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《电力电子技术》电子课件(高职高专第5版) 7.5 静止无功补偿装置

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电力电子技术课件 第7章

电力电子技术课件 第7章

电力电子技术的发展及其在电力系统中的应用，将使 用晶闸管的静止无功补偿装置推上了无功补偿的舞台， 并逐渐占据了静止无功补偿的主导地位。 随着电力电子技术的进一步发展，20世纪80年代以来， 出现了一种更为先进的静止型无功补偿装置，这就是 采用自换相变流电路的静止无功补偿装置——静止同 步补偿器(Static Synchronous Compensator— STATCOM)，也有人称之为新型静止无功发生器 (Advanced Static Var Generator—ASVG)，或者轻型 SVC(SVC-Light)。
与并联电容器配合使用的TCR
当TCR与固定电容器配 合使用时，被称为 TCR+FC型SVC，有时 也简称为TCR，其电 压—电流特性如图所示。 这种类型补偿器的缺陷 是：当补偿器工作在吸 收很小的容性或感性无 功功率的状态时，其电 抗器和电容器实际上都 已吸收了很大的无功功 率，因此都有很大的电 流流过，只是相互对消 而已，这显然降低了 TCR的使用效率。
(2)控制方法 开环控制的策略相对较简单，多用于负载补偿。这 种控制方式已经成功地应用在减少电弧炉引起的电 压闪烁方面。 闭环控制的方法较为复杂，实际系统中应用也较多， 下面以改善电压质量调整的功能为例，介绍具体的 闭环控制方法。
电压闭环的控制方法示意图
带电流内环的电压反馈控制方法示意图
为了改善控制性能，可以在此基础上再引入补偿电流 ISVC的反馈，如图所示。通过在电压反馈构成的外闭 环之内再引入电流环的负反馈控制，以提高控制精度。 这样，控制系统中就有两个调节器——电压调节器和 电流调节器。
TSC的基本原理 7.3.1 TSC的基本原理
TSC的基本原理 (a)单相结构简图；(b)分组投切的TSC单相简图；(c)电压—电流特性

《电力电子技术》 ppt课件

《电力电子技术》 ppt课件
电力电子技术
《电力电子技术》
电力电子技术
《电力电子技术》
引言 电力电子器件 电力电子电路 脉宽调制（PWM）技术和软开关技术
第2页
电力电子技术
《电力电子技术》
➢ 什么是电力电子技术？ ➢ 电力电子技术的发展史 ➢ 电力电子技术的应用
第3页
电力电子技术
《电力电子技术》
➢ 电子技术: 信息电子技术 电力电子技术
电力电子技术
IGBT的结构（显示图）
– 图a—N沟道VDMOSFET与GTR组合——N沟道IGBT
（N-IGBT）。 – IGBT比VDMOSFET多一层P+注入区，形成了一个大面
积的P+N结J1。 – ——使IGBT导通时由P+注入区向N基区发射少子，从
而对漂移区电导率进行调制，使得IGBT具有很强的通流 能力。 – 简化等效电路表明，IGBT是GTR与MOSFET组成的达林 顿结构，一个由MOSFET驱动的厚基区PNP晶体管。 – RN为晶体管基区内的调制电阻。
第17页
电力电子技术
《电力电子技术》
1.不可控器件——电力二极管
2.半控型器件——晶闸管 3. 典型全控型器件
（1）门极可关断晶闸管 （2）电力晶体管 （3）电力场效应晶体管 （4）绝缘栅双极晶体管
★
第18页
电力电子技术
《电力电子技术》
1. IGBT的结构和工作原理
三端器件：栅极G、集电极C和发射极E
➢ 全控型器件（复合型器件）
80年代后期开始，以绝缘栅极双极型晶体管（IGBT）为代 表的全控型器件因驱动功率小、开关速度快、载流能力大等得 到迅猛的发展。
★
第10页
电力电子技术

电力电子技术第五版课件

电力电子技术第五版课件

PWM控制技术
采用脉宽调制（PWM）技术，通过改变脉冲宽度来控 制输出电压的大小，实现直流电压的连续调节。
直流斩波电路的分类与特点
分类
根据开关管的控制方式不同，直流斩波电 路可分为定频调宽式、定宽调频式和调宽 调频式三种类型。
输出电压稳定
采用PWM控制技术，输出电压稳定度高， 纹波小。
效率高
由于开关管工作在开关状态，导通压降小， 损耗低，因此效率高。
02
柔性交流输电（FACTS）
通过电力电子装置对交流输电系统的电压、电流、功率等参数进行快速、
灵活的控制，提高电力系统的稳定性和可靠性。
03
分布式发电与微电网
利用电力电子技术实现分布式电源的并网、控制和优化运行，构建高效、
可靠的微电网系统。
电力电子技术在交通运输中的应用
电动汽车驱动与控制
01
采用电力电子技术实现电动汽车的高效、安全驱动，提高电动
交流电力电子开关可用于电力系 统的无功补偿。通过控制晶闸管 的导通与关断，可以实现对无功 电流的连续调节，提高电力系统 的功率因数和稳定性。
电力电子技术的应用与案例分
07
析
电力电子技术在电力系统中的应用
01
高压直流输电（HVDC）
利用电力电子技术实现高效、稳定的直流电能传输，减少输电损耗，提
高输电效率。
特点
方波逆变电路简单、成本低，但输出波形质 量差；正弦波逆变电路输出波形质量好，但 成本高、技术复杂；准正弦波逆变电路介于 两者之间，具有一定的性价比。
逆变电路的应用实例
不间断电源（UPS） 在市电停电或电压不稳定时，UPS通过逆变电路将蓄电池 的直流电能转换为交流电能，为负载提供稳定的电源供应。

电力电子技术(完整幻灯片PPT

电力电子技术(完整幻灯片PPT
1-3
2.1.1 电力电子器件的概念和特征
电力电子器件的损耗 通态损耗
主要损耗 断态损耗 开关损耗
开通损耗 关断损耗
通态损耗是器件功率损耗的主要成因。
器件开关频率较高时，开关损耗可能成为器件功率损 耗的主要因素。
1-4
2.1.2 应用电力电子器件系统组成
电力电子系统：由控制电路、驱动电路、保护电路
恢复特性的软度：下降时间与
延复迟系时数间，用的S比r表值示tf。/td，或称恢uFFra bibliotek2V0
b) tfr
t
图2-6 电力二极管的动态过程波形
a) 正向偏置转换为反向偏置
b) 零偏置转换为正向偏置
1-17
2.2.2 电力二极管的基本特性
关断过程
IF
diF
dt
trr
须经过一段短暂的时间才能重新获 UF
td
A
G
KK
A A
G
G
P1 N1 P2 N2
J1 J2 J3
K
K G
A
a)
b)
c)
图2-7 晶闸管的外形、结构和电气图形符号
a) 外形 b) 结构 c) 电气图形符号
外形有螺栓型和平板型两种封装。
四层三结三极。
螺栓型封装，通常螺栓是其阳极，能与散热器紧 密联接且安装方便。
平板型晶闸管可由两个散热器将其夹在中间。
电力电子技术(完整幻灯片 PPT
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(2024年)电力电子技术完整版全套PPT电子课件

(2024年)电力电子技术完整版全套PPT电子课件

实验报告撰写与答辩
讲解实验报告的撰写要求和答辩技巧 ，提高学生的综合素质和能力。
36
08
电力电子技术应用案例
2024/3/26
37
新能源发电系统中电力电子技术应用
光伏发电系统
最大功率点跟踪（MPPT ）技术、逆变器并网技术 、孤岛检测与保护技术等 。
2024/3/26
风力发电系统
变桨距控制技术、变速恒 频技术、直驱式永磁风力 发电技术等。
2024/3/26
13
可控整流电路分析与应用
可控整流电路原理
可控整流电路通过控制触发角α的大小，实现对输出电压的调 节。
2024/3/26
可控整流电路应用
可控整流电路广泛应用于直流调速、电力拖动、电解、电镀 等领域。
14
滤波电路原理与设计方法
滤波电路原理
滤波电路是利用电容、电感等元件对交流电的频率特性进行滤波，从而得到平 滑的直流电的电路。
高性能器件选择
选用高性能的功率器件和驱动电路，提高电路的工作频率和可靠性。例如，选用低导通电阻和低栅极电荷的 MOSFET可以降低电路的导通损耗和开关损耗；选用高耐压和高电流的IGBT可以提高电路的带负载能力等 。
系统优化与热设计
对系统进行全面的优化和热设计，确保电路在高负载、高温等恶劣环境下仍能稳定可靠地工作。例如，采用 合理的散热结构和风扇控制策略可以降低电路的工作温度；采用模块化设计可以提高电路的维修性和可扩展 性等。
2024/3/26
功率场效应晶体管（Power MOSFE…
阐述Power MOSFET和IGBT的结构、特点以及在电力电子电路中的 广泛应用。
11
03
整流与滤波技术
2024/3/26

无功补偿装置介绍 ppt课件

无功补偿装置介绍 ppt课件
SVG的主要组成 主要有连接电抗器、 启动装置、功率部分、 控制系统、冷却系统、 信号采集与传输等辅 助部分组成。
ppt课件
16
四、静止无功发生器（SVG）
启动装置 主要有由启动开关、启动电阻、避雷器、隔离刀
闸和接地刀闸等组成。 主要作用：实现SVG自励启动，限制上电时直 流电容的充电涌流，避免IGBT模块、直流电容 损坏。SVG上电时，启动电阻串于充电回路， 起限流保护作用；需将电阻通过启动开关旁路后 SVG方能投入运行。 连接电抗器 主要作用： 限制无功输出电流； 滤除装置产生的高次谐波； 将两个电压源连接起来。
ppt课件
21
四、静止无功发生器（SVG）
SVG操作与维护 1、 SVG动态无功补偿装置的投运：
将开关室SVG接地刀闸拉开 将室外接地刀闸拉开，并将隔离开关合上，将开关手车摇至运行位置。 将SVG控制柜上的“复位”按钮按下，直到“合闸就绪”指示灯亮起，此时将SVG断路器合 上，SVG动态无功补偿装置即可投入运行。 2、 SVG动态无功补偿装置的停机： 将SVG断路器断开，SVG动态无功补偿装置退出运行。 3、 如进入检修状态需进行如下操作： 将室外隔离开关拉开，并将接地刀闸合上 将开关室SVG手车开关摇至试验位置，并将接地刀闸合上
ppt课件
6
一、无功补偿基本知识
视在功率
视在功率：在交流电路中，电压与电流有效值的乘积，我 们把这一部分功率称之为视在功率。
视在功率用S表示，单位是VA、kVA、MVA等
功率因数
功率因数：在交流电路中，电压与电流之间的相位差（Φ ）的余弦叫做功率因数。
在数值上，功率因数是有功功率和视在功率的比值 cos P
TCR型SVC装置中，通常装设特定调谐次数的滤波器，具有较好的滤波效果，能将负 荷波动产生的谐波滤去，以减少谐波对系统电能质量的影响。 SVC的主要功能 动态补偿无功，提高功率因数； 抑制电压波动及闪变，稳定电压； 抑制谐波，减少谐波对电网及设备的损害 抑制系统振荡，提高功率传输能力

电力电子技术第五版王兆安课件全

电力电子技术第五版王兆安课 件全
本课件旨在深入浅出地讲解电力电子技术的概念、元器件和应用，介绍电力 电子技术的发展历程及未来趋势。
电力电子技术概述
电力
电力是指电荷在电场中移动， 在载流子作用下（如电子和正 离子）而产生的能量。
电子元器件
电力电子元器件是指用于在电 力电子领域中进行实际应用的 半导体器件、磁性元件、电容 电阻等元器件。
寿命、可靠性
由于功率电子器件工作状 态的特殊性，其寿命、可 靠性十分重要，经常需要 进行多方面的工艺优化。
电力电子应用领域
1
电力系统
通过利用功率电子器件来稳定电力系统的电压，电压变换器用于控制柔性交流输电， 提高电力系统的质量。
2
新能源应用
电力电子技术被广泛应用于新型能源制备和利用系统中，如太阳能、风力发电、燃料 电池、储能系统等。
功率电子元器件
功率电子元器件是电力电子技 术中最重要的组成部分，包括 晶闸管、电力场效应管、IGBT 等。
电力电子器件的特点
高压高电流
功率电子器件频率高、电 压高、电流大、热量大， 因此具有高温、高电压、 高电流、高能损状态特点。
高频率、高速度
功率电子器件具有响应速 度快、开关频率高的特点， 这使得它们非常适合在不 同领域中进行应用。
电力电子技术的未来趋势
1 新型功率电子器件
发展更加高效稳定、高可靠性、符合环保要求的全新型号功率电子器件。
2 应用前景广阔
在电力电子技术的不断发展中，其应用场景、应用情境与需要的功能和性能已经无法估 量。
3 高端智能电网
未来电力电子技术的发展将主要体现在高端智能电网，特别是电池和电能储存技术的应 用上。
电力电子技术第五版王兆安课 件全

(2024年)电力电子技术第5版王兆安课件

调制法
该方式通过调制信号（如正弦波）与高频载波（如三角波）进行比较生成PWM脉冲。优 点是生成的PWM脉冲频率高、波形好且易于实现实时控制。缺点是对于非线性负载的适 应性较差。
32
07
电力电子系统的设计与应用
2024/3/26
33
电力电子系统的设计原则与方法
2024/3/26
设计原则
确保系统稳定性、高效性、可靠性和 安全性；满足特定应用需求；优化成 本和性能。
2024/3/26
6
02
电力电子器件
2024/3/26
7
不可控器件
电力二极管（Power Diode）
结构和工作原理
伏安特性
2024/3/26
8
不可控器件
主要参数
晶闸管（Thyristor）
结构和工作原理
2024/3/26
9
不可控器件
伏安特性和主要参数
派生器件
2024/3/26
10
半控型器件
2024/3/26
36
感谢您的观看
THANKS
2024/3/26
37
26
电压型和电流型逆变电路
电压型逆变电路
电压型逆变电路的输出电压波形为矩 形波或正弦波，其特点是输出电压幅 值和频率可调，适用于对输出电压要 求较高的场合。
电流型逆变电路
电流型逆变电路的输出电流波形为矩 形波或正弦波，其特点是输出电流幅 值和频率可调，适用于对输出电流要 求较高的场合。
2024/3/26
工业自动化
应用于电机驱动、电源供 应、过程控制等领域，提 高生产效率和能源利用率 。
35
电力电子系统的发展趋势与挑战
发展趋势

《电力电子技术》电子课件(高职高专第5版) 7.6 变频调速装置


7.6.1变频调速的基本控制方式
（1）基频以下的变频调速 （2）基频以上的变频调速 （3）转差频率控制 （4）矢量控制 （5）控制直接转矩
7.6
三相异步电动机的每相电动势为： E 4.44 fNK W m
（7.6.1）
式中：
E——定子每相感应电动势的有效值； f——定子电源频率； N——定子每相绕组串联匝数； KW——基波绕组系数； Φm——每极气隙磁通量。
根据式(7.6.1)：
E 4.44 fNKW m
当电压U一定时，电机的气隙磁通随着频率f的升高成 比例下降，类似直流电机的弱磁调速，因此，基频以上的 调速属恒功率调速。
7.6.2变频调速装置的分类
（1） 间接变频调速装置
间接变频调速装置即交一直一交变频装置，首先将工频 交流电源通过整流器变换成直流，然后再经过逆变器将直流 变换成电压和频率可变的交流电源。
直接变频装置的结构如图7.6.2所示，它采用交一交变频 电路，只用一个变换环节，直接将恒压恒频的交流电源变换 成VVVF电源。根据输出波形，直接变频装置可以分成方波 形和正弦波型两种。
此类变频装置一般只用于低速大容量的调速系统，如 轧钢机、球磨机、水泥回转窑等。
图7.6.2 直接变频装置
7.6.3SPWM变频调速装置
按照电路结构和控制方式的不同，间接变频装置又可以 分为三种，如图7.6.1（a）、（b）、（c）所示。
图7.6.1 间接变频装置的三种机构形式
7.6.2变频调速装置的分类
（1） 间接变频调速装置
（a）所示的间接变频装置由相控整流电路和逆变电路构成，其中 整流电路调节输出电压的大小，逆变电路控制输出交流的频率。
（b）所示的间接变频装置由二极管整流电路、斩波器和逆变器三 部分构成，其中斩波器用调节输出电压，逆变器用于调节输出频率。

电力电子技术第五版(王兆安)课件


VS
漏抗对整流器换相的影响
漏抗的存在使得换相过程变得复杂，可能 导致换相失败或产生过大的换相过电压。
整流电路的谐波和功率因数
谐波
整流电路输出的非正弦波形含有丰富的谐波 成分，对电网和负载造成不良影响。
功率因数
整流电路的功率因数通常较低，因为谐波和 无功功率的存在使得视在功率大于有功功率 。提高功率因数的方法包括采用功率因数校 正电路和采用高功率因数的整流器等。
用效率。
交通运输
电动汽车、高铁、航空器等交 通工具的电力驱动系统大量采
用电力电子技术。
工业自动化
电机驱动、电源供应、自动化 控制等方面广泛应用电力电子
技术，提高生产效率。
信息技术
数据中心、云计算等领域需要 高效、可靠的电源供应，电力 电子技术发挥着重要作用。
课程目标与学习方法
课程目标
掌握电力电子技术的基本原理、分析方法、设计方法和实验 技能，具备从事电力电子技术应用和研究的初步能力。
电压型和电流型逆变电路
电压型逆变电路
电压型逆变电路以电压源作为输入，通过控制开关元 件的通断，得到所需的交流输出电压。其特点是输出 电压波形质量高，但需要较大的滤波电感。
电流型逆变电路
电流型逆变电路以电流源作为输入，通过控制开关元 件的通断，得到所需的交流输出电流。其特点是输出 电流波形质量高，但需要较大的滤波电容。
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW ERA
电力电子技术第五版(王兆
安)课件
• 电力电子技术概述 • 电力电子器件 • 整录
CONTENTS
01
电力电子技术概述
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
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由于PBC=UBCIAsinΦ，则功率因数为:
PF 1 ( PBC U BC I A )2
图7.5.7 检测A相电流BC 相线电压向量图
可让单片机通过Ａ/Ｄ转换同时对和信号在一个周期内进行Ｎ次采 样，得到 2Ｎ个数据，由此进行下述离散运算得到UBC、IA和PBC ：
IBC
1 N
N
i
2 Ak
k 1
UBC
1 N
N
uB2Ck
k 1
1 N
PBC
N
uBCk i Ak
k 1
7.5.2晶闸管投切电容器(TSC)
4、控制器原理框图
TSC的控制器主要由单片机、键盘接口电路、液晶显示接口电路、 数据存储器、同步电压检测、电压电流和频率检测，还有触发电路等 部分组成。该控制器硬件的原理方框图如图7.5.8所示。
图7.5.3 TSC主电路
图7.5.4 晶闸管电压过零触发 电路示意图
7.5.2晶闸管投切电容器(TSC)
3、电容器投切判据与信号检测
（1）以无功电流为投切判据
在图7.5.5中设节点相电压为：
up(t) 2U sint
负载电流为：
图7.5.5 节点相电压与负载电流
iL(t) 2I cos sint 2I sin cost ip(t) iq(t)
工作原理
仅考虑基波频率时 SVG工作原理可以用图7.5.10（a）所 示的单相等效电路来说明。
的幅值通大过小同即步可电以路控控制制S，VG使从U电.o 网与吸U. 收s 同的频电同流相I，. 是然超后前改还变是U滞.o 后90°，并且还能控制该电流的大小。
当
U.o大于
.
Us
时，电流
超 前 电 压 90° ， SVG 吸
7.5.1晶闸管控制电抗器(TCR)
基本原理： 单相基本结构是两个反并联的晶闸管与一个电抗器串联， 这样的电路并联到电网上，就相当于电感负载的交流调压电 路结构。 工作原理和不同触发角时的工作波形与交流调压电路完 全相同。
图7.5.1 TCR的基本原理图
7.5.2晶闸管投切电容器(TSC)
工作原理：
图7.5.2 TSC单相机构及其控制系统原理图
7.5.2晶闸管投切电容器(TSC)
1、TSC主电路 一般将电容器分成几组，每组均 可由晶闸管投切，如图8.4.3所示。电 容器分组通常采用二进制方案，即采 用n-1个电容值为C的电容和一个电容 值为C/2的电容，这样的分组可以使组 合成的电容值有2n级。 2、零电压投入问题 为使补偿电容器的投入与切除过 程不引发主电路的涌流冲击，必须选 择准备投入的电容器上的电压为电网 线电压的正或负峰值且电压极性相同 的时刻，切除时只要撤消触发信号即 可，开关在电流过零之后会自行关断。
电力电子技术(第5版) 第7章 电力电子装置
7.5 静止无功补偿装置
7.5 静止无功补偿装置
1、组成：由电力电子器件与储能元件构成。 2、特点：在于能快速调节容性和感性无功功率，实现动态补偿。 3、应用：常用于防止电网中部分冲击性负荷引起的电压波动干扰、重 负荷突然投切造成的无功功率强烈变化。 4、分类： （1）采用晶闸管开关的静止无功补偿装置： ◆晶闸管控制电抗器（ Thyristor Controlled Reactor— TCR） ◆晶闸管投切电容器（Thyristor Switched Capacitor —TSC） （2）采用自换相变流器的静止无功补偿装置： ◆静止无功发生器（Static Var Generator—SVG） ◆ 高 级 静 止 无 功 补 偿 装 置 （ AdTanced Static Var Compensator— ASVC）。
图7.5.6 无功电流为投切判据的 检测电路原理图
可得全补偿所需投切的电容量，△C为负值，则是切除相 应容量的电容器；反之，则应投入相应容量的电容器。
7.5.2晶闸管投切电容器(TSC)
（2）以无功功率为投切判据
对于对称三相补偿，只要取任意两相电压 （线电压）和另一相电流，就可测得无功功率。
收容性无功功率；
流
滞当后U.o电小压于9U0. °s
时，电 ， SVG
吸收感性无功功率。
图7.5.10 SVG等效电路及其工作原理
（1）以无功电流为投切判据
图7.5.6中，电压信号经滤波后由 过零脉冲发生电路产生相电压，正向 过零脉冲信号，作为采样保持器的采 样开关信号，于是采样保持器的输出 就是无功电流幅值。
则实现图了7.5完.5中全，补i偿L=。ic+is ，如果使iq=ic ，
由
ic
C
dup dt
C
2U cos t
和
iq 2I sin cost IQM cost
图7.5.8 TSC控制器原理框图
7.5.3静止无功发生器(SVG)
工作原理
图7.5.9给出了采用自换相电压型桥式的SVG基本电路结构。 适当调节桥式电路交流侧输出电压的相位和幅值，就可
以使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流，实现动态无 功补偿的目的。
图7.5.9 SVG基本电路结构
7.5.3静止无功发生器(SVG)
上式中，ip(t)和iq(t)分别为有功电流分量和无功电流分量。当ωt=2kπ 时：
iL(2k ) 2I sin IQM
可见，只要测量在相电压正向过零时刻的负载电流，就可知对应的 无功电流最大值IQM。这种无功电流检测方法简单、快速（在一个周期内 只要采样一次）。
7.5.2晶闸管投切电容器(TSC)
TSC由两个反并联的晶闸管构成的静态开关与电容器串联组成。
TSC与电网并联，当控制电路检测到电网需要无功补偿时， 触发晶闸管静态开关并使之导通，这样，便将电容器接入电 网，进行无功补偿；当电网不需要无功补偿时，关断晶闸管 静态开关，从而切断电容器与电网的联接。
因此，TSC实际上就是断续可调的吸收容性无功功率的 动态无功补偿装置。