【正文】 載相電流和輸入線電流的波形。 55/70 無功功率控制 ■ 靜止無功發(fā)生器 ◆ 靜止無功發(fā)生器 SVG在本書中專指由自換相的電力電子橋式變流器來進行動態(tài)無功補償的裝置。 ◆ SVG分為采用電壓型橋式電路和電流型橋式電路兩種類型。 ? 采用電壓型橋式電路的 SVG如圖 1040a，直流側采用的是 電容 ，還需再串聯上連接 電抗器 才能并入電網。 ? 采用電流型橋式電路的 SVG如圖 1040b，直流側采用的是 電感 ，還需在交流側并聯上吸收換相產生的過電壓的 電容器 才能并入電網。 圖 1040 SVG的電路基本結構圖 a）采用電壓型橋式電路 b）采用電流型橋式電路 56/70 無功功率控制 ◆ SVG（采用電壓型橋式電路）的工作原理 ? 由于運行效率的原因迄今投入實用的 SVG大都采用電壓型橋式電路。 ? SVG可以等效地被視為 幅值和相位均可以控制的一個與電網同頻率的交流電壓源 ，通過交流電抗器連接到電網上。 ? 設電網電壓和 SVG輸出的交流電壓分別用相量 和 表示，改變 的幅值及其相對于 的相位，就可以改變連接電抗上的電壓，從而控制 SVG從電網吸收電流的相位和幅值，也就控制了 SVG吸收無功功率的性質和大小。 圖 1041 SVG等效電路及工作原理 a） 單相等效電路 b） 工作相量圖 ?VS ?VI?VI ?VS57/70 無功功率控制 ◆ 與傳統 SVC相比較 ? 傳統的以 TCR為代表的 SVC，由于其所能提供的最大電流分別是受其 并聯電抗器 和 并聯電容器 的阻抗特性限制的，因而隨著電壓的降低而減小，因此 SVG的運行范圍比傳統 SVC大。 ? SVG的調節(jié)速度更快，而且在采取 多重化或 PWM技術等措施后可大大減少補償電流中諧波的含量。 ? SVG使用的電抗器和電容元件遠比 SVC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。 ? SVG還可以在必要時短時間內向電網提供一定量的 有功功率 。 ? SVG的控制方法和控制系統要比傳統 SVC復雜，另外SVG要使用數量較多的較大容量自關斷器件，其價格目前仍比 SVC使用的普通晶閘管高得多。 58/70 無功功率控制 ◆ SVG發(fā)展的共同特點 ? SVG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 PWM變流器為主要形式。 ? SVG的變流器中所采用的電力半導體器件已由早期的以 GTO為主，已逐步發(fā)展為采用 IGBT和IGCT，采用 IGBT的趨勢更為明顯。 ? SVG的補償目標已由早期的以對輸電系統的補償為主，擴展到了對配電系統補償，甚至負荷補償等各個層次。 59/70 電力系統諧波抑制 ■ 抑制諧波有兩條基本思路，一是 裝設補償裝置 ，設法補償其產生的諧波；另一條就是 對電力電子裝置本身進行改進 ，使其不產生諧波，同時還不消耗無功功率，或者根據需要能對其功率因數進行控制，即采用高功率因數變流器。 ■ ＬＣ調諧濾波器 ◆ 是傳統的補償諧波的主要手段。 ◆ 其結構簡單，既可補償諧波，又可補償無功，一直被廣泛應用于對電力系統中諧波和無功功率的補償。 ■ 有源電力濾波器（ Active Power Filter—— APF） ◆ 有源電力濾波器的思想最早提出于上世紀 60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撲結構，上世紀 80年代以來，由于新型電力半導體器件的出現， PWM逆變技術的發(fā)展，以及基于瞬時無功功率理論的諧波電流瞬時檢測方法的提出，有源電力濾波器才得以迅速發(fā)展。 60/70 電力系統諧波抑制 圖 1042 有源電力濾波器的基本原理和典型電流波形 圖 1043 有源電力濾波器的變流電路 ◆ 有源電力濾波器的基本原理 ? 如圖 1042所示，有源電力濾波器檢測出負載電流 iL中的諧波電流 iLh，根據檢測結果產生與 iLh大小相等而方向相反的補償電流 iC，從而使流入電網的電流 iS只含有基波分量 iLf。 ◆ 與 LC無源濾波器相比，有源濾波能對變化的諧波進行迅速的動態(tài)跟蹤補償，而且補償特性不受電網頻率和阻抗的影響。 ◆ 有源電力濾波器的變流電路可分為電壓型 和 電流型 ，目前實用的裝置大都是電壓型；從與補償對象的連接方式來看，有源電力濾波器又可分為 并聯型 和 串聯型 。 ? 串聯型 APF通過變壓器連在電源和負載間，相當于一個 受控電壓源 ，既可補償電流，也可消除電壓畸變。 并聯型 61/70 電能質量控制、柔性交流輸電與定制電力技術 ■ 應用電力電子技術不僅可以有效地控制無功功率從而保障系統電壓的幅度，可以補償諧波從而保障供電電壓的波形，而且可以解決不對稱、電壓幅度暫低（ voltage sag）和電壓閃變（ flicker）等各種穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)的電能質量問題，這被稱為采用電力電子裝置的 電能質量控制技術 。 ◆ 電力電子裝置包括 SVC和 SVG， APF，用來補償電壓暫低的動態(tài)電壓恢復器（ Dynamic Voltage Restorer—— DVR），以及用來綜合補償多種電能質量問題的串聯型電能質量控制器、并聯型電能質量控制器和通用電能質量控制器（ Universal Power Quality Controller—— UPQC）等。 ■ 將電力電子技術應用于輸電系統中，可以顯著增強對系統的控制能力、大幅提高系統的輸電能力，這就是所謂的 柔性交流輸電系統（ Flexible AC Transmission System—— FACTS） 。 ◆ 采用的典型電力電子裝置有 SVC 、 SVG 、晶閘管投切串聯電容器（ Thyristor Switched Series Capacitor—— TSSC）、晶閘管控制串聯電容器（ Thyristor Controlled Series Capacitor—— TCSC）和靜止同步串聯補償器（ Static Synchronous Series Compensator——SSSC）等可控串聯補償器，以及統一潮流控制器（ Unified Power Flow Controller—— UPFC）等。 62/70 電能質量控制、柔性交流輸電與定制電力技術 ■ 將電力電子技術應用于配電系統中，可以有效提高配電系統的電能質量和供電可靠性，從而保障按照用戶所需供電，這就是所謂的“ 定制電力 ”或者“ 用戶電力 ”（ Custom Power）。 ◆ 采用的典型電力電子裝置有 SVC、 SVG、 APF和動態(tài)電壓恢復器 DVR等電能質量控制裝置以外，還包括由反并聯的晶閘管構成的固態(tài)切換開關（ Solid State Transfer Switch—— SSTS）等。 ■ 最近興起的新能源發(fā)電所產生的電能大都需要經過各種電力電子裝置的變換和控制才能夠給用戶使用或者聯網，電力電子技術的應用全面覆蓋了電力系統的 發(fā)電 、 輸電 和 配電 三大環(huán)節(jié)。 63/70 電力電子技術的其他應用 電子鎮(zhèn)流器 焊機電源 64/70 電子鎮(zhèn)流器 ■ 在各種氣體放電燈中采用電子鎮(zhèn)流器已成為廣泛采用的節(jié)能措施，傳統的鎮(zhèn)流器是電感式的，電感鎮(zhèn)流器的構造本身就會產生渦流，發(fā)生功耗，加之使用的矽鋼片的材料質量、制作工藝都會加劇這一功耗使鎮(zhèn)流器發(fā)熱。 ■ 電子鎮(zhèn)流器的原理 ◆ 電子鎮(zhèn)流器的核心是 高頻變換電路 。 ◆ 工頻市電電壓在整流之前，首先經過 射頻干擾 (RFI)濾波器 濾波， RFI濾波器一般由電感和電容元件組成，用來阻止鎮(zhèn)流器產生的高次諧波反饋到輸入交流電網，以抑止對電網的污染和對電子設備的干擾，同時也可以防止來自電網的干擾侵入到電子鎮(zhèn)流器。 ◆ 在其整流器與大容量的濾波電解電容器之間，設置一級 功率因數校正(PFC)升壓型變換電路 ，其作用就是獲得低電流諧波畸變，實現高功率因數。 圖 1044 電子鎮(zhèn)流器結構框圖 65/70 電子鎮(zhèn)流器 ◆ DC/AC逆變器 的功能是將直流電壓變換成高頻電壓，逆變電路全控型開關器件，開關頻率一般為 20～ 70kHz，主要有半橋式逆變電路和推挽式逆變電路兩種形式。 ◆ 高頻電子鎮(zhèn)流器的輸出級電路通常采用 LC串聯諧振網絡 ，燈的啟動通過LC電路發(fā)生串聯諧振，利用啟動電容兩端產生的高壓脈沖將燈引燃，在燈啟動之后，電感元件對燈起限流作用，由于電子鎮(zhèn)流器開關頻率較高，故電感器只需要很小體積即可勝任。 ◆ 為使電子鎮(zhèn)流器安全可靠地工作，還要設計輔助電路，比如從鎮(zhèn)流器輸出到 DC/AC逆變電路引入 反饋網絡 ，通過控制電路以保證與高頻產生器頻率同步化；或者采用 異常狀態(tài)保護電路 ，將電子鎮(zhèn)流器地輸出信號采樣，一旦出現燈開路或燈不能啟動等異常狀態(tài)，則通過控制電路使振蕩器停振，關斷高頻變換器輸出，從而實現保護功能。 圖 1044 電子鎮(zhèn)流器結構框圖 66/70 電子鎮(zhèn)流器 ■ 電子鎮(zhèn)流器的主要優(yōu)點 ◆ 能耗低、效率高 電感的功耗較大。 ◆ 發(fā)光效率高，熒光燈的發(fā)光效率 (簡稱光效 )和供電的頻率有關，即隨工作頻率的增加而增加。 ◆ 具有高功率因數，因為在電子鎮(zhèn)流器中，具有采用功率因數校正電路。 ◆ 在電網電壓波動的情況下，保持燈功率和光輸出的恒定。 67/70 焊機電源 ■ 電焊機是用電能產生熱量加熱金屬而實現焊接的電氣設備，按照焊接加熱原理的不同分為 電弧焊機 和 電阻焊機兩大類型。 ◆ 電弧焊機是通過產生電弧使金屬融化而實現焊接；電阻焊機是使焊接金屬通過大電流，利用工件表面接觸電阻產生發(fā)熱而融化實現焊接。 ◆ 目前基于電力電子變換器采用間接直流變換結構的各種直流焊接電源由于其優(yōu)良的特性而得到了廣泛的應用，這種焊接電源中由于存在高頻逆變環(huán)節(jié)，又常被稱為 逆變焊機電源 。 圖 1045 弧焊電源的基本結構圖 68/70 焊機電源 ■ 弧焊電源的結構和基本工作原理 ◆ 工頻市電電壓首先經過 射頻干擾 (RFI)濾波器 濾波后被整流為直流，再經 DC/AC逆變器 變換為高頻交流電，經變壓器 降壓隔離后再經過整流和濾波得到平滑的直流電。 ◆ 逆變電路使用的開關器件通常為全控型電力半導體器件，開關頻率一般為幾 k～幾十 kHz，電路結構為半橋、全橋等形式，弧焊電源的輸出電壓一般只有幾十伏，因此輸出整流電路通常采用全波電路以降低電路的損耗。 圖 1045 弧焊電源的基本結構圖 69/70 焊機電源 圖 1046 一種弧焊電源的外特性曲線 ◆ 弧焊電源的輸出電壓電流特性依據不同的焊接工藝有不同的要求，圖 1046為一種弧焊電源的外特性曲線；弧焊電源的控制電路將檢測電源的輸出電壓及電流，調整逆變電路開關器件的工作狀態(tài)實現所需的控制特性。 ■ 與傳統的基于電磁元件的電源相比，由于采用了 高頻的中間交流環(huán)節(jié) ，大大降低了電源的體積、重量，同時提高了電源效率、輸入功率因數，輸出控制性能也得到改善。 70/70 本章小結 ■ 電力電子技術的應用十分廣泛，現在已經滲透到了工業(yè)乃至民生的每一個角落，在電力電子發(fā)展的早期，的確需要不斷尋找新的用途，時至今日，如果要找出一個使用電能的領域完全不用電力電子技術恐怕已經很困難了；本章講述了電力電子技術在電力傳動、各種交直流電源、電力系統、焊接和照明等各方面的應用；因為電力電子技術的應用范圍如此之廣，本章的內容就難免掛一漏萬，只能涉及到電力電子技術應用的一部分內容，但也是用的最多的部分。