。
本文章系列的第二部分将讨论vsc及其优势，并将其与lcc进行比较。
请继续关注本两部分博客系列的第二部分，其中将讨论电压源换流器(vsc)。
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图2：lcc配置（图片由ee web提供）
通过分析信号，可以控制进出换流器的波形。适当地分析信号能够让系统知道电压和电流电平以及功率因数，并且有助于确定线路上是否存在任何故障。保护继电器或智能电子设备（ied）可以分析信号。请参见图3。
图3：信号解释
ti有几个介绍信号分析方法的设计指南。使用delta-sigma芯片诊断来测量保护继电器中ac电压和电流的参考设计讨论了如何通过使用电流互感器、分压器或罗戈夫斯基线圈来采集输出信号。然后，该信号由隔离和非隔离运算放大器进行调节，以增加振幅，抑制任何共模电压和噪声。然后由adc分析经调节的信号。从adc获得的数字化信息被传递到mcu进行解释。根据波形确定的信息反馈到换流器的控制装置，从而将对不断变化的相位和电压电平进行调整以保持稳定性。
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