第10章電力電子技術(shù)的應(yīng)用

1、第第1010章電力電子技術(shù)的應(yīng)用章電力電子技術(shù)的應(yīng)用 10.1 晶閘管直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)晶閘管直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng) 10.2 變頻器和交流調(diào)速系統(tǒng)變頻器和交流調(diào)速系統(tǒng) 10.3 不間斷電源不間斷電源 10.4 開(kāi)關(guān)電源開(kāi)關(guān)電源 10.5 功率因數(shù)校正技術(shù)功率因數(shù)校正技術(shù) 10.6 電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用 10.7 電力電子技術(shù)的其他應(yīng)用電力電子技術(shù)的其他應(yīng)用 10.1 晶閘管直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)晶閘管直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng) 10.1.1 工作于整流狀態(tài)時(shí)工作于整流狀態(tài)時(shí) 10.1.2 工作于有源逆變狀態(tài)時(shí)工作于有源逆變狀態(tài)時(shí) 10.1.3 直流可逆電力拖動(dòng)系統(tǒng)直流可逆電力拖動(dòng)系統(tǒng)

2、23直流可逆電力拖動(dòng)系統(tǒng)直流可逆電力拖動(dòng)系統(tǒng) 電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu) 圖圖10-6a是是有環(huán)流有環(huán)流接線(xiàn)，圖接線(xiàn)，圖10-6b是是無(wú)環(huán)流無(wú)環(huán)流接線(xiàn)，環(huán)流是指只接線(xiàn)，環(huán)流是指只在兩組變流器之間流動(dòng)而不經(jīng)過(guò)負(fù)在兩組變流器之間流動(dòng)而不經(jīng)過(guò)負(fù)載的電流。載的電流。 根據(jù)電動(dòng)機(jī)所需的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)根據(jù)電動(dòng)機(jī)所需的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)來(lái)決定哪一組變流器工作及其相應(yīng)來(lái)決定哪一組變流器工作及其相應(yīng)的工作狀態(tài)：整流或逆變。的工作狀態(tài)：整流或逆變。 四象限運(yùn)行時(shí)的工作情況四象限運(yùn)行時(shí)的工作情況 第第1象限，正轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)作象限，正轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)作電動(dòng)運(yùn)行，正組橋工作在整流狀態(tài)，電動(dòng)運(yùn)行，正組橋工作在整流狀態(tài)， 1 /2，EMUd （下標(biāo)中有（下

3、標(biāo)中有 表示表示整流，下標(biāo)整流，下標(biāo)1表示正組橋，下標(biāo)表示正組橋，下標(biāo)2表表示反組橋）。示反組橋）。 10.1.3 直流可逆電力拖動(dòng)系統(tǒng)直流可逆電力拖動(dòng)系統(tǒng)圖圖10-6 兩組變流器的反并聯(lián)可逆線(xiàn)路兩組變流器的反并聯(lián)可逆線(xiàn)路第第2象限，正轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)作象限，正轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)作發(fā)電運(yùn)行，反組橋工作在逆發(fā)電運(yùn)行，反組橋工作在逆變狀態(tài)，變狀態(tài)， 2 /2)，EMUd （下標(biāo)中有（下標(biāo)中有 表示逆表示逆變）。變）。第第3象限，反轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)作象限，反轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)作電動(dòng)運(yùn)行，反組橋工作在整電動(dòng)運(yùn)行，反組橋工作在整流狀態(tài)，流狀態(tài)， 2 /2，EMUd 。第第4象限，反轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)作象限，反轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)作發(fā)電運(yùn)行，正組橋工

4、作在逆發(fā)電運(yùn)行，正組橋工作在逆變狀態(tài)，變狀態(tài)， 1 /2) ， EMUd 。10.1.3 直流可逆電力拖動(dòng)系統(tǒng)直流可逆電力拖動(dòng)系統(tǒng)圖圖10-6 兩組變流器的反并聯(lián)可逆線(xiàn)路兩組變流器的反并聯(lián)可逆線(xiàn)路。直流可逆拖動(dòng)系統(tǒng)，能方便地實(shí)直流可逆拖動(dòng)系統(tǒng)，能方便地實(shí)現(xiàn)現(xiàn)正反向運(yùn)轉(zhuǎn)正反向運(yùn)轉(zhuǎn)外，還能實(shí)現(xiàn)外，還能實(shí)現(xiàn)回饋制回饋制動(dòng)動(dòng)。410.2 變頻器和交流調(diào)速系統(tǒng)變頻器和交流調(diào)速系統(tǒng) 10.2.1 交直交變頻器交直交變頻器 10.2.2 交流電機(jī)變頻調(diào)速的控制方式交流電機(jī)變頻調(diào)速的控制方式510.2.1 交直交變頻器交直交變頻器交直交變頻器（交直交變頻器（Variable Voltage Variable

5、Frequency，簡(jiǎn)稱(chēng)，簡(jiǎn)稱(chēng)VVVF電源電源 ）是）是由由AC/DC、DC/AC兩類(lèi)基本的變流電路組合形成，又稱(chēng)為間接交流變流電路，兩類(lèi)基本的變流電路組合形成，又稱(chēng)為間接交流變流電路，最主要的優(yōu)點(diǎn)是輸出頻率不再受輸入電源頻率的制約。最主要的優(yōu)點(diǎn)是輸出頻率不再受輸入電源頻率的制約。 再生反饋電力的能力再生反饋電力的能力 當(dāng)負(fù)載電動(dòng)機(jī)需要頻繁、快速制動(dòng)時(shí)，通常要求具有當(dāng)負(fù)載電動(dòng)機(jī)需要頻繁、快速制動(dòng)時(shí)，通常要求具有再生反饋電力的能再生反饋電力的能力力。 圖圖10-7所示的電壓型交直交變頻電所示的電壓型交直交變頻電路不能再生反饋電力。路不能再生反饋電力。 其整流部分采用的是不可控整流，其整流部分采用

6、的是不可控整流，它和電容器之間的直流電壓和直流電流它和電容器之間的直流電壓和直流電流極性不變，只能由電源向直流電路輸送極性不變，只能由電源向直流電路輸送功率，而不能由直流電路向電源反饋電功率，而不能由直流電路向電源反饋電力。力。 逆變電路的能量是可以雙向流動(dòng)逆變電路的能量是可以雙向流動(dòng)的，若負(fù)載能量反饋到中間直流電路，的，若負(fù)載能量反饋到中間直流電路，而又不能反饋回交流電源，這將導(dǎo)致電而又不能反饋回交流電源，這將導(dǎo)致電容電壓升高，稱(chēng)為容電壓升高，稱(chēng)為泵升電壓泵升電壓，泵升電壓，泵升電壓過(guò)高會(huì)危及整個(gè)電路的安全。過(guò)高會(huì)危及整個(gè)電路的安全。 圖圖10-7 不能再生反饋的電不能再生反饋的電壓型間接交

7、流變流電路壓型間接交流變流電路 610.2.1 交直交變頻器交直交變頻器圖圖10-8 帶有泵升電壓限制電路帶有泵升電壓限制電路的電壓型間接交流變流電路的電壓型間接交流變流電路 圖圖10-9 利用可控變流器實(shí)現(xiàn)再生反利用可控變流器實(shí)現(xiàn)再生反饋的電壓型間接交流變流電路饋的電壓型間接交流變流電路 圖圖10-10 整流和逆變均為整流和逆變均為PWM控控制的電壓型間接交流變流電路制的電壓型間接交流變流電路 使電路具備再生反饋電力能力的方法使電路具備再生反饋電力能力的方法 圖圖10-8的電路中加入一個(gè)由電力晶體管的電路中加入一個(gè)由電力晶體管V0和和能耗電阻能耗電阻R0組成的組成的泵升電壓限制電路泵升電壓限

8、制電路，當(dāng)泵升電，當(dāng)泵升電壓超過(guò)一定數(shù)值時(shí)，使壓超過(guò)一定數(shù)值時(shí)，使V0導(dǎo)通，把從負(fù)載反饋的導(dǎo)通，把從負(fù)載反饋的能量消耗在能量消耗在R0上，這種電路可運(yùn)用于對(duì)電動(dòng)機(jī)制上，這種電路可運(yùn)用于對(duì)電動(dòng)機(jī)制動(dòng)時(shí)間有一定要求的調(diào)速系統(tǒng)中。動(dòng)時(shí)間有一定要求的調(diào)速系統(tǒng)中。 圖圖10-9所示的電路增加了一套所示的電路增加了一套變流電路變流電路，使，使其工作于有源逆變狀態(tài)，可實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的再生制其工作于有源逆變狀態(tài)，可實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的再生制動(dòng)；當(dāng)負(fù)載回饋能量時(shí)，中間直流電壓極性不變，動(dòng)；當(dāng)負(fù)載回饋能量時(shí)，中間直流電壓極性不變，而電流反向，通過(guò)控制變流器將電能反饋回電網(wǎng)。而電流反向，通過(guò)控制變流器將電能反饋回電網(wǎng)。 圖圖1

9、0-10是整流電路和逆變電路都采用是整流電路和逆變電路都采用PWM控制的間接交流變流電路，可簡(jiǎn)稱(chēng)控制的間接交流變流電路，可簡(jiǎn)稱(chēng)雙雙PWM電路電路，該電路輸入輸出電流均為正弦波，輸入功率因數(shù)該電路輸入輸出電流均為正弦波，輸入功率因數(shù)高，且可實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)四象限運(yùn)行，但由于整流、高，且可實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)四象限運(yùn)行，但由于整流、逆變部分均為逆變部分均為PWM控制且需要采用全控型器件，控制且需要采用全控型器件，控制較復(fù)雜，成本也較高?？刂戚^復(fù)雜，成本也較高。 710.2.1 交直交變頻器交直交變頻器圖圖10-11 采用可控整流的電流型間接交流變流電路采用可控整流的電流型間接交流變流電路 圖圖10-12 電流型交

10、電流型交直直交交PWM變頻電路變頻電路 圖圖10-13 整流和逆變均為整流和逆變均為PWM控制的電流型間接交流變流電控制的電流型間接交流變流電路路 圖圖10-11給出了可以再生反饋電力的給出了可以再生反饋電力的電流型間接交流變流電路，當(dāng)電動(dòng)機(jī)制電流型間接交流變流電路，當(dāng)電動(dòng)機(jī)制動(dòng)時(shí)，中間直流電路的電流極性不能改動(dòng)時(shí)，中間直流電路的電流極性不能改變，要實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)，只需調(diào)節(jié)可控整變，要實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)，只需調(diào)節(jié)可控整流電路的觸發(fā)角，使中間直流電壓反極流電路的觸發(fā)角，使中間直流電壓反極性即可。性即可。圖圖10-12給出了實(shí)現(xiàn)基于上述原理的給出了實(shí)現(xiàn)基于上述原理的電路圖，為適用于電路圖，為適用于較大容量

11、的場(chǎng)合較大容量的場(chǎng)合，將，將主電路中的器件換為主電路中的器件換為GTO，逆變電路，逆變電路輸出端的電容輸出端的電容C是為吸收是為吸收GTO關(guān)斷時(shí)產(chǎn)關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的過(guò)電壓而設(shè)置的，它也可以對(duì)輸出生的過(guò)電壓而設(shè)置的，它也可以對(duì)輸出的的PWM電流波形起濾波作用。電流波形起濾波作用。 電流型間接交流變流電路也可采用雙電流型間接交流變流電路也可采用雙PWM電路，為了吸收換流時(shí)的過(guò)電壓，電路，為了吸收換流時(shí)的過(guò)電壓，在交流電源側(cè)和交流負(fù)載側(cè)都設(shè)置了電在交流電源側(cè)和交流負(fù)載側(cè)都設(shè)置了電容器；可四象限運(yùn)行，同時(shí)通過(guò)對(duì)整流容器；可四象限運(yùn)行，同時(shí)通過(guò)對(duì)整流電路的電路的PWM控制可使輸入電流為正弦控制可使輸入電流為正

12、弦波，并使輸入功率因數(shù)為波，并使輸入功率因數(shù)為1。 810.3 不間斷電源不間斷電源不間斷電源（不間斷電源（Uninterruptible Power Supply UPS）是當(dāng)交流輸入電源）是當(dāng)交流輸入電源（習(xí)慣稱(chēng)為市電）發(fā)生異常或斷電時(shí)，還能繼續(xù)向負(fù)載供電，并能保證供電（習(xí)慣稱(chēng)為市電）發(fā)生異?；驍嚯姇r(shí)，還能繼續(xù)向負(fù)載供電，并能保證供電質(zhì)量，使負(fù)載供電不受影響的裝置。質(zhì)量，使負(fù)載供電不受影響的裝置。廣義地說(shuō)，廣義地說(shuō)，UPS包括輸出為直流和輸出為交流兩種情況，目前通常是指輸包括輸出為直流和輸出為交流兩種情況，目前通常是指輸出為交流的情況出為交流的情況UPS是是恒壓恒頻（恒壓恒頻（CVCF）電

13、源）電源中的主要產(chǎn)品之一，廣泛應(yīng)用中的主要產(chǎn)品之一，廣泛應(yīng)用于各種對(duì)交流供電可靠性和供電質(zhì)量要求高的場(chǎng)合。于各種對(duì)交流供電可靠性和供電質(zhì)量要求高的場(chǎng)合。 圖圖10-15 UPS基本結(jié)構(gòu)原理圖基本結(jié)構(gòu)原理圖UPS的結(jié)構(gòu)原理的結(jié)構(gòu)原理基本工作原理是，當(dāng)市電正常時(shí)，由市電基本工作原理是，當(dāng)市電正常時(shí)，由市電供電，當(dāng)市電異常乃至停電時(shí)，由蓄電池向供電，當(dāng)市電異常乃至停電時(shí)，由蓄電池向逆變器供電，因此從負(fù)載側(cè)看，供電不受市逆變器供電，因此從負(fù)載側(cè)看，供電不受市電停電的影響；在市電正常時(shí)，負(fù)載也可以電停電的影響；在市電正常時(shí)，負(fù)載也可以由逆變器供電，此時(shí)負(fù)載得到的交流電壓比由逆變器供電，此時(shí)負(fù)載得到的交流

14、電壓比市電電壓質(zhì)量高，即使市電發(fā)生質(zhì)量問(wèn)題市電電壓質(zhì)量高，即使市電發(fā)生質(zhì)量問(wèn)題（如電壓波動(dòng)、頻率波動(dòng)、波形畸變和瞬時(shí)（如電壓波動(dòng)、頻率波動(dòng)、波形畸變和瞬時(shí)停電等）時(shí)，也能獲得正常的恒壓恒頻的正停電等）時(shí)，也能獲得正常的恒壓恒頻的正弦波交流輸出，并且具有穩(wěn)壓、穩(wěn)頻的性能，弦波交流輸出，并且具有穩(wěn)壓、穩(wěn)頻的性能，因此也稱(chēng)為因此也稱(chēng)為穩(wěn)壓穩(wěn)頻電源穩(wěn)壓穩(wěn)頻電源。 910.3 不間斷電源不間斷電源圖圖10-16 具有旁路開(kāi)關(guān)的具有旁路開(kāi)關(guān)的UPS系統(tǒng)系統(tǒng)圖圖10-17 用柴油發(fā)電機(jī)作為后備電源的用柴油發(fā)電機(jī)作為后備電源的UPS為保證市電異?；蚰孀兤鞴收蠒r(shí)負(fù)載為保證市電異?；蚰孀兤鞴收蠒r(shí)負(fù)載供電的切換，實(shí)

15、際的供電的切換，實(shí)際的UPS產(chǎn)品中多數(shù)都設(shè)產(chǎn)品中多數(shù)都設(shè)置了置了旁路開(kāi)關(guān)旁路開(kāi)關(guān)，如圖，如圖10-16所示，市電與所示，市電與逆變器提供的逆變器提供的CVCF電源由轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電源由轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)S切切換；還需注意的是，在市電旁路電源與換；還需注意的是，在市電旁路電源與CVCF電源之間切換時(shí)，必須保證兩個(gè)電電源之間切換時(shí)，必須保證兩個(gè)電壓的相位一致，通常采用壓的相位一致，通常采用鎖相同步鎖相同步的方的方法。法。在市電斷電時(shí)由于由蓄電池提供電能，在市電斷電時(shí)由于由蓄電池提供電能，供電時(shí)間取決于蓄電池容量的大小，有供電時(shí)間取決于蓄電池容量的大小，有很大的局限性，為了保證長(zhǎng)時(shí)間不間斷很大的局限性，為了保證長(zhǎng)時(shí)

16、間不間斷供電，可采用供電，可采用柴油發(fā)電機(jī)（簡(jiǎn)稱(chēng)油機(jī)）柴油發(fā)電機(jī)（簡(jiǎn)稱(chēng)油機(jī)）作為后備電源作為后備電源，如圖，如圖10-17所示，蓄電池所示，蓄電池只需作為市電與油機(jī)之間的過(guò)渡，容量只需作為市電與油機(jī)之間的過(guò)渡，容量可以比較小?？梢员容^小。1010.3 不間斷電源不間斷電源圖圖10-18 小容量小容量UPS主電路主電路圖圖10-19 大功率大功率UPS主電路主電路 UPS的主電路結(jié)構(gòu)的主電路結(jié)構(gòu) 容量較小的容量較小的UPS主電路主電路 整流部分使用二極管整流器和直整流部分使用二極管整流器和直流斬波器（用作流斬波器（用作PFC），可獲得較高），可獲得較高的的交流輸入功率因數(shù)交流輸入功率因數(shù)。 由于

17、逆變器部分使用由于逆變器部分使用IGBT并采并采用用PWM控制控制，可獲得良好的控制性能。，可獲得良好的控制性能。 使用使用GTO的大容量的大容量UPS主電路主電路 逆變器部分采用逆變器部分采用PWM控制，具控制，具有有調(diào)節(jié)電壓調(diào)節(jié)電壓和和改善波形改善波形的功能。的功能。 為減少為減少GTO的開(kāi)關(guān)損耗，采用的開(kāi)關(guān)損耗，采用較低的開(kāi)關(guān)頻率較低的開(kāi)關(guān)頻率。 輸出電壓中所含的最低次諧波為輸出電壓中所含的最低次諧波為11次，從而使交流濾波器小型化。次，從而使交流濾波器小型化。 10.4 開(kāi)關(guān)電源開(kāi)關(guān)電源 10.4.1 開(kāi)關(guān)電源的結(jié)構(gòu)開(kāi)關(guān)電源的結(jié)構(gòu) 10.4.2 開(kāi)關(guān)電源的控制方式開(kāi)關(guān)電源的控制方式 1

18、0.4.3 開(kāi)關(guān)電源的應(yīng)用開(kāi)關(guān)電源的應(yīng)用1210.4.1 開(kāi)關(guān)電源的結(jié)構(gòu)開(kāi)關(guān)電源的結(jié)構(gòu)圖圖10-22 開(kāi)關(guān)電源的能量變換過(guò)程開(kāi)關(guān)電源的能量變換過(guò)程交流輸入的開(kāi)關(guān)電源交流輸入的開(kāi)關(guān)電源 交流輸入、直流輸出的開(kāi)關(guān)電源將交流電轉(zhuǎn)換為直流電。交流輸入、直流輸出的開(kāi)關(guān)電源將交流電轉(zhuǎn)換為直流電。 整流電路普遍采用二極管構(gòu)成的橋式電路，直流側(cè)采用大電容濾波，較為整流電路普遍采用二極管構(gòu)成的橋式電路，直流側(cè)采用大電容濾波，較為先進(jìn)的開(kāi)關(guān)電源采用有源的功率因數(shù)校正先進(jìn)的開(kāi)關(guān)電源采用有源的功率因數(shù)校正(Power Factor Correction - PFC)電電路。路。 高頻逆變變壓器高頻整流電路高頻逆變變壓

19、器高頻整流電路是開(kāi)關(guān)電源的核心部分，具體的電路采是開(kāi)關(guān)電源的核心部分，具體的電路采用的是隔離型直流直流變流電路。用的是隔離型直流直流變流電路。 高性能開(kāi)關(guān)電源中普遍采用了高性能開(kāi)關(guān)電源中普遍采用了軟開(kāi)關(guān)技術(shù)軟開(kāi)關(guān)技術(shù)。 1310.4.1 開(kāi)關(guān)電源的結(jié)構(gòu)開(kāi)關(guān)電源的結(jié)構(gòu)直流輸入的開(kāi)關(guān)電源直流輸入的開(kāi)關(guān)電源 也稱(chēng)為也稱(chēng)為直流直流變換器直流直流變換器(DC-DC Converter)，分為，分為隔離型隔離型和和非隔離型非隔離型，隔離型多采用反激、正激、半橋等隔離型電路，而非隔離型采用隔離型多采用反激、正激、半橋等隔離型電路，而非隔離型采用Buck、Boost、Buck-Boost等電路。等電路。 圖圖

20、10-24 a)同步降壓電路同步降壓電路 圖圖10-24 b)同步升壓電路同步升壓電路 1410.4.2 開(kāi)關(guān)電源的控制方式開(kāi)關(guān)電源的控制方式圖圖10-26 開(kāi)關(guān)電源的控制系統(tǒng)開(kāi)關(guān)電源的控制系統(tǒng) 圖圖10-27 電流模式控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)電流模式控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 典型的開(kāi)關(guān)電源控制系統(tǒng)如圖典型的開(kāi)關(guān)電源控制系統(tǒng)如圖10-26 所示，采用所示，采用反饋控制反饋控制，控，控制器根據(jù)誤差制器根據(jù)誤差e來(lái)調(diào)整控制量來(lái)調(diào)整控制量vc。 電壓模式控制電壓模式控制 圖圖10-26 所示即為電壓模式所示即為電壓模式控制，僅有一個(gè)輸出控制，僅有一個(gè)輸出電壓反饋控電壓反饋控制環(huán)制環(huán)。 其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但有一其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)

21、構(gòu)簡(jiǎn)單，但有一個(gè)顯著的缺點(diǎn)是不能有效的控制個(gè)顯著的缺點(diǎn)是不能有效的控制電路中的電流。電路中的電流。電流模式控制電流模式控制 在電壓反饋環(huán)內(nèi)增加了在電壓反饋環(huán)內(nèi)增加了電流電流反饋控制環(huán)反饋控制環(huán)，電壓控制器的輸出，電壓控制器的輸出信號(hào)作為電流環(huán)的參考信號(hào)，給信號(hào)作為電流環(huán)的參考信號(hào)，給這一信號(hào)設(shè)置限幅，就可以限值這一信號(hào)設(shè)置限幅，就可以限值電路中的最大電流，達(dá)到短路和電路中的最大電流，達(dá)到短路和過(guò)載保護(hù)的目的，還可以實(shí)現(xiàn)恒過(guò)載保護(hù)的目的，還可以實(shí)現(xiàn)恒流控制。流控制。 1510.4.2 開(kāi)關(guān)電源的控制方式開(kāi)關(guān)電源的控制方式圖圖10-28 峰值電流模式控制的原理峰值電流模式控制的原理 峰值電流模式控

22、制峰值電流模式控制 峰值電流模式控制系統(tǒng)中電流控制環(huán)的結(jié)構(gòu)如圖峰值電流模式控制系統(tǒng)中電流控制環(huán)的結(jié)構(gòu)如圖10-28a所示，主要的波形所示，主要的波形如圖如圖10-28b所示。所示。 基本的原理：開(kāi)關(guān)的開(kāi)通由基本的原理：開(kāi)關(guān)的開(kāi)通由時(shí)鐘時(shí)鐘CLK信號(hào)信號(hào)控制，控制，CLK信號(hào)每隔一定的時(shí)間信號(hào)每隔一定的時(shí)間就使就使RS觸發(fā)器觸發(fā)器置位，使開(kāi)關(guān)開(kāi)通；開(kāi)關(guān)開(kāi)通后置位，使開(kāi)關(guān)開(kāi)通；開(kāi)關(guān)開(kāi)通后iL上升，當(dāng)上升，當(dāng)iL達(dá)到電流給定值達(dá)到電流給定值iR后，比較器輸出信號(hào)翻轉(zhuǎn)，并復(fù)位后，比較器輸出信號(hào)翻轉(zhuǎn)，并復(fù)位RS觸發(fā)器，使開(kāi)關(guān)關(guān)斷。觸發(fā)器，使開(kāi)關(guān)關(guān)斷。 a)b)1610.4.2 開(kāi)關(guān)電源的控制方式開(kāi)關(guān)電源

23、的控制方式圖圖10-29 平均電流模式控制的原理平均電流模式控制的原理 a)b) 峰值電流模式控制的不足：該方法控峰值電流模式控制的不足：該方法控制電感電流的峰值，而不是電感電流的制電感電流的峰值，而不是電感電流的平均值，且二者之間的差值隨著平均值，且二者之間的差值隨著M1和和M2的不同而改變，這對(duì)很多需要精確控的不同而改變，這對(duì)很多需要精確控制電感電流平均值的開(kāi)關(guān)電源來(lái)說(shuō)是不制電感電流平均值的開(kāi)關(guān)電源來(lái)說(shuō)是不能允許的；峰值電流模式控制電路中將能允許的；峰值電流模式控制電路中將電感電流直接與電流給定信號(hào)相比較，電感電流直接與電流給定信號(hào)相比較，但電感電流中通常含有一些開(kāi)關(guān)過(guò)程產(chǎn)但電感電流中通常

24、含有一些開(kāi)關(guān)過(guò)程產(chǎn)生的噪聲信號(hào)，容易生的噪聲信號(hào)，容易造成比較器的誤動(dòng)造成比較器的誤動(dòng)作作，使電感電流發(fā)生不規(guī)則的波動(dòng)。，使電感電流發(fā)生不規(guī)則的波動(dòng)。平均電流模式控制平均電流模式控制 平均電流模式控制采用平均電流模式控制采用PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器作為作為電流調(diào)節(jié)器，并將調(diào)節(jié)器輸出的控制量電流調(diào)節(jié)器，并將調(diào)節(jié)器輸出的控制量uc與鋸齒波信號(hào)與鋸齒波信號(hào)uS相比較，得到周期固相比較，得到周期固定、占空比變化的定、占空比變化的PWM信號(hào)，用以控信號(hào)，用以控制開(kāi)關(guān)的通與斷。制開(kāi)關(guān)的通與斷。 1710.4.3 開(kāi)關(guān)電源的應(yīng)用開(kāi)關(guān)電源的應(yīng)用開(kāi)關(guān)電源廣泛用于各種電子設(shè)備、儀器，以及家電等，開(kāi)關(guān)電源廣泛用于各種電子設(shè)

25、備、儀器，以及家電等，如臺(tái)式計(jì)算機(jī)和筆記本計(jì)算機(jī)的電源，電視機(jī)、如臺(tái)式計(jì)算機(jī)和筆記本計(jì)算機(jī)的電源，電視機(jī)、DVD播播放機(jī)的電源，以及家用空調(diào)器、電冰箱的電腦控制電路放機(jī)的電源，以及家用空調(diào)器、電冰箱的電腦控制電路的電源等，這些電源功率通常僅有幾十的電源等，這些電源功率通常僅有幾十W幾百幾百W；手；手機(jī)等移動(dòng)電子設(shè)備的充電器也是開(kāi)關(guān)電源，但功率僅有機(jī)等移動(dòng)電子設(shè)備的充電器也是開(kāi)關(guān)電源，但功率僅有幾幾W；通信交換機(jī)、巨型計(jì)算機(jī)等大型設(shè)備的電源也是；通信交換機(jī)、巨型計(jì)算機(jī)等大型設(shè)備的電源也是開(kāi)關(guān)電源，但功率較大，可達(dá)數(shù)開(kāi)關(guān)電源，但功率較大，可達(dá)數(shù)kW數(shù)百數(shù)百kW；工業(yè)上；工業(yè)上也大量應(yīng)用開(kāi)關(guān)電源，如

26、數(shù)控機(jī)床、自動(dòng)化流水線(xiàn)中，也大量應(yīng)用開(kāi)關(guān)電源，如數(shù)控機(jī)床、自動(dòng)化流水線(xiàn)中，采用各種規(guī)格的開(kāi)關(guān)電源為其控制電路供電。采用各種規(guī)格的開(kāi)關(guān)電源為其控制電路供電。 開(kāi)關(guān)電源還可以用于蓄電池充電、電火花加工，電鍍、開(kāi)關(guān)電源還可以用于蓄電池充電、電火花加工，電鍍、電解等電化學(xué)過(guò)程等，功率可達(dá)幾十幾百電解等電化學(xué)過(guò)程等，功率可達(dá)幾十幾百kW；在；在X光光機(jī)、微波發(fā)射機(jī)、雷達(dá)等設(shè)備中，大量使用的是高壓、機(jī)、微波發(fā)射機(jī)、雷達(dá)等設(shè)備中，大量使用的是高壓、小電流輸出的開(kāi)關(guān)電源。小電流輸出的開(kāi)關(guān)電源。 1810.5 功率因數(shù)校正技術(shù)功率因數(shù)校正技術(shù) 10.5.1 功率因數(shù)校正電路的基本原理功率因數(shù)校正電路的基本原理

27、10.5.2 單級(jí)功率因數(shù)校正技術(shù)單級(jí)功率因數(shù)校正技術(shù)1910.5 功率因數(shù)校正技術(shù)功率因數(shù)校正技術(shù)引言引言以開(kāi)關(guān)電源為代表的各種電力電子裝置帶來(lái)一些負(fù)面的以開(kāi)關(guān)電源為代表的各種電力電子裝置帶來(lái)一些負(fù)面的問(wèn)題：輸入電流不是正弦波，就涉及到問(wèn)題：輸入電流不是正弦波，就涉及到諧波諧波和和功率因數(shù)功率因數(shù)的問(wèn)題。的問(wèn)題。功率因數(shù)校正功率因數(shù)校正PFC (Power Factor Correction)技術(shù)即對(duì)電技術(shù)即對(duì)電流脈沖的幅度進(jìn)行抑制，使電流波形盡量接近正弦波的流脈沖的幅度進(jìn)行抑制，使電流波形盡量接近正弦波的技術(shù)，分成技術(shù)，分成無(wú)源功率因數(shù)校正無(wú)源功率因數(shù)校正和和有源功率因數(shù)校正有源功率因數(shù)校

28、正兩種。兩種。 無(wú)源功率因數(shù)校正技術(shù)通過(guò)在二極管整流電路中增加電無(wú)源功率因數(shù)校正技術(shù)通過(guò)在二極管整流電路中增加電感、電容等無(wú)源元件和二極管元件，對(duì)電路中的電流脈感、電容等無(wú)源元件和二極管元件，對(duì)電路中的電流脈沖進(jìn)行抑制，以降低電流諧波含量，提高功率因數(shù)。沖進(jìn)行抑制，以降低電流諧波含量，提高功率因數(shù)。 有源功率因數(shù)校正技術(shù)采用全控開(kāi)關(guān)器件構(gòu)成的開(kāi)關(guān)電有源功率因數(shù)校正技術(shù)采用全控開(kāi)關(guān)器件構(gòu)成的開(kāi)關(guān)電路對(duì)輸入電流的波形進(jìn)行控制，使之成為與電源電壓同路對(duì)輸入電流的波形進(jìn)行控制，使之成為與電源電壓同相的正弦波。相的正弦波。 2010.5.1 功率因數(shù)校正電路的基本原理功率因數(shù)校正電路的基本原理圖圖10-

29、30 典型的單相有源典型的單相有源PFC電路及主要原理波形電路及主要原理波形 單相功率因數(shù)校正電路的基本原理單相功率因數(shù)校正電路的基本原理 實(shí)際上是二極管整流電路加上升壓型斬波電路構(gòu)成的。實(shí)際上是二極管整流電路加上升壓型斬波電路構(gòu)成的。 原理原理 給定信號(hào)給定信號(hào) 和實(shí)際的直流電壓和實(shí)際的直流電壓ud比較后送入比較后送入PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器，得到指令信號(hào)，得到指令信號(hào)id，id和整流后正弦電壓相乘得到輸入電流的指令信號(hào)和整流后正弦電壓相乘得到輸入電流的指令信號(hào)i*，該指令信號(hào)和實(shí)際電感，該指令信號(hào)和實(shí)際電感電流信號(hào)比較后，通過(guò)電流信號(hào)比較后，通過(guò)滯環(huán)滯環(huán)對(duì)開(kāi)關(guān)器件進(jìn)行控制，便可使輸入直流電流跟蹤對(duì)

30、開(kāi)關(guān)器件進(jìn)行控制，便可使輸入直流電流跟蹤指令值，這樣交流側(cè)電流波形將近似成為與交流電壓同相的正弦波，跟蹤誤指令值，這樣交流側(cè)電流波形將近似成為與交流電壓同相的正弦波，跟蹤誤差在由滯環(huán)環(huán)寬所決定的范圍內(nèi)。差在由滯環(huán)環(huán)寬所決定的范圍內(nèi)。*du2110.5.1 功率因數(shù)校正電路的基本原理功率因數(shù)校正電路的基本原理圖圖10-30 典型的單相有源典型的單相有源PFC電路及主要原理波形電路及主要原理波形 在升壓斬波電路中，只要輸入電壓不高于輸出電壓，電在升壓斬波電路中，只要輸入電壓不高于輸出電壓，電感感L的電流就完全受開(kāi)關(guān)的電流就完全受開(kāi)關(guān)S的通斷控制；的通斷控制；S通時(shí)，通時(shí)，iL增長(zhǎng)，增長(zhǎng)，S斷時(shí)，斷

31、時(shí)，iL下降，因此下降，因此控制控制S的占空比按正弦絕對(duì)值規(guī)律變化，的占空比按正弦絕對(duì)值規(guī)律變化，且與輸入電壓同相且與輸入電壓同相，就可以控制，就可以控制iL波形為正弦絕對(duì)值，從波形為正弦絕對(duì)值，從而使輸入電流的波形為正弦波，且與輸入電壓同相，輸入而使輸入電流的波形為正弦波，且與輸入電壓同相，輸入功率因數(shù)為功率因數(shù)為1。 2210.5.1 功率因數(shù)校正電路的基本原理功率因數(shù)校正電路的基本原理圖圖10-31 三相單開(kāi)關(guān)三相單開(kāi)關(guān)PFC電路電路圖圖10-32 三相單開(kāi)關(guān)三相單開(kāi)關(guān)PFC電路的工作波形電路的工作波形三相功率因數(shù)校正電路的基本原理三相功率因數(shù)校正電路的基本原理 電路是工作在電流不連續(xù)模

32、式的電路是工作在電流不連續(xù)模式的升壓斬波電路，升壓斬波電路，LALC的電流在每個(gè)的電流在每個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)都是不連續(xù)的；電路中的開(kāi)關(guān)周期內(nèi)都是不連續(xù)的；電路中的二極管都采用二極管都采用快速恢復(fù)二極管快速恢復(fù)二極管，電路，電路的輸出電壓高于輸入線(xiàn)間電壓峰值。的輸出電壓高于輸入線(xiàn)間電壓峰值。 工作原理工作原理 S開(kāi)通后，電感電流值均從零開(kāi)通后，電感電流值均從零開(kāi)始線(xiàn)性上升（正向或負(fù)向），開(kāi)始線(xiàn)性上升（正向或負(fù)向），S關(guān)關(guān)斷后，三相電感電流通過(guò)斷后，三相電感電流通過(guò)D7向負(fù)載側(cè)向負(fù)載側(cè)流動(dòng)，并迅速下降到零。流動(dòng)，并迅速下降到零。 在每一個(gè)開(kāi)關(guān)周期中，在每一個(gè)開(kāi)關(guān)周期中，電感電電感電流是三角形或接近三角形

33、的電流脈沖流是三角形或接近三角形的電流脈沖，其峰值與輸入電壓成正比；假設(shè)其峰值與輸入電壓成正比；假設(shè)S關(guān)關(guān)斷后電流斷后電流iA下降很快，下降很快，iA的平均值將的平均值將主要取決于陰影部分的面積，這樣主要取決于陰影部分的面積，這樣iA平均值與輸入電壓成正比平均值與輸入電壓成正比，因此輸入，因此輸入電流經(jīng)濾波后將近似為正弦波。電流經(jīng)濾波后將近似為正弦波。 2310.5.1 功率因數(shù)校正電路的基本原理功率因數(shù)校正電路的基本原理 在分析中略去了電流波形中非陰影部分，因此實(shí)際的電流波形在分析中略去了電流波形中非陰影部分，因此實(shí)際的電流波形 同正弦波相比有些畸變，如果輸出直流電壓很高，則開(kāi)關(guān)同正弦波相比

34、有些畸變，如果輸出直流電壓很高，則開(kāi)關(guān)S關(guān)斷關(guān)斷 后電流下降就很快，被略去的電流面積就很小，則電流波形同后電流下降就很快，被略去的電流面積就很小，則電流波形同 正弦波的近似程度高，其波形畸變小。正弦波的近似程度高，其波形畸變小。 該電路工作于該電路工作于電流斷續(xù)模式電流斷續(xù)模式，電路中電流峰值高，開(kāi)關(guān)器件的通，電路中電流峰值高，開(kāi)關(guān)器件的通態(tài)損耗和開(kāi)關(guān)損耗都很大，因此適用于態(tài)損耗和開(kāi)關(guān)損耗都很大，因此適用于36kW的中小功率電源中。的中小功率電源中。 圖圖10-31 三相單開(kāi)關(guān)三相單開(kāi)關(guān)PFC電路電路圖圖10-32 三相單開(kāi)關(guān)三相單開(kāi)關(guān)PFC電路的工作波形電路的工作波形2410.5.1 功率因

35、數(shù)校正電路的基本原理功率因數(shù)校正電路的基本原理開(kāi)關(guān)電源中采用有源開(kāi)關(guān)電源中采用有源PFC電路帶來(lái)以下好處電路帶來(lái)以下好處 輸入功率因數(shù)提高，輸入諧波電流減小，降低了電源對(duì)電網(wǎng)的干輸入功率因數(shù)提高，輸入諧波電流減小，降低了電源對(duì)電網(wǎng)的干擾，滿(mǎn)足了現(xiàn)行諧波限制標(biāo)準(zhǔn)。擾，滿(mǎn)足了現(xiàn)行諧波限制標(biāo)準(zhǔn)。 在輸入相同有功功率的條件下，輸入電流有效值明顯減小，降低在輸入相同有功功率的條件下，輸入電流有效值明顯減小，降低了對(duì)線(xiàn)路、開(kāi)關(guān)、連接件等電流容量的要求。了對(duì)線(xiàn)路、開(kāi)關(guān)、連接件等電流容量的要求。 由于有升壓斬波電路，電源允許的輸入電壓范圍擴(kuò)大，能適應(yīng)世由于有升壓斬波電路，電源允許的輸入電壓范圍擴(kuò)大，能適應(yīng)世界

36、各國(guó)不同的電網(wǎng)電壓，極大的提高電源裝置的可靠性和靈活性。界各國(guó)不同的電網(wǎng)電壓，極大的提高電源裝置的可靠性和靈活性。 由于升壓斬波電路的穩(wěn)壓作用，整流電路輸出電壓波動(dòng)顯著減小，由于升壓斬波電路的穩(wěn)壓作用，整流電路輸出電壓波動(dòng)顯著減小，使后級(jí)使后級(jí)DC-DC變換電路的工作點(diǎn)保持穩(wěn)定，有利于提高控制精度和變換電路的工作點(diǎn)保持穩(wěn)定，有利于提高控制精度和效率。效率。單相有源功率因數(shù)校正電路較為簡(jiǎn)單，僅有單相有源功率因數(shù)校正電路較為簡(jiǎn)單，僅有1個(gè)全控開(kāi)關(guān)器件。該電個(gè)全控開(kāi)關(guān)器件。該電路容易實(shí)現(xiàn)，可靠性也較高，因此應(yīng)用非常廣泛；三相有源功率因路容易實(shí)現(xiàn)，可靠性也較高，因此應(yīng)用非常廣泛；三相有源功率因數(shù)校正電

37、路結(jié)構(gòu)和控制較復(fù)雜，成本也很高，三相功率因數(shù)校正技數(shù)校正電路結(jié)構(gòu)和控制較復(fù)雜，成本也很高，三相功率因數(shù)校正技術(shù)的仍是研究的熱點(diǎn)。術(shù)的仍是研究的熱點(diǎn)。2510.6 電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用10.6.1 高壓直流輸電高壓直流輸電10.6.2 無(wú)功功率控制無(wú)功功率控制10.6.3 電力系統(tǒng)諧波抑制電力系統(tǒng)諧波抑制10.6.4 電能質(zhì)量控制、柔性交流輸電與定制電能質(zhì)量控制、柔性交流輸電與定制 電力技術(shù)電力技術(shù)2610.6.1 高壓直流輸電高壓直流輸電圖圖10-34 高壓直流輸電系統(tǒng)的基本原理和典型結(jié)構(gòu)高壓直流輸電系統(tǒng)的基本原理和典型結(jié)構(gòu) 高壓直流輸電（高壓直流輸電（

38、High Voltage DC TransmissionHVDC）是電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中是電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中最早開(kāi)始的應(yīng)用領(lǐng)域，最早開(kāi)始的應(yīng)用領(lǐng)域，20世紀(jì)世紀(jì)50年代以來(lái)，當(dāng)電力電子技術(shù)年代以來(lái)，當(dāng)電力電子技術(shù)的發(fā)展帶來(lái)了可靠的高壓大功的發(fā)展帶來(lái)了可靠的高壓大功率交直流轉(zhuǎn)換技術(shù)之后，高壓率交直流轉(zhuǎn)換技術(shù)之后，高壓直流輸電越來(lái)越受到人們的關(guān)直流輸電越來(lái)越受到人們的關(guān)注。注。原理和典型結(jié)構(gòu)原理和典型結(jié)構(gòu) 原理原理 發(fā)電廠輸出交流電，由變發(fā)電廠輸出交流電，由變壓器（換流變壓器）將電壓升壓器（換流變壓器）將電壓升高后送到高后送到晶閘管整流器晶閘管整流器，由晶，由晶閘管整流器將高壓交流變?yōu)楦?/p>

39、閘管整流器將高壓交流變?yōu)楦邏褐绷?。壓直流?經(jīng)經(jīng)直流輸電線(xiàn)路直流輸電線(xiàn)路輸送到電輸送到電能的接受端。能的接受端。 2710.6.1 高壓直流輸電高壓直流輸電圖圖10-34 高壓直流輸電系統(tǒng)的基本原理和典型結(jié)構(gòu)高壓直流輸電系統(tǒng)的基本原理和典型結(jié)構(gòu) 在受端電能又經(jīng)過(guò)在受端電能又經(jīng)過(guò)晶閘管逆變晶閘管逆變器器由直流變回交流，再經(jīng)變壓器降由直流變回交流，再經(jīng)變壓器降壓后配送到各個(gè)用戶(hù)。壓后配送到各個(gè)用戶(hù)。典型結(jié)構(gòu)典型結(jié)構(gòu) 圖圖10-34是典型的采用是典型的采用十二脈波十二脈波換流器換流器的雙極高壓直流輸電線(xiàn)路。的雙極高壓直流輸電線(xiàn)路。 雙極是指其輸電線(xiàn)路兩端的每雙極是指其輸電線(xiàn)路兩端的每端都由兩個(gè)額定電

40、壓相等的換流器端都由兩個(gè)額定電壓相等的換流器串聯(lián)聯(lián)結(jié)而成，具有兩根傳輸導(dǎo)線(xiàn)，串聯(lián)聯(lián)結(jié)而成，具有兩根傳輸導(dǎo)線(xiàn)，分別為正極和負(fù)極，每端兩個(gè)換流分別為正極和負(fù)極，每端兩個(gè)換流器的串聯(lián)連接點(diǎn)接地。器的串聯(lián)連接點(diǎn)接地。 兩極獨(dú)立運(yùn)行，當(dāng)一極停止運(yùn)兩極獨(dú)立運(yùn)行，當(dāng)一極停止運(yùn)行時(shí)，另一極以大地作回路還可以行時(shí)，另一極以大地作回路還可以帶一半的負(fù)荷，這樣就提高了運(yùn)行帶一半的負(fù)荷，這樣就提高了運(yùn)行的可靠性，也有利于分期建設(shè)和運(yùn)的可靠性，也有利于分期建設(shè)和運(yùn)行維護(hù)；單極高壓直流輸電系統(tǒng)只行維護(hù)；單極高壓直流輸電系統(tǒng)只用一根傳輸導(dǎo)線(xiàn)（一般為負(fù)極），用一根傳輸導(dǎo)線(xiàn)（一般為負(fù)極），以大地或海水作為回路。以大地或海水作為

41、回路。 2810.6.1 高壓直流輸電高壓直流輸電高壓直流輸電的優(yōu)勢(shì)高壓直流輸電的優(yōu)勢(shì) 更有利于進(jìn)行遠(yuǎn)距離和大容量的電能傳輸或者海底或更有利于進(jìn)行遠(yuǎn)距離和大容量的電能傳輸或者海底或地下電纜傳輸。地下電纜傳輸。 不受輸電線(xiàn)路的不受輸電線(xiàn)路的感性和容性參數(shù)感性和容性參數(shù)的限制。的限制。 直流輸電線(xiàn)導(dǎo)體沒(méi)有直流輸電線(xiàn)導(dǎo)體沒(méi)有積膚效應(yīng)積膚效應(yīng)問(wèn)題，相同輸電容量問(wèn)題，相同輸電容量下直流輸電線(xiàn)路的占地面積也小。下直流輸電線(xiàn)路的占地面積也小。 短距離送電可采用基于短距離送電可采用基于全控型電力電子器件全控型電力電子器件的電壓的電壓型變流器，性能更優(yōu)。型變流器，性能更優(yōu)。 更有利于電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)。更有利于電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)。

42、 更容易解決更容易解決同步同步、穩(wěn)定性穩(wěn)定性等等復(fù)雜問(wèn)題。等等復(fù)雜問(wèn)題。 更有利于系統(tǒng)控制。更有利于系統(tǒng)控制。 通過(guò)對(duì)換流器的有效控制可以實(shí)現(xiàn)對(duì)傳輸?shù)挠泄νㄟ^(guò)對(duì)換流器的有效控制可以實(shí)現(xiàn)對(duì)傳輸?shù)挠泄β实目焖俣鴾?zhǔn)確的控制，還能阻尼功率振蕩、改善系統(tǒng)率的快速而準(zhǔn)確的控制，還能阻尼功率振蕩、改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性、限制短路電流。的穩(wěn)定性、限制短路電流。 2910.6.2 無(wú)功功率控制無(wú)功功率控制在電力系統(tǒng)中，對(duì)無(wú)功功率的控制是非常重要的，通過(guò)對(duì)無(wú)功功率的控制，在電力系統(tǒng)中，對(duì)無(wú)功功率的控制是非常重要的，通過(guò)對(duì)無(wú)功功率的控制，可以可以提高功率因數(shù)提高功率因數(shù)，穩(wěn)定電網(wǎng)電壓穩(wěn)定電網(wǎng)電壓，改善供電質(zhì)量改善供電

43、質(zhì)量。晶閘管投切電容器晶閘管投切電容器 交流電力電容器的投入與切斷是控制無(wú)功功率的一種重要手段，交流電力電容器的投入與切斷是控制無(wú)功功率的一種重要手段，晶閘管投晶閘管投切電容器切電容器TSC是一種性能優(yōu)良的無(wú)功補(bǔ)償方式。是一種性能優(yōu)良的無(wú)功補(bǔ)償方式。 圖圖10-35是是TSC的基本原理圖，可以看出的基本原理圖，可以看出TSC的基本原理實(shí)際上是就是的基本原理實(shí)際上是就是用交用交流電力電子開(kāi)關(guān)來(lái)投如或者切除電容器流電力電子開(kāi)關(guān)來(lái)投如或者切除電容器，兩個(gè)反并聯(lián)的晶閘管起著把電容，兩個(gè)反并聯(lián)的晶閘管起著把電容C并入電網(wǎng)或從電網(wǎng)斷開(kāi)的作用，串聯(lián)的電感很小，只是用來(lái)抑制電容器投并入電網(wǎng)或從電網(wǎng)斷開(kāi)的作用，

44、串聯(lián)的電感很小，只是用來(lái)抑制電容器投入電網(wǎng)時(shí)可能出現(xiàn)的沖擊電流；在實(shí)際工程中，為避免容量較大的電容器入電網(wǎng)時(shí)可能出現(xiàn)的沖擊電流；在實(shí)際工程中，為避免容量較大的電容器組同時(shí)投入或切斷會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成較大的沖擊，一般把電容器分成幾組，根組同時(shí)投入或切斷會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成較大的沖擊，一般把電容器分成幾組，根據(jù)電網(wǎng)對(duì)無(wú)功的需求而改變投入電容器的容量，據(jù)電網(wǎng)對(duì)無(wú)功的需求而改變投入電容器的容量，TSC實(shí)際上就成為斷續(xù)可實(shí)際上就成為斷續(xù)可調(diào)的動(dòng)態(tài)無(wú)功功率補(bǔ)償器。調(diào)的動(dòng)態(tài)無(wú)功功率補(bǔ)償器。 圖圖10-35 TSC基本原理圖基本原理圖a) 基本單元單相簡(jiǎn)圖基本單元單相簡(jiǎn)圖 b) 分組投切單相簡(jiǎn)圖分組投切單相簡(jiǎn)圖3010.6

45、.2 無(wú)功功率控制無(wú)功功率控制圖圖10-36 TSC理想投切時(shí)刻原理說(shuō)明理想投切時(shí)刻原理說(shuō)明TSC運(yùn)行時(shí)晶閘管投入時(shí)刻的原則運(yùn)行時(shí)晶閘管投入時(shí)刻的原則 該時(shí)刻該時(shí)刻交流電源電壓應(yīng)和電容器預(yù)交流電源電壓應(yīng)和電容器預(yù)先充電的電壓相等先充電的電壓相等，這樣電容器電壓不，這樣電容器電壓不會(huì)產(chǎn)生躍變，也就不會(huì)產(chǎn)生沖擊電流。會(huì)產(chǎn)生躍變，也就不會(huì)產(chǎn)生沖擊電流。 一般來(lái)說(shuō)，理想情況下，希望電容一般來(lái)說(shuō)，理想情況下，希望電容器預(yù)先充電電壓為器預(yù)先充電電壓為電源電壓峰值電源電壓峰值，這時(shí)，這時(shí)電源電壓的變化率為零電源電壓的變化率為零，因此在投入時(shí)，因此在投入時(shí)刻刻iC為零為零，之后才按正弦規(guī)律上升；這，之后才按正

46、弦規(guī)律上升；這樣，電容投入過(guò)程不但沒(méi)有沖擊電流，樣，電容投入過(guò)程不但沒(méi)有沖擊電流，電流也沒(méi)有階躍變化。電流也沒(méi)有階躍變化。 如圖如圖10-36，導(dǎo)通開(kāi)始時(shí)，導(dǎo)通開(kāi)始時(shí)uC已由上已由上次導(dǎo)通時(shí)段最后導(dǎo)通的晶閘管次導(dǎo)通時(shí)段最后導(dǎo)通的晶閘管VT1充電充電至電源電壓至電源電壓us的正峰值，的正峰值，t1時(shí)刻導(dǎo)通時(shí)刻導(dǎo)通VT2，以后每半個(gè)周波輪流觸發(fā)，以后每半個(gè)周波輪流觸發(fā)VT1和和VT2；切除這條電容支路時(shí)，如在；切除這條電容支路時(shí)，如在t2時(shí)時(shí)刻刻iC已降為零，已降為零，VT2關(guān)斷，關(guān)斷， uC保持在保持在VT2導(dǎo)通結(jié)束時(shí)的電源電壓負(fù)峰值，為導(dǎo)通結(jié)束時(shí)的電源電壓負(fù)峰值，為下一次投入電容器做了準(zhǔn)備。下

47、一次投入電容器做了準(zhǔn)備。 3110.6.2 無(wú)功功率控制無(wú)功功率控制圖圖10-37 晶閘管和二極管反并聯(lián)方式的晶閘管和二極管反并聯(lián)方式的TSC晶閘管和二極管反并聯(lián)方式的晶閘管和二極管反并聯(lián)方式的TSC 由于二極管的作用在電路不導(dǎo)通時(shí)由于二極管的作用在電路不導(dǎo)通時(shí)uC總會(huì)維持在電源總會(huì)維持在電源電壓峰值。電壓峰值。 這種電路成本稍低，但因?yàn)槎O管不可控，這種電路成本稍低，但因?yàn)槎O管不可控，響應(yīng)速度響應(yīng)速度要慢一些要慢一些，投切電容器的最大時(shí)間滯后為一個(gè)周波。，投切電容器的最大時(shí)間滯后為一個(gè)周波。 3210.6.2 無(wú)功功率控制無(wú)功功率控制晶閘管控制電抗器（晶閘管控制電抗器（TCR ） 晶閘管交

48、流調(diào)壓電路帶電感性負(fù)載的一個(gè)典型應(yīng)用，圖晶閘管交流調(diào)壓電路帶電感性負(fù)載的一個(gè)典型應(yīng)用，圖10-38所示為所示為T(mén)CR的典型電路，可以看出是的典型電路，可以看出是支路控制三角聯(lián)結(jié)方式的晶閘管三相交流調(diào)壓電路支路控制三角聯(lián)結(jié)方式的晶閘管三相交流調(diào)壓電路。 通過(guò)對(duì)通過(guò)對(duì) 角的控制，可以連續(xù)調(diào)節(jié)流過(guò)電抗器的電流，從而調(diào)節(jié)電路從電角的控制，可以連續(xù)調(diào)節(jié)流過(guò)電抗器的電流，從而調(diào)節(jié)電路從電網(wǎng)中吸收的無(wú)功功率，如配以固定電容器，則可以在從容性到感性的范圍內(nèi)網(wǎng)中吸收的無(wú)功功率，如配以固定電容器，則可以在從容性到感性的范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)無(wú)功功率。連續(xù)調(diào)節(jié)無(wú)功功率。 圖圖10-38 晶閘管控制電抗器晶閘管控制電抗器(T

49、CR)電路電路電抗器中所含電電抗器中所含電阻很小，可以近阻很小，可以近似看成純電感負(fù)似看成純電感負(fù)載，因此載，因此 的移的移相范圍為相范圍為90180。 3310.6.2 無(wú)功功率控制無(wú)功功率控制圖圖10-39 TCR電路負(fù)載相電流和輸入線(xiàn)電流波形電路負(fù)載相電流和輸入線(xiàn)電流波形a) =120 b) =135 c) =160圖圖10-39給出了給出了 分別為分別為120、135和和160時(shí)時(shí)TCR電電路的負(fù)載相電流和輸入線(xiàn)電流的波形。路的負(fù)載相電流和輸入線(xiàn)電流的波形。3410.6.2 無(wú)功功率控制無(wú)功功率控制靜止無(wú)功發(fā)生器靜止無(wú)功發(fā)生器 靜止無(wú)功發(fā)生器靜止無(wú)功發(fā)生器SVG在本書(shū)中專(zhuān)指由自換相的電

50、力電子橋式變流器來(lái)進(jìn)在本書(shū)中專(zhuān)指由自換相的電力電子橋式變流器來(lái)進(jìn)行動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)难b置。行動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)难b置。 SVG分為采用電壓型橋式電路和電流型橋式電路兩種類(lèi)型。分為采用電壓型橋式電路和電流型橋式電路兩種類(lèi)型。 采用電壓型橋式電路的采用電壓型橋式電路的SVG如圖如圖10-40a，直流側(cè)采用的是，直流側(cè)采用的是電容電容，還需，還需再串聯(lián)上連接再串聯(lián)上連接電抗器電抗器才能并入電網(wǎng)。才能并入電網(wǎng)。 采用電流型橋式電路的采用電流型橋式電路的SVG如圖如圖10-40b，直流側(cè)采用的是，直流側(cè)采用的是電感電感，還需，還需在交流側(cè)并聯(lián)上吸收換相產(chǎn)生的過(guò)電壓的在交流側(cè)并聯(lián)上吸收換相產(chǎn)生的過(guò)電壓的電容器電容器

51、才能并入電網(wǎng)。才能并入電網(wǎng)。圖圖10-40 SVG的電路基本結(jié)構(gòu)圖的電路基本結(jié)構(gòu)圖a）采用電壓型橋式電路）采用電壓型橋式電路 b）采用電流型橋式電路）采用電流型橋式電路3510.6.2 無(wú)功功率控制無(wú)功功率控制SVG（采用電壓型橋式電路）的（采用電壓型橋式電路）的工作原理工作原理 由于運(yùn)行效率的原因迄今投入由于運(yùn)行效率的原因迄今投入實(shí)用的實(shí)用的SVG大都采用電壓型橋式電大都采用電壓型橋式電路。路。 SVG可以等效地被視為可以等效地被視為幅值和幅值和相位均可以控制的一個(gè)與電網(wǎng)同頻相位均可以控制的一個(gè)與電網(wǎng)同頻率的交流電壓源率的交流電壓源，通過(guò)交流電抗器，通過(guò)交流電抗器連接到電網(wǎng)上。連接到電網(wǎng)上。

52、 設(shè)電網(wǎng)電壓和設(shè)電網(wǎng)電壓和SVG輸出的交流輸出的交流電壓分別用相量電壓分別用相量 和和 表示，改變表示，改變 的幅值及其相對(duì)于的幅值及其相對(duì)于 的相位，就可的相位，就可以改變連接電抗上的電壓，從而控以改變連接電抗上的電壓，從而控制制SVG從電網(wǎng)吸收電流的相位和幅從電網(wǎng)吸收電流的相位和幅值，也就控制了值，也就控制了SVG吸收無(wú)功功率吸收無(wú)功功率的性質(zhì)和大小。的性質(zhì)和大小。 圖圖10-41 SVG等效電路及工作原理等效電路及工作原理 a） 單相等效電路單相等效電路 b） 工作相量圖工作相量圖 VSVIVIVS3610.6.2 無(wú)功功率控制無(wú)功功率控制與傳統(tǒng)與傳統(tǒng)SVC相比較相比較 傳統(tǒng)的以傳統(tǒng)的以

53、TCR為代表的為代表的SVC，由于其所能提供的最大，由于其所能提供的最大電流分別是受其電流分別是受其并聯(lián)電抗器并聯(lián)電抗器和和并聯(lián)電容器并聯(lián)電容器的阻抗特性限的阻抗特性限制的，因而隨著電壓的降低而減小，因此制的，因而隨著電壓的降低而減小，因此SVG的運(yùn)行范的運(yùn)行范圍比傳統(tǒng)圍比傳統(tǒng)SVC大。大。 SVG的調(diào)節(jié)速度更快，而且在采取的調(diào)節(jié)速度更快，而且在采取多重化或多重化或PWM技術(shù)技術(shù)等措施后可大大減少補(bǔ)償電流中諧波的含量。等措施后可大大減少補(bǔ)償電流中諧波的含量。 SVG使用的電抗器和電容元件遠(yuǎn)比使用的電抗器和電容元件遠(yuǎn)比SVC中使用的電抗中使用的電抗器和電容要小，這將大大縮小裝置的體積和成本。器和

54、電容要小，這將大大縮小裝置的體積和成本。 SVG還可以在必要時(shí)短時(shí)間內(nèi)向電網(wǎng)提供一定量的還可以在必要時(shí)短時(shí)間內(nèi)向電網(wǎng)提供一定量的有有功功率功功率。 SVG的控制方法和控制系統(tǒng)要比傳統(tǒng)的控制方法和控制系統(tǒng)要比傳統(tǒng)SVC復(fù)雜，另外復(fù)雜，另外SVG要使用數(shù)量較多的較大容量自關(guān)斷器件，其價(jià)格目要使用數(shù)量較多的較大容量自關(guān)斷器件，其價(jià)格目前仍比前仍比SVC使用的普通晶閘管高得多。使用的普通晶閘管高得多。 3710.6.2 無(wú)功功率控制無(wú)功功率控制SVG發(fā)展的共同特點(diǎn)發(fā)展的共同特點(diǎn) SVG的主電路由早期的以多重化的方波變流器的主電路由早期的以多重化的方波變流器為主要形式，已發(fā)展為以為主要形式，已發(fā)展為以P

55、WM變流器為主要形變流器為主要形式。式。 SVG的變流器中所采用的電力半導(dǎo)體器件已由的變流器中所采用的電力半導(dǎo)體器件已由早期的以早期的以GTO為主，已逐步發(fā)展為采用為主，已逐步發(fā)展為采用IGBT和和IGCT，采用，采用IGBT的趨勢(shì)更為明顯。的趨勢(shì)更為明顯。 SVG的補(bǔ)償目標(biāo)已由早期的以對(duì)輸電系統(tǒng)的補(bǔ)的補(bǔ)償目標(biāo)已由早期的以對(duì)輸電系統(tǒng)的補(bǔ)償為主，擴(kuò)展到了對(duì)配電系統(tǒng)補(bǔ)償，甚至負(fù)荷補(bǔ)償為主，擴(kuò)展到了對(duì)配電系統(tǒng)補(bǔ)償，甚至負(fù)荷補(bǔ)償?shù)雀鱾€(gè)層次。償?shù)雀鱾€(gè)層次。 3810.6.3 電力系統(tǒng)諧波抑制電力系統(tǒng)諧波抑制抑制諧波有兩條基本思路，一是抑制諧波有兩條基本思路，一是裝設(shè)補(bǔ)償裝置裝設(shè)補(bǔ)償裝置，設(shè)法補(bǔ)，設(shè)法補(bǔ)償

56、其產(chǎn)生的諧波；另一條就是償其產(chǎn)生的諧波；另一條就是對(duì)電力電子裝置本身進(jìn)行對(duì)電力電子裝置本身進(jìn)行改進(jìn)改進(jìn)，使其不產(chǎn)生諧波，同時(shí)還不消耗無(wú)功功率，或者，使其不產(chǎn)生諧波，同時(shí)還不消耗無(wú)功功率，或者根據(jù)需要能對(duì)其功率因數(shù)進(jìn)行控制，即采用高功率因數(shù)根據(jù)需要能對(duì)其功率因數(shù)進(jìn)行控制，即采用高功率因數(shù)變流器。變流器。調(diào)諧濾波器調(diào)諧濾波器 是傳統(tǒng)的補(bǔ)償諧波的主要手段。是傳統(tǒng)的補(bǔ)償諧波的主要手段。 其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，既可補(bǔ)償諧波，又可補(bǔ)償無(wú)功，一直被其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，既可補(bǔ)償諧波，又可補(bǔ)償無(wú)功，一直被廣泛應(yīng)用于對(duì)電力系統(tǒng)中諧波和無(wú)功功率的補(bǔ)償。廣泛應(yīng)用于對(duì)電力系統(tǒng)中諧波和無(wú)功功率的補(bǔ)償。 有源電力濾波器（有源電力濾波器（Ac

57、tive Power FilterAPF） 有源電力濾波器的思想最早提出于上世紀(jì)有源電力濾波器的思想最早提出于上世紀(jì)60年代末，年代末，1976年確立了有源電力濾波器的完整概念和主電路拓?fù)淠甏_立了有源電力濾波器的完整概念和主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，上世紀(jì)結(jié)構(gòu)，上世紀(jì)80年代以來(lái)，由于新型電力半導(dǎo)體器件的年代以來(lái)，由于新型電力半導(dǎo)體器件的出現(xiàn)，出現(xiàn)，PWM逆變技術(shù)的發(fā)展，以及基于瞬時(shí)無(wú)功功率理逆變技術(shù)的發(fā)展，以及基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論的諧波電流瞬時(shí)檢測(cè)方法的提出，有源電力濾波器才論的諧波電流瞬時(shí)檢測(cè)方法的提出，有源電力濾波器才得以迅速發(fā)展。得以迅速發(fā)展。 3910.6.3 電力系統(tǒng)諧波抑制電力系統(tǒng)諧波抑制圖

58、圖10-42 有源電力濾波器的基本原理和典型電流波形有源電力濾波器的基本原理和典型電流波形圖圖10-43 有源電力濾波器的變流電路有源電力濾波器的變流電路有源電力濾波器的基本原理有源電力濾波器的基本原理 如圖如圖10-42所示，有源電力濾波所示，有源電力濾波器檢測(cè)出負(fù)載電流器檢測(cè)出負(fù)載電流 iL中的諧波電流中的諧波電流 iLh，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生與，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生與iLh大小相等大小相等而方向相反的補(bǔ)償電流而方向相反的補(bǔ)償電流 iC，從而使流，從而使流入電網(wǎng)的電流入電網(wǎng)的電流iS只含有基波分量只含有基波分量 iLf。與與LC無(wú)源濾波器相比，有源濾波無(wú)源濾波器相比，有源濾波能對(duì)變化的諧波進(jìn)行迅速

59、的動(dòng)態(tài)跟蹤能對(duì)變化的諧波進(jìn)行迅速的動(dòng)態(tài)跟蹤補(bǔ)償，而且補(bǔ)償特性不受電網(wǎng)頻率和補(bǔ)償，而且補(bǔ)償特性不受電網(wǎng)頻率和阻抗的影響。阻抗的影響。有源電力濾波器的變流電路可分為有源電力濾波器的變流電路可分為電壓型電壓型和和電流型電流型，目前實(shí)用的裝置大，目前實(shí)用的裝置大都是電壓型；從與補(bǔ)償對(duì)象的連接方都是電壓型；從與補(bǔ)償對(duì)象的連接方式來(lái)看，有源電力濾波器又可分為式來(lái)看，有源電力濾波器又可分為并并聯(lián)型聯(lián)型和和串聯(lián)型串聯(lián)型。 串聯(lián)型串聯(lián)型APF通過(guò)變壓器連在電源通過(guò)變壓器連在電源和負(fù)載間，相當(dāng)于一個(gè)和負(fù)載間，相當(dāng)于一個(gè)受控電壓源受控電壓源，既可補(bǔ)償電流，也可消除電壓畸變。既可補(bǔ)償電流，也可消除電壓畸變。 并聯(lián)型并

60、聯(lián)型4010.6.4 電能質(zhì)量控制、柔性交流輸電與定制電力技術(shù)電能質(zhì)量控制、柔性交流輸電與定制電力技術(shù)應(yīng)用電力電子技術(shù)不僅可以有效地控制無(wú)功功率從而保障系統(tǒng)電壓應(yīng)用電力電子技術(shù)不僅可以有效地控制無(wú)功功率從而保障系統(tǒng)電壓的幅度，可以補(bǔ)償諧波從而保障供電電壓的波形，而且可以解決不的幅度，可以補(bǔ)償諧波從而保障供電電壓的波形，而且可以解決不對(duì)稱(chēng)、電壓幅度暫低（對(duì)稱(chēng)、電壓幅度暫低（voltage sag）和電壓閃變（）和電壓閃變（flicker）等各種穩(wěn)）等各種穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)的電能質(zhì)量問(wèn)題，這被稱(chēng)為采用電力電子裝置的態(tài)和暫態(tài)的電能質(zhì)量問(wèn)題，這被稱(chēng)為采用電力電子裝置的電能質(zhì)量電能質(zhì)量控制技術(shù)控制技術(shù)。 電力電