大功率电力电子系统的控制理论.ppt

大功率电力电子系统的控制及应用 查晓明 教授 武汉大学电气工程学院 提纲 已有的大功率电力电子技术基础 遇到的问题 电力系统的应用问题 电力电子系统的控制问题 一、已有的基础 二、遇到的问题 大功率电力电子技术的可靠性问题（致命的问题） 外部或内部的扰动引起暂态过程导致大功率电力电子装置可靠性问题，如何提高电力电子系统对外部故障穿越能力？ 大功率电力电子系统的内部过电压产生的机理是什么，怎样分析计算？ 电磁暂态过程引起的电力电子器件特性变化是什么？ 温度场、电磁场相互之间的耦合及对电力电子系统的影响是如何产生的，能否有定量化的结果？ 复杂拓扑结构下的大功率电力电子装置的控制包容性问题。 大功率电力电子技术的设计问题 电力电子系统的设计计算理论在哪里？ 传统的按稳态条件计算的一些元件参数是否最优，电力电子装置本身是否存在成本浪费问题？ 电力电子系统设计是否要考虑故障条件下的穿越能力，如果评估暂态过程中电力电子系统结构参数是否合适？ 大功率电力电子技术的试验问题 电力电子系统的试验理论和方法 三、电力系统的应用问题 （一）、发电机励磁控制 1、励磁反馈控制原理 2. 励磁控制与电力系统稳定 励磁控制与静态稳定 励磁控制与静态稳定 励磁控制与暂态稳定 在电力系统中，应用发电机励磁改善电力系统的暂态稳定性有两条途径： 增加发电机的强励能力，可以减少发电机的加速面积A1； 设计先进的励磁控制策略，维持较高的故障后发电机端电压水平，增加发电机的减速面积A2； （二）、FACTS技术 FACTS - Flexible AC Transmission Systems （三）、电力电子系统的作用 四、大功率电力电子的可靠性控制方法研究 功率和能量问题 功率变换与能量转移过程分析，尤其是动态过程中大功率电力电子功率变换状态及能量转移过程。 可靠性和稳态性能 电力电子功率变换过程控制应着眼于可靠性控制 电力电子装置应用系统的稳态性能控制 复杂电力电子系统的控制理论 针对复杂电力电子系统控制问题，简化拓扑结构 混合拓扑结构的电力电子系统的控制问题 模型建立及控制理论基础问题 Questions, Comments, Discussion 时间尺度上的能控性： （响应时间的要求） 电压闪变改善与无功补偿的动态特性 大功率电力电子系统应用的作用机理分析 1、电力系统稳定控制中的能量转移问题 （阻尼的实现） 2、电力系统稳定控制中的实现方式 （几何方法的实现（微分）还是系统演化方法（代数）） 静止同步补偿器（STATCOM）： 典型电力电子系统的研制 STATCOM的基本原理：将电压源型逆变器经过电抗器或者变压器并联在电网上，通过调节逆变器交流侧输出电压的幅值和相位，或者直接控制其交流侧电流的幅值和相位，迅速吸收或者发出所需要的无功功率，实现快速动态调节无功的目的。 静止同步补偿器（STATCOM）： 典型电力电子系统的研制 静止同步补偿器（STATCOM）： 无变压器，直接与高压连接 无启动回路 占地小 绝缘要求高 需要冗余单元 调整算法程序，可以实现谐波、无功统一补偿 典型电力电子系统的研制 静止同步补偿器（STATCOM）： 链式STATCOM的某钢厂现场应用 典型电力电子系统的研制 有源电力滤波器（APF）： = + 电 源 非线性负载 I.电源 I.负载 I滤波器 I. 电源 I. 负载 If. (负载基波) Ih. (负载谐波) I. 滤波器 典型电力电子系统的研制 有源电力滤波器（APF）-滤波效果： 典型电力电子系统的研制 能源管理中的电力电子技术： 基于电力电子的节能技术-高压变频调速器 典型电力电子系统的研制 能源管理中的电力电子技术： 基于电力电子的供电变压技术 拓扑结构特点: 1、功率单元级联拓扑结构实现高电压或者降压功能； 2、部分单元具有能量回馈通道，满足部分负荷无功功率需求； 3、适合残余能量回收发电的接入。 典型电力电子系统的研制 基于轻型直流输电连接的风、光、储一体化系统： 2009年为浙江大学制造国内首个双端口轻型直流输电技术通用实验平台 2010年为武汉大学制造国内首个三端口轻型直流输电技术通用实验平台 典型电力电子系统的研制 基于轻型直流输电连接的新能源发电并网系统： 典型电力电子系统的研制 面向电力系统，控制策略不仅要定位在电力电子功率变换器的控制上，而且还要定位在电力系统补偿上，其中： 电力电子变换器控制过程是着眼于开关周期内的功率转换控制，主要体现在开关切换与电感电流控制紧密关联；（安全性和鲁棒性指标） 电力系统补偿器系统往往只关心定义在频域上的电能质量指标，不关心PWM逆变器的开关周期内功率变换过程。（性能指标） 系统