《可控移相器》PPT课件.ppt

晶闸管控制的移相调节变压器（Thyristor Controlled Phase Shifting Transformer,TCPST),内容,1、移相调节变压器（PST也称PAR)2、晶闸管控制的移相调节变压器（TCPST）3、晶闸管投切的移相调节变压器（TSPST）4、结论,1、移相调节变压器,基本原理 电压调节器（纵向调节）相角调节器（横向调节）电压相角调节器（斜向调节）统称PST=Phase Shifting Transformer，简称移相器，也称PAR=Phase Angle Regulator，相角调节器)移相器对系统功率特性的影响移相器对暂态稳定性的影响 移相器调节电压大小与相位与SSSC等装置的差别,基本原理,机械式电压调节器（纵向调节）,机械式相角调节器（横向调节）,横向调节器又称为正交增压器，Quadrature Booster=QB,机械式电压相角调节器（斜向调节）,成一定的角度,上述三种调节器统称为PST=Phase Shifting Transformer，简称移相器，也称PAR=Phase Angle Regulator，相角调节器),移相器对系统功角特性的影响,线路图,假定相角调节器只改变电压相角而不改变电压幅值，且送端电压与受端电压大小相等，即：,则，功角特性为：,相量图,移相器功角特性曲线,特点：1、不改变最大可传输有功功率；2、可使最大功率对应的功角在一定的范围之内，即：,正交增压器(QB)的功角特性（1）,对于正交增压器有：,功角特性为：,原功角特性,增加的部分,调相器通常要同时处理有功、无功功率，其容量是最大注入电压和最大线路电流的乘积。,正交增压器(QB)的功角特性（2）,移相器对电力系统暂态稳定的影响（1）,K点发生三相短路，功角为2时切除故障，为保证稳定，必须,越大暂态稳定极限越高,移相器对电力系统暂态稳定的影响（2）,K点发生三相短路，功角为a2时切除故障，为保证稳定，必须,Aa2max,A2max,移相器控制使,Aa2maxA2max,因此暂态稳定极限大大提高,移相器阻尼电力系统振荡,移相器调节电压大小与相位与SSSC等装置的差别,1、移相器调节电压大小与相位，不产生无功或有功，而SSSC装置可补偿无功。2、移相器这种调压方式通过改变系统无功分配来调节电压，因此如果系统无功功率不足，改变无功分配调节局部电压可能引起电压崩溃，而采用SSSC等装置不会出现这种问题。3、有载调分接头变压器（OLTC)可看成移相器。,机械式移相器的缺点及改进方法,触点容易因摩擦产生电火花而损坏；控制速度太慢（在秒级甚至分钟级），无法满足电力系统快速控制的要求（几毫秒几百毫秒）。采用无触点开关如可控硅、可关断晶闸管等电力电子开关加以改进，称为晶闸管控制的PST或晶闸管投切的PST,或采用变流器型式的PST。,2、晶闸管控制的移相调节变压器（TCPST）,TCPST的基本原理负载为纯电阻时的TCPST负载为纯电感时的TCPST负载为纯电容时的TCPSTTCPST的优点与缺点,1 调压和调相的目的：输电相量正交分解,双电力系统；输电电感为X，电阻为R；输电电压相量既可根据线路电流相量分解为感性压降和阻性压降，也可根据送端电压相量分解为同相和正交电压分量，决定送端系统的有功和无功功率；类似地，输电电流相量也可根据送端电压相量分解为同相和正交电流分量。,1 调压和调相的目的：双输电线路环流,多条输电线路并联会导致环流，考虑双输电线路并联情况；如果线路1感抗、电阻的比值不等于线路2的比值，则会在线路1和2之间产生环流；环流产生时，两条线路的输电电压同相和反相分量都可能产生差异。,1 调压和调相的目的：控制环路有功无功潮流,子图（a），输电电压正交分量不同，假设线路电阻均远小于感抗，则主要产生同相环流，线路1的有功增加，线路2的有功减少；子图（b），输电电压同相分量不同，假设线路电阻均远小于感抗，则主要产生正交环流，线路1的无功增加，线路2的无功减少；一般情况下，输电电压正交、同相分量均不相同，则产生同相、正交环流分量，破坏线路间的有功、无功潮流平衡；调相器注入正交电压，控制同相环流（有功潮流）；调压器注入同相（反相）电压，控制正交环流（无功潮流）；好处：消除环流、减小无功潮流、平衡有功潮流、减小环流损耗。,TCPST的基本原理,连续改变晶闸管的触发角，使SW1和SW2轮流导通，补偿电压基波分量幅值可在V1和V2之间可连续变化,晶闸管触发导通与关断的条件,1、触发导通的条件,2、关断的条件,电压正向偏置即u+u-,触发脉冲,电流过零自然关断,负载为纯电阻时的TCPST,对于电阻负载，电流与电压同相，电压过零时SW1开通，角时SW2可以开通，SW1电流转移到SW2，SW1随之电流过零自然关断，可以连续控制，输出基波电压在V1与V2之间连续变化。,反之，如果电压过零时，SW2开通，则在电压为正或负时，SW1无法开通。,输出的基波电压有效值和相角,根据傅立叶分析,角连续变化时，TCPST输出的基波电压有效值及相角变化曲线(V1=0.9p.u.,V2=1.1p.u.),输出的n次谐波余弦分量及正弦分量,根据傅立叶分析,角连续变化，谐波含量的变化曲线,负载为纯电感时的TCPST(1),1、V1、V2正半周(V 2 V 1,)，电流为负D导通，O点电压为V2，此时晶闸管B正向偏置；2、触发B导通，D的电流迅速减小至零关断，B电流过零自然关断，触发A导通电流为正；3、O点电压为V1，晶闸管C正向偏置，触发C导通，A的电流迅速减小至零关断，电流一直为正。,4、V1、V2负半周，O点电压为V 2(V 2,)，D正向偏置，触发D导通，B电流迅速至零关断，电流一直为负到V1、V2正半周。,负载为纯电感时的TCPST(2),4,5,6,负载为纯电感时的TCPST(3),1、连续控制1（01/2）及2（/2 2）可以控制输出基波电压在V1与V2之间连续变化。,2、利用傅立叶分析可以分析不同1、2时输出电压基波及谐波。,负载为纯电容时的TCPST（1）,1、V1、V2正半周(V 2 V 1,)，电流为正A导通，O点电压为V1，此时晶闸管C正向偏置；2、触发C导通，A的电流迅速减小至零关断，C电流过零自然关断，触发D导通电流为负；3、O点电压为V2，晶闸管B正向偏置，触发B导通，D的电流迅速减小至零关断，电流一直为负。,负载为纯电容时的TCPST（2）,4、V1、V2负半周，O点电压为V 1(V 2,)，D正向偏置；5、触发D导通，B的电流迅速减小至零关断，D电流过零自然关断，触发C导通电流为正；6、O点电压为V 2(V 1,)，A正向偏置，触发A导通，C电流迅速至零关断，电流一直为正到V1、V2正半周。,1、连续控制1（01/2）及2（/2 2）可以控制输出基波电压在V1与V2之间连续变化。,2、利用傅立叶分析可以分析不同1、2时输出电压基波及谐波。,负载为纯电容时的TCPST（3）,TCPST的控制,2 TCVR和TCPAR：连续SCR抽头转换器内部控制,端口电压基波分量发生了相移，相移大小与延迟角、负载角有关，相移方向与负载角有关，输电应用时问题多多，只可用作配电系统中的调压器；抽头间存在低次电压谐波，需要滤波器。,检测电压、电流过0点，计算负载角，产生延迟角控制；闭环调节输出电压至给定值；概念性框图，没有考虑谐波、暂态和扰动；,TCPST的优缺点及注意事项,优点：输出补偿电压可以连续控制，控制响应速度快，在1020毫秒以内。缺点：产生较大的电压谐波，对系统造成污染；控制较复杂。！注意事项：负荷为混合负载，因此补偿电压与电流成一定的角度，应该注意可控硅的触发换向顺序，TCPST才能正常控制。,3、晶闸管投切的移相调节变压器（TSPST）,TSPST基本原理；多电压等级的TSPSTTSPST的优缺点,TSPST的基本原理,控制四个开关，输出电压,单个晶闸管投切的PST,n级串联的晶闸管投切移相变压器,采用单级TSPST，只能获得三个输出电压等级，为获得较多的输出电压等级，减小级差及投切过程中的冲击，采用多级TSPST串联的方式,为充分利用投切产生的电压等级数，各串联电压采取3n的型式配置。,输出电压可为：,按上述方式配置，E可以选择较小，获得级差小的多级控制，增加了补偿的精度，减小了投切过程中的冲击。,2 TCVR和TCPAR：SCR抽头转换器分级控制1,SCR抽头转换器采用分级控制方式可以避免连续控制产生的谐波畸变、基波相移和控制复杂等问题；分级控制方案1：采用n个相同绕组和SCR双向桥式电路，电压调节范围为V，调节精度为V/n，电流耐量为I，则所需SCR总容量为4VI；缺陷：串联注入变压器和励磁调压器必须额定容量设计；装置并不产生、吸收无功，无功必须由电力系统提供，使用时需要外部无功支撑设备；n个组成部件，2n个抽头，2n1步调节，4n个SCR管阀中只有2n个运行，变压器生产困难，低压系统（如115kV，10调节范围）运行不经济。,2 TCVR和TCPAR：SCR抽头转换器分级控制2,1981年，Guth提出绕组匝数以几何级数增长，使各个绕组互不相同；分级控制方案2：三进制绕组139，不同电压等级的12组双向SCR管阀，运行时只有6组工作，27级电压调节步数；优势：能比较充分利用SCR的高压能力；变压器绕组设计相对简单；缺陷：控制相对复杂、造价较高；不能产生、吸收无功；比较：高压应用时，三进制几何级数绕组设计方案优于相等绕组设计方案，此时变压器结构和绕组安排相对简单、经济。,纵向多级TSPST配置,横向多级TSPST配置,TSPST的优缺点,优点：1、分级投切，速度快（1020毫秒级）；2、工作时不会产生谐波；3、控制简单，只控制投切，无需控制导通角；缺点：1、补偿非连续调节，易造成冲击；2、级差小时，晶闸管数目大大增加，增加了成本；3、变压器的抽头多，增加了制造成本。,4、结论,TCPST和TSPST响应速度快，特别是TSPST控制简单；装置与基于变流器的装置相比成本低，可靠性高，应用前景广阔；TCPST和TSPSP只改变系统潮流分布，本身不产生无功或有功功率，在系统无功功率缺乏时，因其控制使局部电压满足要求，但导致全系统无功功率分配严重不合理，引起电压稳定问题，甚至可能导致电压崩溃。,