现代电力电子在电力系统中的应用.ppt

现代电力电子在电力系统及 电能质量控制中的应用 —功率因数校正、 无功功率补偿及有源滤波 概述 无功功率和谐波的产生 高功率因数电力电子装置 无功补偿和有源滤波 在现代工业和日常生活中，电力电子装置得到了广泛的应用。然而，电力电子装置作为非线性负载越来越多地运行在电网中，产生大量的无功和谐波，对电网造成很大的“污染” 。 如相控整流电路工作时基波电流落后于电网电压，消耗大量的无功，另外还产生很大的谐波电流；二极管整流电路的基波电流和电网电压相位大致相同，基波功率因数接近1，但却产生很大的谐波电流， §1 概述 电动机，变压器，荧光灯等大部分工业生产和日常生活中的用电负载都是感性负载，消耗大量无功功率。另外由于这些器件本身具有很突出的非线性特性，从而他们同时还是公用电网的主要谐波源。 无功功率（平均功率为零）的危害主要表现在增加设备容量、设备和线路线损的增加和压降的增大；另外谐波对控制系统和通讯系统产生很大干扰。 大量的谐波和无功功率，严重影响了电力电子技术的发展和应用。解决电力电子装置的谐波污染和低功率因数问题的基本手段有两条： §2 无功功率和谐波的产生 正弦电路的无功功率和功率因数 在正弦电路，线性负载的情况下，电路中的电压和电流都是正弦的，电路的有功功率定义为： 电路的无功功率定义为： 定义有功功率和视在功率的比为功率因数PF： §2 无功功率和谐波的产生 非正弦电路的无功功率和功率因数 视在功率和有功功率的意义没有什么变化，而无功功率构成较复杂。 因此，可以定义为： 功率因数定义为： §2无功功率和谐波的产生 谐波和无功功率的来源 感性负载 电动机，变压器，荧光灯等大部分工业生产和日常生活中的用电负载都是感性负载，消耗大量无功功率。另外由于这些器件本身具有很突出的非线性特性，从而他们同时还是公用电网的主要谐波源。 电力电子装置 电力电子装置的应用日益广泛，使得电力电子装置成为一类大的谐波源。在电力电子装置中，整流装置占的比例最大。常用的相控整流电路工作时基波电流落后于电网电压，消耗大量的无功，另外还产生很大的谐波电流。二极管整流电路的基波电流相位和电网电压相位大致相同，基波功率因数接近1，但却产生很大的谐波电流，从而也消耗一定的无功。 谐波和无功功率的危害 无功功率的危害： 增加设备容量 根据公式： 无功功率的增加，会导致在有功功率不变的情况下，视在功率的增加和电流增大，从而使得电气设备容量和导线容量的增加，相应的起动及控制设备，测量设备的规格也要增加。 设备和线路的损耗增加 无功功率的增加，使得总电流增大，因而使设备和线路的损耗增加，线路电阻为R,则线路损耗为： 其中： 这部分损耗就是无功功率引起的。 谐波和无功功率的危害 无功功率的危害： 使线路和设备的压降增大 有功功率的的波动一般对电网电压的影响较小,电网电压的波动主要是由无功功率的波动引起的.无功功率的增加，使得线路的总电流增大，线路的(传输)压降也将随之增大，严重影响电网的供电质量，变化快时甚至可能导致电网崩溃。 谐波和无功功率的危害 谐波危害 谐波使公用电网的元件产生了附加的谐波损耗，降低了发电、输电及用电设备的效率，大量的3次谐波流过中性线时会使线路过热甚至发生火灾。 谐波影响各种电气设备的正常工作。比如谐波不仅使电机产生附加损耗，还使电机产生机械振动、噪声和过电压，使变压器、电容器等设备过热、绝缘老化等危害。 谐波引起公用电网中局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，加重谐波的危害。 导致继电保护和自动装置的误动作，使电气测量仪表计量不准确。 谐波对控制系统和通讯系统产生干扰，使通讯质量下降或根本无法正常工作。 谐波和无功功率的消除和补偿 由于产生大量的谐波和无功功率，严重影响了电力电子技术的发展与应用，因此，消除谐波污染并提高功率因数，已成为现代电力电子技术中的一个重大课题（解铃还得系铃人）。解决电力电子装置的谐波污染和低功率因数问题的基本手段有两条： 对电力电子装置本身进行改进，使其不产生谐波，且具有较高的功率因数，单位功率因数变流器的功率因数甚至可以控制为1。 装设补偿装置，以补偿其谐波和无功功率，各种类型的电力电子谐波源都可以用这个办法补偿。 §3 高功率因数电力电子装置 3.1 功率因数校正电路(Power Factor Correction——PFC) §3 高功率因数电力电子装置 3.1 功率因数校正电路(Power Factor Correction——PFC) 另一种无源PFC技术就是利用电容二极管网络构成的填谷(Valley Fill)方式PFC整流