電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用ppt課件

1、張波張波2019.10l緒論緒論l在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的基本原理在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的基本原理l阻抗補償裝置阻抗補償裝置l有源電壓電流補償裝置有源電壓電流補償裝置l其它裝置其它裝置l結(jié)語結(jié)語 緒論緒論 電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用又稱為交流柔性輸電技術(shù)。它起源于上個世紀(jì)80年代末，目前僅有部分技術(shù)應(yīng)用到電力系統(tǒng)中，國內(nèi)外都處于發(fā)展階段。它是一門研制電力系統(tǒng)裝置的技術(shù)，是當(dāng)今改變電力系統(tǒng)運行方式、提高電網(wǎng)可靠性、穩(wěn)定性、質(zhì)量最有效的技術(shù)手段，也是支撐今后電力市場實施的技術(shù)手段。廣泛采用電力電子技術(shù)是未來電力系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，是今后電力系統(tǒng)工作人員必須了解和掌握的技術(shù)。在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的基本原理在電力系統(tǒng)

2、中應(yīng)用的基本原理電力系統(tǒng)控制基本原理電力系統(tǒng)控制基本原理 電網(wǎng)基本方程：UIZ要求根據(jù)實際需要，改變電網(wǎng)電壓、電流和阻抗，實現(xiàn)要求根據(jù)實際需要，改變電網(wǎng)電壓、電流和阻抗，實現(xiàn)電網(wǎng)的潮流優(yōu)化、提高輸電能力和改善電網(wǎng)質(zhì)量。電網(wǎng)的潮流優(yōu)化、提高輸電能力和改善電網(wǎng)質(zhì)量。在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的基本原理在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的基本原理舉例說明：舉例說明： 例1：ZR 電網(wǎng)功率因數(shù)：cos1minZZ 例2： 例3： 電網(wǎng)容量：電網(wǎng)容量：maxSUIS 理論上電網(wǎng)容量可以達到熱極限112NNUUUU 可以抑制電網(wǎng)電壓諧波、閃變、跌落等電壓變化在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的基本原理在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的基本原理舉例說明：舉例說明： 例

3、5： 例6：maxZZ 電網(wǎng)電流：電網(wǎng)電流：maxminII(1)ZRjLC 可以將非線性負(fù)載轉(zhuǎn)換為線性負(fù)載 例4：112NNIIII 可以抑制電網(wǎng)電流諧波等各種變化在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的基本原理在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的基本原理電力電子變換原理電力電子變換原理 通過電力電子變換器實現(xiàn)電網(wǎng)電壓、電流、阻抗的任意通過電力電子變換器實現(xiàn)電網(wǎng)電壓、電流、阻抗的任意變換變換OUUS UOIIS IORZS ZOOOUIZ其中：其中： USISRS為電力電子變換器開關(guān)函數(shù)為電力電子變換器開關(guān)函數(shù) 在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的基本原理在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的基本原理 以上四種電能變換形式，當(dāng)電力電子變換器輸出端接電以上四種電能變換形

4、式，當(dāng)電力電子變換器輸出端接電網(wǎng)時就可以實現(xiàn)電壓或電流變換；當(dāng)電力電子變換器輸出端網(wǎng)時就可以實現(xiàn)電壓或電流變換；當(dāng)電力電子變換器輸出端接阻抗元件時就可以實現(xiàn)阻抗變換。接阻抗元件時就可以實現(xiàn)阻抗變換。舉例說明：舉例說明： 輸入輸入輸出輸出交交 流流直直 流流直直 流流整整 流流直流斬波直流斬波交交 流流交流電力控交流電力控制制變頻、變相變頻、變相逆逆 變變在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的基本原理在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的基本原理根據(jù)電力電子技術(shù)研制的主要電力系統(tǒng)裝置根據(jù)電力電子技術(shù)研制的主要電力系統(tǒng)裝置阻抗補償原理及裝置阻抗補償原理及裝置 利用電力電子開關(guān)在電路中并聯(lián)地或串聯(lián)地接入或切除電利用電力電子開關(guān)在電路中并聯(lián)

5、地或串聯(lián)地接入或切除電感，電容，電阻，可以瞬時地改變線路等效阻抗或者等效的感，電容，電阻，可以瞬時地改變線路等效阻抗或者等效的感性，容性，阻性負(fù)載，可用以補償和控制電力系統(tǒng)中線路感性，容性，阻性負(fù)載，可用以補償和控制電力系統(tǒng)中線路阻抗和等值負(fù)載，控制有功和無功潮流，平衡電力系統(tǒng)的有阻抗和等值負(fù)載，控制有功和無功潮流，平衡電力系統(tǒng)的有功以及抑制電壓瞬變和功率震蕩。功以及抑制電壓瞬變和功率震蕩。有源電壓電流補償原理及裝置有源電壓電流補償原理及裝置 利用電力電子電路產(chǎn)生補償電壓或電流控制有功和無功潮利用電力電子電路產(chǎn)生補償電壓或電流控制有功和無功潮流，可以使電力系統(tǒng)的有功、無功功率潮流優(yōu)化，平衡電力

6、流，可以使電力系統(tǒng)的有功、無功功率潮流優(yōu)化，平衡電力系統(tǒng)的有功、無功功率，抑制功率振蕩，可以改善電力系統(tǒng)系統(tǒng)的有功、無功功率，抑制功率振蕩，可以改善電力系統(tǒng)的供電質(zhì)量和運行特性，可以提高運行的經(jīng)濟性和可靠性，的供電質(zhì)量和運行特性，可以提高運行的經(jīng)濟性和可靠性，提高電力設(shè)備發(fā)電機、變壓器、輸配電線路的利用率，提高電力設(shè)備發(fā)電機、變壓器、輸配電線路的利用率，減少備用電力設(shè)備。減少備用電力設(shè)備。阻抗補償裝置阻抗補償裝置晶閘管投切電容器晶閘管投切電容器晶閘管投切電抗器晶閘管投切電抗器晶閘管投切電阻晶閘管投切電阻晶閘管控制串聯(lián)電容器晶閘管控制串聯(lián)電容器晶閘管控制次同步震蕩阻尼器晶閘管控制次同步震蕩阻尼器

7、晶閘管控制的故障電流限制器晶閘管控制的故障電流限制器固態(tài)電路開關(guān)固態(tài)電路開關(guān)主要裝置主要裝置阻抗補償裝置阻抗補償裝置晶閘管投切電容器晶閘管投切電容器TSC)裝置原理介紹裝置原理介紹功用功用: :晶閘管動態(tài)投切電容器補償滯后功率晶閘管動態(tài)投切電容器補償滯后功率 裝置圖裝置圖 補償原理補償原理 阻抗補償裝置阻抗補償裝置設(shè)計公式：設(shè)計公式： 2V2IsinCf12CVVjLX12CVVVjLX阻抗補償裝置阻抗補償裝置晶閘管投切電抗器晶閘管投切電抗器TPCI)功用：可連續(xù)改變等效并聯(lián)電抗的大小和性質(zhì)，實現(xiàn)無功功用：可連續(xù)改變等效并聯(lián)電抗的大小和性質(zhì)，實現(xiàn)無功電流連續(xù)控制。電流連續(xù)控制。 裝置圖裝置圖

8、補償原理補償原理 阻抗補償裝置阻抗補償裝置設(shè)計公式：設(shè)計公式： )cos(cosLV2i(t)2t) tcos(cosLV2i(t)2211VXIsin 22()LT1T1導(dǎo)電導(dǎo)電T2T2導(dǎo)電導(dǎo)電等效基波電抗等效基波電抗阻抗補償裝置阻抗補償裝置帶帶TPCITPCI及及TSCTSC的電力系統(tǒng)的電力系統(tǒng) 阻抗補償裝置阻抗補償裝置晶閘管投切電阻晶閘管投切電阻(TSR)裝置圖裝置圖 補償原理補償原理 功用：防止故障時發(fā)電機功率不平衡所引起的矢步，應(yīng)在功用：防止故障時發(fā)電機功率不平衡所引起的矢步，應(yīng)在原動機功率調(diào)節(jié)作用尚未動作之前增加發(fā)電機的輸出功率。原動機功率調(diào)節(jié)作用尚未動作之前增加發(fā)電機的輸出功率。

9、通過晶閘管接入一個制動負(fù)載電阻通過晶閘管接入一個制動負(fù)載電阻R R。以增大發(fā)電機。以增大發(fā)電機的輸出功率使發(fā)電機轉(zhuǎn)子受到附加的制動力矩，防止電動的輸出功率使發(fā)電機轉(zhuǎn)子受到附加的制動力矩，防止電動機失步。機失步。阻抗補償裝置阻抗補償裝置設(shè)計公式：設(shè)計公式： e2maxPV IcosPsin12maxGTLV VPXXX發(fā)電機功角特性導(dǎo)電發(fā)電機功角特性導(dǎo)電極限最大功率極限最大功率阻抗補償裝置阻抗補償裝置晶閘管控制串聯(lián)電容器晶閘管控制串聯(lián)電容器(TCSC)裝置圖裝置圖 功用：輸電線路的電感越大，其傳輸功率極限值越小，在功用：輸電線路的電感越大，其傳輸功率極限值越小，在輸電線電路中串聯(lián)介入電容器可以補

10、償線路電感，提高輸輸電線電路中串聯(lián)介入電容器可以補償線路電感，提高輸電線的輸電能力改善系統(tǒng)穩(wěn)定性。為了改變等效串聯(lián)電容電線的輸電能力改善系統(tǒng)穩(wěn)定性。為了改變等效串聯(lián)電容的大小，可將一定容量的電容的大小，可將一定容量的電容C C與一個晶閘管控制的電感與一個晶閘管控制的電感L L相并聯(lián)，再共同串聯(lián)在線路上。相并聯(lián)，再共同串聯(lián)在線路上。阻抗補償裝置阻抗補償裝置晶閘管控制次同步震蕩阻尼器晶閘管控制次同步震蕩阻尼器(SSRD)裝置圖裝置圖 功用：為了降低線路電抗，提高線路輸電能力，可以采用功用：為了降低線路電抗，提高線路輸電能力，可以采用串聯(lián)電容器補償。但當(dāng)補償度較高時，便有可能激發(fā)起一串聯(lián)電容器補償。

11、但當(dāng)補償度較高時，便有可能激發(fā)起一種低于工頻頻率的次同步震蕩而引發(fā)事故。次同步震蕩阻種低于工頻頻率的次同步震蕩而引發(fā)事故。次同步震蕩阻尼器是在串聯(lián)電容器上并一個由電感，小電阻及晶閘管雙尼器是在串聯(lián)電容器上并一個由電感，小電阻及晶閘管雙向交流開關(guān)串聯(lián)而成的支路。向交流開關(guān)串聯(lián)而成的支路。阻抗補償裝置阻抗補償裝置晶閘管控制的故障電流限制器晶閘管控制的故障電流限制器(FLC)裝置圖裝置圖 功用：電力系統(tǒng)越來越大，短路引起的短路電流也越來功用：電力系統(tǒng)越來越大，短路引起的短路電流也越來越大，僅靠提高電器設(shè)備承受短路電流能力的辦法是不越大，僅靠提高電器設(shè)備承受短路電流能力的辦法是不經(jīng)濟的，采取措施限制短

12、路電流是一個可取的技術(shù)方案。經(jīng)濟的，采取措施限制短路電流是一個可取的技術(shù)方案。為了限制電網(wǎng)短路故障時的故障電流，可在短路后立即為了限制電網(wǎng)短路故障時的故障電流，可在短路后立即在短路回路中接入一個阻抗以限制短路電流。在短路回路中接入一個阻抗以限制短路電流。短路電流限制器由三部分組成短路電流限制器由三部分組成: :（1 1快速動作的快速動作的GTOGTO開關(guān)開關(guān)（2 2限制故障電流的電感限制故障電流的電感L L（3 3金屬氧化物非線性電阻器金屬氧化物非線性電阻器R R阻抗補償裝置阻抗補償裝置固態(tài)電路開關(guān)固態(tài)電路開關(guān)裝置圖裝置圖 功用：將固態(tài)開關(guān)串聯(lián)在輸電線路上接通負(fù)載，當(dāng)發(fā)生短功用：將固態(tài)開關(guān)串聯(lián)

13、在輸電線路上接通負(fù)載，當(dāng)發(fā)生短路故障時，立即施加關(guān)斷信號，使開關(guān)管迅即切斷故障回路，路故障時，立即施加關(guān)斷信號，使開關(guān)管迅即切斷故障回路，或及時接同備用線路，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和連續(xù)供或及時接同備用線路，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和連續(xù)供電。電。有源電壓電流補償裝置有源電壓電流補償裝置主要裝置主要裝置并聯(lián)型電力有源濾波器并聯(lián)型電力有源濾波器串聯(lián)型電力有源濾波器串聯(lián)型電力有源濾波器統(tǒng)一潮流控制器統(tǒng)一潮流控制器PWM開關(guān)型并聯(lián)無功功率發(fā)生器開關(guān)型并聯(lián)無功功率發(fā)生器并聯(lián)型電力有源濾波器并聯(lián)型電力有源濾波器PAPF)功用：相當(dāng)于一個電流源，與負(fù)載同時并聯(lián)在電網(wǎng)上，控功用：相當(dāng)于一個電流源，與負(fù)載同時并聯(lián)在電網(wǎng)

14、上，控制三相橋的開關(guān)器件使其輸出的諧波電流跟蹤指令電流，制三相橋的開關(guān)器件使其輸出的諧波電流跟蹤指令電流，補償負(fù)載的諧波電流，使電網(wǎng)電源電流正弦化。補償負(fù)載的諧波電流，使電網(wǎng)電源電流正弦化。LLPLQhiiiiChii CLQhiii 裝置圖裝置圖負(fù)載電流負(fù)載電流濾波器輸出電流濾波器輸出電流或或有源電壓電流補償裝置有源電壓電流補償裝置裝置原理介紹裝置原理介紹串聯(lián)型電力有源濾波器串聯(lián)型電力有源濾波器SPAF)功用：它相當(dāng)于一個電壓源，串聯(lián)在電路中，控制三相橋開功用：它相當(dāng)于一個電壓源，串聯(lián)在電路中，控制三相橋開關(guān)器件使其輸出的諧波電壓跟蹤補償電網(wǎng)的諧波電壓，經(jīng)諧關(guān)器件使其輸出的諧波電壓跟蹤補償電

15、網(wǎng)的諧波電壓，經(jīng)諧波電壓補償后，電網(wǎng)中其他負(fù)載端點電壓無諧波，電源電流波電壓補償后，電網(wǎng)中其他負(fù)載端點電壓無諧波，電源電流也隨之正弦化。也隨之正弦化。shvvv裝置圖裝置圖電網(wǎng)電壓電網(wǎng)電壓濾波器輸出電壓濾波器輸出電壓chvv 有源電壓電流補償裝置有源電壓電流補償裝置統(tǒng)一潮流控制器統(tǒng)一潮流控制器UPFC)功用：對電網(wǎng)電量的綜合調(diào)節(jié)和控制功用：對電網(wǎng)電量的綜合調(diào)節(jié)和控制shvvv裝置圖裝置圖電網(wǎng)電壓電網(wǎng)電壓濾波器濾波器II輸出電壓輸出電壓chvv 負(fù)載電流負(fù)載電流LLPLQhiiii濾波器濾波器I輸出電流輸出電流Chii 有源電壓電流補償裝置有源電壓電流補償裝置PWM開關(guān)型并聯(lián)無功功率發(fā)生器開關(guān)型

16、并聯(lián)無功功率發(fā)生器STATCOM)功用：先進的或高級的靜止型無功功率發(fā)生器功用：先進的或高級的靜止型無功功率發(fā)生器ASVG。也被稱為靜止同步補償器也被稱為靜止同步補償器STATCOM,又稱為靜止調(diào)相器。又稱為靜止調(diào)相器。裝置圖裝置圖iSiSSiLLLVVVVVVIjjjXXX 電感上電流電感上電流isVVIq 當(dāng)當(dāng) 時，輸出滯后無功電流時，輸出滯后無功電流 ，可補償感性負(fù)，可補償感性負(fù)載無功電流；載無功電流；isVVIq 當(dāng)當(dāng) 時，輸出超前無功電流時，輸出超前無功電流 ，從電網(wǎng)吸收滯，從電網(wǎng)吸收滯后無功電流。后無功電流。有源電壓電流補償裝置有源電壓電流補償裝置其它裝置其它裝置主要裝置主要裝置高

17、壓直流輸電高壓直流輸電超導(dǎo)磁體儲能系統(tǒng)超導(dǎo)磁體儲能系統(tǒng)電力電子變壓器電力電子變壓器無線輸電無線輸電高壓直流輸電高壓直流輸電HVDC)功用：實現(xiàn)遠距離輸電。功用：實現(xiàn)遠距離輸電。裝置圖裝置圖裝置原理介紹裝置原理介紹其它裝置其它裝置超導(dǎo)磁體儲能系統(tǒng)超導(dǎo)磁體儲能系統(tǒng)SMES)功用：電網(wǎng)負(fù)載小于發(fā)電機功率時，三相橋變流器高頻功用：電網(wǎng)負(fù)載小于發(fā)電機功率時，三相橋變流器高頻整流，吸收電網(wǎng)交流功率，經(jīng)整流，吸收電網(wǎng)交流功率，經(jīng)DC/DC變換后給超導(dǎo)線圈變換后給超導(dǎo)線圈供電供電;電網(wǎng)負(fù)載大于發(fā)電機功率時，三相橋變流器逆變，電網(wǎng)負(fù)載大于發(fā)電機功率時，三相橋變流器逆變，向電網(wǎng)輸出交流功率，超導(dǎo)線圈磁能經(jīng)向電網(wǎng)輸

18、出交流功率，超導(dǎo)線圈磁能經(jīng)DC/DC變換輸出，變換輸出，再經(jīng)逆變器向電網(wǎng)輸出。再經(jīng)逆變器向電網(wǎng)輸出。裝置圖裝置圖其它裝置其它裝置電力電子變壓器電力電子變壓器EPT)功用：取代現(xiàn)有電力變壓器。功用：取代現(xiàn)有電力變壓器。裝置圖裝置圖高壓交流電輸入高壓交流電輸入整流整流高頻逆變高頻逆變高頻降壓變壓器高頻降壓變壓器整整流流工頻逆變工頻逆變負(fù)載負(fù)載其它裝置其它裝置無線輸電無線輸電功用：通過電力電子技術(shù)及電磁原理實現(xiàn)無線電力傳輸功用：通過電力電子技術(shù)及電磁原理實現(xiàn)無線電力傳輸裝置圖裝置圖其它裝置其它裝置結(jié)語結(jié)語 利用電力半導(dǎo)體開關(guān)器件可以調(diào)控電感、電容、電阻的數(shù)值，利用利用電力半導(dǎo)體開關(guān)器件可以調(diào)控電感、

19、電容、電阻的數(shù)值，利用電力電子開關(guān)組成的開關(guān)型電力變換電路可以構(gòu)成各種類型的電壓、電電力電子開關(guān)組成的開關(guān)型電力變換電路可以構(gòu)成各種類型的電壓、電流補償器和控制器。這些電力補償器和控制器可以改變電網(wǎng)等效負(fù)載的流補償器和控制器。這些電力補償器和控制器可以改變電網(wǎng)等效負(fù)載的感抗、容抗和電壓、電流，可以補償諧波電流和諧波電壓，可以調(diào)控電感抗、容抗和電壓、電流，可以補償諧波電流和諧波電壓，可以調(diào)控電網(wǎng)負(fù)載的基波電壓的大小和相位，可以補償線路電抗，可以改變輸電線網(wǎng)負(fù)載的基波電壓的大小和相位，可以補償線路電抗，可以改變輸電線路的有功和無功功率，并對電力系統(tǒng)的功率平衡進行快速、靈敏、有效路的有功和無功功率，并對電力系統(tǒng)的功率平衡進行快速、靈敏、有效的調(diào)節(jié)和控制，這些功能將導(dǎo)致：的調(diào)節(jié)和控制，這些功能將導(dǎo)致： （1靈活控制電力系統(tǒng)有功功率和無功功率潮流，使電力系靈活控制電力系統(tǒng)有功功率和無功功率潮流，使電力系 統(tǒng)、電網(wǎng)中的潮流分布最優(yōu)化，減少損耗，提高運行經(jīng)統(tǒng)、電網(wǎng)中的潮流分布最優(yōu)化，減少損耗，提高運行經(jīng) 濟性。濟性。結(jié)語結(jié)語（2 2線路傳輸?shù)墓β视锌赡茉龃笾两咏鼘?dǎo)線的熱極限比線路傳輸?shù)墓β视锌赡茉龃笾两咏鼘?dǎo)線的熱極限比 以往由電力系統(tǒng)穩(wěn)定要求所限制的功率極限值提高以往由電力系統(tǒng)穩(wěn)定要求所限制的功率極限值提