高壓直流(HVDC)輸電是為減少輸配電損耗而實施的解決方案之一。為什麼HVDC比常規交流輸電更高效呢？HVDC輸電線路的損耗比相同電壓的AC線路少30-50%。當電壓和電流變得異相時，HVDC可以提高功率因數。因為DC沒有與其相關的頻率，因此它不受集膚效應的影響，可以降低通過線路傳輸的總功率。當電流密度集中在表麵或“外膚位置”時，會發生集膚效應，並且當其朝導體中心移動時會漸漸稀疏。沿表麵的電流密度越高，AC的有效電阻也就越高。HVDC還提高了網絡的可靠性。某些類型的HVDC站可以幫助穩定異步網絡。

 

那麼這麼大量的電力如何從全國範圍內傳輸到你家呢？電力首先從源開始，被傳輸到換流站
，在整流為DC電壓前，AC在這裏被升級至所需電壓。然後

，電力可以作為HVDC通過遠距離轉移到另一個換流站，在那裏被重新轉換為AC，某些類型的換流站具有控製有功和無功功率的增值效益。然後變壓器將AC電力提高到所需的電壓，以根據需要將電壓傳輸和配送到家庭和/或工廠。圖1展示了這一完整過程。

 

圖1：傳輸過程（輸電線路圖片由美國杜克公司提供）

 

最常見的換流站類型是電網換相換流器（LCC）和電壓源換流器（VSC）。

 

 

目前運行的大多數HVDC係統采用LCC拓撲。LCC的效率稍高於VSC，能夠傳輸更大數量的電力。其典型電壓電平為450kV或500kV；然而，中國有幾條800kV的線路。由於采用脈寬調製（PWM）技術，LCC不會像VSC那樣出現開關損耗。LCC使用晶閘管作為開關裝置。多個晶閘管串聯成三相整流器的單支線路，即構成了所謂的“閥”。

 

由於晶閘管隻能接通
，不能斷開
，因此交流電壓會使晶閘管發生反向偏置並停止傳導。因此，LCC中的晶閘管的偏置取決於電網AC側用於換流的功率。在晶閘管正向偏置後導通時的延時決定了相位角延遲（觸發角）。晶閘管的相位角延遲實現了交流波的相位角控製。

 

LCC有兩種典型的架構：6脈衝橋和12脈衝橋。圖2所示為6脈衝橋
，其使用六個晶閘管閥：每個相位使用兩個閥來傳導正負電壓波形。LCC的諧波響應能力非常差。為了彌補這一點，通過將兩個6脈衝橋串聯形成12脈衝橋則可以改善諧波。

 

圖2：LCC配置（圖片由EE web提供）

 

通(tong)過(guo)分(fen)析(xi)信(xin)號(hao)

，可(ke)以(yi)控(kong)製(zhi)進(jin)出(chu)換(huan)流(liu)器(qi)的(de)波(bo)形(xing)。適(shi)當(dang)地(di)分(fen)析(xi)信(xin)號(hao)能(neng)夠(gou)讓(rang)係(xi)統(tong)知(zhi)道(dao)電(dian)壓(ya)和(he)電(dian)流(liu)電(dian)平(ping)以(yi)及(ji)功(gong)率(lv)因(yin)數(shu)，並(bing)且(qie)有(you)助(zhu)於(yu)確(que)定(ding)線(xian)路(lu)上(shang)是(shi)否(fou)存(cun)在(zai)任(ren)何(he)故(gu)障(zhang)。保(bao)護(hu)繼電器或智能電子設備(IED)分析信號。請參見圖3。

 

圖3：信號解釋

 

TI有幾個介紹信號分析方法的設計指南。使用Delta-Sigma芯片診斷來測量保護繼電器中AC電壓和電流的參考設計討論了如何通過使用電流互感器、分(fen)壓(ya)器(qi)或(huo)羅(luo)戈(ge)夫(fu)斯(si)基(ji)線(xian)圈(quan)來(lai)采(cai)集(ji)輸(shu)出(chu)信(xin)號(hao)。然(ran)後(hou)，該(gai)信(xin)號(hao)由(you)隔(ge)離(li)和(he)非(fei)隔(ge)離(li)運(yun)算(suan)放(fang)大(da)器(qi)進(jin)行(xing)調(tiao)節(jie)

，以(yi)增(zeng)加(jia)振(zhen)幅(fu)，抑(yi)製(zhi)任(ren)何(he)共(gong)模(mo)電(dian)壓(ya)和(he)噪(zao)聲(sheng)。隨(sui)即(ji)由(you)ADC分析經調節的信號。從ADC獲得的數字化信息被傳遞到MCU進行解釋。根據波形確定的信息反饋到換流器的控製裝置
，從而將對不斷變化的相位和電壓電平進行調整以保持穩定性。