第7章電力電子技術王云亮第三版

1、第7章 電力電子裝置應用中的一些問題7.1 換流方式換流方式 換流電流從一個支路向另一個支路轉(zhuǎn)移的過程稱為換流，也叫換相。 研究換流方式主要是研究如何使器件關斷。 一般來說，換流方式可分為以下四種：(1)器件換流：利用全控型器件的自關斷能力進行換流。(2)電網(wǎng)換流：由電網(wǎng)提供換流電壓。(3)負載換流：由負載提供換流電壓。 只要負載電流超前于負載電壓的 場合就能實現(xiàn)負載換流。(4)強迫換流：設置附加的換流電路，給欲關斷的晶閘管強迫施加反向電壓或反向電流的換流方式。 強迫換流通常利用附加電容上所儲存的能量來實現(xiàn)。 7.2 器件的熱傳導和散熱器的選擇7.2.1 熱傳導 p傳導的功率dTAPcond

2、絕緣長方形棒的傳熱示意圖p加入散熱器的功率模塊的熱傳遞示意圖和對應的等效電路p制造商非常注意使熱阻盡量小。這意味著為保證擊穿電壓、機械強度和其它一些要求而保持長度d不變的情況下，盡量使熱流動的路徑縮短；橫截面積A應該盡量的大，以便與設計中其它要求相匹配，使寄生電容最小。p封裝外殼應該用高熱傳導率的材料制成。大功率器件的外殼應該固定在具有風冷或水冷的散熱器上。通過上述措施，有可能使PN結(jié)到襯底的熱阻 Rjc小于1/W。 多層結(jié)構中穩(wěn)態(tài)時的熱流示意圖和熱阻等效電路圖7.2.2 電力電子器件的功率損耗 功率器件的耗散功率和結(jié)溫是散熱器設計的基本出發(fā)點，是關系到器件安全使用的兩個重要參數(shù)。 電力電子器

3、件的工作波形 關斷過程電壓、電流波形1. 耗散功率 開關損耗Ps 通態(tài)損耗Pon 斷態(tài)損耗Poff 驅(qū)動損耗PG 2. 結(jié)溫 對于一定型號的功率器件，廠商一般都給出了最高結(jié)溫TJmax。 器件運行時的最高結(jié)溫是不能突破的，否則將造成器件的永久性損壞。 7.2.3 散熱器 散熱器和電力電子器件間要加入絕緣體（如云母絕緣體）使散熱器絕緣。 加入熱潤滑脂用來去除器件和散熱器表面間的細微不平之間的空氣提高散熱效果。 用螺栓緊固器件和散熱 器，也會保證器件和散 熱器間良好的接觸。 散熱器的外形7.3 變換器的保護 在電力電子變換器中，除了選擇合適的電力電子器件參數(shù)、設計良好的驅(qū)動電路和緩沖電路外，采用適

4、當?shù)倪^電壓保護、過電流保護、du/dt保護和di/dt保護也是必要的； 功率二極管、晶閘管的過電壓、過電流保護與變換器的保護是統(tǒng)一的； 而全控型電力電子器件的過電壓和過電流保護有各自的特點。7.3.1 變換器的過壓保護 1. 引起過壓的原因（1）操作過電壓：由拉閘、合閘、快速直流開關的切斷等經(jīng)常性操作中的電磁過程引起的過壓。（2）浪涌過壓：由雷擊等偶然原因引起，從電網(wǎng)進入變換器的過壓。（3）電力電子器件關斷過電壓：電力電子器件關斷時產(chǎn)生的過壓。（4）在電力電子變換器-電動機調(diào)速系統(tǒng)中，由于電動機回饋制動造成直流側(cè)直流電壓過高產(chǎn)生的過壓。也稱為泵升電壓。 2. 過壓保護方法 過壓保護的基本原則是

5、：根據(jù)電路中過壓產(chǎn)生的不同部位，加入不同的附加電路，當達到定過壓值時，自動開通附加電路，使過壓通過附加電路形成通路，消耗過壓儲存的電磁能量，從而使過壓的能量不會加到主開關器件上，保護了電力電子器件。保護電路形式很多，也很復雜。 過電壓保護方法的原理圖(1) 雷擊過壓可在變壓器初級接避雷器加以保護。(2) 二次電壓很高或電壓比很大的變壓器，一次側(cè)合閘時，由于一次、二次繞組間存在分布電容，高電壓可通過分布電容耦合到二次側(cè)而出現(xiàn)瞬時過壓?？刹扇∽儔浩鞲郊悠帘螌咏拥鼗蜃儔浩餍切沃悬c通過電容接地的方法來減小。(3) 泵升電壓保護當電動機回饋制動時，電動機的動能轉(zhuǎn)換成電能回饋到直流側(cè)，引起直流側(cè)電壓升高，

6、當電壓升高到一定值時，會造成變換器的過電壓。通常采用開關電路將能量消耗在電阻上。 （4）阻容保護電路 將電容并聯(lián)在回路中，當電路中出現(xiàn)電壓尖峰電壓時，電容兩端電壓不能突變的特性，可以有效地抑制電路中的過壓； 與電容串聯(lián)的電阻能消耗掉部分過壓能量，同時抑制電路中的電感與電容產(chǎn)生振蕩； RC阻容保護電路可以設置在變換器裝置的交流側(cè)、直流側(cè)。也可將RC保護電路直接并在主電路 的元件上，有效地抑制元 件關斷時的關斷過壓。 幾種RC阻容保護電路的接法 在單相變壓器次級繞組邊加入的并聯(lián)阻容保護電路如圖所示，其R、C的計算公式為 式中S變壓器每相平均計算容量，單位為VA U2變壓器二次側(cè)相電壓有效值，單位為

7、V io變壓器勵磁電流百分值，101000KVA的變壓器其值為410 uk變壓器的短路電壓百分值，101000KVA的變壓器其值為5 10 F)( US%i6C22o)( %3 . 2ok22iuSUR 電容C的交流耐壓1.5UC，UC為正常工作時阻容兩端交流電壓有效值。電阻R的功率PR的計算可根據(jù)以下經(jīng)驗公式估算： 式中 UC正常工作時阻容兩端交流電壓有效值 IC正常工作時流過阻容電路的交流電流有效值 XC阻容電路的電抗 對圖所示的三相電路，變壓器二次繞組和阻容保護電路均采用Y形聯(lián)接的方法，它的R、C計算公式可直接引用單相時的計算式。 RIP2CR)4-3(CCCXUI 三相電路、變壓器二次

8、側(cè)為Y聯(lián)結(jié)，而阻容保護電路為形聯(lián)接。對此，可首先按式計算出Y形聯(lián)接時的阻容值R、C ，然后進行Y、聯(lián)接變換，求得聯(lián)接時相應的阻容值，即 對于大容量的變換器，三相阻容保護裝置可采用圖所示的三相整流式阻容保護電路。雖然多用了一個三相整流橋，但只需一個電容，而且由于只承受直流電壓，故可采用體積小、容量大的電解電容。再者還可以避免變換器中的電力電子器件導通瞬間因保護電路的電容放電電流所引起的過大的di/dt。RC的作用是吸收電容上的過電壓能量。 Y3RR Y31CC阻容保護接在交流裝置的直流側(cè)，可以抑制因熔斷器或直流快速開關斷開時造成的直流側(cè)過壓，其阻容值可按以下經(jīng)驗公式估算 式中 k=1.5，Ud是

9、直流端電壓，電容器耐壓UC1.6Ud，電阻功率是 )F( 10 2%) 1(047. 16-ddo2UIfikC)( ) 12(k2ddIUR)W( 800800dddRIUPP(5) 非線性電阻保護 非線性電阻具有近似穩(wěn)壓管的伏安特性，可把浪涌電壓限制在電力電子器件允許的電壓范圍； 常采用壓敏電阻實現(xiàn)過壓保護，壓敏電阻是一種金屬氧化物的非線性電阻； 壓敏電阻具有正、反兩個方向相同但很陡的伏安特性正常工作時漏電流很小(微安級)，故損耗小。當過壓時，可通過高達數(shù)千安的放電電流IY，因此抑制過壓的能力強。此外，它對浪涌電壓反應快，體積小，是一種較好過壓保護器件。 缺點是持續(xù)平均功率很小，如正常工作

10、電壓超過它的額定值，則在很短時間內(nèi)就會燒毀 壓敏電阻的伏安特性 由于壓敏電阻的正、反向特性對稱，因此單相電路只需一個，三相電路用3個，聯(lián)接成Y形或形 壓敏電阻的主要參數(shù)： 額定電壓U1mA 指漏電流為1mA時的電壓值。 殘壓比UYU1mA UY為放電電流達規(guī)定值IY時的電壓。 允許的通流容量 指在規(guī)定的波形下(沖擊電流前沿10s，持續(xù)時間20s)允許通過的浪涌電流。 壓敏電阻保護的接法7.3.2 變換器的過流保護1. 引起過流的原因 外部出現(xiàn)負載過載、交流電源電壓過高或過低、缺相時引起的電路過電流 ； 電力電子變換器內(nèi)部某一器件擊穿或短路、線路絕緣老化失效、直流側(cè)短路、可逆?zhèn)鲃酉到y(tǒng)產(chǎn)生環(huán)流或逆

11、變失敗，引起的電路過電流 ； 控制電路、觸發(fā)電路、驅(qū)動電路的故障或干擾信號的侵入引起的誤動作，引起的電路過電流； 配線等人為的錯誤引起的電路過電流。2. 過流保護的方法 過電流保護的方法 (1) 交流進線電抗器，或采用漏抗大的整流變壓器，利用電抗限制短路電流。但正常工作時有較大的交流壓降。(2) 直流快速開關。對于大、中容量變換器，快速熔斷器的價格高且更換不方便。為避免過流時燒斷快速熔斷器，采用動作時間只2ms的直流快速開關，它可先于快速熔斷器動作而保護電力電子器件。(3) 電流檢測裝置，過流時發(fā)出信號，過流信號一方面可以封鎖觸發(fā)電路，使變換器的故障電流迅速下降至零，從而有效抑制了電流。另一方

12、面控制過電繼電器，使交流接觸器觸點跳開，切斷電源。但過流繼電器和交流接觸器動作都需一定時間(100200ms)。故只有電流不大的情況這種保護才能奏效。(4) 快速熔斷器 在晶閘管變換器中，快速熔斷器是應用最普遍的過流保護措施，可用于交流側(cè)、直流側(cè)和裝置主電路中。 交流側(cè)接快速熔斷器能對晶閘管元件短路及直流側(cè)短路起保護作用，快速熔斷器電流定額要大于晶閘管的電流定額，這樣對元件的短路故障所起的保護作用較差。 直流側(cè)接快速熔斷器只 對負載短路起保護作用， 對元件無保護作用。只 有晶閘管直接串接快速 熔斷器才對元件的保護 作用最好。 快速熔斷器在電路中的接法 曲線1是額定電流300A的快速熔斷器的安秒

13、特性，表明當流過快速熔斷器的電流大于額定電流后，電流越大，熔斷時間越短；在額定電流以下時，可以長期工作。曲線2是額定電流200A的晶閘管的安秒特性。在交點A左側(cè)，快速熔斷器的熔斷時間小于晶閘管燒毀的時間，所以快速熔斷器可以起到保護晶閘管的作用。在交點A右側(cè)，晶閘管燒毀的時間小于快速熔斷器的熔斷時間，即快速熔斷器保護不了晶閘管。因此快速熔斷器適用于短路過流保護，而不適宜過載保護。 快速熔斷器和晶閘管的安秒特性 與晶閘管串聯(lián)的快速熔斷器的選用原則： 快速熔斷器的額定電壓應大于線路正常工作電壓有效值。 快速熔斷器熔體的額定電流IKR是指電流有效值，晶閘管額定電流是指通態(tài)電流平均值。選用時要求 式中

14、IT(AV)晶閘管通態(tài)電流平均值 IKR快速熔斷器的熔體額定電流 IT流過晶閘管的電流有效值 熔斷器(安裝熔體的外殼)的額定電流應大于或等于熔體額定電流值。q一般裝置中多采用過流信號控制觸發(fā)脈沖的方法抑制過流，再配合采用快熔，使快熔作為過流保護的最后措施?？烊圻m用于短路保護!TKRT(AV)57. 1III1. 電壓上升率dudt 的限制(1) 產(chǎn)生電壓上升率du/dt的原因 由電網(wǎng)侵入的過電壓。 由于電力電子器件換相時產(chǎn)生的du/dt。(2) 電壓上升率du/dt的限制方法 阻容保護線路同串接的電感一起在出 現(xiàn)電壓突變時，能起到限制電壓上升率du/dt 的作用。 變換器交流側(cè)如有整流變壓器和

15、阻容保護電路，則變壓器漏感和阻容電路同樣能起到衰減侵入過電壓，減小過電壓上升率的作用。 在無整流變壓器的變換器中，則應在電源輸入端串入交流進線電感LT，配合阻容吸收裝置對du/dt進行抑制。7.3.3 電壓上升率和電流上升率的限制 晶閘管電壓上升率的簡化等效電路2. 電流上升率di/dt的限制(1) 變換器中產(chǎn)生過大的di/dt 的原因 電力電子器件從阻斷到導通的電流增長過快。 交流側(cè)電抗小或交、直流側(cè)阻容吸收裝置電容量太大，當電力電子器件導通時，流過過大的附加電容的充、放電電流。 與電力電子器件并聯(lián)的緩沖保護電路在晶閘管開通時的放電電流。(2) 電流上升率di/dt的限制方法 上述的電力電子

16、器件橋臂串聯(lián)的電感Lk和交流進線側(cè)的串聯(lián)進線電感LT (或整流變壓器的漏感)都能同時起到限制di/dt的作用。在交流側(cè)采用圖所示的整流式阻容保護，使電容放電電流不經(jīng)過導通時的電力電子器件，亦能減小管子開通時的電流上升率。7.4 電力電子裝置的諧波與無功功率7.4.1 諧波的產(chǎn)生及其危害1. 諧波的產(chǎn)生 在交流電網(wǎng)中，由于有許多非線性電氣設備運行，電壓、電流波形實際上不是完全的正弦波形，而是具有畸變的周期性非正弦波。根據(jù)傅里葉級數(shù)分析，任何重復的波形都可以分解為含有基波和一系列為基波倍數(shù)的諧波的正弦波分量。在平衡的三相系統(tǒng)中，由于對稱關系，偶次諧波已經(jīng)被消除了，只有奇次諧波存在。 整流電路是諧波

17、產(chǎn)生的主要原因。在電力電子裝置中，整流裝置所占的比例最大；開關電源和電壓型逆變器的直流側(cè)采用電容濾波的不可控整流器；帶感性負載的電流型整流電路；電流型整流器使輸入電流為方波，降低了輸入電流的THDi，但會帶來電壓的尖峰和缺口。相控整流裝置也會在交流側(cè)產(chǎn)生大量的諧波電流。2諧波的危害(1) 對供電網(wǎng)絡的影響 電網(wǎng)中的諧波電流和諧波電壓會導致供電網(wǎng)絡電壓不穩(wěn)定和諧波干擾增大。(2) 使供電線路和用電設備的熱損耗增加 對供電線路的影響。由于集膚效應，線路電阻增加，產(chǎn)生電能浪費。在電力系統(tǒng)中，中性線一般都很細，當流過大量的諧波電流時，產(chǎn)生的熱量會破壞絕緣，造成短路，引起火災。諧波頻率與網(wǎng)絡諧振頻率會產(chǎn)

18、生諧振，會使電力系統(tǒng)或用電設備絕緣擊穿。 對電力變壓器的影響。諧波電流增加了電力變壓器的磁滯損耗、渦流損耗及銅損，對帶有不對稱負載的變壓器，會大大增加勵磁電流的諧波分量。 對電力電容器的影響。若電容器流過很大的諧波電流，電容器的溫升增高，引起電容器過負荷甚至爆炸。諧波還可能與電容器在電網(wǎng)中形成諧振，并又施加到電網(wǎng)中。 對電機的影響。諧波會增加電機的附加損耗，產(chǎn)生機械震動，產(chǎn)生諧波過電壓，使電機絕緣損壞。 (3) 對繼電保護和自動裝置的影響 對電磁式繼電器，諧波會引起繼電保護以及自動裝置的誤動或拒動，造成整個保護系統(tǒng)的可靠性降低，引起系統(tǒng)故障。(4) 對通信線路產(chǎn)生干擾 在電力線路上流過較大的奇

19、次低頻諧波電流時，通過電磁耦合，會干擾通信線路的正常工作，使通話清晰度降低，甚至會引起通信線路的破壞。(5) 對用電設備的影響 諧波會使電視機、計算機的顯示亮度發(fā)生波動，圖像或圖形發(fā)生畸變，甚至會使機器內(nèi)部元件損壞，導致機器無法使用或系統(tǒng)無法運行。(6) 對產(chǎn)品質(zhì)量的影響 諧波對用電設備的影響，會使設備工作不穩(wěn)定，導致產(chǎn)品質(zhì)量下降。嚴重時會產(chǎn)生批次性產(chǎn)品報廢。(7) 諧波對計量儀表的影響 諧波會使計量儀表的指示產(chǎn)生誤差，甚至會導致計量設備無法正常工作。7.4.2 諧波的定義及標準諧波的定義對于周期為T=2/的非正弦電壓，可分解為如下形式的傅里葉級數(shù) 或 在上式的傅里葉級數(shù)中，頻率與工頻相同的分

20、量稱為基波，頻率為基波整倍數(shù)(大于1)的分量稱為諧波，諧波次數(shù)為諧波頻率與基波頻率的整數(shù)比。)sincos()(10tnbtnaatunnn)sin()(10nnntncatun次諧波電壓含有率以HRUn(Harmonic Ratio for Un)表示 式中 Un第n次諧波電壓有效值； U1基波電壓有效值。n次諧波電流含有率以HRIn(Harmonic Ratio for In)表示 式中 In第n次諧波電流有效值； I1基波電流有效值。1HRU100%nnUU1HRI100%nnII諧波電壓含量UH和諧波電流含量IH分別定義為 電壓諧波總畸變率THDU(Total Harmonic dis

21、tortion)定義為 電流諧波總畸變率THDI(Total Harmonic distortion)定義為22HnnUU22HnnIIHU1THD100%UUHI1THD100%II 2. 諧波的標準 由于公用電網(wǎng)中的諧波電壓和諧波電流對電網(wǎng)和用電設備都會造成很大的危害，世界許多國家都發(fā)布了限制電網(wǎng)諧波的國家標準，或由權威機構制定限制諧波的規(guī)定。制定這些標準和規(guī)定的基本原則是限制諧波源注入電網(wǎng)的諧波電流，把電網(wǎng)諧波電壓控制在允許范圍內(nèi)，使接在電網(wǎng)中的電氣設備免受諧波干擾而能正常工作。 (1) 電壓限值（見表 1） (2) 諧波電流允許值（見表 2）當公用連接點處的最小短路容量不同于基準短路容

22、量時，表6-2中的諧波電流做如下的換算： 式中： Sk1基準短路容量(MVA) Ink1表2中的基準短路容量為Sk1時的第n次諧波電流允許值(A) Sk2公用連接點處的最小短路容量(MVA) Ink2短路容量為Sk2時的第n次諧波電流允許值(A) nk1k1k2nk2ISSI7.4.3 無功功率的產(chǎn)生及危害1. 影響功率因數(shù)的主要因素 異步電動機、感應電爐、交流電焊機等電感性設備是產(chǎn)生無功功率的主要原因。據(jù)統(tǒng)計，在工礦企業(yè)中，異步電動機產(chǎn)生的無功功率占全部無功功率的6070；而異步電動機空載時產(chǎn)生的無功功率又占到電動機總無功功率的6070。 變壓器消耗的無功功率一般約為其額定容量的1015，其

23、空載無功功率約為滿載時的1/3。因此，變壓器不應空載或長期處于低負載運行。 當供電電壓低于額定值時，會影響電氣設備的正常工作。當供電電壓為用電設備的額定值的110時，無功消耗將增加35左右。所以，應當采取措施使電力系統(tǒng)的供電電壓盡可能保持穩(wěn)定。2 . 無功功率的危害性 供電線路中無功功率的有功損耗，導致變送電設備、供電線路、用電設備的發(fā)熱。 無功電流在供電線路上產(chǎn)生電壓降，導致供電線路末端的輸出端電壓降低。 由于供電線路末端的輸出端電壓降低，使用電設備的實際輸出功率降低。 因變送電設備的負載容量中增加了無功容量，使變送電設備的有功輸出容量降低。7.4.4 諧波的抑制方法及無功功率的補償 消除和

24、減少諧波污染及無功功率補償?shù)姆椒ㄓ袃煞N： 1. 被動的方式，采用無源濾波或有源濾波等諧波補償裝置消除諧波。 采用LC濾波器。由電容、電感和電阻組成，與諧波源并聯(lián)，起旁路諧波的作用。優(yōu)點：結(jié)構簡單、設備投資少、運行費用較低等。不足：它的補償特性易受電網(wǎng)阻抗和運行狀態(tài)的影響，易和系統(tǒng)發(fā)生并聯(lián)諧振，導致諧波放大，使LC濾波器過載甚至燒毀；它只能補償固定頻率的諧波，補償效果也不甚理想。 采用晶閘管控制電抗器、晶閘管投切電容器裝置、有源電力濾波器APF。 其中，APF能對頻率和幅值變化的諧波進行跟蹤補償，且補償特性不受電網(wǎng)阻抗的影響，既可以對一個諧波和無功源單獨補償，也可對多個諧波和無功源集中補償。 2

25、. 主動的方式，是使電力電子裝置本身不產(chǎn)生諧波且功率因數(shù)可控制為1，這只適用于作為主要諧波源的電力電子變換器。變換器中應用的低諧波技術和提高功率因數(shù)的方法歸納如下： PWM整流電路或帶斬波器的整流電路可以減少輸入諧波； 整流電路的多重化，采用12脈沖、18脈沖或者24脈沖的整流； 逆變單元的并聯(lián)多重化，采用2個或多個逆變單元并聯(lián)； 逆變單元的串聯(lián)多重化，采用30脈沖的串聯(lián)逆變單元多重化線路； 采用新的變頻調(diào)制方法，如電壓矢量的菱形調(diào)制等。1. 晶閘管相位控制電抗器 晶閘管相位控制電抗器(TCR)的單相電路的基本結(jié)構就是雙向晶閘管與一個電感串聯(lián)。該電路與電網(wǎng)并聯(lián)，就相當于電感負載的交流調(diào)壓電路的

26、結(jié)構。 控制角的移相范圍為90o180o。由于是純電感負載，基波電流都是無功電流。90o時，晶閘管完全導通，導通角180o，相當于與晶閘管串聯(lián)的電感直接接到電網(wǎng)上，這時其吸收的基波電流和無功功率最大。當控制角在90o180o之間時，導通角180o。增大控制角的效果就是減少電流中的基波分量，因而減少了其吸收的無功功率。 圖(b)所示的TCR伏安特性曲線實際上是在導通角為某一角度時的等效感抗的特性曲線。在某一負載下，調(diào)節(jié)控制角，從而不斷調(diào)節(jié)導通角，也就使得TCR從其伏安特性上的某一穩(wěn)態(tài)工作點轉(zhuǎn)移到另一穩(wěn)態(tài)工作點。也就決定了TCR的補償效果。TCR的結(jié)構圖與伏安特性 單獨的TCR由于只能吸收感性的無

27、功功率，因此通常并聯(lián)電容使用，則吸收的無功功率為TCR與并聯(lián)電容器無功功率抵消后的無功功率，因而補償器的總的無功電流可以偏置到可吸收容性無功功率的范圍內(nèi)。另外，并聯(lián)電容器串聯(lián)上小的調(diào)諧電感還可兼作濾波器，以吸收TCR產(chǎn)生的諧波電流。補償特性是由控制晶閘管導通角決定的。2. 晶閘管投切電容器 雙向晶閘管的作用是將電容并入電網(wǎng)或從電網(wǎng)斷開，與之串聯(lián)的小電感是為了抑制電容投入電網(wǎng)時可能造成的沖擊電流。在工程實際中，將電容器分成幾組，每組都由雙向晶閘管控制投切。按照投入電容器組數(shù)的不同其伏安特性分別對應圖(c)中的OA、OB、OC，可根據(jù)電網(wǎng)的無功需求投切這些電容器。TSC實際上就是斷續(xù)可調(diào)的吸收容性

28、無功功率的動態(tài)無功補償器。3 . 靜止無功功率發(fā)生器 靜止無功功率發(fā)生器SVG將自換相橋式電路并聯(lián)在電網(wǎng)上，調(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的相位和幅值，或者直接控制其交流側(cè)電流，使該電路吸收或者發(fā)出滿足要求的無功電流，實現(xiàn)動態(tài)無功補償?shù)哪康摹?在單相電路中，與基波無功功率有關的能量是在電源和負載之間來回傳輸?shù)摹５窃谄胶獾娜嚯娐分?，無論怎樣的負載，三相瞬時功率的和是一定的，在任何時刻都等于三相總的有功功率。因此，在三相電路的電源和負載之間沒有無功能量的傳輸，各相的無功能量是在三相之間傳輸?shù)?。所以，如果統(tǒng)一處理三相無功功率，在總的負載側(cè)就不用設置無功儲能元件。因此，從理論上講，SVG的橋式電路的直

29、流側(cè)可以不設儲能元件。但實際上，考慮到變換器吸收的電流并不只含基波，也存在諧波，而諧波會造成少許無功能量在電源和SVG之間傳輸。所以，實際的SVG電路所需儲能元件的容量遠比同容量的TCR和TSC要小。 改變控制系統(tǒng)的參數(shù)可以使伏安特性上下移動。傳統(tǒng)的 SVC的運行范圍是向下收縮的三角形區(qū)域。而 SVG 的運行范圍是近似矩形的區(qū)域，因此 SVG 的運行范圍比SVC大。與SVC相比，SVG的調(diào)節(jié)速度快，運行范圍寬，而且，SVG使用的電感和電容比SVC中使用的電感和電容的容量小，減少裝置的體積和成本。SVG具有優(yōu)越性能，是動態(tài)無功功率補償?shù)陌l(fā)展方向。SVG 的伏安特性 4. 有源電力濾波器(1) 基

30、本結(jié)構組成 有源電力濾波器由指令電流運算電路、電流跟蹤控制電路、驅(qū)動電路和主電路四部分構成。（2）基本工作原理 檢測諧波源的電壓和電流，經(jīng)指令電流運算電路計算出補償電流的指令信號，該信號經(jīng)電流跟蹤控制電路、驅(qū)動電路在主電路產(chǎn)生補償電流，補償電流與負載電流中要補償?shù)闹C波電流荷無功電流抵消，最終得到期望的電源電流。在圖中，設負載電流為iL，指令電流運算電路檢測并計算出其中的諧波電流和無功電流iLh將其反極性后作為有源電力濾波器的指令電流ic*，有源電力濾波器的補償電流ic跟隨指令電流ic*的變化， ic與iLh抵消，于是電網(wǎng)電流is = iL - ic =iLfp，即等于負載的基波有功電流，使電源

31、電流成為正弦波，從而達到抑制諧波和補償無功的功能。 (3) 并聯(lián)型有源電力濾波器 圖中，負載為諧波源，變流器和電感組成有源電力濾波器APF，與APF并聯(lián)的一階高通濾波器，用于濾除APF所產(chǎn)生的補償電流中開關頻率附近的諧波。此處的原理圖均以單線圖畫出，可用于單相或三相系統(tǒng)。 并聯(lián)型有源電力濾波器主電路原理圖并聯(lián)型APF可以用于以下的多種補償目的： 補償諧波； 補償無功功率，補償?shù)亩嗌倏梢愿鶕?jù)實際需要連續(xù)調(diào)節(jié)； 補償三相不對稱電流； 補償供電點電壓波動； 以上任意項的組合。 并聯(lián)型APF主要用于補償可以看作電流源的諧波源，如直流側(cè)為阻感負載的整流電路。并聯(lián)型APF本身表現(xiàn)出電流源的特性。 由于交流

32、電源的基波電壓直接(或經(jīng)變壓器)施加到APF的變流器上，且補償電流由變流器提供，故要求變流器具有較大的容量。(4) 串聯(lián)型有源電力濾波器 有源電力濾波器通過變壓器串聯(lián)在電源和諧波源之間，相當于一個受控電壓源。 串聯(lián)型有源電力濾波器主要用于補償可看作電壓源的諧波源，如電容濾波型整流電路。串聯(lián)型有源電力濾波器輸出補償電壓，抵消由負載產(chǎn)生的諧波電壓，使供電點電壓波形成為正弦波。串聯(lián)型與并聯(lián)型可以看作是對偶的關系。串聯(lián)型有源電力濾波器主電路原理圖5. PWM整流電路PWM整流電路是一種高功率因數(shù)的整流器。 單相橋式PWM整流電路 由SPWM對VT1VT4進行控制，就可在橋的交流輸入端AB產(chǎn)生一個PWM

33、波uAB， uAB中除含有和正弦參考波同頻率且幅值成比例的基波分量外，只含有和三角波載波有關的頻率很高的諧波。由于電感Ls的濾波作用，這些高次諧波電壓只使交流電流is產(chǎn)生很小的脈動。如忽略這些脈動，當正弦信號波的頻率和電源頻率相同時，則交流輸入電流is為頻率與電源頻率相同的正弦波。在交流電源電壓es一定的情況下，is的幅值和相位僅由uAB中基波分量uABf的幅值及其與es的相位差來決定。UAB滯后Es的相角為，Is和Es完全同相位，電路工作在整流狀態(tài)，且功率因數(shù)為1。這就是PWM整流電路最基本的工作狀態(tài)。 在整流運行狀態(tài)下，當es0時，由VT2、VD4、VD1、Ls和VT3，VD1、VD4、Ls分別組成了兩個升