电力电子-陈坚 第十章

X AB / 2 X C X L 1 XC XC XC X L XC 1 XL
传输功率
P
E 2 V sin X q1 X L X AB
10.2.1 晶闸管控制的串联电容补偿器TCSC（续3）
A点开通T1，B点关断T1，则在AB期间T1通态短接电容C， vc=0 ； C点开通T2，D点关断T2，则在CD期间T2通态短接电容C， vc=0 。 在B点T1关断后+i(t)流过电容C，使vc增大；ωt >π时， -i(t) 又使vc减小为0； 在D点T2关断后-i(t)流过电容C，使负vc增大，ωt >2π时， +i(t)又使负vc减小为0。
对vc(t)作傅立叶分析，可得vc(t)基波电压有效值 等效基波电容容抗
I sin 2 2 VC1 C
VC1 1 sin 2 2 I C
X C ( )
10.2.2 可关断晶闸管GTO控制的串联电容补偿器GCSC
等效基波容抗
10.2 晶闸管开关型串联电抗补偿器
10.2.1
晶闸管控制的串联电容补偿器TCSC
10.2.2 可关断晶闸管GTO控制的串联电容补偿器GCSC
10.2.1 晶闸管控制的串联电容补偿器TCSC

E





I d ( X L X q1 )

V2 Id

Iq
I q ( X L X q1 )

I sin 2 2 C
X C ( )
(10 12)
=π时 ,θ=180°，vc=0，C 不起作用；
X C ( ) 0
=π/2时 θ=0°， C接入线路，vc为完整的正弦波；
X C ( / 2) 1/ C
π/2 < < π时，
i(t ) 2V2 [cos cos t ] ,(10 6) ; t 2 , i(t ) im L
10.1.2 晶闸管相控并联电抗器TCR （续1）
电流i(t)正半波：i(t )
i 电流i(t)负半波：(t )
2V2 [cos cos t ] (10 4) L
变流器II输出的串联补偿电压

V 超前 V 1 为α



角； V 超前V 2



为δ +α ，

串入 V 后，在线路上增加的电流 I V / jX L jV / X L ，I 滞后V 1 , 90
I
滞后V 2 的相角为 90 ( )
XC
1/ C 0
10.2.2 可关断晶闸管GTO控制的串联电容补偿器GCSC
=π和 =π/2时GCSC的 vc都不会引起谐波电压。 采用N个GCSC串联使用，根据所需的等效补偿容抗 值，只控制一个GCSC的 α 在90°~180 之间变化， 可以减小GCSC所引起的谐波电压。
10.5 谐波电压补偿器HVC（或串联型电力有源滤波器SAPF） 10.6 PWM开关型串联同步电压补偿器SSSC *10.7 统一潮流控制器UPFC *10.8 超导磁体储能系统SMES
10.9 小结
10.0 概述
电力半导体开关器件所构成的电力电子开关电路有两类 应用： 1. 电力电子变换电源。 实现电力变换。 2. 电力电子补偿、控制器。 输出可控的电压串联在线路上，补偿控制线路电压。 输出可控的电流并联在电网上，补偿控制线路电流。 串联在线路上补偿控制线路等效阻抗。 并联在电网上补偿控制电网等效负载阻抗。
非线性负载，或电源vS为非正弦，使重要负载端A、 B、C电压有谐波vh。 实时检测A、B、C处的谐波电压 vhr，取变流器的指令输 * 出电压 vc vh ，则重要负载R、S、T处无谐波电压。
10.6 PWM开关型串联同步电压补偿器SSSC
1. 2. 3.
若 V VB VA jkI, Z AB VAB / I VBA / I jk ，相当于线路上串接了一 个容抗K，等效串联电容补偿向电网串联注入无功功率。

10.2.2 可关断晶闸管GTO控制的串联电容补偿器GCSC
若α为 T1的关断控制角则
1 t 2I (cos cos t ) 在BC期间，vc (t ) 2 I sin tdt C C 1 t 2I 在DE期间， c (t ) v 2 I sin tdt (cos cos t ) C C


2V2 2V2 [cos cos t ] (10 6), im (1 cos ) (10 5) L L V sin 2 2( ) I1 2 (10 8) 作傅立叶分析,基波有效值 L V X1 2 L (10 10) 电感L的等效基波电抗为 I1 sin 2 2( )
电力电子学
——电力电子变换和控制技术（第二版）
第 10 章 电力电子开关型电力补偿、 控制器
10 电力电子开关型电力补偿、控制器
10.0 概述 10.1 晶闸管开关型并联电抗补偿控制器 10.2 晶闸管开关型串联电抗补偿器 10.3 PWM开关型并联无功功率发生器STATCOM
10.4 谐波电流补偿器HCC（或并联型电力有源滤波器PAPF）
若 V VB VA kI ，向电网串联注入有功功率 P VI
V 若 V1 、 2 大小、相位不变，串入 V 则增加线路电流 I V /( jX L )改 变 V 大小、相位，可调控线路有功、无功功率潮流。

4.
若 V1 大小、相位不变，串入 V 可改变负载的电压大小、相位。
10.1 晶闸管开关型并联电抗补偿控制器
10.1.1
晶闸管投、切并联电容器TSC（Thyristor
Switched Capacitors) 10.1.2 晶闸管相控并联电抗器TCR
10.1.1 晶闸管投、切并联电容器TSC
图10.1 晶闸管投切电容器TSC
I C V2 / X C 2fCV2 I Q I sin
EV2 V ( E cos V2 ) sin , Q2 V2 I q 2 X L X q1 X L X q1
将图中的一个1/2Lc改为R，即构成同步振荡阻尼器SSRD
10.2.1 晶闸管控制的串联电容补偿器TCSC（续1）

E





I d ( X L X q1 )

V2 Id

Iq
I q ( X L X q1 )

I
矢量图
为确保发电机扰动状态运行稳定性，δ不宜过大。XL很大 时，P传输功率受限，远小于导线发热所允许的功率极限 值，在线路中串入电容，可减小等效线路电抗，提高传输 功率。 固定C，相控电抗XL，构成TSCS（Thyristor Controlled Series Capacitor)
10.2.1 晶闸管控制的串联电容补偿器TCSC（续2）
相控电感l的等效感抗： 串联等效电容C容抗：
X LC
Vc l I l1 sin 2 2
X C 1/ C
α=180°时 X l ，AB两点等效容抗 X AB 1/ C α=90°时 X l L X ，AB两点等效容抗 L

10.7 统一潮流控制器UPFC
I经PT1并联在电网上，补偿电流ic；II经PT2，补偿电压ΔV串接 在线路上。 I在逆变状态向电网送出有功功率时，II则高频整流从电网吸取 有功功率； I在高频整流状态从电网吸取有功功率时， II则逆变向电网送出 有功功率。
10.7 统一潮流控制器UPFC（续1）
Q VS I Q
从电网输入有功功率P用于补充变流器功耗使VD恒定。
10.3 PWM开关型并联无功功率发生器STATCOM （续2）
图10.5 (a) (e)
1.电压VD闭环控制。 2.无功功率Q闭环控制。
先进的（或高级的）静止型无功功率发生器ASVG（Advanced Static Var Generator ） 。 也 被 称 为 静 止 同 步 补 偿 器 STATCOM （ Static Synchronous Compensator ） ， 又 称 为 静 止 调 相 器 STATCON(Static Condenser)。
10.4 谐波电流补偿器HCC（或并联型电力有源滤波器PAPF）
实时检测iA、iB、iC，分离出ih、iL1Q ，取ih、iL1Q为变流 器指令输出电流，控制变流器实际输出电流，使其跟踪指令 电流，使电网无谐波电流，甚至没有无功电流。
10.5 谐波电压补偿器HVC（或串联型电力有源滤波器SAPF）
10.0 概述（续）
Hale Waihona Puke 分类：按电力补偿控制器中所用开关器件及其控制方式的不同， 可以分为：
晶闸管相控型电力补偿控制器。 全控开关器件高频PWM补偿控制器。 优点：
使电力系统的有功、无功功率潮流优化，平衡电力系统的 有功、无功功率，抑制功率振荡，可以改善电力系统的供 电质量和运行特性，可以提高运行的经济性和可靠性，提 高电力设备（发电机、变压器、输配电线路）的利用率， 减少备用电力设备。
10.7 统一潮流控制器UPFC（续2）
P V2 I P V2 I cos V2 I cos[90 ( )]
Q V2 I Q V2 I sin V2 I sin[90 ( )]
90，i(t)比v落后90，电流为正弦波 X L L;
180 , X L 0