電力電子第十章

電力電子第十章第一頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日10電力電子開(kāi)關(guān)型電力補(bǔ)償、控制器10.0概述10.1晶閘管開(kāi)關(guān)型并聯(lián)電抗補(bǔ)償控制器10.2晶閘管開(kāi)關(guān)型串聯(lián)電抗補(bǔ)償器10.3PWM開(kāi)關(guān)型并聯(lián)無(wú)功功率發(fā)生器STATCOM10.4諧波電流補(bǔ)償器HCC（或并聯(lián)型電力有源濾波器PAPF）10.5諧波電壓補(bǔ)償器HVC（或串聯(lián)型電力有源濾波器SAPF）10.6PWM開(kāi)關(guān)型串聯(lián)同步電壓補(bǔ)償器SSSC*10.7統(tǒng)一潮流控制器UPFC*10.8超導(dǎo)磁體儲(chǔ)能系統(tǒng)SMES10.9小結(jié)第二頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日10.0概述 電力半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件所構(gòu)成的電力電子開(kāi)關(guān)電路有兩類應(yīng)用：1.電力電子變換電源。 實(shí)現(xiàn)電力變換。

2.電力電子補(bǔ)償、控制器。 輸出可控的電壓串聯(lián)在線路上，補(bǔ)償控制線路電壓。 輸出可控的電流并聯(lián)在電網(wǎng)上，補(bǔ)償控制線路電流。 串聯(lián)在線路上補(bǔ)償控制線路等效阻抗。 并聯(lián)在電網(wǎng)上補(bǔ)償控制電網(wǎng)等效負(fù)載阻抗。第三頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日10.0概述（續(xù)）分類：按電力補(bǔ)償控制器中所用開(kāi)關(guān)器件及其控制方式的不同，可以分為： 晶閘管相控型電力補(bǔ)償控制器。全控開(kāi)關(guān)器件高頻PWM補(bǔ)償控制器。

優(yōu)點(diǎn)：

使電力系統(tǒng)的有功、無(wú)功功率潮流優(yōu)化，平衡電力系統(tǒng)的有功、無(wú)功功率，抑制功率振蕩，可以改善電力系統(tǒng)的供電質(zhì)量和運(yùn)行特性，可以提高運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和可靠性，提高電力設(shè)備（發(fā)電機(jī)、變壓器、輸配電線路）的利用率，減少備用電力設(shè)備。第四頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日10.1晶閘管開(kāi)關(guān)型并聯(lián)電抗補(bǔ)償控制器10.1.1晶閘管投、切并聯(lián)電容器TSC（ThyristorSwitchedCapacitors)10.1.2晶閘管相控并聯(lián)電抗器TCR第五頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日10.1.1晶閘管投、切并聯(lián)電容器TSC圖10.1晶閘管投切電容器TSC投、切并聯(lián)電容：減少線路及發(fā)電機(jī)、變壓器無(wú)功功率，提高其有功功率極限，減少ΔP，補(bǔ)償感性負(fù)載壓降。缺點(diǎn)：只能電壓過(guò)零投、切，不能相控。第六頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日10.1.2晶閘管相控并聯(lián)電抗器TCR在ωt=α?xí)r開(kāi)通T1在ωt=π+α?xí)r開(kāi)通T2在ωt=π時(shí)在ωt=2π時(shí)第七頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日10.1.2晶閘管相控并聯(lián)電抗器TCR（續(xù)1）電流i(t)負(fù)半波：作傅立葉分析,基波有效值

電感L的等效基波電抗為，i(t)比v落后90，電流為正弦波電流i(t)正半波：第八頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日10.1.2晶閘管相控并聯(lián)電抗器TCR（續(xù)2）α=90°時(shí)i(t)為完整的正弦波：α=ωt從90°再提前發(fā)觸發(fā)脈沖時(shí)，由于i(t)還是負(fù)值，T2仍在導(dǎo)通不能開(kāi)通T1，待到ωt=

90°時(shí)，iT2=0才能開(kāi)通T1，所以波形與α=90°相同；α調(diào)控范圍90°~180°

TSC與TCR聯(lián)合工作，可連續(xù)改變等效并聯(lián)電抗的大小和性質(zhì)，使無(wú)功電流的補(bǔ)償恰如其分。第九頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日10.2晶閘管開(kāi)關(guān)型串聯(lián)電抗補(bǔ)償器10.2.1晶閘管控制的串聯(lián)電容補(bǔ)償器TCSC10.2.2可關(guān)斷晶閘管GTO控制的串聯(lián)電容補(bǔ)償器GCSC第十頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日10.2.1晶閘管控制的串聯(lián)電容補(bǔ)償器TCSC矢量圖

無(wú)C，A處無(wú)負(fù)載時(shí):將圖中的一個(gè)1/2Lc改為R，即構(gòu)成同步振蕩阻尼器SSRD第十一頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日10.2.1晶閘管控制的串聯(lián)電容補(bǔ)償器TCSC（續(xù)1）為確保發(fā)電機(jī)擾動(dòng)狀態(tài)運(yùn)行穩(wěn)定性，δ不宜過(guò)大。XL很大時(shí)，P傳輸功率受限，遠(yuǎn)小于導(dǎo)線發(fā)熱所允許的功率極限值，在線路中串入電容，可減小等效線路電抗，提高傳輸功率。固定C，相控電抗XL，構(gòu)成TSCS（ThyristorControlledSeriesCapacitor)矢量圖

第十二頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日10.2.1晶閘管控制的串聯(lián)電容補(bǔ)償器TCSC（續(xù)2）相控電感l(wèi)的等效感抗：傳輸功率α=180°時(shí)，AB兩點(diǎn)等效容抗α=90°時(shí)，AB兩點(diǎn)等效容抗串聯(lián)等效電容C容抗：第十三頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日10.2.1晶閘管控制的串聯(lián)電容補(bǔ)償器TCSC（續(xù)3）在B點(diǎn)T1關(guān)斷后+i(t)流過(guò)電容C，使vc增大；ωt>π時(shí)，-i(t)又使vc減小為0；在D點(diǎn)T2關(guān)斷后-i(t)流過(guò)電容C，使負(fù)vc增大，ωt>2π時(shí)，+i(t)又使負(fù)vc減小為0。

A點(diǎn)開(kāi)通T1，B點(diǎn)關(guān)斷T1，則在AB期間T1通態(tài)短接電容C，vc=0；C點(diǎn)開(kāi)通T2，D點(diǎn)關(guān)斷T2，則在CD期間T2通態(tài)短接電容C，vc=0

。第十四頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日10.2.2可關(guān)斷晶閘管GTO控制的串聯(lián)電容補(bǔ)償器GCSC若α為T1的關(guān)斷控制角則等效基波電容容抗對(duì)vc(t)作傅立葉分析，可得vc(t)基波電壓有效值在BC期間，在DE期間，第十五頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日10.2.2可關(guān)斷晶閘管GTO控制的串聯(lián)電容補(bǔ)償器GCSC等效基波容抗π/2

<

<

π時(shí)，=π時(shí),θ=180°，vc=0，C不起作用；=π/2時(shí)θ=0°，C接入線路，vc為完整的正弦波；第十六頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日10.2.2可關(guān)斷晶閘管GTO控制的串聯(lián)電容補(bǔ)償器GCSC=π和=π/2時(shí)GCSC的vc都不會(huì)引起諧波電壓。

采用N個(gè)GCSC串聯(lián)使用，根據(jù)所需的等效補(bǔ)償容抗值，只控制一個(gè)GCSC的α在90°~180之間變化，可以減小GCSC所引起的諧波電壓。

第十七頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日10.3PWM開(kāi)關(guān)型并聯(lián)無(wú)功功率發(fā)生器STATCOM

圖10.5(a)(b)(c)當(dāng)時(shí)，輸出超前無(wú)功電流，從電網(wǎng)吸收滯后無(wú)功電流。三相橋“逆變器”輸出三相對(duì)稱基波電壓，令其與電網(wǎng)電壓同頻同相，輸出電流當(dāng)時(shí)，輸出滯后無(wú)功電流，可補(bǔ)償感性負(fù)載無(wú)功電流；第十八頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日10.3PWM開(kāi)關(guān)型并聯(lián)無(wú)功功率發(fā)生器STATCOM（續(xù)1）圖10.5(a)(d)輸入有功功率輸出滯后無(wú)功功率從電網(wǎng)輸入有功功率P用于補(bǔ)充變流器功耗使VD恒定。第十九頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日10.3PWM開(kāi)關(guān)型并聯(lián)無(wú)功功率發(fā)生器STATCOM（續(xù)2）1.電壓VD閉環(huán)控制。2.無(wú)功功率Q閉環(huán)控制。

先進(jìn)的（或高級(jí)的）靜止型無(wú)功功率發(fā)生器ASVG（AdvancedStaticVarGenerator）。也被稱為靜止同步補(bǔ)償器STATCOM（StaticSynchronousCompensator），又稱為靜止調(diào)相器STATCON(StaticCondenser)。圖10.5(a)(e)第二十頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日

實(shí)時(shí)檢測(cè)iA、iB、iC，分離出ih、iL1Q，取ih、iL1Q為變流器指令輸出電流，控制變流器實(shí)際輸出電流，使其跟蹤指令電流，使電網(wǎng)無(wú)諧波電流，甚至沒(méi)有無(wú)功電流。

10.4諧波電流補(bǔ)償器HCC（或并聯(lián)型電力有源濾波器PAPF）第二十一頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日10.5諧波電壓補(bǔ)償器HVC（或串聯(lián)型電力有源濾波器SAPF）非線性負(fù)載，或電源vS為非正弦，使重要負(fù)載端A、B、C電壓有諧波vh。實(shí)時(shí)檢測(cè)A、B、C處的諧波電壓，取變流器的指令輸出電壓，則重要負(fù)載R、S、T處無(wú)諧波電壓。第二十二頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日10.6PWM開(kāi)關(guān)型串聯(lián)同步電壓補(bǔ)償器SSSC若，相當(dāng)于線路上串接了一個(gè)容抗K，等效串聯(lián)電容補(bǔ)償向電網(wǎng)串聯(lián)注入無(wú)功功率。2.若，向電網(wǎng)串聯(lián)注入有功功率3.若、大小、相位不變，串入則增加線路電流改變大小、相位，可調(diào)控線路有功、無(wú)功功率潮流。4.若大小、相位不變，串入可改變負(fù)載的電壓大小、相位。第二十三頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日10.7統(tǒng)一潮流控制器UPFCI經(jīng)PT1并聯(lián)在電網(wǎng)上，補(bǔ)償電流ic；II經(jīng)PT2，補(bǔ)償電壓ΔV串接在線路上。I在逆變狀態(tài)向電網(wǎng)送出有功功率時(shí)，II則高頻整流從電網(wǎng)吸取有功功率；I在高頻整流狀態(tài)從電網(wǎng)吸取有功功率時(shí)，II則逆變向電網(wǎng)送出有功功率。第二十四頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日變流器II輸出的串聯(lián)補(bǔ)償電壓超前為α角；超前為δ+α，串入后，在線路上增加的電流，滯后,滯后的相角為10.7統(tǒng)一潮流控制器UPFC（續(xù)1）第二十五頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日10.7統(tǒng)一潮流控制器UPFC（續(xù)2）第二十六頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日10.7統(tǒng)一潮流控制器UPFC（續(xù)3）第二十七頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日10.7統(tǒng)一潮流控制器UPFC（續(xù)4）

＝180°

<180°第二十八頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日10.8超導(dǎo)磁體儲(chǔ)能系統(tǒng)SMES組成：1、AC－DC雙向三相橋四象限變流器；2、二象限D(zhuǎn)C/DC變換器;3、超導(dǎo)線圈。電網(wǎng)負(fù)載<發(fā)電機(jī)功率:變流器高頻整流吸收電網(wǎng)交流功率PAC,輸出PDC，經(jīng)DC/DC給超導(dǎo)線圈供電：isc增大，存儲(chǔ)磁能增加。電網(wǎng)負(fù)載>發(fā)電機(jī)功率:變流器逆變向電網(wǎng)輸出交流功率PAC，超導(dǎo)線圈磁能經(jīng)DC/DC輸出PDC，再經(jīng)逆變器向電網(wǎng)輸出PAC。第二十九頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日10.8超導(dǎo)磁體儲(chǔ)能系統(tǒng)SMES（續(xù)1）電力系統(tǒng)任何時(shí)刻P＝0，發(fā)電機(jī)P＝負(fù)載P。儲(chǔ)能類型：電池，壓縮空氣，抽水儲(chǔ)能，飛輪慣性儲(chǔ)能。優(yōu)點(diǎn)：儲(chǔ)能損耗??；存取效率高；響應(yīng)快；控制靈活；建造不受地點(diǎn)限制；運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單；投資不斷下降，經(jīng)濟(jì)效益高。第三十頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日10.8超導(dǎo)磁體儲(chǔ)能系統(tǒng)SMES（續(xù)2）（1）三相橋高頻整流，從電網(wǎng)輸入PAC向DC/DC變換器輸出ID，Buck型變換器降壓，在整個(gè)開(kāi)關(guān)周期中T8都導(dǎo)通，在開(kāi)關(guān)周期TS的Ton=DTs期間，T7、T8同時(shí)通態(tài)；vEF＝VD，在Toff=(1-D)Ts期間，T7斷態(tài)，T8仍導(dǎo)通，Isc經(jīng)T8、D7續(xù)流，vEF＝0，平均值VEF＝DVD起導(dǎo)線圈輸入功率

T7導(dǎo)電占空比D＝Ton/Ts=PAC+/VDISC，檢測(cè)、，按指令要求的確定D，即可使第三十一頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日（2）三相橋工作在逆變狀態(tài)向電網(wǎng)輸出PAC，DC/DC變換器從超導(dǎo)線圈獲得直流功率，DC/DC-Boost變換，升壓后輸出電壓VD，iD、ID反向，在整個(gè)開(kāi)關(guān)周期TS中T7都斷態(tài)，在T’on=D’Ts

期間令T8導(dǎo)通，ISC經(jīng)T8、D7續(xù)流，VEF＝0，在T’off=(1-D’)Ts期間T7、T8都處于斷態(tài)，ISC經(jīng)D8、D7反送回直流母線，VEF

＝VD，VEF的直流平均電壓10.8超導(dǎo)磁體儲(chǔ)能系統(tǒng)SMES（續(xù)3）按指令要求的PAC及檢測(cè)到的VD、ISC即可確定第三十二頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日根據(jù)交流電網(wǎng)發(fā)電機(jī)和負(fù)載的功率不平衡情況，得到三相橋變換器輸入交流功率的指令值P*AC+、Q*AC+

，或輸出的交流功率指令值P*AC-、Q*AC-，再根據(jù)實(shí)測(cè)的VD及ISC即可確定DC/DC變換器的工況及占空比D或D’

。而按P*AC、Q*AC及交流電網(wǎng)電壓值即可確定三相橋變換器的指令電壓，再由的大小、相位確定開(kāi)關(guān)管的SPWM控制信號(hào)，并使三相變換器交流側(cè)電壓與電源電壓之差產(chǎn)生電流，使。10.8超導(dǎo)磁體儲(chǔ)能系統(tǒng)SMES（續(xù)4）第三十三頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日10.9小結(jié)

利用電力半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件可以調(diào)控電感、電容、電阻的數(shù)值，利用電力電子開(kāi)關(guān)組成的開(kāi)關(guān)型電力變換電路可以構(gòu)成各種類型的電壓、電流補(bǔ)償器和控制器。這些電力補(bǔ)償