第3章-电压型电流型变换器..ppt

第3章电压型/电流型变换器,电力电子变换器：采用电力电子器件实现电能变换的系统和装置。它以电力电子器件为基础，采用一定的电路结构形式对电能进行转换以实现特定的目的。采用整流器/变换器实现电能在交流和直流之间转换；采用交一直一交变换器实现变频、调压和电机调速目的；采用斩波器实现直流调压或稳压等。FACTS控制器是一种特殊的电力电子设备，其核心是电力电子变换器。,1、电力电子变换器的分类按照能量在直流（DC）与交流（AC）之间的转换可分为ACDC、ACAC、DCAC、DCDC四种变换器。ACDC：功率流向可是双向的。功率由交流电源传向直流负载的变换称为整流，功率由负载传输回电源的变换称为有源逆变。AC-AC有两种实现方案：间接变频（ACDC-AC）直接变频（ACAC）DCDC：称直流斩波；DCAC：称无源逆变；,按照电流在开关器件间换相的方式，变换器可分为自换相和外部换相两大类。外部换相是指依靠器件之外的电路条件实现换相，主要用于采用不可控器件或半控器件的变换电路中。又分为电网换相：依赖交流电源电压来完成换相；负载换相：依赖负载产生的交流电压来完成换相自换相又分为器件换相，例如功率晶体管等依靠本身自关断性能来换相，全控器件都采用器件换相。脉冲换相，例如普通晶闸管自己不能关断，而需设置换相电路强迫关断。脉冲换相包括脉冲电压换相和脉冲电流换相两种。,在FACTS设备中用到的主要变换方式是AC-DC和DCAC，根据直流侧的电压或电流极性是否会改变，可分为电压型变换器（voltagesourcedconverter，VSC）和电流型变换器（currentsourcedconverter，CSC）。VSC：直流侧电压极性不变，功率方向随着直流电流方向的改变而改变；CSC：直流侧电流极性不变，功率方向随着直流电压方向的改变而改变。,3电压型变换器的基本原理,电路结构：直流侧并联一个单极性的直流电源或支撑电容，直流电源或电容的容量足够大，直流电容电压恒定，并且直流电流是双向流动的，从而能实现电能的双向交换。交流侧通过一定的接口电感与交流系统（电网或负载）相连，串联电感的作用是在交流电压源内阻抗较小的情况下，防止直流电容发生短路而快速向容性负载放电损坏器件和装置。连接交流侧接口电抗器和直流侧电容的即为电压型变换器的主电力电子电路。,电压型变换器特点：直流电压极性不变，直流电流双向，开关阀只需阻断正向电压，具有不对称可控关断能力，同时应具备双向电流导通能力。通常采用一个不对称可关断器件（如GTO）和一个同等容量的二极管反并联构成电压型变换器的开关阀，如图34所示。在高压变换器中，为增大装置容量，也可以将多个不对称可关断器件并联后再与一个大容量的分立二极管反并联，形成一个开关阀，为变换器提供合适的电压和电流。电压型变换器能量传递是双向的，输出电压的幅值、相角和频率都是可控的。,电压型变换器的基本工作原理：设直流电压Ud恒定，电容正极和可关断器件的正极相连。电压型变换器中能量的传递是双向的，其中可关断器件工作时为逆变状态，二极管工作时为整流状态，或者说开关阀随着电流方向的改变而分别工作于逆变和整流状态。,增大变换器容量的必要性欲使FACTS设备能有效调控电网的性能，其容量要求较高，一般可达到数十MVA、上百MVA，甚至更高水平。目前的器件水平（单管耐压数kV、电流数kA），考虑一定设计裕量，一个普通的6脉波变换器，其正常可用的变换容量只有5MVA左右。因此，如何增加变换器容量成为电力电子技术应用于电力系统，包括FACTS技术的重要课题。,增大变换器容量的措施器件串联关键是要保证各器件之间的均压和同步触发，因而需要有电压分配缓冲电路和保证同步触发的控制电路，同时器件的电压额定值需要有一定的裕度。桥臂并联增加脉波数可减少谐波含量，同时成倍增加容量。是目前大容量FACTS设备实现大容量的主要方式之一,采用多电平变换器如采用三电平变换器可以将变换器的电压提高1倍，从而使每阀单管变换器的容量在6脉波下可达到10MVA，而且交流电压在一定范围内可灵活控制。如链式变换器，通过将多个基本变换单元串接起来，可避免使用升压变压器而直接获得非常高的交流输出电压，而且易于实现模块化设计和冗余控制。桥臂变换器组并联实际应用中，往往将上述方法之中的两种或更多综合起来，增大变换器的容量并改善其整体性能。,4、电流型变换器电流型变换器的基本特点：其直流电流总保持一个方向，功率流向随着直流电压方向的反转而改变。,CSC基于可关断器件、不可关断器件（普通晶闸管）二极管来实现，可分为三种基本类型。1）二极管变换器仅实现最简单的交直流转换即整流，利用交流系统电压来完成二极管间的电流换相。这种基于二极管、依靠电源换相的CSC只是不可控地将交流功率转换为直流功率，且在交流侧还要消耗一定的无功功率。2）电源换相变换器它基于普通晶闸管（开通可控、关断不可控）构成，利用交流系统电压完成电流换相能实现有功功率的双向交换和控制，但要在交流侧消耗