第10章電力電子技術(shù)的應(yīng)用

1、第第1010章電力電子技術(shù)的應(yīng)用章電力電子技術(shù)的應(yīng)用 10.1 晶閘管直流電動機系統(tǒng)晶閘管直流電動機系統(tǒng) 10.2 變頻器和交流調(diào)速系統(tǒng)變頻器和交流調(diào)速系統(tǒng) 10.3 不間斷電源不間斷電源 10.4 開關(guān)電源開關(guān)電源 10.5 功率因數(shù)校正技術(shù)功率因數(shù)校正技術(shù) 10.6 電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用 10.7 電力電子技術(shù)的其他應(yīng)用電力電子技術(shù)的其他應(yīng)用 10.1 晶閘管直流電動機系統(tǒng)晶閘管直流電動機系統(tǒng) 10.1.1 工作于整流狀態(tài)時工作于整流狀態(tài)時 10.1.2 工作于有源逆變狀態(tài)時工作于有源逆變狀態(tài)時 10.1.3 直流可逆電力拖動系統(tǒng)直流可逆電力拖動系統(tǒng)

2、23直流可逆電力拖動系統(tǒng)直流可逆電力拖動系統(tǒng) 電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu) 圖圖10-6a是是有環(huán)流有環(huán)流接線，圖接線，圖10-6b是是無環(huán)流無環(huán)流接線，環(huán)流是指只接線，環(huán)流是指只在兩組變流器之間流動而不經(jīng)過負在兩組變流器之間流動而不經(jīng)過負載的電流。載的電流。 根據(jù)電動機所需的運轉(zhuǎn)狀態(tài)根據(jù)電動機所需的運轉(zhuǎn)狀態(tài)來決定哪一組變流器工作及其相應(yīng)來決定哪一組變流器工作及其相應(yīng)的工作狀態(tài)：整流或逆變。的工作狀態(tài)：整流或逆變。 四象限運行時的工作情況四象限運行時的工作情況 第第1象限，正轉(zhuǎn)，電動機作象限，正轉(zhuǎn)，電動機作電動運行，正組橋工作在整流狀態(tài)，電動運行，正組橋工作在整流狀態(tài)， 1 /2，EMUd （下標(biāo)中有（下

3、標(biāo)中有 表示表示整流，下標(biāo)整流，下標(biāo)1表示正組橋，下標(biāo)表示正組橋，下標(biāo)2表表示反組橋）。示反組橋）。 10.1.3 直流可逆電力拖動系統(tǒng)直流可逆電力拖動系統(tǒng)圖圖10-6 兩組變流器的反并聯(lián)可逆線路兩組變流器的反并聯(lián)可逆線路第第2象限，正轉(zhuǎn)，電動機作象限，正轉(zhuǎn)，電動機作發(fā)電運行，反組橋工作在逆發(fā)電運行，反組橋工作在逆變狀態(tài)，變狀態(tài)， 2 /2)，EMUd （下標(biāo)中有（下標(biāo)中有 表示逆表示逆變）。變）。第第3象限，反轉(zhuǎn)，電動機作象限，反轉(zhuǎn)，電動機作電動運行，反組橋工作在整電動運行，反組橋工作在整流狀態(tài)，流狀態(tài)， 2 /2，EMUd 。第第4象限，反轉(zhuǎn)，電動機作象限，反轉(zhuǎn)，電動機作發(fā)電運行，正組橋工

4、作在逆發(fā)電運行，正組橋工作在逆變狀態(tài)，變狀態(tài)， 1 /2) ， EMUd 。10.1.3 直流可逆電力拖動系統(tǒng)直流可逆電力拖動系統(tǒng)圖圖10-6 兩組變流器的反并聯(lián)可逆線路兩組變流器的反并聯(lián)可逆線路。直流可逆拖動系統(tǒng)，能方便地實直流可逆拖動系統(tǒng)，能方便地實現(xiàn)現(xiàn)正反向運轉(zhuǎn)正反向運轉(zhuǎn)外，還能實現(xiàn)外，還能實現(xiàn)回饋制回饋制動動。410.2 變頻器和交流調(diào)速系統(tǒng)變頻器和交流調(diào)速系統(tǒng) 10.2.1 交直交變頻器交直交變頻器 10.2.2 交流電機變頻調(diào)速的控制方式交流電機變頻調(diào)速的控制方式510.2.1 交直交變頻器交直交變頻器交直交變頻器（交直交變頻器（Variable Voltage Variable

5、Frequency，簡稱，簡稱VVVF電源電源 ）是）是由由AC/DC、DC/AC兩類基本的變流電路組合形成，又稱為間接交流變流電路，兩類基本的變流電路組合形成，又稱為間接交流變流電路，最主要的優(yōu)點是輸出頻率不再受輸入電源頻率的制約。最主要的優(yōu)點是輸出頻率不再受輸入電源頻率的制約。 再生反饋電力的能力再生反饋電力的能力 當(dāng)負載電動機需要頻繁、快速制動時，通常要求具有當(dāng)負載電動機需要頻繁、快速制動時，通常要求具有再生反饋電力的能再生反饋電力的能力力。 圖圖10-7所示的電壓型交直交變頻電所示的電壓型交直交變頻電路不能再生反饋電力。路不能再生反饋電力。 其整流部分采用的是不可控整流，其整流部分采用

6、的是不可控整流，它和電容器之間的直流電壓和直流電流它和電容器之間的直流電壓和直流電流極性不變，只能由電源向直流電路輸送極性不變，只能由電源向直流電路輸送功率，而不能由直流電路向電源反饋電功率，而不能由直流電路向電源反饋電力。力。 逆變電路的能量是可以雙向流動逆變電路的能量是可以雙向流動的，若負載能量反饋到中間直流電路，的，若負載能量反饋到中間直流電路，而又不能反饋回交流電源，這將導(dǎo)致電而又不能反饋回交流電源，這將導(dǎo)致電容電壓升高，稱為容電壓升高，稱為泵升電壓泵升電壓，泵升電壓，泵升電壓過高會危及整個電路的安全。過高會危及整個電路的安全。 圖圖10-7 不能再生反饋的電不能再生反饋的電壓型間接交

7、流變流電路壓型間接交流變流電路 610.2.1 交直交變頻器交直交變頻器圖圖10-8 帶有泵升電壓限制電路帶有泵升電壓限制電路的電壓型間接交流變流電路的電壓型間接交流變流電路 圖圖10-9 利用可控變流器實現(xiàn)再生反利用可控變流器實現(xiàn)再生反饋的電壓型間接交流變流電路饋的電壓型間接交流變流電路 圖圖10-10 整流和逆變均為整流和逆變均為PWM控控制的電壓型間接交流變流電路制的電壓型間接交流變流電路 使電路具備再生反饋電力能力的方法使電路具備再生反饋電力能力的方法 圖圖10-8的電路中加入一個由電力晶體管的電路中加入一個由電力晶體管V0和和能耗電阻能耗電阻R0組成的組成的泵升電壓限制電路泵升電壓限

8、制電路，當(dāng)泵升電，當(dāng)泵升電壓超過一定數(shù)值時，使壓超過一定數(shù)值時，使V0導(dǎo)通，把從負載反饋的導(dǎo)通，把從負載反饋的能量消耗在能量消耗在R0上，這種電路可運用于對電動機制上，這種電路可運用于對電動機制動時間有一定要求的調(diào)速系統(tǒng)中。動時間有一定要求的調(diào)速系統(tǒng)中。 圖圖10-9所示的電路增加了一套所示的電路增加了一套變流電路變流電路，使，使其工作于有源逆變狀態(tài)，可實現(xiàn)電動機的再生制其工作于有源逆變狀態(tài)，可實現(xiàn)電動機的再生制動；當(dāng)負載回饋能量時，中間直流電壓極性不變，動；當(dāng)負載回饋能量時，中間直流電壓極性不變，而電流反向，通過控制變流器將電能反饋回電網(wǎng)。而電流反向，通過控制變流器將電能反饋回電網(wǎng)。 圖圖1

9、0-10是整流電路和逆變電路都采用是整流電路和逆變電路都采用PWM控制的間接交流變流電路，可簡稱控制的間接交流變流電路，可簡稱雙雙PWM電路電路，該電路輸入輸出電流均為正弦波，輸入功率因數(shù)該電路輸入輸出電流均為正弦波，輸入功率因數(shù)高，且可實現(xiàn)電動機四象限運行，但由于整流、高，且可實現(xiàn)電動機四象限運行，但由于整流、逆變部分均為逆變部分均為PWM控制且需要采用全控型器件，控制且需要采用全控型器件，控制較復(fù)雜，成本也較高?？刂戚^復(fù)雜，成本也較高。 710.2.1 交直交變頻器交直交變頻器圖圖10-11 采用可控整流的電流型間接交流變流電路采用可控整流的電流型間接交流變流電路 圖圖10-12 電流型交

10、電流型交直直交交PWM變頻電路變頻電路 圖圖10-13 整流和逆變均為整流和逆變均為PWM控制的電流型間接交流變流電控制的電流型間接交流變流電路路 圖圖10-11給出了可以再生反饋電力的給出了可以再生反饋電力的電流型間接交流變流電路，當(dāng)電動機制電流型間接交流變流電路，當(dāng)電動機制動時，中間直流電路的電流極性不能改動時，中間直流電路的電流極性不能改變，要實現(xiàn)再生制動，只需調(diào)節(jié)可控整變，要實現(xiàn)再生制動，只需調(diào)節(jié)可控整流電路的觸發(fā)角，使中間直流電壓反極流電路的觸發(fā)角，使中間直流電壓反極性即可。性即可。圖圖10-12給出了實現(xiàn)基于上述原理的給出了實現(xiàn)基于上述原理的電路圖，為適用于電路圖，為適用于較大容量

11、的場合較大容量的場合，將，將主電路中的器件換為主電路中的器件換為GTO，逆變電路，逆變電路輸出端的電容輸出端的電容C是為吸收是為吸收GTO關(guān)斷時產(chǎn)關(guān)斷時產(chǎn)生的過電壓而設(shè)置的，它也可以對輸出生的過電壓而設(shè)置的，它也可以對輸出的的PWM電流波形起濾波作用。電流波形起濾波作用。 電流型間接交流變流電路也可采用雙電流型間接交流變流電路也可采用雙PWM電路，為了吸收換流時的過電壓，電路，為了吸收換流時的過電壓，在交流電源側(cè)和交流負載側(cè)都設(shè)置了電在交流電源側(cè)和交流負載側(cè)都設(shè)置了電容器；可四象限運行，同時通過對整流容器；可四象限運行，同時通過對整流電路的電路的PWM控制可使輸入電流為正弦控制可使輸入電流為正

12、弦波，并使輸入功率因數(shù)為波，并使輸入功率因數(shù)為1。 810.3 不間斷電源不間斷電源不間斷電源（不間斷電源（Uninterruptible Power Supply UPS）是當(dāng)交流輸入電源）是當(dāng)交流輸入電源（習(xí)慣稱為市電）發(fā)生異?；驍嚯姇r，還能繼續(xù)向負載供電，并能保證供電（習(xí)慣稱為市電）發(fā)生異?；驍嚯姇r，還能繼續(xù)向負載供電，并能保證供電質(zhì)量，使負載供電不受影響的裝置。質(zhì)量，使負載供電不受影響的裝置。廣義地說，廣義地說，UPS包括輸出為直流和輸出為交流兩種情況，目前通常是指輸包括輸出為直流和輸出為交流兩種情況，目前通常是指輸出為交流的情況出為交流的情況UPS是是恒壓恒頻（恒壓恒頻（CVCF）電

13、源）電源中的主要產(chǎn)品之一，廣泛應(yīng)用中的主要產(chǎn)品之一，廣泛應(yīng)用于各種對交流供電可靠性和供電質(zhì)量要求高的場合。于各種對交流供電可靠性和供電質(zhì)量要求高的場合。 圖圖10-15 UPS基本結(jié)構(gòu)原理圖基本結(jié)構(gòu)原理圖UPS的結(jié)構(gòu)原理的結(jié)構(gòu)原理基本工作原理是，當(dāng)市電正常時，由市電基本工作原理是，當(dāng)市電正常時，由市電供電，當(dāng)市電異常乃至停電時，由蓄電池向供電，當(dāng)市電異常乃至停電時，由蓄電池向逆變器供電，因此從負載側(cè)看，供電不受市逆變器供電，因此從負載側(cè)看，供電不受市電停電的影響；在市電正常時，負載也可以電停電的影響；在市電正常時，負載也可以由逆變器供電，此時負載得到的交流電壓比由逆變器供電，此時負載得到的交流

14、電壓比市電電壓質(zhì)量高，即使市電發(fā)生質(zhì)量問題市電電壓質(zhì)量高，即使市電發(fā)生質(zhì)量問題（如電壓波動、頻率波動、波形畸變和瞬時（如電壓波動、頻率波動、波形畸變和瞬時停電等）時，也能獲得正常的恒壓恒頻的正停電等）時，也能獲得正常的恒壓恒頻的正弦波交流輸出，并且具有穩(wěn)壓、穩(wěn)頻的性能，弦波交流輸出，并且具有穩(wěn)壓、穩(wěn)頻的性能，因此也稱為因此也稱為穩(wěn)壓穩(wěn)頻電源穩(wěn)壓穩(wěn)頻電源。 910.3 不間斷電源不間斷電源圖圖10-16 具有旁路開關(guān)的具有旁路開關(guān)的UPS系統(tǒng)系統(tǒng)圖圖10-17 用柴油發(fā)電機作為后備電源的用柴油發(fā)電機作為后備電源的UPS為保證市電異?；蚰孀兤鞴收蠒r負載為保證市電異?；蚰孀兤鞴收蠒r負載供電的切換，實

15、際的供電的切換，實際的UPS產(chǎn)品中多數(shù)都設(shè)產(chǎn)品中多數(shù)都設(shè)置了置了旁路開關(guān)旁路開關(guān)，如圖，如圖10-16所示，市電與所示，市電與逆變器提供的逆變器提供的CVCF電源由轉(zhuǎn)換開關(guān)電源由轉(zhuǎn)換開關(guān)S切切換；還需注意的是，在市電旁路電源與換；還需注意的是，在市電旁路電源與CVCF電源之間切換時，必須保證兩個電電源之間切換時，必須保證兩個電壓的相位一致，通常采用壓的相位一致，通常采用鎖相同步鎖相同步的方的方法。法。在市電斷電時由于由蓄電池提供電能，在市電斷電時由于由蓄電池提供電能，供電時間取決于蓄電池容量的大小，有供電時間取決于蓄電池容量的大小，有很大的局限性，為了保證長時間不間斷很大的局限性，為了保證長時

16、間不間斷供電，可采用供電，可采用柴油發(fā)電機（簡稱油機）柴油發(fā)電機（簡稱油機）作為后備電源作為后備電源，如圖，如圖10-17所示，蓄電池所示，蓄電池只需作為市電與油機之間的過渡，容量只需作為市電與油機之間的過渡，容量可以比較小?？梢员容^小。1010.3 不間斷電源不間斷電源圖圖10-18 小容量小容量UPS主電路主電路圖圖10-19 大功率大功率UPS主電路主電路 UPS的主電路結(jié)構(gòu)的主電路結(jié)構(gòu) 容量較小的容量較小的UPS主電路主電路 整流部分使用二極管整流器和直整流部分使用二極管整流器和直流斬波器（用作流斬波器（用作PFC），可獲得較高），可獲得較高的的交流輸入功率因數(shù)交流輸入功率因數(shù)。 由于

17、逆變器部分使用由于逆變器部分使用IGBT并采并采用用PWM控制控制，可獲得良好的控制性能。，可獲得良好的控制性能。 使用使用GTO的大容量的大容量UPS主電路主電路 逆變器部分采用逆變器部分采用PWM控制，具控制，具有有調(diào)節(jié)電壓調(diào)節(jié)電壓和和改善波形改善波形的功能。的功能。 為減少為減少GTO的開關(guān)損耗，采用的開關(guān)損耗，采用較低的開關(guān)頻率較低的開關(guān)頻率。 輸出電壓中所含的最低次諧波為輸出電壓中所含的最低次諧波為11次，從而使交流濾波器小型化。次，從而使交流濾波器小型化。 10.4 開關(guān)電源開關(guān)電源 10.4.1 開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)開關(guān)電源的結(jié)構(gòu) 10.4.2 開關(guān)電源的控制方式開關(guān)電源的控制方式 1

18、0.4.3 開關(guān)電源的應(yīng)用開關(guān)電源的應(yīng)用1210.4.1 開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)圖圖10-22 開關(guān)電源的能量變換過程開關(guān)電源的能量變換過程交流輸入的開關(guān)電源交流輸入的開關(guān)電源 交流輸入、直流輸出的開關(guān)電源將交流電轉(zhuǎn)換為直流電。交流輸入、直流輸出的開關(guān)電源將交流電轉(zhuǎn)換為直流電。 整流電路普遍采用二極管構(gòu)成的橋式電路，直流側(cè)采用大電容濾波，較為整流電路普遍采用二極管構(gòu)成的橋式電路，直流側(cè)采用大電容濾波，較為先進的開關(guān)電源采用有源的功率因數(shù)校正先進的開關(guān)電源采用有源的功率因數(shù)校正(Power Factor Correction - PFC)電電路。路。 高頻逆變變壓器高頻整流電路高頻逆變變壓

19、器高頻整流電路是開關(guān)電源的核心部分，具體的電路采是開關(guān)電源的核心部分，具體的電路采用的是隔離型直流直流變流電路。用的是隔離型直流直流變流電路。 高性能開關(guān)電源中普遍采用了高性能開關(guān)電源中普遍采用了軟開關(guān)技術(shù)軟開關(guān)技術(shù)。 1310.4.1 開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)直流輸入的開關(guān)電源直流輸入的開關(guān)電源 也稱為也稱為直流直流變換器直流直流變換器(DC-DC Converter)，分為，分為隔離型隔離型和和非隔離型非隔離型，隔離型多采用反激、正激、半橋等隔離型電路，而非隔離型采用隔離型多采用反激、正激、半橋等隔離型電路，而非隔離型采用Buck、Boost、Buck-Boost等電路。等電路。 圖圖

20、10-24 a)同步降壓電路同步降壓電路 圖圖10-24 b)同步升壓電路同步升壓電路 1410.4.2 開關(guān)電源的控制方式開關(guān)電源的控制方式圖圖10-26 開關(guān)電源的控制系統(tǒng)開關(guān)電源的控制系統(tǒng) 圖圖10-27 電流模式控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)電流模式控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 典型的開關(guān)電源控制系統(tǒng)如圖典型的開關(guān)電源控制系統(tǒng)如圖10-26 所示，采用所示，采用反饋控制反饋控制，控，控制器根據(jù)誤差制器根據(jù)誤差e來調(diào)整控制量來調(diào)整控制量vc。 電壓模式控制電壓模式控制 圖圖10-26 所示即為電壓模式所示即為電壓模式控制，僅有一個輸出控制，僅有一個輸出電壓反饋控電壓反饋控制環(huán)制環(huán)。 其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，但有一其優(yōu)點是結(jié)

21、構(gòu)簡單，但有一個顯著的缺點是不能有效的控制個顯著的缺點是不能有效的控制電路中的電流。電路中的電流。電流模式控制電流模式控制 在電壓反饋環(huán)內(nèi)增加了在電壓反饋環(huán)內(nèi)增加了電流電流反饋控制環(huán)反饋控制環(huán)，電壓控制器的輸出，電壓控制器的輸出信號作為電流環(huán)的參考信號，給信號作為電流環(huán)的參考信號，給這一信號設(shè)置限幅，就可以限值這一信號設(shè)置限幅，就可以限值電路中的最大電流，達到短路和電路中的最大電流，達到短路和過載保護的目的，還可以實現(xiàn)恒過載保護的目的，還可以實現(xiàn)恒流控制。流控制。 1510.4.2 開關(guān)電源的控制方式開關(guān)電源的控制方式圖圖10-28 峰值電流模式控制的原理峰值電流模式控制的原理 峰值電流模式控

22、制峰值電流模式控制 峰值電流模式控制系統(tǒng)中電流控制環(huán)的結(jié)構(gòu)如圖峰值電流模式控制系統(tǒng)中電流控制環(huán)的結(jié)構(gòu)如圖10-28a所示，主要的波形所示，主要的波形如圖如圖10-28b所示。所示。 基本的原理：開關(guān)的開通由基本的原理：開關(guān)的開通由時鐘時鐘CLK信號信號控制，控制，CLK信號每隔一定的時間信號每隔一定的時間就使就使RS觸發(fā)器觸發(fā)器置位，使開關(guān)開通；開關(guān)開通后置位，使開關(guān)開通；開關(guān)開通后iL上升，當(dāng)上升，當(dāng)iL達到電流給定值達到電流給定值iR后，比較器輸出信號翻轉(zhuǎn)，并復(fù)位后，比較器輸出信號翻轉(zhuǎn)，并復(fù)位RS觸發(fā)器，使開關(guān)關(guān)斷。觸發(fā)器，使開關(guān)關(guān)斷。 a)b)1610.4.2 開關(guān)電源的控制方式開關(guān)電源

23、的控制方式圖圖10-29 平均電流模式控制的原理平均電流模式控制的原理 a)b) 峰值電流模式控制的不足：該方法控峰值電流模式控制的不足：該方法控制電感電流的峰值，而不是電感電流的制電感電流的峰值，而不是電感電流的平均值，且二者之間的差值隨著平均值，且二者之間的差值隨著M1和和M2的不同而改變，這對很多需要精確控的不同而改變，這對很多需要精確控制電感電流平均值的開關(guān)電源來說是不制電感電流平均值的開關(guān)電源來說是不能允許的；峰值電流模式控制電路中將能允許的；峰值電流模式控制電路中將電感電流直接與電流給定信號相比較，電感電流直接與電流給定信號相比較，但電感電流中通常含有一些開關(guān)過程產(chǎn)但電感電流中通常

24、含有一些開關(guān)過程產(chǎn)生的噪聲信號，容易生的噪聲信號，容易造成比較器的誤動造成比較器的誤動作作，使電感電流發(fā)生不規(guī)則的波動。，使電感電流發(fā)生不規(guī)則的波動。平均電流模式控制平均電流模式控制 平均電流模式控制采用平均電流模式控制采用PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器作為作為電流調(diào)節(jié)器，并將調(diào)節(jié)器輸出的控制量電流調(diào)節(jié)器，并將調(diào)節(jié)器輸出的控制量uc與鋸齒波信號與鋸齒波信號uS相比較，得到周期固相比較，得到周期固定、占空比變化的定、占空比變化的PWM信號，用以控信號，用以控制開關(guān)的通與斷。制開關(guān)的通與斷。 1710.4.3 開關(guān)電源的應(yīng)用開關(guān)電源的應(yīng)用開關(guān)電源廣泛用于各種電子設(shè)備、儀器，以及家電等，開關(guān)電源廣泛用于各種電子設(shè)

25、備、儀器，以及家電等，如臺式計算機和筆記本計算機的電源，電視機、如臺式計算機和筆記本計算機的電源，電視機、DVD播播放機的電源，以及家用空調(diào)器、電冰箱的電腦控制電路放機的電源，以及家用空調(diào)器、電冰箱的電腦控制電路的電源等，這些電源功率通常僅有幾十的電源等，這些電源功率通常僅有幾十W幾百幾百W；手；手機等移動電子設(shè)備的充電器也是開關(guān)電源，但功率僅有機等移動電子設(shè)備的充電器也是開關(guān)電源，但功率僅有幾幾W；通信交換機、巨型計算機等大型設(shè)備的電源也是；通信交換機、巨型計算機等大型設(shè)備的電源也是開關(guān)電源，但功率較大，可達數(shù)開關(guān)電源，但功率較大，可達數(shù)kW數(shù)百數(shù)百kW；工業(yè)上；工業(yè)上也大量應(yīng)用開關(guān)電源，如

26、數(shù)控機床、自動化流水線中，也大量應(yīng)用開關(guān)電源，如數(shù)控機床、自動化流水線中，采用各種規(guī)格的開關(guān)電源為其控制電路供電。采用各種規(guī)格的開關(guān)電源為其控制電路供電。 開關(guān)電源還可以用于蓄電池充電、電火花加工，電鍍、開關(guān)電源還可以用于蓄電池充電、電火花加工，電鍍、電解等電化學(xué)過程等，功率可達幾十幾百電解等電化學(xué)過程等，功率可達幾十幾百kW；在；在X光光機、微波發(fā)射機、雷達等設(shè)備中，大量使用的是高壓、機、微波發(fā)射機、雷達等設(shè)備中，大量使用的是高壓、小電流輸出的開關(guān)電源。小電流輸出的開關(guān)電源。 1810.5 功率因數(shù)校正技術(shù)功率因數(shù)校正技術(shù) 10.5.1 功率因數(shù)校正電路的基本原理功率因數(shù)校正電路的基本原理

27、10.5.2 單級功率因數(shù)校正技術(shù)單級功率因數(shù)校正技術(shù)1910.5 功率因數(shù)校正技術(shù)功率因數(shù)校正技術(shù)引言引言以開關(guān)電源為代表的各種電力電子裝置帶來一些負面的以開關(guān)電源為代表的各種電力電子裝置帶來一些負面的問題：輸入電流不是正弦波，就涉及到問題：輸入電流不是正弦波，就涉及到諧波諧波和和功率因數(shù)功率因數(shù)的問題。的問題。功率因數(shù)校正功率因數(shù)校正PFC (Power Factor Correction)技術(shù)即對電技術(shù)即對電流脈沖的幅度進行抑制，使電流波形盡量接近正弦波的流脈沖的幅度進行抑制，使電流波形盡量接近正弦波的技術(shù)，分成技術(shù)，分成無源功率因數(shù)校正無源功率因數(shù)校正和和有源功率因數(shù)校正有源功率因數(shù)校

28、正兩種。兩種。 無源功率因數(shù)校正技術(shù)通過在二極管整流電路中增加電無源功率因數(shù)校正技術(shù)通過在二極管整流電路中增加電感、電容等無源元件和二極管元件，對電路中的電流脈感、電容等無源元件和二極管元件，對電路中的電流脈沖進行抑制，以降低電流諧波含量，提高功率因數(shù)。沖進行抑制，以降低電流諧波含量，提高功率因數(shù)。 有源功率因數(shù)校正技術(shù)采用全控開關(guān)器件構(gòu)成的開關(guān)電有源功率因數(shù)校正技術(shù)采用全控開關(guān)器件構(gòu)成的開關(guān)電路對輸入電流的波形進行控制，使之成為與電源電壓同路對輸入電流的波形進行控制，使之成為與電源電壓同相的正弦波。相的正弦波。 2010.5.1 功率因數(shù)校正電路的基本原理功率因數(shù)校正電路的基本原理圖圖10-

29、30 典型的單相有源典型的單相有源PFC電路及主要原理波形電路及主要原理波形 單相功率因數(shù)校正電路的基本原理單相功率因數(shù)校正電路的基本原理 實際上是二極管整流電路加上升壓型斬波電路構(gòu)成的。實際上是二極管整流電路加上升壓型斬波電路構(gòu)成的。 原理原理 給定信號給定信號 和實際的直流電壓和實際的直流電壓ud比較后送入比較后送入PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器，得到指令信號，得到指令信號id，id和整流后正弦電壓相乘得到輸入電流的指令信號和整流后正弦電壓相乘得到輸入電流的指令信號i*，該指令信號和實際電感，該指令信號和實際電感電流信號比較后，通過電流信號比較后，通過滯環(huán)滯環(huán)對開關(guān)器件進行控制，便可使輸入直流電流跟蹤對

30、開關(guān)器件進行控制，便可使輸入直流電流跟蹤指令值，這樣交流側(cè)電流波形將近似成為與交流電壓同相的正弦波，跟蹤誤指令值，這樣交流側(cè)電流波形將近似成為與交流電壓同相的正弦波，跟蹤誤差在由滯環(huán)環(huán)寬所決定的范圍內(nèi)。差在由滯環(huán)環(huán)寬所決定的范圍內(nèi)。*du2110.5.1 功率因數(shù)校正電路的基本原理功率因數(shù)校正電路的基本原理圖圖10-30 典型的單相有源典型的單相有源PFC電路及主要原理波形電路及主要原理波形 在升壓斬波電路中，只要輸入電壓不高于輸出電壓，電在升壓斬波電路中，只要輸入電壓不高于輸出電壓，電感感L的電流就完全受開關(guān)的電流就完全受開關(guān)S的通斷控制；的通斷控制；S通時，通時，iL增長，增長，S斷時，斷

31、時，iL下降，因此下降，因此控制控制S的占空比按正弦絕對值規(guī)律變化，的占空比按正弦絕對值規(guī)律變化，且與輸入電壓同相且與輸入電壓同相，就可以控制，就可以控制iL波形為正弦絕對值，從波形為正弦絕對值，從而使輸入電流的波形為正弦波，且與輸入電壓同相，輸入而使輸入電流的波形為正弦波，且與輸入電壓同相，輸入功率因數(shù)為功率因數(shù)為1。 2210.5.1 功率因數(shù)校正電路的基本原理功率因數(shù)校正電路的基本原理圖圖10-31 三相單開關(guān)三相單開關(guān)PFC電路電路圖圖10-32 三相單開關(guān)三相單開關(guān)PFC電路的工作波形電路的工作波形三相功率因數(shù)校正電路的基本原理三相功率因數(shù)校正電路的基本原理 電路是工作在電流不連續(xù)模

32、式的電路是工作在電流不連續(xù)模式的升壓斬波電路，升壓斬波電路，LALC的電流在每個的電流在每個開關(guān)周期內(nèi)都是不連續(xù)的；電路中的開關(guān)周期內(nèi)都是不連續(xù)的；電路中的二極管都采用二極管都采用快速恢復(fù)二極管快速恢復(fù)二極管，電路，電路的輸出電壓高于輸入線間電壓峰值。的輸出電壓高于輸入線間電壓峰值。 工作原理工作原理 S開通后，電感電流值均從零開通后，電感電流值均從零開始線性上升（正向或負向），開始線性上升（正向或負向），S關(guān)關(guān)斷后，三相電感電流通過斷后，三相電感電流通過D7向負載側(cè)向負載側(cè)流動，并迅速下降到零。流動，并迅速下降到零。 在每一個開關(guān)周期中，在每一個開關(guān)周期中，電感電電感電流是三角形或接近三角形

33、的電流脈沖流是三角形或接近三角形的電流脈沖，其峰值與輸入電壓成正比；假設(shè)其峰值與輸入電壓成正比；假設(shè)S關(guān)關(guān)斷后電流斷后電流iA下降很快，下降很快，iA的平均值將的平均值將主要取決于陰影部分的面積，這樣主要取決于陰影部分的面積，這樣iA平均值與輸入電壓成正比平均值與輸入電壓成正比，因此輸入，因此輸入電流經(jīng)濾波后將近似為正弦波。電流經(jīng)濾波后將近似為正弦波。 2310.5.1 功率因數(shù)校正電路的基本原理功率因數(shù)校正電路的基本原理 在分析中略去了電流波形中非陰影部分，因此實際的電流波形在分析中略去了電流波形中非陰影部分，因此實際的電流波形 同正弦波相比有些畸變，如果輸出直流電壓很高，則開關(guān)同正弦波相比

34、有些畸變，如果輸出直流電壓很高，則開關(guān)S關(guān)斷關(guān)斷 后電流下降就很快，被略去的電流面積就很小，則電流波形同后電流下降就很快，被略去的電流面積就很小，則電流波形同 正弦波的近似程度高，其波形畸變小。正弦波的近似程度高，其波形畸變小。 該電路工作于該電路工作于電流斷續(xù)模式電流斷續(xù)模式，電路中電流峰值高，開關(guān)器件的通，電路中電流峰值高，開關(guān)器件的通態(tài)損耗和開關(guān)損耗都很大，因此適用于態(tài)損耗和開關(guān)損耗都很大，因此適用于36kW的中小功率電源中。的中小功率電源中。 圖圖10-31 三相單開關(guān)三相單開關(guān)PFC電路電路圖圖10-32 三相單開關(guān)三相單開關(guān)PFC電路的工作波形電路的工作波形2410.5.1 功率因

35、數(shù)校正電路的基本原理功率因數(shù)校正電路的基本原理開關(guān)電源中采用有源開關(guān)電源中采用有源PFC電路帶來以下好處電路帶來以下好處 輸入功率因數(shù)提高，輸入諧波電流減小，降低了電源對電網(wǎng)的干輸入功率因數(shù)提高，輸入諧波電流減小，降低了電源對電網(wǎng)的干擾，滿足了現(xiàn)行諧波限制標(biāo)準。擾，滿足了現(xiàn)行諧波限制標(biāo)準。 在輸入相同有功功率的條件下，輸入電流有效值明顯減小，降低在輸入相同有功功率的條件下，輸入電流有效值明顯減小，降低了對線路、開關(guān)、連接件等電流容量的要求。了對線路、開關(guān)、連接件等電流容量的要求。 由于有升壓斬波電路，電源允許的輸入電壓范圍擴大，能適應(yīng)世由于有升壓斬波電路，電源允許的輸入電壓范圍擴大，能適應(yīng)世界

36、各國不同的電網(wǎng)電壓，極大的提高電源裝置的可靠性和靈活性。界各國不同的電網(wǎng)電壓，極大的提高電源裝置的可靠性和靈活性。 由于升壓斬波電路的穩(wěn)壓作用，整流電路輸出電壓波動顯著減小，由于升壓斬波電路的穩(wěn)壓作用，整流電路輸出電壓波動顯著減小，使后級使后級DC-DC變換電路的工作點保持穩(wěn)定，有利于提高控制精度和變換電路的工作點保持穩(wěn)定，有利于提高控制精度和效率。效率。單相有源功率因數(shù)校正電路較為簡單，僅有單相有源功率因數(shù)校正電路較為簡單，僅有1個全控開關(guān)器件。該電個全控開關(guān)器件。該電路容易實現(xiàn)，可靠性也較高，因此應(yīng)用非常廣泛；三相有源功率因路容易實現(xiàn)，可靠性也較高，因此應(yīng)用非常廣泛；三相有源功率因數(shù)校正電

37、路結(jié)構(gòu)和控制較復(fù)雜，成本也很高，三相功率因數(shù)校正技數(shù)校正電路結(jié)構(gòu)和控制較復(fù)雜，成本也很高，三相功率因數(shù)校正技術(shù)的仍是研究的熱點。術(shù)的仍是研究的熱點。2510.6 電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用10.6.1 高壓直流輸電高壓直流輸電10.6.2 無功功率控制無功功率控制10.6.3 電力系統(tǒng)諧波抑制電力系統(tǒng)諧波抑制10.6.4 電能質(zhì)量控制、柔性交流輸電與定制電能質(zhì)量控制、柔性交流輸電與定制 電力技術(shù)電力技術(shù)2610.6.1 高壓直流輸電高壓直流輸電圖圖10-34 高壓直流輸電系統(tǒng)的基本原理和典型結(jié)構(gòu)高壓直流輸電系統(tǒng)的基本原理和典型結(jié)構(gòu) 高壓直流輸電（高壓直流輸電（

38、High Voltage DC TransmissionHVDC）是電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中是電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中最早開始的應(yīng)用領(lǐng)域，最早開始的應(yīng)用領(lǐng)域，20世紀世紀50年代以來，當(dāng)電力電子技術(shù)年代以來，當(dāng)電力電子技術(shù)的發(fā)展帶來了可靠的高壓大功的發(fā)展帶來了可靠的高壓大功率交直流轉(zhuǎn)換技術(shù)之后，高壓率交直流轉(zhuǎn)換技術(shù)之后，高壓直流輸電越來越受到人們的關(guān)直流輸電越來越受到人們的關(guān)注。注。原理和典型結(jié)構(gòu)原理和典型結(jié)構(gòu) 原理原理 發(fā)電廠輸出交流電，由變發(fā)電廠輸出交流電，由變壓器（換流變壓器）將電壓升壓器（換流變壓器）將電壓升高后送到高后送到晶閘管整流器晶閘管整流器，由晶，由晶閘管整流器將高壓交流變?yōu)楦?/p>

39、閘管整流器將高壓交流變?yōu)楦邏褐绷?。壓直流?經(jīng)經(jīng)直流輸電線路直流輸電線路輸送到電輸送到電能的接受端。能的接受端。 2710.6.1 高壓直流輸電高壓直流輸電圖圖10-34 高壓直流輸電系統(tǒng)的基本原理和典型結(jié)構(gòu)高壓直流輸電系統(tǒng)的基本原理和典型結(jié)構(gòu) 在受端電能又經(jīng)過在受端電能又經(jīng)過晶閘管逆變晶閘管逆變器器由直流變回交流，再經(jīng)變壓器降由直流變回交流，再經(jīng)變壓器降壓后配送到各個用戶。壓后配送到各個用戶。典型結(jié)構(gòu)典型結(jié)構(gòu) 圖圖10-34是典型的采用是典型的采用十二脈波十二脈波換流器換流器的雙極高壓直流輸電線路。的雙極高壓直流輸電線路。 雙極是指其輸電線路兩端的每雙極是指其輸電線路兩端的每端都由兩個額定電

40、壓相等的換流器端都由兩個額定電壓相等的換流器串聯(lián)聯(lián)結(jié)而成，具有兩根傳輸導(dǎo)線，串聯(lián)聯(lián)結(jié)而成，具有兩根傳輸導(dǎo)線，分別為正極和負極，每端兩個換流分別為正極和負極，每端兩個換流器的串聯(lián)連接點接地。器的串聯(lián)連接點接地。 兩極獨立運行，當(dāng)一極停止運兩極獨立運行，當(dāng)一極停止運行時，另一極以大地作回路還可以行時，另一極以大地作回路還可以帶一半的負荷，這樣就提高了運行帶一半的負荷，這樣就提高了運行的可靠性，也有利于分期建設(shè)和運的可靠性，也有利于分期建設(shè)和運行維護；單極高壓直流輸電系統(tǒng)只行維護；單極高壓直流輸電系統(tǒng)只用一根傳輸導(dǎo)線（一般為負極），用一根傳輸導(dǎo)線（一般為負極），以大地或海水作為回路。以大地或海水作為

41、回路。 2810.6.1 高壓直流輸電高壓直流輸電高壓直流輸電的優(yōu)勢高壓直流輸電的優(yōu)勢 更有利于進行遠距離和大容量的電能傳輸或者海底或更有利于進行遠距離和大容量的電能傳輸或者海底或地下電纜傳輸。地下電纜傳輸。 不受輸電線路的不受輸電線路的感性和容性參數(shù)感性和容性參數(shù)的限制。的限制。 直流輸電線導(dǎo)體沒有直流輸電線導(dǎo)體沒有積膚效應(yīng)積膚效應(yīng)問題，相同輸電容量問題，相同輸電容量下直流輸電線路的占地面積也小。下直流輸電線路的占地面積也小。 短距離送電可采用基于短距離送電可采用基于全控型電力電子器件全控型電力電子器件的電壓的電壓型變流器，性能更優(yōu)。型變流器，性能更優(yōu)。 更有利于電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)。更有利于電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)。

42、 更容易解決更容易解決同步同步、穩(wěn)定性穩(wěn)定性等等復(fù)雜問題。等等復(fù)雜問題。 更有利于系統(tǒng)控制。更有利于系統(tǒng)控制。 通過對換流器的有效控制可以實現(xiàn)對傳輸?shù)挠泄νㄟ^對換流器的有效控制可以實現(xiàn)對傳輸?shù)挠泄β实目焖俣鴾蚀_的控制，還能阻尼功率振蕩、改善系統(tǒng)率的快速而準確的控制，還能阻尼功率振蕩、改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性、限制短路電流。的穩(wěn)定性、限制短路電流。 2910.6.2 無功功率控制無功功率控制在電力系統(tǒng)中，對無功功率的控制是非常重要的，通過對無功功率的控制，在電力系統(tǒng)中，對無功功率的控制是非常重要的，通過對無功功率的控制，可以可以提高功率因數(shù)提高功率因數(shù)，穩(wěn)定電網(wǎng)電壓穩(wěn)定電網(wǎng)電壓，改善供電質(zhì)量改善供電

43、質(zhì)量。晶閘管投切電容器晶閘管投切電容器 交流電力電容器的投入與切斷是控制無功功率的一種重要手段，交流電力電容器的投入與切斷是控制無功功率的一種重要手段，晶閘管投晶閘管投切電容器切電容器TSC是一種性能優(yōu)良的無功補償方式。是一種性能優(yōu)良的無功補償方式。 圖圖10-35是是TSC的基本原理圖，可以看出的基本原理圖，可以看出TSC的基本原理實際上是就是的基本原理實際上是就是用交用交流電力電子開關(guān)來投如或者切除電容器流電力電子開關(guān)來投如或者切除電容器，兩個反并聯(lián)的晶閘管起著把電容，兩個反并聯(lián)的晶閘管起著把電容C并入電網(wǎng)或從電網(wǎng)斷開的作用，串聯(lián)的電感很小，只是用來抑制電容器投并入電網(wǎng)或從電網(wǎng)斷開的作用，

44、串聯(lián)的電感很小，只是用來抑制電容器投入電網(wǎng)時可能出現(xiàn)的沖擊電流；在實際工程中，為避免容量較大的電容器入電網(wǎng)時可能出現(xiàn)的沖擊電流；在實際工程中，為避免容量較大的電容器組同時投入或切斷會對電網(wǎng)造成較大的沖擊，一般把電容器分成幾組，根組同時投入或切斷會對電網(wǎng)造成較大的沖擊，一般把電容器分成幾組，根據(jù)電網(wǎng)對無功的需求而改變投入電容器的容量，據(jù)電網(wǎng)對無功的需求而改變投入電容器的容量，TSC實際上就成為斷續(xù)可實際上就成為斷續(xù)可調(diào)的動態(tài)無功功率補償器。調(diào)的動態(tài)無功功率補償器。 圖圖10-35 TSC基本原理圖基本原理圖a) 基本單元單相簡圖基本單元單相簡圖 b) 分組投切單相簡圖分組投切單相簡圖3010.6

45、.2 無功功率控制無功功率控制圖圖10-36 TSC理想投切時刻原理說明理想投切時刻原理說明TSC運行時晶閘管投入時刻的原則運行時晶閘管投入時刻的原則 該時刻該時刻交流電源電壓應(yīng)和電容器預(yù)交流電源電壓應(yīng)和電容器預(yù)先充電的電壓相等先充電的電壓相等，這樣電容器電壓不，這樣電容器電壓不會產(chǎn)生躍變，也就不會產(chǎn)生沖擊電流。會產(chǎn)生躍變，也就不會產(chǎn)生沖擊電流。 一般來說，理想情況下，希望電容一般來說，理想情況下，希望電容器預(yù)先充電電壓為器預(yù)先充電電壓為電源電壓峰值電源電壓峰值，這時，這時電源電壓的變化率為零電源電壓的變化率為零，因此在投入時，因此在投入時刻刻iC為零為零，之后才按正弦規(guī)律上升；這，之后才按正

46、弦規(guī)律上升；這樣，電容投入過程不但沒有沖擊電流，樣，電容投入過程不但沒有沖擊電流，電流也沒有階躍變化。電流也沒有階躍變化。 如圖如圖10-36，導(dǎo)通開始時，導(dǎo)通開始時uC已由上已由上次導(dǎo)通時段最后導(dǎo)通的晶閘管次導(dǎo)通時段最后導(dǎo)通的晶閘管VT1充電充電至電源電壓至電源電壓us的正峰值，的正峰值，t1時刻導(dǎo)通時刻導(dǎo)通VT2，以后每半個周波輪流觸發(fā)，以后每半個周波輪流觸發(fā)VT1和和VT2；切除這條電容支路時，如在；切除這條電容支路時，如在t2時時刻刻iC已降為零，已降為零，VT2關(guān)斷，關(guān)斷， uC保持在保持在VT2導(dǎo)通結(jié)束時的電源電壓負峰值，為導(dǎo)通結(jié)束時的電源電壓負峰值，為下一次投入電容器做了準備。下

47、一次投入電容器做了準備。 3110.6.2 無功功率控制無功功率控制圖圖10-37 晶閘管和二極管反并聯(lián)方式的晶閘管和二極管反并聯(lián)方式的TSC晶閘管和二極管反并聯(lián)方式的晶閘管和二極管反并聯(lián)方式的TSC 由于二極管的作用在電路不導(dǎo)通時由于二極管的作用在電路不導(dǎo)通時uC總會維持在電源總會維持在電源電壓峰值。電壓峰值。 這種電路成本稍低，但因為二極管不可控，這種電路成本稍低，但因為二極管不可控，響應(yīng)速度響應(yīng)速度要慢一些要慢一些，投切電容器的最大時間滯后為一個周波。，投切電容器的最大時間滯后為一個周波。 3210.6.2 無功功率控制無功功率控制晶閘管控制電抗器（晶閘管控制電抗器（TCR ） 晶閘管交

48、流調(diào)壓電路帶電感性負載的一個典型應(yīng)用，圖晶閘管交流調(diào)壓電路帶電感性負載的一個典型應(yīng)用，圖10-38所示為所示為TCR的典型電路，可以看出是的典型電路，可以看出是支路控制三角聯(lián)結(jié)方式的晶閘管三相交流調(diào)壓電路支路控制三角聯(lián)結(jié)方式的晶閘管三相交流調(diào)壓電路。 通過對通過對 角的控制，可以連續(xù)調(diào)節(jié)流過電抗器的電流，從而調(diào)節(jié)電路從電角的控制，可以連續(xù)調(diào)節(jié)流過電抗器的電流，從而調(diào)節(jié)電路從電網(wǎng)中吸收的無功功率，如配以固定電容器，則可以在從容性到感性的范圍內(nèi)網(wǎng)中吸收的無功功率，如配以固定電容器，則可以在從容性到感性的范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)無功功率。連續(xù)調(diào)節(jié)無功功率。 圖圖10-38 晶閘管控制電抗器晶閘管控制電抗器(T

49、CR)電路電路電抗器中所含電電抗器中所含電阻很小，可以近阻很小，可以近似看成純電感負似看成純電感負載，因此載，因此 的移的移相范圍為相范圍為90180。 3310.6.2 無功功率控制無功功率控制圖圖10-39 TCR電路負載相電流和輸入線電流波形電路負載相電流和輸入線電流波形a) =120 b) =135 c) =160圖圖10-39給出了給出了 分別為分別為120、135和和160時時TCR電電路的負載相電流和輸入線電流的波形。路的負載相電流和輸入線電流的波形。3410.6.2 無功功率控制無功功率控制靜止無功發(fā)生器靜止無功發(fā)生器 靜止無功發(fā)生器靜止無功發(fā)生器SVG在本書中專指由自換相的電

50、力電子橋式變流器來進在本書中專指由自換相的電力電子橋式變流器來進行動態(tài)無功補償?shù)难b置。行動態(tài)無功補償?shù)难b置。 SVG分為采用電壓型橋式電路和電流型橋式電路兩種類型。分為采用電壓型橋式電路和電流型橋式電路兩種類型。 采用電壓型橋式電路的采用電壓型橋式電路的SVG如圖如圖10-40a，直流側(cè)采用的是，直流側(cè)采用的是電容電容，還需，還需再串聯(lián)上連接再串聯(lián)上連接電抗器電抗器才能并入電網(wǎng)。才能并入電網(wǎng)。 采用電流型橋式電路的采用電流型橋式電路的SVG如圖如圖10-40b，直流側(cè)采用的是，直流側(cè)采用的是電感電感，還需，還需在交流側(cè)并聯(lián)上吸收換相產(chǎn)生的過電壓的在交流側(cè)并聯(lián)上吸收換相產(chǎn)生的過電壓的電容器電容器

51、才能并入電網(wǎng)。才能并入電網(wǎng)。圖圖10-40 SVG的電路基本結(jié)構(gòu)圖的電路基本結(jié)構(gòu)圖a）采用電壓型橋式電路）采用電壓型橋式電路 b）采用電流型橋式電路）采用電流型橋式電路3510.6.2 無功功率控制無功功率控制SVG（采用電壓型橋式電路）的（采用電壓型橋式電路）的工作原理工作原理 由于運行效率的原因迄今投入由于運行效率的原因迄今投入實用的實用的SVG大都采用電壓型橋式電大都采用電壓型橋式電路。路。 SVG可以等效地被視為可以等效地被視為幅值和幅值和相位均可以控制的一個與電網(wǎng)同頻相位均可以控制的一個與電網(wǎng)同頻率的交流電壓源率的交流電壓源，通過交流電抗器，通過交流電抗器連接到電網(wǎng)上。連接到電網(wǎng)上。

52、 設(shè)電網(wǎng)電壓和設(shè)電網(wǎng)電壓和SVG輸出的交流輸出的交流電壓分別用相量電壓分別用相量 和和 表示，改變表示，改變 的幅值及其相對于的幅值及其相對于 的相位，就可的相位，就可以改變連接電抗上的電壓，從而控以改變連接電抗上的電壓，從而控制制SVG從電網(wǎng)吸收電流的相位和幅從電網(wǎng)吸收電流的相位和幅值，也就控制了值，也就控制了SVG吸收無功功率吸收無功功率的性質(zhì)和大小。的性質(zhì)和大小。 圖圖10-41 SVG等效電路及工作原理等效電路及工作原理 a） 單相等效電路單相等效電路 b） 工作相量圖工作相量圖 VSVIVIVS3610.6.2 無功功率控制無功功率控制與傳統(tǒng)與傳統(tǒng)SVC相比較相比較 傳統(tǒng)的以傳統(tǒng)的以

53、TCR為代表的為代表的SVC，由于其所能提供的最大，由于其所能提供的最大電流分別是受其電流分別是受其并聯(lián)電抗器并聯(lián)電抗器和和并聯(lián)電容器并聯(lián)電容器的阻抗特性限的阻抗特性限制的，因而隨著電壓的降低而減小，因此制的，因而隨著電壓的降低而減小，因此SVG的運行范的運行范圍比傳統(tǒng)圍比傳統(tǒng)SVC大。大。 SVG的調(diào)節(jié)速度更快，而且在采取的調(diào)節(jié)速度更快，而且在采取多重化或多重化或PWM技術(shù)技術(shù)等措施后可大大減少補償電流中諧波的含量。等措施后可大大減少補償電流中諧波的含量。 SVG使用的電抗器和電容元件遠比使用的電抗器和電容元件遠比SVC中使用的電抗中使用的電抗器和電容要小，這將大大縮小裝置的體積和成本。器和

54、電容要小，這將大大縮小裝置的體積和成本。 SVG還可以在必要時短時間內(nèi)向電網(wǎng)提供一定量的還可以在必要時短時間內(nèi)向電網(wǎng)提供一定量的有有功功率功功率。 SVG的控制方法和控制系統(tǒng)要比傳統(tǒng)的控制方法和控制系統(tǒng)要比傳統(tǒng)SVC復(fù)雜，另外復(fù)雜，另外SVG要使用數(shù)量較多的較大容量自關(guān)斷器件，其價格目要使用數(shù)量較多的較大容量自關(guān)斷器件，其價格目前仍比前仍比SVC使用的普通晶閘管高得多。使用的普通晶閘管高得多。 3710.6.2 無功功率控制無功功率控制SVG發(fā)展的共同特點發(fā)展的共同特點 SVG的主電路由早期的以多重化的方波變流器的主電路由早期的以多重化的方波變流器為主要形式，已發(fā)展為以為主要形式，已發(fā)展為以P

55、WM變流器為主要形變流器為主要形式。式。 SVG的變流器中所采用的電力半導(dǎo)體器件已由的變流器中所采用的電力半導(dǎo)體器件已由早期的以早期的以GTO為主，已逐步發(fā)展為采用為主，已逐步發(fā)展為采用IGBT和和IGCT，采用，采用IGBT的趨勢更為明顯。的趨勢更為明顯。 SVG的補償目標(biāo)已由早期的以對輸電系統(tǒng)的補的補償目標(biāo)已由早期的以對輸電系統(tǒng)的補償為主，擴展到了對配電系統(tǒng)補償，甚至負荷補償為主，擴展到了對配電系統(tǒng)補償，甚至負荷補償?shù)雀鱾€層次。償?shù)雀鱾€層次。 3810.6.3 電力系統(tǒng)諧波抑制電力系統(tǒng)諧波抑制抑制諧波有兩條基本思路，一是抑制諧波有兩條基本思路，一是裝設(shè)補償裝置裝設(shè)補償裝置，設(shè)法補，設(shè)法補償

56、其產(chǎn)生的諧波；另一條就是償其產(chǎn)生的諧波；另一條就是對電力電子裝置本身進行對電力電子裝置本身進行改進改進，使其不產(chǎn)生諧波，同時還不消耗無功功率，或者，使其不產(chǎn)生諧波，同時還不消耗無功功率，或者根據(jù)需要能對其功率因數(shù)進行控制，即采用高功率因數(shù)根據(jù)需要能對其功率因數(shù)進行控制，即采用高功率因數(shù)變流器。變流器。調(diào)諧濾波器調(diào)諧濾波器 是傳統(tǒng)的補償諧波的主要手段。是傳統(tǒng)的補償諧波的主要手段。 其結(jié)構(gòu)簡單，既可補償諧波，又可補償無功，一直被其結(jié)構(gòu)簡單，既可補償諧波，又可補償無功，一直被廣泛應(yīng)用于對電力系統(tǒng)中諧波和無功功率的補償。廣泛應(yīng)用于對電力系統(tǒng)中諧波和無功功率的補償。 有源電力濾波器（有源電力濾波器（Ac

57、tive Power FilterAPF） 有源電力濾波器的思想最早提出于上世紀有源電力濾波器的思想最早提出于上世紀60年代末，年代末，1976年確立了有源電力濾波器的完整概念和主電路拓撲年確立了有源電力濾波器的完整概念和主電路拓撲結(jié)構(gòu)，上世紀結(jié)構(gòu)，上世紀80年代以來，由于新型電力半導(dǎo)體器件的年代以來，由于新型電力半導(dǎo)體器件的出現(xiàn)，出現(xiàn)，PWM逆變技術(shù)的發(fā)展，以及基于瞬時無功功率理逆變技術(shù)的發(fā)展，以及基于瞬時無功功率理論的諧波電流瞬時檢測方法的提出，有源電力濾波器才論的諧波電流瞬時檢測方法的提出，有源電力濾波器才得以迅速發(fā)展。得以迅速發(fā)展。 3910.6.3 電力系統(tǒng)諧波抑制電力系統(tǒng)諧波抑制圖

58、圖10-42 有源電力濾波器的基本原理和典型電流波形有源電力濾波器的基本原理和典型電流波形圖圖10-43 有源電力濾波器的變流電路有源電力濾波器的變流電路有源電力濾波器的基本原理有源電力濾波器的基本原理 如圖如圖10-42所示，有源電力濾波所示，有源電力濾波器檢測出負載電流器檢測出負載電流 iL中的諧波電流中的諧波電流 iLh，根據(jù)檢測結(jié)果產(chǎn)生與，根據(jù)檢測結(jié)果產(chǎn)生與iLh大小相等大小相等而方向相反的補償電流而方向相反的補償電流 iC，從而使流，從而使流入電網(wǎng)的電流入電網(wǎng)的電流iS只含有基波分量只含有基波分量 iLf。與與LC無源濾波器相比，有源濾波無源濾波器相比，有源濾波能對變化的諧波進行迅速

59、的動態(tài)跟蹤能對變化的諧波進行迅速的動態(tài)跟蹤補償，而且補償特性不受電網(wǎng)頻率和補償，而且補償特性不受電網(wǎng)頻率和阻抗的影響。阻抗的影響。有源電力濾波器的變流電路可分為有源電力濾波器的變流電路可分為電壓型電壓型和和電流型電流型，目前實用的裝置大，目前實用的裝置大都是電壓型；從與補償對象的連接方都是電壓型；從與補償對象的連接方式來看，有源電力濾波器又可分為式來看，有源電力濾波器又可分為并并聯(lián)型聯(lián)型和和串聯(lián)型串聯(lián)型。 串聯(lián)型串聯(lián)型APF通過變壓器連在電源通過變壓器連在電源和負載間，相當(dāng)于一個和負載間，相當(dāng)于一個受控電壓源受控電壓源，既可補償電流，也可消除電壓畸變。既可補償電流，也可消除電壓畸變。 并聯(lián)型并

60、聯(lián)型4010.6.4 電能質(zhì)量控制、柔性交流輸電與定制電力技術(shù)電能質(zhì)量控制、柔性交流輸電與定制電力技術(shù)應(yīng)用電力電子技術(shù)不僅可以有效地控制無功功率從而保障系統(tǒng)電壓應(yīng)用電力電子技術(shù)不僅可以有效地控制無功功率從而保障系統(tǒng)電壓的幅度，可以補償諧波從而保障供電電壓的波形，而且可以解決不的幅度，可以補償諧波從而保障供電電壓的波形，而且可以解決不對稱、電壓幅度暫低（對稱、電壓幅度暫低（voltage sag）和電壓閃變（）和電壓閃變（flicker）等各種穩(wěn)）等各種穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)的電能質(zhì)量問題，這被稱為采用電力電子裝置的態(tài)和暫態(tài)的電能質(zhì)量問題，這被稱為采用電力電子裝置的電能質(zhì)量電能質(zhì)量控制技術(shù)控制技術(shù)。 電力電