电力系统用电力电子装置h

1、电力电子装置及系统设计电力电子装置及系统设计Dr. HUANG Meng （黄萌）School of Electrical Engineering, Wuhan University电力系统用电力电子装置并联补偿静止无功发生器（SVG）有源电力滤波器（APF）串联补偿综合补偿统一潮流控制器（UPFC）Design of Power Electronic Devices and Systems2静止无功补偿器SVCDesign of Power Electronic Devices and Systems3UICILUCmaxULmaxICmaxILmaxBCBLmax0BCmax=2BC静止无

2、功发生SVG(STATCOM)Design of Power Electronic Devices and Systems4系统母线耦合变压器电机同步电抗加变压器漏感励磁UXUI “同步发电机同步发电机”进相运行进相运行 平滑双向，调节灵活平滑双向，调节灵活 运动部分结构复杂，维护麻烦运动部分结构复杂，维护麻烦静止无功发生SVG(STATCOM)Design of Power Electronic Devices and Systems5系统母线耦合变压器XU+UdcCSDC-AC开关变流器U0I SVGSVG采用调相机原理，不能交换有采用调相机原理，不能交换有功功 电压源型、模块化链式结构电

3、压源型、模块化链式结构 没有运动部件没有运动部件 运行维护简单运行维护简单 响应块响应块 功能更强大功能更强大谐波补偿谐波补偿基于电压型变流器的并基于电压型变流器的并联补偿联补偿静止无功发生SVG(STATCOM)Design of Power Electronic Devices and Systems6控制策略控制策略静止无功发生SVG(STATCOM)Design of Power Electronic Devices and Systems7系统电压波形系统电压波形SVGSVG输出电流波形输出电流波形动态动态响应曲线响应曲线并联型有源电力滤波器APFDesign of Power El

4、ectronic Devices and Systems8谐波：非正弦周期信谐波：非正弦周期信号号与理想与理想正弦的误差！正弦的误差！傅里叶级数分解傅里叶级数分解并联型有源电力滤波器APFDesign of Power Electronic Devices and Systems9典型谐波源典型谐波源 电机的磁饱和、具有二极电机的磁饱和、具有二极管整流回路的变频器等管整流回路的变频器等 具有具有晶闸管整流装置晶闸管整流装置换流换流站、站、中频中频炉、电弧炉炉、电弧炉等等 UPS设备设备、电梯、电子类电梯、电子类照明设备照明设备 计算机、打印机等等办公计算机、打印机等等办公类设备类设备 传统的电

5、气化机车传统的电气化机车并联型有源电力滤波器APFDesign of Power Electronic Devices and Systems10谐波的危害谐波的危害 增加供电变压器损耗、噪音，降低设备利用率增加供电变压器损耗、噪音，降低设备利用率 无功补偿电容器因谐波放大而损坏无功补偿电容器因谐波放大而损坏 谐波引起的集肤效应使电缆阻抗增加，温度升高谐波引起的集肤效应使电缆阻抗增加，温度升高，加快绝缘老化加快绝缘老化 三相四线系统中的零序谐波会增加中线电流，严重三相四线系统中的零序谐波会增加中线电流，严重时会造成中线烧断时会造成中线烧断 电磁干扰电磁干扰并联型有源电力滤波器APFDesign

6、 of Power Electronic Devices and Systems11谐波的治理谐波的治理LC无源无源滤波器滤波器有源滤波器有源滤波器并联型有源电力滤波器APFDesign of Power Electronic Devices and Systems12项目项目LC无源滤波器无源滤波器有源滤波器有源滤波器滤波能力滤波能力一种参数只能针对特定次数谐波补偿同时滤除250次以内全部谐波或指定次数的谐波滤波效率滤波效率部分参数外的谐波无法滤除90%以上响应速度响应速度/5ms无功补偿无功补偿可补偿系统无功，但无法动态跟踪，可能产生过补偿动态跟踪系统无功变化，提供从感性到容性的无功功率平

7、滑补偿不平衡补不平衡补偿能力偿能力比较难设计可对不平衡进行补偿对系统内对系统内其他装置其他装置的影响的影响改变系统阻抗特性，可能导致系统谐振装置永不过载，并联在系统内的电流源，对系统内其他装置无任何影响谐波的治理谐波的治理Design of Power Electronic Devices and Systems13谐波的原理谐波的原理 电压型逆变器电压型逆变器 闭环控制闭环控制 自动跟踪补偿自动跟踪补偿 PWMPWM调制调制 采用全控器件采用全控器件 补充功能可设定补充功能可设定电压源变流器的串联补偿Design of Power Electronic Devices and Systems

8、14基于电压型变流基于电压型变流器的串联补偿器的串联补偿U=Usin(w wt-j j)PRef (RRef)QRef (XRef)PPQ电压型变电压型变流器流器能源（可选）能源（可选）控制控制-耦合变压器耦合变压器结构特点相当于同步电压源调节线路潮流如无需有功调节，只需容量较小的储能电容基于电压型变流基于电压型变流器器的的并并联补偿联补偿Design of Power Electronic Devices and Systems15基于电压型变流器基于电压型变流器的串联补偿的串联补偿基于电压型变流器基于电压型变流器的并联补偿的并联补偿可实现与电流无关的恒可实现与电流无关的恒压补偿压补偿可实现

9、与可实现与电压无关电压无关的的恒恒流补偿流补偿通过控制可灵活实现输通过控制可灵活实现输出电压反向出电压反向通过控制可灵活通过控制可灵活实现输实现输出电流反向出电流反向输出超前线路电流输出超前线路电流90900 0的的电压可以补偿系统阻抗电压可以补偿系统阻抗对偶对偶输出超前母线电压输出超前母线电压90900 0的的电流可以补偿系统阻抗电流可以补偿系统阻抗只能输出与系统电流正只能输出与系统电流正交的电压交的电压只能输出与系统只能输出与系统电压正电压正交的电流交的电流统一潮流控制器UPFCDesign of Power Electronic Devices and Systems16基本原理UsUp

10、qQpqUseff=Us+UpqUrUxPXIUpqrUxUseffUrdUx0Upqd0统一潮流控制器的实现方式是通过调节串联注入电压矢量Upq的幅值Upq(0 Upq Upqmax)和相角r (0r 2) 来实现只有基于只有基于直直流流侧有电源侧有电源的电压型变的电压型变流器才能实流器才能实现！现！Design of Power Electronic Devices and Systems17UPFC拓扑控 制测量变量参数设置变流器1变流器2并联变压器串联变压器acacURefZRefsRefQRefIUsUpqU+UpqUdc统一潮流控制器UPFCDesign of Power Elec

11、tronic Devices and Systems18有功无功解耦控制P,Qr00.51-0.5-0.500.5P,QrQpqPpqrpq2701809036027018090360PP(Upq=0)rpqQrQor(Upq=0) UPFC输出电压矢量Upq幅值变化范围为：0UpqUpqmax 相角变化范围为： 0rpq360 固定d、Us、Ur、Upq改变相角rpq则线路传输有功、无功为正弦变化如右图Design of Power Electronic Devices and Systems19UPFC工作模式控 制测量变量参数设置变流器1变流器2并联变压器串联变压器acacURefZRe

12、fsRefQRefIUsUpqU+UpqUdcPP、QP、Q功率因数控制系统电压控制直流电压平衡电压控制阻抗控制相角控制潮流控制线间潮流控制器IPFCDesign of Power Electronic Devices and Systems20原理与UPFC类似线路线路n线路线路2线路线路1变流器变流器2变流器变流器1变流器变流器n光纤连接光纤连接直线母线直线母线控制控制变变电电站站旁路设施旁路设施线间潮流线间潮流控制不是控制不是相间潮流相间潮流控制！控制！U2sU1sU1pqU2pqR12U2seffU1seffI2I1Ux1Ux2X1X2U1rU2r高压直流输电HVDCDesign of Power Electronic Devices and Systems21HVDC基本组成换流母线换流母线交流交流系统系统 I无功补无功补偿设备偿设备交交 流流滤波器滤波器直流线路直流线路Vd I 换流