电力电子学 康勇 第10章电力电子开关型电力补偿、控制器

华中科技大学国家级精品课程《电力电子学》课件

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

华中科技大学国家级精品课程《电力电子学》课件

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

华中科技大学国家级精品课程《电力电子学》课件

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。

华中科技大学国家级精品课程《电力电子学》课件

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。

华中科技大学国家级精品课程《电力电子学》课件

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TCR

华中科技大学国家级精品课程《电力电子学》课件

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

I C V2 / X C 2 fCV 2 I Q I sin

I sin C (10 1) 2 fV2

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ΔP,补偿感性负载压降。 缺点：只能电压过零投、切，不能相控。

华中科技大学国家级精品课程《电力电子学》课件

10.1.2 晶闸管相控并联电抗器TCR

在ωt=α时开通T1 在ωt=π时 在ωt=π+α时开通T2 在ωt=2π时i(t ) 2V2 [cos cos t ] ,(10 6) ; t 2 , i(t ) im L

华中科技大学国家级精品课程《电力电子学》课件

10.1.2 晶闸管相控并联电抗器TCR (续1)

电流i(t)正半波：i(t ) i 电流i(t)负半波：(t )

2V2 [cos cos t ] (10 4) L

2V2 2V2 [cos cos t ] (10 6), im (1 cos ) (10 5) L L V sin 2 2( ) I1 2 (10 8) 作傅立叶分析,基波有效值 L V X1 2 L (10 10) 电感L的等效基波电抗为 I1 sin 2 2( ) 90,i(t)比v落后90,电流为正弦波 X L L;

180 , X L 0

华中科技大学国家级精品课程《电力电子学》课件

10.1.2 晶闸管相控并联电抗

器TCR (续2)

α=90°时i(t)为完整的正弦波： α=ωt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ωt= 90°时，iT2=0才能开通 T1,所以波形与α=90°相同；α调控范围90°~180° 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。

华中科技大学国家级精品课程《电力电子学》课件

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

华中科技大学国家级精品课程《电力电子学》课件

10.2.1 晶闸管控制的串联电容补偿器TCSC

E

I d ( X L X q1 )

V2 Id

Iq

I q( X L X q1 )

I

矢量图

无C,A处无负载时:E sin I d ( X L X q1 ) , E cos V2 I q ( X L X q1 ) EV2 V ( E cos V2 ) P2 V2 I d sin , Q2 V2 I q 2PE P2 EV2 E ( E V2 cos ) sin , QE EI cos( ) 2 2 X L X q1 X L X q1

X L X q1

X L X q1

将图中的一个1/2Lc改为R,即构成同步振荡阻尼器SSRD

华中科技大学国家级精品课程《电力电子学》课件

10.2.1 晶闸管控制的串联电容补偿器TCSC(续1)

E

I d ( X L X q1 )

V2 Id

Iq

I q( X L X q1 )

I

矢量图

为确保发电机扰动状态运行稳定性，δ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)

华中科技大学国家级精品课程《电力电子学》课件

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：

X LC

Vc l I l1 sin 2 2

串联等效电容C容抗： X C 1/ C α=180°时 X l ,AB两点等效容抗 X AB 1/ C α=90°时 X l L X ,AB两点等效容抗 LX AB / 2 X C X L 1 XC XC XC X L XC 1 XL

传输功率

P

E 2 V sin X q1 X L X AB

华中科技大学国家级精品课程《电力电子学》课件

10.2.1 晶闸管控制的串联电容补偿器TCSC(续3)

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 。 在B点T1关断后+i(t)流过电容C,使vc增大；ωt >π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，ωt >2π时， +i(t)又使负vc减小为0。

华中科技大学国家级精品课程《电力电子学》课件

10.2.2 可关断晶闸管GTO控制的串联电容补偿器GCSC

若α为 T1的关断控制角则1 t 2I (cos cos t ) 在BC期间，vc (t ) 2 I sin tdt C C 1 t 2I 在DE期间， c (t ) v 2 I sin tdt (cos cos t ) C C对vc(t)作傅立叶分析，可得vc(t)基波电压有效值 等效基波电容容抗

I sin 2 2 VC1 C VC1

1 sin 2 2 I C

X C ( )

华中科技大学国家级精品课程《电力电子学》课件

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I sin 2 2 X C ( ) C

(10 12)

=π时 ,θ=180°,vc=0,C 不起作用；XC ( ) 0

=π/2时 θ=0°, C接入线路，vc为完整的正弦波；XC ( / 2) 1/ C

π/2 < < π时，

XC

1/ C 0

华中科技大学国家级精品课程《电力电子学》课件

10.2.2 可关断晶闸管GTO控制的串联电容补偿器GCSC

=π和 =π/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 α 在90°~180 之间变化， 可以减小GCSC所引起的谐波电压。

华中科技大学国家级精品课程《电力电子学》课件

10.3 PWM开关型并联无功功率发生器 STATCOM

图10.5 (a) (b) (c) 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 Vi VS VS Vi Vi VSI jX L j XL j XL

当 Vi Vs 时，输出滞后无功电流 I Q ,可补偿感性负载无功电流； 当 Vi Vs 时，输出超前无功电流 I Q ,从电网吸收滞后无功电流。

华中科技大学国家级精品课程《电力电子学》课件

10.3 PWM开关型并联无功功率发生器 STATCOM(续1)

输入有功功率 P VS I P 输出滞后无功功率

Vi VS sin X

图10.5 (a) (d)(10 17)(10 18) VS (Vi cos VS ) X

Q VS I Q

从电网输入有功功率P用于补充变流器功耗使VD恒定。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/gjxi.html