多级组合版韦

第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用19.1变速恒频交流发电系统

9.2太阳能光伏发电系统

9.3晶闸管相控整流—有源逆变的直流输电系统

9.4交流异步电动机变频变速传动系统*9.5AC/DC—DC/AC恒压、横频（CVCF）不间断电源UPS9.6带功率因数校正（APFC）的开关电源和充电电源

9.7荧光灯-电子镇流器照明电源

9.8感应加热电源、电焊和电磁灶电源第九章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用2主要特点满足负载对供电电源品质和特性要求改善或消除对其供电电源的影响

比一级变换电源装置（如带工频变压器的变换器）重量更轻、体积更小、效率更高组合型电力电子变换电源第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用39.1变速恒频交流发电系统

9.2太阳能光伏发电系统

9.3晶闸管相控整流—有源逆变的直流输电系统

9.4交流异步电动机变频变速传动系统*9.5AC/DC—DC/AC恒压、横频（CVCF）不间断电源UPS9.6带功率因数校正（APFC）的开关电源和充电电源

9.7荧光灯-电子镇流器照明电源

9.8感应加热电源、电焊和电磁灶电源第九章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用49.1变速恒频交流发电系统传统发电（同步发电机发电）转子运行在同步转速，同时定子侧交流电压的大小、频率恒定恒速恒频变速恒频发电转子转速可变，但定子侧交流电压的大小、频率恒定变速恒频第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用59.1.1直驱型永磁同步电机风力发电系统1.AC/DC—DC/DC—DC/AC三级变换系统第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用69.1.1直驱型永磁同步电机风力发电系统2.AC/DC—DC/AC两级变换系统第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用79.1.2绕线型转子交流励磁双馈异步电机风力发电系统绕线转子异步电机双馈发电电机为绕线式异步电机变流器Ⅱ输出频率f2、电压V2的三相交流电流i2给三相转子绕组发电机的定子向电网送电（馈电）需要升速齿轮箱第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用8变速恒频交流发电系统小结直驱型永磁同步发电系统绕线转子异步电机双馈型发电不需要增速齿轮箱变流器的功率应按发电机全功率设计需要增速齿轮箱变流器功率为变速范围的转差功率第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用99.1变速恒频交流发电系统

9.2太阳能光伏发电系统

9.3晶闸管相控整流—有源逆变的直流输电系统

9.4交流异步电动机变频变速传动系统*9.5AC/DC—DC/AC恒压、横频（CVCF）不间断电源UPS9.6带功率因数校正（APFC）的开关电源和充电电源

9.7荧光灯-电子镇流器照明电源

9.8感应加热电源、电焊和电磁灶电源第九章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用109.2太阳能光伏发电系统特点

光伏电池输出的电压较低，容量小，需要串、并联组合使用

太阳能电池单元的输出电压、电流伏安特性和输出功率特性受太阳光照强度和温度影响----设计有最大功率点跟踪控制（MPPT）

常在发电系统中引入储能装置第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用119.1变速恒频交流发电系统

9.2太阳能光伏发电系统

9.3晶闸管相控整流—有源逆变的直流输电系统

9.4交流异步电动机变频变速传动系统*9.5AC/DC—DC/AC恒压、横频（CVCF）不间断电源UPS9.6带功率因数校正（APFC）的开关电源和充电电源

9.7荧光灯-电子镇流器照明电源

9.8感应加热电源、电焊和电磁灶电源第九章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用129.3晶闸管相控整流—有源逆变的直流输电系统

交流输电直流输电输电距离、容量受限长距离输电电力系统的安全稳定降低输电距离、容量不受限不存在因传输功率过大而引起发电机运行不稳定问题需要3根输电线，线路损耗较大需要2根输电线，线路损耗较大能把两个不同频率的交流电力系统连接在一起相互交换功率第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用13输电线首端相控整流器输电线末端相控有源逆变器9.3晶闸管相控整流—有源逆变的直流输电系统（续）

第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用14直流输电实现输电线的首端采用高压晶闸管相控整流器，把交流电变为直流电输电线末端采用高压晶闸管相控有源逆变器把直流电变为交流电整流器、逆变器中晶闸管由很多晶闸管串联构成，并由多个三相桥变换器组合，构成复合型高压、大功率整流器、逆变器缺点：输电系统存在严重的谐波，且功率因数低9.3晶闸管相控整流—有源逆变的直流输电系统（续）

第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用159.1变速恒频交流发电系统

9.2太阳能光伏发电系统

9.3晶闸管相控整流—有源逆变的直流输电系统

9.4交流异步电动机变频变速传动系统*9.5AC/DC—DC/AC恒压、横频（CVCF）不间断电源UPS9.6带功率因数校正（APFC）的开关电源和充电电源

9.7荧光灯-电子镇流器照明电源

9.8感应加热电源、电焊和电磁灶电源第九章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用16转速：9.4交流异步电动机变频变速传动系统

电磁转矩：运行区域：S<SM第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用179.4交流异步电动机变频变速传动系统(续)调速方案：改变逆变器输出频率主磁通密度：实现方案：在改变输出频率时，应同时改变电压-----恒压频比第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用189.4交流异步电动机变频变速传动系统(续)

调速类型：绕线型异步电动机转差频率控制变速传动系统电机转速：调速方案：改变变流器Ⅱ输出给转子的电压的频率f2

第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用199.1变速恒频交流发电系统

9.2太阳能光伏发电系统

9.3晶闸管相控整流—有源逆变的直流输电系统

9.4交流异步电动机变频变速传动系统*9.5AC/DC—DC/AC恒压、横频（CVCF）不间断电源UPS9.6带功率因数校正（APFC）的开关电源和充电电源

9.7荧光灯-电子镇流器照明电源

9.8感应加热电源、电焊和电磁灶电源第九章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用209.5AC/DC—DC/AC恒压、恒频（CVCF）不间断电源UPS背景：某些关键负载不允许供电中断，同时供电质量要求高UPS：是由整流器、逆变器、附加半导体固态开关（又称为静态开关）和储能环节（如蓄电池等）所构成的交流恒压恒频电源UPS分类在线双变换式（doubleconversiononline）后备式（passivestandby）第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用219.5.1典型在线双变换式UPS工作模式市电正常时：输入开关S闭合、静态开关S1闭合、S2断开市电异常时：输入开关S断开、静态开关S1闭合、S2断开特点：负载一直由逆变器供电，供电质量、可靠性高第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用229.5.2典型后备式UPS工作模式市电正常时：负载由市电供电市电异常时：负载由逆变器供电特点：供电质量、可靠性高不及在线双变换UPS，在切换过程中存在短暂供电中断分类冷后备UPS热后备UPS第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用239.1变速恒频交流发电系统

9.2太阳能光伏发电系统

9.3晶闸管相控整流—有源逆变的直流输电系统

9.4交流异步电动机变频变速传动系统*9.5AC/DC—DC/AC恒压、横频（CVCF）不间断电源UPS9.6带功率因数校正（APFC）的开关电源和充电电源

9.7荧光灯-电子镇流器照明电源

9.8感应加热电源、电焊和电磁灶电源第九章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用249.6带功率因数校正（APFC）的开关电源和充电电源背景：各种电子设备和各种控制系统中的控制电源都需要低压直流电源AC/DC相控整流方案：变换器重量、体积大，给公用电网注入谐波电流，污染电网并降低电网功率因数带功率因数校正器（PFC）的直流开关电源系统：电源重量体积小，对

电网污染小解决方案第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用259.6.1含升压（Boost）型功率因数校正器的高频整流若无电容C1，直流电压Vdc为频率100Hz的正弦半波直流电压，脉动很大若有电容C1，仅在电源半周的tp期间且Vdc>Vc时才有电流ip，C1越大Vc脉动越小，但电源脉冲电流i1宽度更窄、更尖，畸变更大不控整流电路工作特点：第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用269.6.1含升压（Boost）型功率因数校正器的高频整流(续)

1.可实现输入电流is的波形与交流电源电压vs的波形同相------功率因数为12.电压闭环可保证输出电压Vo为恒定指令值

第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用279.6.1含升压（Boost）型功率因数校正器的高频整流(续)输入电流连续，谐波频率高，EMI小

输入电感可减少对输入滤波器的要求，可防止电网对主电路高频瞬态冲击开关器件的电压不超过输出电压值主要优点：主要缺点：输入、输出间没有绝缘隔离，适合于1~2kW以下负载。第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用289.6.2带反激式功率因数校正器的高频整流反激式变换器拓扑结构反激变换器工作在不连续导电模式（DCM）电源与负载有变压器隔离可通过高频变压器实现多路输出第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用299.6.3电池充电电源

恒流（限压）充电阶段恒压（限流）充电阶段

蓄电池充电特性及充电曲线：

为了消除各单体电池端电压不平衡现象，通过提升电池充电端电压到稍高于浮充电压值的均充电压，而使充电不足的电池容量得到补足两个充电阶段：第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用309.6.3电池充电电源(续)恒流（限压）充电阶段：V<VRef

，

V2正值很大，二极管D2阻断，VR不起控制作用，电池的充电电压V从初值逐渐上升。恒压（限流）充电阶段：V>VRef

，V2下降，D2导通，D1阻断，电流调节器IR退出调节作用，电压调节器VR工作。充电控制原理：第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用319.1变速恒频交流发电系统

9.2太阳能光伏发电系统

9.3晶闸管相控整流—有源逆变的直流输电系统

9.4交流异步电动机变频变速传动系统*9.5AC/DC—DC/AC恒压、横频（CVCF）不间断电源UPS9.6带功率因数校正（APFC）的开关电源和充电电源

9.7荧光灯-电子镇流器照明电源

9.8感应加热电源、电焊和电磁灶电源第九章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用329.7荧光灯-电子镇流器照明电源

白炽灯：热光源，电一光转换效率很低荧光灯：冷光源，50HZ电源供电时电一光转换效率也比钨丝炽热发光效率高3-4倍LED：节能效果非常显著照明方式：白炽灯与荧光灯差异：电阻温度系数为正值电阻温度系数为负值-------必须加入镇流器第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用339.7荧光灯-电子镇流器照明电源(续)

串联一个稳流电感（压降VL远大于灯光压降VR），电容CS是用来补偿功率因数，小电容C1用于降低起动过程中的过压和无线电干扰；双金属片开关K1（起辉器）在常温下闭合。合上开关K后，电源经电感L和K1形成回路，使K1发热迅速断开电路，L感应高压反电势加在灯管两个电极之间使气体开始放电，点燃灯投入工作。正常工作时电极温度高使K1保持断开状态。一旦断开电源开关K，K1恢复到闭合状态。基本原理：第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用349.7荧光灯-电子镇流器照明电源(续)

电感作镇流器缺点：采用50HZ电源供电，L值比较大，灯管电流在半个电源周期脉动一次高频电子镇流器：

灯管供电电压的频率为20-25kHz，在相同的电抗时，可显著地减小电子镇流器的重量、体积。且电源电流正弦性好，功率因数接近于1.0第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用359.1变速恒频交流发电系统

9.2太阳能光伏发电系统

9.3晶闸管相控整流—有源逆变的直流输电系统

9.4交流异步电动机变频变速传动系统*9.5AC/DC—DC/AC恒压、横频（CVCF）不间断电源UPS9.6带功率因数校正（APFC）的开关电源和充电电源

9.7荧光灯-电子镇流器照明电源

9.8感应加热电源、电焊和电磁灶电源第九章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用369.8.1感应加热电源加热原理：

线圈中注入中频电流，产生中频交变磁场，在金属部件中感应中频涡流；金属部件电阻耗损在金属部件内部转化为热能加热电源：

晶闸管逆变器为中频谐振式逆变器，输出频率跟踪感应加热线圈和C构成的谐振频率fr（一般逆变器的输出频率f略高于谐振频率fr，为晶闸管提供负载换流的条件）第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用379.8.2高频电焊电源普通电焊机：

将电网50Hz交流电经变压器降压再整流成低压（如50V）直流作电焊电源：重量、体积大，焊接特性调控不理想。高频电焊机：

采用AC/DC一DC/AC一AC/DC三级变换；用中频变压器取代了50Hz工频变压器，故重量轻、体积小；高频逆变器可对焊接过程进行快速的调控从而改善焊接特性。第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用389.8.3电磁灶电源普通加热：电饭煲和煤气炉加热时，大量热能逸出到空间，电一热转换效率低。高频感应加热：

将50Hz交流电源整流滤波后，由一个全控开关T控制感应线圈和谐振电容C构成的并联谐振电路，将直流电压VD逆变为25-40kHz的高频电能对感应线圈供电，电一热转换效率高。第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用39本章小结组合型电力电子变换电源含有直流中间环节的交流—直流—交流两级变换交流电源含有交流中间环节的直流—交流—直流二级变换直流电源

有中间直流环节的多级交流电源的应用领域涉及变速恒频风力发电系统，太阳能光伏发电系统、不间断电源UPS、交流电动机变速传动系统等

有中间交流环节的直流电源，常用于对供电质量要求较高的直流负载，例如通讯系统中直流基础电源等第10章电力电子开关型电力补偿控制器40第十章电力电子开关型补偿控制器10.1电力传输基本运行特性10.2晶闸管开关型并联补偿控制器(TSC、TCR)10.3晶闸管开关型串联电容补偿(TCSC、GCSC*)10.4PWM变流器型静止同步并联补偿器(STATCOM)10.5PWM变流器型静止同步串联补偿器(SSSC)10.6谐波电流补偿器(HCC)10.7谐波电压补偿器(HVC)10.8统一潮流控制器(UPFC*)10.9统一电能质量控制器(UPQC*)第10章电力电子开关型电力补偿控制器41简单输电系统无功导致电压损失!第10章电力电子开关型电力补偿控制器42有功无功潮流无功减小输电功率!第10章电力电子开关型电力补偿控制器43理想输电特性电源和补偿器均分线路无功!第10章电力电子开关型电力补偿控制器44第10章电力电子开关型补偿控制器10.1电力传输基本运行特性10.2晶闸管开关型并联补偿控制器(TSC、TCR)10.3晶闸管开关型串联电容补偿(TCSC、GCSC*)10.4PWM变流器型静止同步并联补偿器(STATCOM)10.5PWM变流器型静止同步串联补偿器(SSSC)10.6谐波电流补偿器(HCC)10.7谐波电压补偿器(HVC)10.8统一潮流控制器(UPFC*)10.9统一电能质量控制器(UPQC*)第10章电力电子开关型电力补偿控制器45TSC原理与特性价格便宜，控制简单。电压过零投切，不能相控！第10章电力电子开关型电力补偿控制器46TCR原理第10章电力电子开关型电力补偿控制器47TCR特性能连续调节，可与TSC配合使用。导通延迟控制产生谐波电流！能多个并联使用。第10章电力电子开关型电力补偿控制器48SVC=TSC+TCR特性:协调电压控制阻尼功率振荡作用:

增加线路的输送容量改善系统的稳定性支撑已有的HVDC第10章电力电子开关型电力补偿控制器49第10章电力电子开关型补偿控制器10.1电力传输基本运行特性10.2晶闸管开关型并联补偿控制器(TSC、TCR)10.3晶闸管开关型串联电容补偿(TCSC、GCSC*)10.4PWM变流器型静止同步并联补偿器(STATCOM)10.5PWM变流器型静止同步串联补偿器(SSSC)10.6谐波电流补偿器(HCC)10.7谐波电压补偿器(HVC)10.8统一潮流控制器(UPFC*)10.9统一电能质量控制器(UPQC*)第10章电力电子开关型电力补偿控制器50TCSC原理：无C第10章电力电子开关型电力补偿控制器51TCSC=FC+TCR第10章电力电子开关型电力补偿控制器52TCSC特性能连续调节，容性与感性工作区。TCR导通延迟控制产生谐波电流！TCR支路增加电阻可抑制次同步振荡（SSRD）。第10章电力电子开关型电力补偿控制器53GCSC原理*第10章电力电子开关型电力补偿控制器54GCSC特性*能连续调节。关断延迟控制产生谐波电压！能串联使用。第10章电力电子开关型电力补偿控制器55第10章电力电子开关型补偿控制器10.1电力传输基本运行特性10.2晶闸管开关型并联补偿控制器(TSC、TCR)10.3晶闸管开关型串联电容补偿(TCSC、GCSC*)10.4PWM变流器型静止同步并联补偿器(STATCOM)10.5PWM变流器型静止同步串联补偿器(SSSC)10.6谐波电流补偿器(HCC)10.7谐波电压补偿器(HVC)10.8统一潮流控制器(UPFC*)10.9统一电能质量控制器(UPQC*)第10章电力电子开关型电力补偿控制器56STATCOM原理同步电压源，感性、容性工作区。可控性强，损耗不大。第10章电力电子开关型电力补偿控制器57STATCOM功率第10章电力电子开关型电力补偿控制器58STATCOM控制幅值、相位控制框图。直流侧电压、无功功率闭环调节。第10章电力电子开关型电力补偿控制器59第10章电力电子开关型补偿控制器10.1电力传输基本运行特性10.2晶闸管开关型并联补偿控制器(TSC、TCR)10.3晶闸管开关型串联电容补偿(TCSC、GCSC*)10.4PWM变流器型静止同步并联补偿器(STATCOM)10.5PWM变流器型静止同步串联补偿器(SSSC)10.6谐波电流补偿器(HCC)10.7谐波电压补偿器(HVC)10.8统一潮流控制器(UPFC*)10.9统一电能质量控制器(UPQC*)第10章电力电子开关型电力补偿控制器60SSSC原理与STATCOM电路对偶。阻抗与电压观点。第10章电力电子开关型电力补偿控制器61第10章电力电子开关型补偿控制器10.1电力传输基本运行特性10.2晶闸管开关型并联补偿控制器(TSC、TCR)10.3晶闸管开关型串联电容补偿(TCSC、GCSC*)10.4PWM变流器型静止同步并联补偿器(STATCOM)10.5PWM变流器型静止同步串联补偿器(SSSC)10.6谐波电流补偿器(HCC)10.7谐波电压补偿器(HVC)10.8统一潮流控制器(UPFC*)10.9统一电能质量控制器(UPQC*)第10章电力电子开关型电力补偿控制器62HCC原理并联型有源电能质量调节：电流谐波抑制和无功补偿。第10章电力电子开关型电力补偿控制器63第10章电力电子开关型补偿控制器10.1电力传输基运行特性10.2晶闸管开关型并联补偿控制器(TSC、TCR)10.3晶闸管开关型串联电容补偿(TCSC、GCSC*)10.4PWM变流器型静止同步并联补偿器(STATCOM)10.5PWM变流器型静止同步串联补偿器(SSSC)10.6谐波电流补偿器(HCC)10.7谐波电压补偿器(HVC)10.8统一潮流控制器(UPFC*)10.9统一电能质量控制器(UPQC*)第10章电力电子开关型电力补偿控制器64HVC原理串联型有源电能质量调节：电压谐波隔离和动态恢复。第10章电力电子开关型电力补偿控制器65第10章电力电子开关型补偿控制器10.1电力传输基运行特性10.2