电力电子-陈坚_第10章

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1、电力电子学电力电子变换和控制技术（第二版）第 10 章电力电子开关型电力补偿、 控制器10 电力电子开关型电力补偿、控制器10.0 概述10.1 晶闸管开关型并联电抗补偿控制器10.2 晶闸管开关型串联电抗补偿器10.3 PWM开关型并联无功功率发生器STATCOM10.4 谐波电流补偿器HCC（或并联型电力有源滤波器PAPF）10.5 谐波电压补偿器HVC（或串联型电力有源滤波器SAPF）10.6 PWM开关型串联同步电压补偿器SSSC*10.7 统一潮流控制器UPFC*10.8 超导磁体储能系统SMES10.9 小结10.0 概述电力半导体开关器件所构成的电力电子开关电路有两类 应用： 1

2、. 电力电子变换电源。实现电力变换。 2. 电力电子补偿、控制器。 输出可控的电压串联在线路上，补偿控制线路电压。 输出可控的电流并联在电网上，补偿控制线路电流。 串联在线路上补偿控制线路等效阻抗。 并联在电网上补偿控制电网等效负载阻抗。10.0 概述（续）分类：按电力补偿控制器中所用开关器件及其控制方式的不同， 可以分为： 晶闸管相控型电力补偿控制器。全控开关器件高频PWM补偿控制器。 优点：使电力系统的有功、无功功率潮流优化，平衡电力系统的 有功、无功功率，抑制功率振荡，可以改善电力系统的供 电质量和运行特性，可以提高运行的经济性和可靠性，提 高电力设备（发电机、变压器、输配电线路）的利用

3、率， 减少备用电力设备。10.1 晶闸管开关型并联电抗补偿控制器10.1.1 晶闸管投、切并联电容器TSC（Thyristor Switched Capacitors)10.1.2 晶闸管相控并联电抗器TCR10.1.1 晶闸管投、切并联电容器TSC图10.1 晶闸管投切电容器TSC投、切并联电容：减少线路及发电机、变压器无功功率， 提高其有功功率极限，减少P，补偿感性负载压降。缺点：只能电压过零投、切，不能相控。10.1.2 晶闸管相控并联电抗器TCRq 在t=时开通T1q在t=+时开通T2q在t=时q在t=2时10.1.2 晶闸管相控并联电抗器TCR （续1）q电流i(t)负半波：q作傅立

4、叶分析,基波有效值 q电感L的等效基波电抗为，i(t)比v落后90，电流为正弦波q电流i(t)正半波：10.1.2 晶闸管相控并联电抗器TCR （续2）q=90时i(t)为完整的正弦波：=t从90再提前发触发脉冲时，由于i(t)还是负值，T2仍 在导通不能开通T1，待到t= 90时，iT2=0才能开通T1， 所以波形与=90相同；调控范围90180 qTSC与TCR联合工作，可连续改变等效并联电抗的大小和 性质，使无功电流的补偿恰如其分。10.2 晶闸管开关型串联电抗补偿器10.2.1 晶闸管控制的串联电容补偿器TCSC10.2.2 可关断晶闸管GTO控制的串联电容补偿器GCSC10.2.1

5、晶闸管控制的串联电容补偿器TCSC矢量图 q 无C，A处无负载时:q 将图中的一个1/2Lc改为R，即构成同步振荡阻尼器SSRD10.2.1 晶闸管控制的串联电容补偿器TCSC（续1）q 为确保发电机扰动状态运行稳定性，不宜过大。XL很大 时，P传输功率受限，远小于导线发热所允许的功率极限值，在线路中串入电容，可减小等效线路电抗，提高传输 功率。q 固定C，相控电抗XL，构成TSCS（Thyristor Controlled Series Capacitor)矢量图 10.2.1 晶闸管控制的串联电容补偿器TCSC（续2）q 相控电感l的等效感抗：传输功率q=180时 ，AB两点等效容抗q=9

6、0时 ，AB两点等效容抗q串联等效电容C容抗：10.2.1 晶闸管控制的串联电容补偿器TCSC（续3）q在B点T1关断后+i(t)流过电容C，使vc增大；t 时， -i(t) 又使vc减小为0；q在D点T2关断后-i(t)流过电容C，使负vc增大，t 2时， +i(t)又使负vc减小为0。 qA点开通T1，B点关断T1，则在AB期间T1通态短接电容C， vc=0 ；qC点开通T2，D点关断T2，则在CD期间T2通态短接电容C， vc=0 。10.2.2 可关断晶闸管GTO控制的串联电容补偿器GCSCq 若为 T1的关断控制角则等效基波电容容抗对vc(t)作傅立叶分析，可得vc(t)基波电压有效

7、值在BC期间，在DE期间，10.2.2 可关断晶闸管GTO控制的串联电容补偿器GCSCq 等效基波容抗q/2 发电机功率:变流器逆变向电网输出交流功率PAC， 超导线圈磁能经DC/DC输出PDC，再经逆变器向电网输出PAC 。10.8 超导磁体储能系统SMES（续1）q 电力系统任何时刻P0，发电机P 负载P。q 储能类型：电池，压缩空气，抽水储能，飞轮惯性储能。 q 优点：储能损耗小；存取效率高；响应快；控制灵活；建造 不受地点限制；运行维护简单；投资不断下降，经济效益高 。10.8 超导磁体储能系统SMES （续2）q （1）三相桥高频整流，从电网输入PAC向DC/DC变换器输出ID，Bu

8、ck型 变换器降压，在整个开关周期中T8都导通，在开关周期TS的Ton=DTs期 间，T7、T8同时通态；vEFVD，在Toff=(1-D)Ts期间， T7断态， T8仍导 通，Isc经T8、D7续流， vEF0，平均值VEFDVDq起导线圈输入功率T7导电占空比DTon/Ts=PAC+ / VDISC，检测 、 ，按指令要求 的 确定D，即可使（2）三相桥工作在逆变状态向电网输出PAC，DC/DC变换器从超导线圈获 得直流功率，DC/DC-Boost变换，升压后输出电压VD，iD、ID反向，在整个开 关周期TS中T7都断态，在Ton=DTs 期间令T8导通，ISC经T8、D7续流， VEF

9、0 ，在Toff=(1-D)Ts 期间T7、 T8都处于断态， ISC经 D8 、D7反送回 直流母线， VEF VD， VEF的直流平均电压10.8 超导磁体储能系统SMES （续3）按指令要求的PAC及检测到的VD、 ISC即可确定根据交流电网发电机和负载的功率不平衡情况，得到三相桥变换器输入交流功率的指令值P*AC+ 、Q*AC+ ，或输出的交流功率指令值P*AC - 、Q*AC - ，再根据实测的VD及ISC即可确定DC/DC变换器的工况及占空比 D 或 D 。而按 P*AC 、Q*AC及交流电网电压 值即可确定三相桥变换器的指令电压 ，再由 的大小、相位确定开关管的SPWM控制信号，

10、并使三相变换器交流侧电压 与电源电压 之差产生电流 ，使 。10.8 超导磁体储能系统SMES （续4）10.9 小结利用电力半导体开关器件可以调控电感、电容、 电阻的数值，利用电力电子开关组成的开关型电力 变换电路可以构成各种类型的电压、电流补偿器和 控制器。这些电力补偿器和控制器可以改变电网等效负载 的感抗、容抗和电压、电流，可以补偿谐波电流和 谐波电压，可以调控电网负载的基波电压的大小和 相位，可以补偿线路电抗，可以改变输电线路的有 功和无功功率，并对电力系统的功率平衡进行快速 、灵活、有效的调节和控制。（1）灵活控制电力系统有功功率和无功功率潮流，使 电力系统、电网中的潮流分布最优化，

11、减少损耗， 提高运行经济性。 （2）线路传输的功率有可能增大至接近导线的热极限 （比以往由电力系统稳定要求所限制的功率极限值 提高50100%），最充分地利用输电线的传输能 力，又能确保电力系统的运行稳定性。 （3）减少备用发电机组的容量。 （4）补偿无功功率，减少功率损耗，提高发、配电设 备利用率。 （5）提高电力系统运行的稳定性和供电可靠性。 （6）消除非线性负载的谐波和无功冲击对电力系统的 污染和危害。10.9 小结（续1）10.9 小结（续2）引入了大功率半导体开关型电力变换器、补偿器 、控制器以后，原有电力系统的结构将发生重大变 化。无论是发电、输配电和电力应用都将获得更好 的技术经济效益、更高的安全可靠性、更灵活有效 的控制特性和更优良的供电质量。随着现代电力电子技术的不断发展和电力电子技 术在电力系统领域中的广泛应用，传统的电力系统 将成为一个运行更加安全、可靠、经济、控制灵活 的柔性电力系统，传统的电力技术将发生革命性的 变革。