电气工程新技术PPT课件.ppt
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1、首首 页页变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接,从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分下 页上 页返 回 1.电机与电器 2.电力电子与电气传动 3.电力系统及其自动化 4.高电压与绝缘 5.电工理论与新技术 而且每个领域都有新技术的产生 。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接,从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分下 页上 页返 回 (1)火力发电 (2)风力发电 (3)地热发电 (4)太阳能发电 (5)潮汐发电 (6)垃圾发电 (7)核能发电 (8)水力发电和抽水蓄能发电
2、 测量技术:非接触式能量控制,电磁式 电力收费系统 电力传输 直流电交流电直流电 电气传动控制高压变频器 大规模集成电路的电路分析 建筑电气化 工厂电气设备 电力机车 电能质量控制-无冲击的变压器启动,电力有源滤波器,UPFC、IPFC等变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接,从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分下 页上 页返 回变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接,从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分下 页返 回 图中,Br为剩磁感应,Hc为矫顽磁力,Hm为最大磁场强度,
3、Bm为最大磁感应强度,对应于Hm1的磁滞回线称为饱和磁滞回线。二、四象限对应的磁滞回线称为去磁曲线。当磁场强度由H增加到DH,再由DH减小到H,不断重复该过程,则得到图中小的磁滞回线,该回线称为局部磁滞回线。B0H HH+AHaBHm1HHmHcBrBmBm1图2.2 交流电作用下的磁滞回线上 页变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接,从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分磁通的定义为穿过某截面S的磁感应矢量的面积分,即:磁场强度向量和磁感应向量之间的关系为: 式中的 、 、 分别为导磁物质的磁导率、真空磁导率、和相对磁导率。 而根据安
4、培环路定律知:在磁场中,沿任意闭合路径磁场强度向量的线积分,等于穿过该闭合路径所界定的面的电流的代数和,即: sBd S 0rBuHu u H0uruulHd li返 回下 页上 页变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接,从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分一般情况下,磁通于磁场强度之间的关系可写为:其中, 为导线匝数; 为磁场强度积分路径长度; 由于m为非线性,所以磁通与电流之间的关系也是非线性关系。 铁磁物质根据磁滞回线的形状及其在工程上的用途基本上分为两大类。一类是软磁材料,另一类是硬磁材料。软磁材料的磁滞回线狭窄,回线面积较小
5、,磁导率高,一般用于电工钢片(硅钢片),做成电机、变压器、继电器的铁芯,铁镍合金、铁金氧磁体、纯铁、铸铁和铸钢等都属于软磁材料;硬磁材料一般具有较高的剩磁感应Bs和较大的矫顽磁力Hc,磁滞回线较宽,如钨钢、钴钢等都是硬磁材料,一般制成永久磁铁。另外还有一种磁铁,它的磁滞回线呈矩形,一般计算机中的存储器铁芯就是用这种材料做成的。 磁材料与温度有很大的关系,一般情况下,当磁场强度一定时,温度升高会使磁导率下降,最终会降至最小值m0,对应的温度称为居里点温度,或居里点。/ /I l u s I返 回下 页上 页变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接,从而完成输配电任务。变电
6、站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分图2.3 典型的磁滞回线 (a)硬磁材 (b)软磁材 (c)记忆磁材图2.4 交流信号作用下不同工作点对输出的影响返 回上 页下 页变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接,从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分下 页返回返 回要有效减小要有效减小StatCom的体积,直流的体积,直流电容的体积大小是一个重要的因电容的体积大小是一个重要的因素。逆变器直流电容的选择,与素。逆变器直流电容的选择,与逆变器结构、控制策略、线路参逆变器结构、控制策略、线路参数等都有很大的联系。数等都有很大的联系。 变
7、电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接,从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分下 页返回返 回2.2.1 2.2.1 逆变器及换流数学模型的建立逆变器及换流数学模型的建立StatCom结构由电结构由电压多重化方式组压多重化方式组成。电压等级越成。电压等级越高,每周期的换高,每周期的换流控制点越多,流控制点越多,StatCom系统控制系统控制性能越好。性能越好。 UdrsisUsLsLs sUidigrgLLgiL变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接,从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要
8、组成部分下 页返回返 回UbcUbaUcbUabUcaUacb b(6)(5)(4)(3)(2)(1)a a三相线电压矢量图三相线电压矢量图稳态时稳态时StatCom直流电压波形直流电压波形 UacUab tt3Udt2t1变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接,从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分下 页返回返 回令令Ls+L=Lg , ,假定负载电流为已知的三相对称恒流源,假定负载电流为已知的三相对称恒流源,其其a a相电流表达式可写为:相电流表达式可写为: )sin(LLmLatII假定系统电压为已知量,以假定系统电压为已知量,以
9、a a相电压作为参考量,相电压作为参考量,a a相电压为相电压为: : tUUsmsasin变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接,从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分下 页返回返 回2.2.1.1 2.2.1.1 无换流重叠现象时的电路描述无换流重叠现象时的电路描述假定在某一时刻,假定在某一时刻,电路工作在电路工作在t1t2区区间,间,系统系统a、b两相两相对对StatCom的电容的电容进行充电。进行充电。UacUab tt3Udt2t1UbUaUscUcUdiscLsidCiLcrsiLaiLbisaisbrgrsrgLsLgLg
10、LsigbigaUsbUsa变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接,从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分下 页返回返 回设设a、b两相线路电感初始能量分别取负载电流源对应两相线路电感初始能量分别取负载电流源对应的值。令电容此时初始电压值为的值。令电容此时初始电压值为ud1(0),可得到稳态,可得到稳态时时StatCom的直流电压波形所对应的电路方程:的直流电压波形所对应的电路方程: dgaggagsbsassbsassbsauiLiriiLiirUU22)()(得得 111 1)(21EiLLCiLLrridgsdgsgsdgaLbs
11、bLagasagadiiiiiiii,1代入上式代入上式 Cdtiugad/1将将 和和变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接,从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分下 页返回返 回式中,式中,)()()()(21 1LbLasLbLassbsagsiiLiirUULLE由于系统电压和负载电流都是已知的正弦量,带入由于系统电压和负载电流都是已知的正弦量,带入相应的表达式后可得:相应的表达式后可得:)30sin()(231021211tLLBAEgsLLmsLLmssmILIrUAsincos11cossinsLmLsLmLBL Ir I
12、式中,式中,212111/cosBAB变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接,从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分下 页返回返 回当线路中各有关电阻、电感、和电容均为常数时,当线路中各有关电阻、电感、和电容均为常数时,111 1)(21EiLLCiLLrridgsdgsgsd二阶、线性非齐次微分方程。当特征根不含有虚数二阶、线性非齐次微分方程。当特征根不含有虚数时,它的解的形式为:时,它的解的形式为: 式式为常系数、为常系数、)sin(1111121atzeyexittd式中,第式中,第1、2项为暂态分量,项为暂态分量, 1 1和和
13、2 2为上式所对应齐为上式所对应齐次方程的两个特征值,其值分别为:次方程的两个特征值,其值分别为:22, 1)()(21)(2)(2gsgsgsgsgsgsrrCLLLLrrLLrr变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接,从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分下 页返回返 回第第3项为稳态分量,可通过直接求解稳态正弦电路求项为稳态分量,可通过直接求解稳态正弦电路求得。式中,得。式中, 22221)/122()(43CLLrrbazgsgs)30sin()30cos(2300LsLsLmsmLrIUa)30sin()30cos(2100L
14、sLsLmsmrLIUb)(2/122111gsgsrrCLLtgabtga变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接,从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分下 页返回返 回利用初始条件利用初始条件id(0)=Id01;ud(0)=Ud01可分别求得式可分别求得式 中的常数中的常数x x1 1、y1:)sin(1111121atzeyexittd111101sinzyxId)cos()sin(1)(1)(1121111111112121aatCzeCyeCxdttzeyexCdttiCtuttttdd而而所以所以112111011cos)0
15、(aCzCyCxUudd变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接,从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分下 页返回返 回0111110112121sin)cos(ddIzzCUxaaaa11012121110121211cossin2zCUzIydd111101sinzyxId112111011cos)0(aCzCyCxUudd求解求解可得:可得:和和变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接,从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分下 页返回返 回平方根里面的数为零,则说明微分方程的解
16、有重根,平方根里面的数为零,则说明微分方程的解有重根,其解的表达式为:其解的表达式为:若若22, 1)()(21)(2)(2gsgsgsgsgsgsrrCLLLLrrLLrr)sin()(11111atzeytextittd此时,此时,)cos()1()(1)(111111atCzeCyeteCxdttiCtutttddz1和和a1的值和上面相同,的值和上面相同, )(2/)(gsgsLLrr变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接,从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分下 页返回返 回将将z1、a1和和 再代入初始条件可得:再代入初始条
17、件可得:111101sin)0(azyIiddaa/cossin11221010111zCUIzxdd11101sinazIyd即得:即得:变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接,从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分下 页返回返 回)sin()sin()(111111atztextidtd式中,式中,221)(4)()(21gsgsgsdLLrrCLL)cos()cos()sin()(1)(1111111212111atCztteCxdttiCtuddddtdd平方根里面的数小于零,微分方程式解为:平方根里面的数小于零,微分方程式解为
18、:若若22, 1)()(21)(2)(2gsgsgsgsgsgsrrCLLLLrrLLrr变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接,从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分下 页返回返 回利用:利用:1111101sinsin)0(azxIidd可知可知 111011sinsinazIxd111112121101cos)cossin()()0(aCzCxUudddd代入代入 得:得: 11010111 1112211 (sin)coscos()ddddzUIzxCCaa所以,所以,2222111111010111111()()cos(sin
19、)cosdddddddCzxUIzaa变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接,从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分下 页返回返 回2222111111010111111()()cos(sin)cosdddddddCzxUIzaa除以除以将将111011sinsinazIxd即可得即可得111Xtg其中其中X1为该两个等式后面的两个常数之比。再由为该两个等式后面的两个常数之比。再由 可求得:可求得:111011sinsinazIxd111101sin/ )sin(azIxd变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接
20、,从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分下 页返回返 回2.2.1.2 2.2.1.2 IGBT提前触发时的换流模型提前触发时的换流模型 实际情况下,实际情况下,StatCom中的中的IGBT由于控制需由于控制需要,其桥路的换要,其桥路的换流不是由于电网流不是由于电网自然换流,而是自然换流,而是在某一时刻在某一时刻IGBT提前触发导通。提前触发导通。rgUbUaUsaUcisaigcLgiLcUdrsLsCidUsciscUsbisbrsrsLsLsiLbiLaigbigargrgLgLg变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接,从而完成
21、输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分下 页返回返 回根据无换流重叠现象的电路模型图相似的推导方法,根据无换流重叠现象的电路模型图相似的推导方法,可推得可推得IGBT提前触发时的等效网络拓扑图对应的微提前触发时的等效网络拓扑图对应的微分方程为:分方程为: 222 2)(32EiLLCiLLrridgsdgsgsd式中:式中:)120sin(2022222tLLBAEgsLLmsLLmsIrILAsincos2LLmsLLmssmILIrUBsincos2变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接,从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成
22、中一个重要组成部分下 页返回返 回)/(cos2222212BAA过阻尼时的解为:过阻尼时的解为:方程方程222 2)(32EiLLCiLLrridgsdgsgsd)sin(2222221atzeyexittd稳态解部分为:稳态解部分为: 22222)3/2()()()(CLLrrLIUrIzgsgssLmsmsLm01121203/2)(gsgssmsLmsLmrrCLLtgUrILItga变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接,从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分下 页返回返 回22 , 1)(3)( 81)(2)(2gsgsgs
23、gsgsgsrrCLLLLrrLLrr过阻尼情况下,通过初始条件过阻尼情况下,通过初始条件ud2(0)=Ud02、id2(0)=Id02,可求得:可求得: 0222220212122sin)cos(ddIzzCUxaaaa22022121220221212cossin2zCUzIydd特征根为:特征根为:方程方程222 2)(32EiLLCiLLrridgsdgsgsd变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接,从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分下 页返回返 回临界阻尼情况下,依据前面分析的原理可得:临界阻尼情况下,依据前面分析的原理可
24、得: )sin()(22222atzeytextittd)cos()1()(1)(222222atCzeCyeteCxdttiCtutttddz1和和a1的值和上面相同,的值和上面相同, )(2/)(gsgsLLrr再代入初始条件可得:再代入初始条件可得:222202sin)0(azyIidd即得即得22202sinazIydaa/cossin22222020222zCUIzxdd变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接,从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分下 页返回返 回欠阻尼的情况下:欠阻尼的情况下: )sin()sin()(222
25、222atztextidtd式中式中,222)(4)()( 32gsgsgsdLLrrCLL)cos()cos()sin()(1)(2222222222222atCztteCxdttiCtudddtdd2222202sinsin)0(azxIidd变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接,从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分下 页返回返 回222222221202cos)cossin()()0(aCzCxUudddd由由2222202sinsin)0(azxIidd可知可知222022sinsinazIxd将此式代入将此式代入22222
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