第篇电力电子应用装置学习教案

1、会计学1第篇电力电子应用第篇电力电子应用(yngyng)装置装置第一页，共43页。4-2 与交流输电与交流输电(shdin)相比，直流输电相比，直流输电(shdin)系统具系统具有：输送距离远、输电有：输送距离远、输电(shdin)容量大、线路走廊窄、控容量大、线路走廊窄、控制灵活、调度方便等显著优势制灵活、调度方便等显著优势高压直流输电高压直流输电(shdin)的特点的特点第1页/共43页第二页，共43页。4-3第2页/共43页第三页，共43页。4-4我国已投运的高压我国已投运的高压(goy)直流输电工程直流输电工程第3页/共43页第四页，共43页。4-5 高压高压(goy)(goy)直流输

2、电直流输电第4页/共43页第五页，共43页。4-6交流交流(jioli)滤滤波器波器换流换流(hun li)变压器变压器换流变换流变(li bin)阀阀侧套管侧套管穿墙套管穿墙套管旁路旁路开关开关旁路刀阀旁路刀阀平波平波电抗器电抗器电压电压分压器分压器电容器电容器隔离隔离开关开关直流线路直流线路直流滤波器直流滤波器电容器电容器避雷管避雷管接地刀阀接地刀阀换流换流阀阀交流系统交流系统 高压直流输电高压直流输电换流站主设备换流站主设备第5页/共43页第六页，共43页。4-7 高压高压(goy)(goy)直流输电直流输电第6页/共43页第七页，共43页。4-81-换流变压器；换流变压器；2-换流器；

3、换流器；3-平波电抗器；平波电抗器；4-直流输电线路；直流输电线路；5-接地极系统接地极系统(xtng)；6-两端交流系统两端交流系统(xtng) 高压高压(goy)(goy)直流输电直流输电双极直流输电系统(xtng)接线示意图第7页/共43页第八页，共43页。4-9无功无功(w n)配置配置滤波器配置滤波器配置交流侧滤波器交流侧滤波器整流站：整流站：DT11/24双调谐滤波器、双调谐滤波器、 DT13/36滤波器、滤波器、HP3滤波器、并联滤波器、并联电容器（无功）电容器（无功） 逆变站：逆变站：DT11/24双调谐滤波器、双调谐滤波器、 DT13/36滤波器、并联电容器（滤波器、并联电容

4、器（无功）无功）直流侧滤波器直流侧滤波器无源滤波器：无源滤波器：TT11/24/45三调谐滤波器三调谐滤波器第8页/共43页第九页，共43页。4-10 TCR是晶闸管型静止无功是晶闸管型静止无功(w n)补偿器（补偿器（SVC）的重要组成部）的重要组成部件之一，它是通过控制晶闸管的触发角来改变电抗器的工作电流，件之一，它是通过控制晶闸管的触发角来改变电抗器的工作电流，从而等效于调节了电抗器的电感量从而等效于调节了电抗器的电感量TCR的工作原理的工作原理晶闸管控制(kngzh)电抗器(TCR)电路第9页/共43页第十页，共43页。4-11晶闸管控制(kngzh)电抗器(TCR)电路a)b)c)T

5、CR电路负载相电流和输入线电流波形 a) =120 b) =135 c) =160 第10页/共43页第十一页，共43页。4-12TCR的工作的工作(gngzu)原理原理C2C3C4CFL2L3L4LF第11页/共43页第十二页，共43页。4-13 TSC是当前广泛应用的低压是当前广泛应用的低压(dy)无功补偿装置，它是通过晶无功补偿装置，它是通过晶闸管的过零触发来控制电容器组的投切，以实现对容性无功量闸管的过零触发来控制电容器组的投切，以实现对容性无功量的调节的调节TSC的作用的作用第12页/共43页第十三页，共43页。4-14TSC的过零投切的过零投切TSC基本原理图a) 基本单元(dny

6、un)单相简图 b) 分组投切单相简图第13页/共43页第十四页，共43页。4-15理想情况下，希望电容(dinrng)器预充电电压为电源电压峰值，这时电源电压的变化率为零，电容(dinrng)投入过程不但没有冲击电流，电流也没有阶跃变化。12ttttusiCuCVT1VT2ttuVT1uusiCuCCVT1VT2VT1TSC理想投切时刻(shk)原理说明第14页/共43页第十五页，共43页。4-16由于二极管的作用，在电路不导通时uC总会维持在电源电压峰值。成本(chngbn)稍低，但响应速度稍慢，投切电容器的最大时间滞后为一个周波。12ttttusiCuCVT1VT2ttuVT1uusiC

7、uCCVT1VT2VT1TSC理想(lxing)投切时刻原理说明第15页/共43页第十六页，共43页。4-17TSC的常用接线的常用接线(ji xin)方法方法TSC的几种典型(dinxng)接线方式第16页/共43页第十七页，共43页。4-18 TSR是是TCR的一种特例，它没有使用的一种特例，它没有使用(shyng)变触发角控制，而变触发角控制，而只工作在两种状态：全导通或者全关断，相当于开关电抗器。只工作在两种状态：全导通或者全关断，相当于开关电抗器。 克服克服TCR工作时的谐波污染工作时的谐波污染TSR的工作原理的工作原理第17页/共43页第十八页，共43页。4-19 TCT是一种特殊

8、设计是一种特殊设计(shj)的高漏抗变压器（漏抗典型值为的高漏抗变压器（漏抗典型值为100%），其二次绕组通过反并联晶闸管对来构成回路，通过控制晶闸管），其二次绕组通过反并联晶闸管对来构成回路，通过控制晶闸管的触发角，就能提供连续变化的无功功率（配合固定的电容器）的触发角，就能提供连续变化的无功功率（配合固定的电容器）TCT的特点的特点第18页/共43页第十九页，共43页。4-20 TCSC是一个可控的串联容性电抗，能够对线路功率进行是一个可控的串联容性电抗，能够对线路功率进行(jnxng)大范围的连续控制，它是将一对反并联的晶闸管控制电抗器支路和大范围的连续控制，它是将一对反并联的晶闸管控制

9、电抗器支路和一个固定的电容器支路并联后，串联到输电线路中。一个固定的电容器支路并联后，串联到输电线路中。串联补偿与并联补偿串联补偿与并联补偿第19页/共43页第二十页，共43页。4-21串联补偿串联补偿(bchng)的作用的作用可变串联补偿的必要性可变串联补偿的必要性串联补偿输电串联补偿输电(shdin)线路的额外功耗可用可变串线路的额外功耗可用可变串补改善；补改善；串联补偿线路对网络故障响应的灵敏度增加，可能串联补偿线路对网络故障响应的灵敏度增加，可能会使其负荷水平超出本身已增加的输送能力，需要会使其负荷水平超出本身已增加的输送能力，需要通过可变串补来避免；通过可变串补来避免；串联补偿度可以

10、根据某个时刻所需的功率水平来改串联补偿度可以根据某个时刻所需的功率水平来改变，但不会影响其他的系统性能指标。变，但不会影响其他的系统性能指标。第20页/共43页第二十一页，共43页。4-22TCSC的优点的优点(yudin)第21页/共43页第二十二页，共43页。4-23TCSC的优点的优点(yudin)第22页/共43页第二十三页，共43页。4-24TCSC的基本原理的基本原理11()/()1/()eqZjj LjccL 第23页/共43页第二十四页，共43页。4-25TCSC的运行的运行(ynxng)方式方式第24页/共43页第二十五页，共43页。4-26 APF的基本思想是：实时检测系统

11、中谐波电流的大小，通的基本思想是：实时检测系统中谐波电流的大小，通过电力电子逆变装置输出一个与检测到的谐波电流大小相等过电力电子逆变装置输出一个与检测到的谐波电流大小相等但方向相反的补偿电流，使其相互抵消，从而保证系统中只但方向相反的补偿电流，使其相互抵消，从而保证系统中只含基波电流分量，达到滤波的目的。含基波电流分量，达到滤波的目的。谐波电流的检测谐波电流的检测补偿电流的产生补偿电流的产生基于瞬时无功功率理论的谐波检测方法基于瞬时无功功率理论的谐波检测方法(fngf) 假定三相电源电压对称无畸变，即：假定三相电源电压对称无畸变，即：a2U sintUb2U sint-3U（）c22U sin

12、t+3U（）1112233022CabcUUUUCU第25页/共43页第二十六页，共43页。4-2712annniI Sin n t122()3bnnniI Sin nt122()3cnnniI Sin nt()3()annbnnciI Sin n tiCiiI Cos n ti 3nk31nkpu iu i a ab bc cpu iu iu i而电流(dinli)含有谐波分量，则应表示为其中(qzhng)，且取“下”符号(fho)31nk取“上”符号定义瞬时有功功率定义瞬时无功功率（实际上） iuiuiuiuq 有源滤波器（有源滤波器（APF）第26页/共43页第二十七页，共43页。4-2

13、81uuipiquuuuipiuuq uu写成矩阵(j zhn)形式或ii将代入求 p，q，可得n13n1nnnnI CostpuqI Sint （）（）当n=1时，p，q为直流分量(fn ling)pq、当n1时，p，q为交流(jioli)分量由此可见，p，q的直流分量仅有基波分量产生 而p，q的交流分量则有谐波分量产生qp 、第27页/共43页第二十八页，共43页。4-291uuipiuuq qpuuuuquuuupuuuu 10 10 122uu 则：其中(qzhng)：基波(j b)有功基波(j b)无功检测方法说明：谐波分量仅需检测出谐波电流时，则qpqpqpqpuuuuuuiicc

14、 122有源滤波器（有源滤波器（APF）第28页/共43页第二十九页，共43页。4-30XXXXXXXXLPFLPFCCiiuuaubucucibiaiau iu i u i u i +-pq+-pqpq1uuuucici补偿谐波(xi b)的同时，也补偿基波无功， 则 去掉LPF框及其后面的减法部分即可qpuuuuuuiicc 122有源滤波器（有源滤波器（APF）第29页/共43页第三十页，共43页。4-31仅补偿(bchng)基波无功则2201ccuuiiuuquu 按上述检测框图，只需计算q的直流分量即可。 上述检测方法称p-q法，它只适用于三相电源电压对称无畸变场所。 在三相电源电压

15、有畸变时，可采用ip-iq 法，其实现方案为：以实际的A相电压为相位基准，虚构一个与之同步(tngb)的三相对称无畸变标准电源 ，以此替代p-q法中的ua,ub,uc进行检测，即为ip-iq 检测法。 所以ip-iq 检测法适用于三相电源电压有畸变场所*au*bu*cu*au有源滤波器（有源滤波器（APF）第30页/共43页第三十一页，共43页。 2. 电气传动的应用电气传动的应用直流传动：直流传动：DC电机，大功率应用场合电机，大功率应用场合电气传动电气传动交流传动：交流传动：AC在保持在保持不不变（励磁电流变（励磁电流If不变）不变）时，时，改变改变 Ia T LdTTJdtmTCaI第3

16、1页/共43页第三十二页，共43页。2cosmTCi2, ,i第32页/共43页第三十三页，共43页。60 (1)2fsnpA,B,C变频器MU,V,WfUUefefd低速(d s)中速高速恒转矩恒功率第33页/共43页第三十四页，共43页。.UI ZEIf4 .4 4UIZNf第34页/共43页第三十五页，共43页。转矩分量独立进行调节，以产生转矩和励磁电流指令，并通过矢量坐标逆变换，将其指令转化为3相电流指令值，由变频器经SPWM调制技术控制电机的实际电流按3相电流指令值变化，即可实现等效于直流电机的调速效果，实现高性能的交流传动。第35页/共43页第三十六页，共43页。abcxxCxxxababccxxxCxx, abcCCC.+.+AB.Fw.+Fw+.MT可逆，唯一(wi y)可逆，唯一(wi y)需知角DC电机(dinj)2相AC电机3相AC电机定子磁场：通AC电，产生三相磁场F，w旋