《相角控制器》PPT课件.ppt

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1、7.1 静止电压、相角调节器的作用,7.2 晶闸管控制电压和相角调节器,7.3 开关型电压和相角调节器,7.4 混合型相角调节器,第七章 静止电压、相角调节器：TCVR和TCPAR,7.1静止电压、相角调节器的作用,第七章 静止电压、相角调节器：TCVR和TCPAR,下 页,返回,为分析线路传输的有功功率P和线性无功功率Q 提供了基本的计算方法。当中压输电系统或配网负荷出现波动时，对大电网采用可控并联无功补偿来维持电压稳定。,下 页,上 页,返 回,第七章 静止电压、相角调节器：TCVR和TCPAR,7.1.1 电压和相角调节,电压和相角调节,在母线端电压上加上适当的同相或正交电压分量，使母线

2、电压的幅值产生DU的变化，或使相角发生相应变化，使之达到某一特定值或为所期望的数值。,下 页,上 页,返 回,第七章 静止电压、相角调节器：TCVR和TCPAR,通过串联到线路中三相调节或励磁变压器原边的抽头变化实现电压的调节。,注入电压DUa、DUb和DUc与相电压ua、ub和uc同相。,下 页,上 页,返 回,第七章 静止电压、相角调节器：TCVR和TCPAR,相角调节器的基本概念和实现方法,下 页,上 页,返 回,第七章 静止电压、相角调节器：TCVR和TCPAR,7.1.2 相角调节器对潮流控制的基本概念,相角调节器的两机系统。,发电机输出母线上输出的实际总电压useff是母线输出的端

3、电压Us和相角调节器输出电压Us的矢量和。,下 页,上 页,返 回,第七章 静止电压、相角调节器：TCVR和TCPAR,理想的相角调节器Us相对于Us的变化是相位的变化，对应的幅值为：,对应的相位关系为：,在预先确定的运行范围内,独立相角调节器使传输功率保持在所需水平，不受到主传输角d的影响。,下 页,上 页,返 回,第七章 静止电压、相角调节器：TCVR和TCPAR,受端的传输功率为：,受端的无功功率Q为：,相角调节器使传输角在/2d/2+范围内任意变化，并保持最大的输出功率。,下 页,上 页,返 回,第七章 静止电压、相角调节器：TCVR和TCPAR,如果Us与Us之间的夹角固定为90，它

4、们之间的关系为：,正交型相角调节器的调压传输中有功功率P为：,下 页,上 页,返 回,第七章 静止电压、相角调节器：TCVR和TCPAR,正交调压器的矢量图和传输特性,电压型相位调节器总容量SPAR表示为：,下 页,上 页,返 回,第七章 静止电压、相角调节器：TCVR和TCPAR,7.1.3 有功和无功环路潮流的控制,U1分解成与送端电压矢量Us同相和与它正交的两个分量，这两个电压分量决定了送端系统所提供的无功功率和有功功率。,下 页,上 页,返 回,第七章 静止电压、相角调节器：TCVR和TCPAR,将I1和I2两个电流分别分解成与送端电压矢量Us同相和正交的两个电流分量，由此可得到这两个

5、电流分量在线路阻抗上对应的同相和正交电压降U1d，U1q以及U2d和U2q。,下 页,上 页,返 回,第七章 静止电压、相角调节器：TCVR和TCPAR,电压表达式可以表示成线路电阻、线路电抗、线路电流和环流的线性组合关系，,下 页,上 页,返 回,第七章 静止电压、相角调节器：TCVR和TCPAR,正交电压分量存在幅值差U1q-U2q,同相电压分量存在电压差U1d-U2d,下 页,上 页,返 回,第七章 静止电压、相角调节器：TCVR和TCPAR,传输线路的阻抗表现为感性电抗时：,用相角调节器来控制环路的有功功用电压调节器控制无功功率潮流,总结,串联方式接入的电压调节器：,独立嵌入相角调节器

6、中,消除同相电压分量的电压差控制无功潮流的平衡,下 页,上 页,返 回,第七章 静止电压、相角调节器：TCVR和TCPAR,电压调节器与相角调节器在多条传输线路或网孔系统中的应用优点：,充分利用传输设施环流而使系统总体损耗降低。,下 页,上 页,返 回,第七章 静止电压、相角调节器：TCVR和TCPAR,7.1.4 利用相角调节器改善暂态稳定性,相角调节器的理想特性,下 页,上 页,返 回,第七章 静止电压、相角调节器：TCVR和TCPAR,假设无补偿系统和相角调节器在相同时间内出现相同的故障。,下 页,上 页,返 回,第七章 静止电压、相角调节器：TCVR和TCPAR,相角调节器能够显著增加

7、系统的瞬态稳定裕量。并联和串联补偿器对瞬态稳定性的改善是通过自身能力来增加未补偿线路的稳态传输极限。相角调节器所增加的瞬态稳定裕量与角度的变化范围成正比。,下 页,上 页,返 回,第七章 静止电压、相角调节器：TCVR和TCPAR,7.1.5 相角调节器对功率振荡的阻尼,当出现大的扰动时，对s角实施在最小与最大值之间变化的“乓乓”控制对阻尼功率振荡最为有效。,下 页,上 页,返 回,第七章 静止电压、相角调节器：TCVR和TCPAR,7.1.6 相角调节器的功能要求,相角调节器主要用于潮流管理。环流电压调节器则用于无功潮流和端电压的控制。当由于机械操作而引发振荡时，相角调节器可进行适当的阻尼控

8、制、改善瞬态稳定性、阻尼功率振荡。,下 页,上 页,返 回,第七章 静止电压、相角调节器：TCVR和TCPAR,7.2 晶闸管控制的电压和相角调节器（TCVR和TCPAR）,实现无功补偿的途径,利用传统晶闸管来控制电抗器中的电流，它在电流过零处“自然地”实现换流。利用GTO或其它可关断器件来实现可控的同步电压源。,这两种不同的方法可用于电压和相角调节器。,下 页,上 页,返 回,第七章 静止电压、相角调节器：TCVR和TCPAR,区别,基于晶闸管的方法是通过适当调节变压器的抽头（激励）获得注入电压。基于GTO方法从直流电源获得注入电压。,通过注入同相和正交电压的方法，电压和相角调节器实现其相应

9、控制。,下 页,上 页,返 回,第七章 静止电压、相角调节器：TCVR和TCPAR,基于电压型的方法能够通过自身调节输出电压幅值，并通过相角调节输出或吸收所需的无功功率。基于晶闸管的方法需由外部提供有功和无功功率，以实现电压或相角调节器的调节功能。,电压调节器和相角调节器的原因：,免除昂贵的日常维护费用晶闸管控制对系统的响应速度比机械调压速度更快一些。,下 页,上 页,返 回,第七章 静止电压、相角调节器：TCVR和TCPAR,提供离散控制的晶闸管抽头调节器主要由变压器、晶闸管开关阀、散热器、吸收电路和门极驱动控制等部分构成。,每个桥路与相关的变压器绕组相连，输出任一极性的电压，或者作为旁路通

10、道。,下 页,上 页,返 回,第七章 静止电压、相角调节器：TCVR和TCPAR,采用了三重步进的变压器绕组结构，晶闸管桥路对应的额定电压分别取1：3：9：等，它们可产生n个电压等级。,下 页,上 页,返 回,第七章 静止电压、相角调节器：TCVR和TCPAR,使用相位延迟角实现连续电压控制，晶闸管抽头调节器的结构还可以进一步得到简化。,缺点,在输出端电压上含有与电源频率对应的谐波。在所有负载功率因数下完成相应的控制功能相对复杂。,下 页,上 页,返 回,第七章 静止电压、相角调节器：TCVR和TCPAR,7.2.1 连续型可控晶闸管控制的抽头调节器,可以从变压器上面和下面的两个抽头分别获电压

11、u2和u1。,下 页,上 页,返 回,第七章 静止电压、相角调节器：TCVR和TCPAR,输出电压基波分量的表达式：,Uo1：基波幅值Jo1：基波电压相对于未经调节电压的相角,下 页,上 页,返 回,第七章 静止电压、相角调节器：TCVR和TCPAR,下 页,上 页,返 回,第七章 静止电压、相角调节器：TCVR和TCPAR,输出电压中的谐波为：,式中，h=2k+1，k=1，2，3,下 页,上 页,返 回,第七章 静止电压、相角调节器：TCVR和TCPAR,基波输出电压(U1+U2)/2，抽头的电压调节差为U1-U2=0.2p.u.，对应的调节范围为10。,下 页,上 页,返 回,第七章 静止

12、电压、相角调节器：TCVR和TCPAR,下 页,上 页,返 回,第七章 静止电压、相角调节器：TCVR和TCPAR,纯电感负载下延迟角控制的晶闸管抽头调节器输出电压波形,下 页,上 页,返 回,第七章 静止电压、相角调节器：TCVR和TCPAR,输入电压的正半波,晶闸管控制的抽头调节器接上电阻性负载，则在任意正半波的电压过零点到电流过零点的区间内，只会发生一次抽头转换，对于感性负载，在相同时间段内也可以并允许从上方抽头到下方抽头的转换。,下 页,上 页,返 回,第七章 静止电压、相角调节器：TCVR和TCPAR,纯容性负载时延迟角可控的晶闸管抽头调节器输出电压波形,下 页,上 页,返 回,第七

13、章 静止电压、相角调节器：TCVR和TCPAR,输入电压的负半波,当电流克服电源电压反极性流动时，触发下面抽头中的一个合适晶闸管，就能实现从上面抽头到下面抽头的换流。每半个周波都这样控制就可以实现180的连续控制。,下 页,上 页,返 回,第七章 静止电压、相角调节器：TCVR和TCPAR,延迟角可控的晶闸管抽头调节器内部控制建立在电压和电流过零点的检测之上，过零点确定了晶闸管的换流时刻，规定了所有负荷功率因数下延迟角a1和a 2的控制区间。,下 页,上 页,返 回,第七章 静止电压、相角调节器：TCVR和TCPAR,缺点,延迟角控制的晶闸管抽头调节器来实现连续控制的端电压的基波分量与母线电压

14、之间会产生相移，相移的大小取决于控制角a或者a1,a2、负载功率因数角j，而相移的方向则取决于负载功率因数角。这种控制输出中含有低次谐波，即使在低电压抽头上的电压幅值较低时，这个谐波仍具有相当的比例，这对于很多电器设备来讲无法接受。,下 页,上 页,返 回,第七章 静止电压、相角调节器：TCVR和TCPAR,7.2.2 离散电压等级的晶闸管抽头调节器,电磁式离散抽头调节器采用离散的电压等级控制，不会引入谐波畸变或相移，控制也不复杂。,下 页,上 页,返 回,第七章 静止电压、相角调节器：TCVR和TCPAR,随着对晶闸管开关阀的电压和容量要求的增加，将增加这种晶闸管控制结构的复杂性和成本。,下

15、 页,上 页,返 回,第七章 静止电压、相角调节器：TCVR和TCPAR,三倍数绕组结构的晶闸管离散电压抽头调节器,下 页,上 页,返 回,第七章 静止电压、相角调节器：TCVR和TCPAR,三倍数绕组结构的晶闸管离散相角调节器,下 页,上 页,返 回,第七章 静止电压、相角调节器：TCVR和TCPAR,7.2.3 晶闸管抽头调节器中开关阀额定值的考虑,在给定应用环境中，抽头调节器中所需的晶闸管数量由工作电压、瞬态过电压、工作电流以及所有可能遇到的故障电流来决定。在晶闸管抽头调节器中，晶闸管瞬态故障电流是确定晶闸管允许的最大稳态额定电流的决定性因素。,下 页,上 页,返 回,第七章 静止电压、

16、相角调节器：TCVR和TCPAR,如果将晶闸管开关阀看成是故障切除设备，那么就必须将它们设计成能满足交流系统电压的额定电压等级，而不是抽头上的电压等级，这样就会大大增加晶闸管的数量。将晶闸管开关阀设计成只满足抽头电压的等级要求，而使用常规的机电断路器来清除故障。晶闸管开关阀的额定值不是由稳态工作条件来确定，而是由系统受到冲击之后的瞬态电压来确定。,下 页,上 页,返 回,第七章 静止电压、相角调节器：TCVR和TCPAR,7.3 开关型电压和相角调节器,电压调节中同步电压源的“正交自举”和相位调节,下 页,上 页,返 回,第七章 静止电压、相角调节器：TCVR和TCPAR,当同步电压源作为电压

17、和相角调节器使用时，一般用于交换无功和有功功率。,同步电压源直流侧储能，满足补偿容量中对有功分量的补偿要求,可实现电压和相角的控制。,下 页,上 页,返 回,第七章 静止电压、相角调节器：TCVR和TCPAR,Uc,提供和吸收有功功率,提供有功功率,下 页,上 页,返 回,第七章 静止电压、相角调节器：TCVR和TCPAR,提供和吸收有功功率,提供有功功率,下 页,上 页,返 回,第七章 静止电压、相角调节器：TCVR和TCPAR,7.4 混合型相角调节器,以最低成本取得两种或多种调节器功能、完成特定任务的一种组合装置。,混合型相角调节器,混合型相角调节器中，机械抽头调节器可提供维持稳态潮流所需的正交注入电压,而电压型变流器则提供系统扰动期间和扰动之后的叠加性动态相角控制。,下 页,上 页,返 回,第七章 静止电压、相角调节器：TCVR和TCPAR,混合型相角调节器,第七章 静止电压、相角调节器：TCVR和TCPAR,采用了n个相同变压器绕组和晶闸管开关阀组成调节器，可将该结构中绕组和晶闸管开关阀的数量减少到一个合适的值，结构上变得更简单。,上 页,返 回,