电压源换流器在电力系统中的应用PDF电子书下载

第1章 电力系统及其电力电子控制 1

1.1 电力系统的发展 1

1.2 电力系统的结构与等效分析 3

1.2.1 电力系统的结构 3

1.2.2 电力系统的等效分析 5

1.3 电力系统的运行特性 6

1.3.1 有功功率-频率静态特性 6

1.3.2 无功功率-电压静态特性 7

1.4 电能质量 8

1.4.1 电压偏差 8

1.4.2 电压波动与闪变 9

1.4.3 电力谐波 9

1.4.4 三相不平衡 10

1.5 电力系统中的电力电子控制新技术 12

1.6 坐标变换与方向定义 15

参考文献 17

第2章 电压源换流器及其PWM控制 19

2.1 电压源换流器的电路拓扑 19

2.1.1 两电平电压源换流器 19

2.1.2 三电平电压源换流器 19

2.1.3 级联多电平电压源换流器 21

2.2 电压源换流器的工作原理和数学模型 23

2.2.1 两电平电压源换流器的工作原理与开关函数模型 23

2.2.2 三电平电压源换流器的工作原理与开关函数模型 25

2.2.3 电压源换流器的基频控制模型 28

2.2.4 电压源换流器的运行状态 30

2.3 两电平电压源换流器的PWM控制策略 31

2.3.1 滞环比较控制PWM策略 31

2.3.2 定频控制PWM策略 33

2.3.3 正弦波脉宽调制（SPWM） 34

2.3.4 空间电压矢量脉宽调制（SVPWM） 36

2.4 三电平电压源换流器的PWM控制策略 42

2.4.1 传统电压矢量脉宽调制 42

2.4.2 弃用中矢量的电压矢量脉宽调制 48

2.4.3 虚拟合成矢量的电压矢量脉宽调制 53

2.5 级联电压源换流器的PWM控制策略 57

2.5.1 优化阶梯波宽度调制法 57

2.5.2 三角载波移相SPWM法 58

2.5.3 载波层叠PWM法 58

2.5.4 开关频率优化SPWM法 59

2.5.5 混合PWM法 60

2.6 电压源换流器的优化脉宽调制（OPWM） 63

2.6.1 优化SPWM 63

2.6.2 空间电压矢量的最小损耗脉宽调制 66

2.6.3 特定谐波消去PWM（SHEPWM）法 69

参考文献 71

第3章 基于VSC的静止无功补偿技术 74

3.1 概述 74

3.1.1 无功功率的测量计算 74

3.1.2 无功补偿的效益 76

3.1.3 无功补偿容量的估算 77

3.1.4 无功补偿装置的分类与比较 78

3.2 SVG的结构与原理 81

3.2.1 低压SVG的主电路结构 81

3.2.2 高压SVG的主电路结构 83

3.2.3 SVG的工作原理 85

3.3 SVG的控制方式 88

3.3.1 他励单变量控制 88

3.3.2 他励双变量控制 89

3.3.3 自励单变量控制 89

3.3.4 自励双变量控制 90

3.4 SVG的通用数学模型 91

3.4.1 基于串联电抗的稳态功率模型 91

3.4.2 基于损耗等效电阻的稳态功率模型 91

3.4.3 稳态标幺化模型与静态运行特性 92

3.4.4 基频控制模型 95

3.5 SVG的控制与仿真 97

3.5.1 自励单变量控制系统与参数设计 98

3.5.2 基于SVG电路模型的PSIM仿真 100

3.5.3 基于传递函数模型的MATLAB仿真 102

3.6 电源电压扰动对SVG的影响与对策 105

3.6.1 电源电压不平衡引起的直流侧电压波动和交流侧非基波正序电流 105

3.6.2 电源电压谐波引起的直流侧电压波动和交流侧谐波电流 108

3.6.3 电源电压质量影响的前馈解决方案 111

3.7 SVG串联电抗器的选择 114

3.7.1 按照允许谐波电流选择电抗率 114

3.7.2 按照电压应力选择电抗率 115

3.7.3 按照抗干扰能力选择电抗率 116

3.8 SVG直流电容器的选择 116

3.8.1 PWM控制对直流电压波动的影响及电容器的选择 117

3.8.2 无功变化对直流电压波动的影响及电容器的选择 117

3.8.3 电源电压质量对直流电压波动的影响及电容器的选择 118

3.9 基于SVG的混合型动态无功补偿系统 119

3.9.1 SVG+FC结构 119

3.9.2 SVG+MSC/TSC结构 119

参考文献 120

第4章 VSC-HVDC技术 122

4.1 直流输电的特点与运行方式 122

4.1.1 直流输电与交流输电的比较 122

4.1.2 VSC-HVDC的运行方式 124

4.2 VSC-HVDC的结构与原理 125

4.2.1 VSC-HVDC系统的组成结构 125

4.2.2 VSC-HVDC的特点 130

4.2.3 VSC-HVDC系统的稳态工作原理 131

4.2.4 VSC-HVDC的四象限功率运行特性 134

4.2.5 VSC-HVDC的基频控制模型 136

4.3 VSC-HVDC的控制策略 140

4.3.1 VSC-HVDC的控制系统结构体系 140

4.3.2 VSC-HVDC系统的控制目标 142

4.3.3 VSC-HVDC的幅相控制 143

4.3.4 VSC-HVDC的选择性控制 146

4.3.5 VSC-HVDC的矢量控制 147

4.4 VSC-HVDC系统的暂态过程仿真 152

4.4.1 VSC-HVDC系统仿真模型与参数 152

4.4.2 幅相控制方式下的仿真 154

4.4.3 矢量控制方式下的仿真 156

4.5 IGBT串联阀均压技术 158

4.5.1 RCD吸收电路与门极平衡核的复合均压技术 159

4.5.2 基于门极RCD有源控制的均压技术 164

4.6 VSC-HVDC系统的故障分析与诊断 173

4.6.1 VSC-HVDC系统的故障分类 173

4.6.2 VSC-HVDC系统的故障特征分析 174

4.6.3 VSC-HVDC故障诊断方法 177

参考文献 179

第5章 基于VSC的谐波抑制技术 181

5.1 引言 181

5.2 谐波电流的检测原理 183

5.2.1 三相对称系统总谐波电流的检测 184

5.2.2 三相对称系统单次谐波电流的检测 186

5.2.3 单相系统单次谐波电流的检测 186

5.3 并联型有源电力滤波器 190

5.3.1 并联型有源电力滤波器的电路拓扑与信号采样 190

5.3.2 并联型APF的PWM控制策略 191

5.3.3 APF直流电压的控制 199

5.3.4 并联型有源电力滤波器的补偿策略 200

5.3.5 并联型有源电力滤波器的参数设计 203

5.3.6 并联型有源电力滤波器的扩容方案 207

5.4 有源调谐型混合电力滤波器（ATHPF） 209

5.4.1 引言 209

5.4.2 ATHPF的结构与原理 211

5.4.3 ATHPF的控制与保护 212

5.4.4 ATHPF的参数优化设计 216

5.4.5 ATHPF的仿真 218

5.4.6 ATHPF的特点与应用 220

参考文献 221

第6章 基于VSC的分布式电源技术 223

6.1 分布式电源并网换流器的技术要求 224

6.2 光伏发电并网技术 225

6.2.1 光伏电池原理 226

6.2.2 最大功率点跟踪（MPPT）方法 227

6.2.3 光伏发电并网的结构及控制 231

6.3 风力发电并网技术 242

6.3.1 风力发电的基本结构和原理 243

6.3.2 最大风能捕获原理 243

6.3.3 基于电压源换流器的并网结构及其控制 244

6.4 微电网中分布式电源控制技术 250

6.4.1 恒功率控制 252

6.4.2 下垂控制 253

6.4.3 电压频率控制 256

6.5 孤岛保护 258

6.5.1 孤岛检测方法 258

6.5.2 基于周期交替扰动法的孤岛检测 259

6.6 并网换流器的锁相同步技术 263

6.6.1 锁相同步技术 263

6.6.2 锁相同步性能的评价 266

参考文献 269