电力电子变换和控制技术第二版-陈坚第10章.ppt

1、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STATCOM 10.4 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SMES 10.9 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. 电力电子变换电源。 实现电力变换。 2. 电力电子补偿、控制

2、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）的利用率，减少备用电力设备。,10.1 晶闸管开关型并联电抗补偿控

3、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TCR,10.1.1 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TCR,在t=时开通T1,在t=+时开通T2,在t=时,在t=2时,10.1.2 晶闸管相控并联电抗器TCR （续1）,电流i(t)负半波：,作傅立叶分析,基波有效值,电感L的等效基波电抗为,，

4、i(t)比v落后90，电流为正弦波,电流i(t)正半波：,10.1.2 晶闸管相控并联电抗器TCR （续2）,=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 TSC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TCSC 10.2.2 可关断晶闸管GTO控制的串联电容补偿器GCSC,10.2.1 晶闸管控制的串联电容补偿器TCSC,矢量图

5、,无C，A处无负载时:,将图中的一个1/2Lc改为R，即构成同步振荡阻尼器SSRD,10.2.1 晶闸管控制的串联电容补偿器TCSC（续1）,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。 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）,相控电感l的等效感抗：,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）,在B点T1关断后

6、+i(t)流过电容C，使vc增大；t 时， -i(t)又使vc减小为0； 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。,A点开通T1，B点关断T1，则在AB期间T1通态短接电容C，vc=0 ； C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GCSC,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GCSC,等效基波容抗,/2 时，, =

7、时 ,=180，vc=0，C不起作用；, =/2时 =0， C接入线路，vc为完整的正弦波；,10.2.2 可关断晶闸管GTO控制的串联电容补偿器GCSC, =和 =/2时GCSC的 vc都不会引起谐波电压。 采用N个GCSC串联使用，根据所需的等效补偿容抗值，只控制一个GCSC的 在90180 之间变化，可以减小GCSC所引起的谐波电压。,10.3 PWM开关型并联无功功率发生器 STATCOM,图10.5 (a) (b) (c),当 时，输出超前无功电流 ，从电网吸收滞后无功电流。,三相桥“逆变器”输出三相对称基波电压，令其与电网电压同频同相，输出电流,当 时，输出滞后无功电流 ，可补偿感

8、性负载无功电流；,10.3 PWM开关型并联无功功率发生器 STATCOM（续1）,图10.5 (a) (d),输入有功功率 输出滞后无功功率,从电网输入有功功率P用于补充变流器功耗使VD恒定。,10.3 PWM开关型并联无功功率发生器STATCOM （续2）,1.电压VD闭环控制。 2.无功功率Q闭环控制。 先进的（或高级的）静止型无功功率发生器ASVG（Advanced Static Var Generator）。也被称为静止同步补偿器STATCOM（Static Synchronous Compensator），又称为静止调相器STATCON(Static Condenser)。,图10

9、.5 (a) (e),实时检测iA、iB、iC，分离出ih、iL1Q ，取ih、iL1Q为变流器指令输出电流，控制变流器实际输出电流，使其跟踪指令电流，使电网无谐波电流，甚至没有无功电流。,10.4 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）,非线性负载，或电源vS为非正弦，使重要负载端A、B、C电压有谐波vh。,实时检测A、B、C处的谐波电压，取变流器的指令输出电压，则重要负载R、S、T处无谐波电压。,10.6 PWM开关型串联同步电压补偿器SSSC,若 ，相当于线路上串接了一个容抗K，等效串联电容补偿向电网串联注

10、入无功功率。,2. 若 ，向电网串联注入有功功率,3. 若、大小、相位不变，串入则增加线路电流 改变大小、相位，可调控线路有功、无功功率潮流。,4. 若大小、相位不变，串入可改变负载的电压大小、相位。,10.7 统一潮流控制器UPFC,I经PT1并联在电网上，补偿电流ic；II经PT2，补偿电压V串接在线路上。 I在逆变状态向电网送出有功功率时，II则高频整流从电网吸取有功功率； I在高频整流状态从电网吸取有功功率时， II则逆变向电网送出有功功率。,变流器II输出的串联补偿电压超前为角；超前为+， 串入后，在线路上增加的电流，滞后 , 滞后的相角为,10.7 统一潮流控制器UPFC（续1）,

11、10.7 统一潮流控制器UPFC（续2）,10.7 统一潮流控制器UPFC （续3）,10.7 统一潮流控制器UPFC （续4）, 180, 180,10.8 超导磁体储能系统SMES,组成：1、ACDC双向三相桥四象限变流器；2、二象限DC/DC变换器; 3、超导线圈。 电网负载发电机功率: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）,电力系统任何时刻P0，发电机P 负载P。 储能类型：电池，压缩空气，抽水储能，飞轮惯性储能。 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；

12、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）,（1）三相桥高频整流，从电网输入PAC向DC/DC变换器输出ID，Buck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VEFDVD,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-Boos

13、t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， VEF0 ，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，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