基于晶闸管的STATCOM原理和实现
statcom原理及控制方法
1、前言静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator, STATCOM)，是目前最先进的无功补偿技术，近年来随着电力电子开关技术的进步而逐渐兴起。
STATCOM的原理是利用全控型大功率电力电子器件构成可控的电压源或电流源，使其输出电流超前或滞后系统电压90 ，从而对系统所需的无功进行动态补偿。
早期有文献称之为静止无功发生器(Static Var Generator, SVG) 。
利用电力电子变流器进行无功补偿的可能性虽然早在20 年前就已经为人们所认识，但限于当时电力电子器件的耐压和功率水平，无法制造出输电系统中具有实用价值的装置。
直到近年来，尤其是高压大功率的门极可关断晶闸管GTO 的出现，才极大的推动了STATCOM 的开发和应用。
STATCOM 是并联型FACTS 设备，它同基于可控电抗器和投切电容器的传统静止无功补偿器SVC 相比，性能上具有极大的优越性，越来越得到广泛的重视，必将取代SVC 成为新一代的无功电压控制设备。
目前，世界上已有多台投入运行的大容量STATCOM 装置，如表1-1 所示。
由此可见，目前为止国际上只有美、日、德、中、英等少数几个国家掌握了STATCOM 的应用开发技术。
2006 年2 月28 日，由上海电力公司、清华大学、许继集团公司等单位共同研制的±50Mvar STATCOM 在上海黄渡分区西郊变电站并网试运行。
表1-1 国内外已在输电系统投运的STATCOM 装置（UPFC 并联部分为STA TCOM）表1-1 中除最后一项外，全部采用了变压器多重化的主电路方案，主电路拓扑为图1-1。
变压器多重化方式可成倍增加装置容量并降低输出谐波。
然而，多重化变压器的引入带来了很多问题：首先，它的价格非常昂贵，约为成本的1/3～1/4；其次，它使装置增加了50％左右的损耗和40％左右的占地面积；第三，变压器的铁磁非线性特性给控制器设计带来了很大的困难，同时也是引发装置故障的重要原因。
晶闸管及其工作原理
晶闸管及其工作原理
晶闸管的结构由两部分组成，一部分是二极管的本体，另一部分是晶体或氧化物的衬底部分。
由二极管本体和晶体或氧化物的衬底形成正负极对，当正向电压作用在晶体衬底和二极管本体的外表面之间时，在晶体衬底内的非晶层中形成一个正极和负极相隔的正向电势，由于此时晶体衬底中的非晶层受此电势的作用，所以使晶体衬底中的晶体结构改变，在此基础上，形成像晶体管的大量空穴和电子，然后这些空穴和电子会迅速地在正极和负极之间进行对流，从而创造出一个很高的正向导通电压。
当晶闸管中的正向电压达到一定值（通常大于30V）时，晶体衬底就会形成一个承受正压的导体。
statcom原理及控制方法
1、前言静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator, STATCOM)，是目前最先进的无功补偿技术，近年来随着电力电子开关技术的进步而逐渐兴起。
STATCOM 的原理是利用全控型大功率电力电子器件构成可控的电压源或电流源，使其输出电流超前或滞后系统电压90 ，从而对系统所需的无功进行动态补偿。
早期有文献称之为静止无功发生器(Static Var Generator, SVG) 。
利用电力电子变流器进行无功补偿的可能性虽然早在 20 年前就已经为人们所认识，但限于当时电力电子器件的耐压和功率水平，无法制造出输电系统中具有实用价值的装置。
直到近年来，尤其是高压大功率的门极可关断晶闸管 GTO 的出现，才极大的推动了STATCOM 的开发和应用。
STATCOM 是并联型 FACTS 设备，它同基于可控电抗器和投切电容器的传统静止无功补偿器 SVC 相比，性能上具有极大的优越性，越来越得到广泛的重视，必将取代 SVC 成为新一代的无功电压控制设备。
目前，世界上已有多台投入运行的大容量 STATCOM 装置，如表 1-1 所示。
由此可见，目前为止国际上只有美、日、德、中、英等少数几个国家掌握了 STATCOM 的应用开发技术。
2006 年 2 月 28 日，由上海电力公司、清华大学、许继集团公司等单位共同研制的±50Mvar STATCOM 在上海黄渡分区西郊变电站并网试运行。
表 1-1 国内外已在输电系统投运的 STATCOM 装置（UPFC 并联部分为 STATCOM）表 1-1 中除最后一项外，全部采用了变压器多重化的主电路方案，主电路拓扑为图 1-1。
变压器多重化方式可成倍增加装置容量并降低输出谐波。
然而，多重化变压器的引入带来了很多问题：首先，它的价格非常昂贵，约为成本的1/3～1/4；其次，它使装置增加了 50％左右的损耗和 40％左右的占地面积；第三，变压器的铁磁非线性特性给控制器设计带来了很大的困难，同时也是引发装置故障的重要原因。
晶闸管工作原理
晶闸管工作原理晶闸管（Thyristor）是一种半导体器件，具有双向导通的特性，可以将电流控制在一个方向上。
它是由四个层的PNPN结构组成，其中两个PN结构被称为控制极（Gate）和主极（Anode），另外两个PN结构则被称为绝缘极（Cathode）和主极。
晶闸管的工作原理如下：1. 关断状态：当晶闸管的控制极与主极之间的电压小于其阈值电压时，晶闸管处于关断状态。
此时，晶闸管的控制极和主极之间的电阻非常高，几乎不导电。
2. 触发状态：当控制极与主极之间的电压超过晶闸管的阈值电压时，晶闸管将进入触发状态。
在触发状态下，晶闸管的控制极和主极之间的电阻会急剧下降，从而导致电流开始流动。
3. 导通状态：一旦晶闸管进入触发状态，只要主极电流超过晶闸管的保持电流（Holding Current），晶闸管将保持导通状态。
在导通状态下，晶闸管的控制极和主极之间的电阻非常低，几乎可以看作是导线。
4. 关断状态恢复：当主极电流降低到零或低于晶闸管的保持电流时，晶闸管将自动恢复到关断状态。
此时，控制极和主极之间的电阻再次变得非常高，不再导电。
晶闸管的工作原理可以通过一个简单的电路来说明。
假设有一个直流电源、一个负载和一个晶闸管。
当晶闸管的控制极与主极之间的电压超过阈值电压时，晶闸管进入触发状态，电流开始流动。
流过负载的电流可以通过控制极与主极之间的电压来控制。
晶闸管在实际应用中具有许多优点。
首先，它具有较高的开关速度和较低的开关损耗，可以实现高效率的能量转换。
其次，晶闸管具有较高的电压和电流承受能力，可以应对大功率电路的需求。
此外，晶闸管还具有稳定性好、寿命长等优点。
晶闸管广泛应用于电力电子领域，如交流电调速系统、电力变换器、电力控制等。
它在电力系统中起到了重要的作用，提高了电能的利用效率和控制精度。
总结起来，晶闸管是一种具有双向导通特性的半导体器件，通过控制极和主极之间的电压来控制电流的流动。
它具有开关速度快、损耗低、承受能力强等优点，在电力电子领域有着广泛的应用。
STATCOM基本原理介绍
STATCOM基本原理1 STATCOM基本原理STATCOM(Static Synchronous Compensator，简称STATCOM，国内又称为静止同步补偿器)，是新一代动态无功补偿领域最新技术应用的代表，当用在配电网时，也称为DSTATCOM。
STATCOM并联在电网中，相当于可变的无功电流源，其无功电流可以灵活控制，自动补偿系统所需要的无功功率。
一方面有效的解决了谐波干扰投切并联电容器装置的问题，另一方面，可根据用户实际要求抑制或治理谐波，改善电能质量。
将电压源型逆变器(Voltage Sourced Converter，简称VSC)，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，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。
作为有源型补偿装置，不仅可以跟踪补偿冲击型负载的冲击电流，而且也可以对谐波电流进行跟踪补偿。
2 STATCOM技术特点IGBT型补偿装置STATCOM相对于传统的固定电容器补偿、机械开关投切电容器、晶闸管投切电容器为主要代表的补偿方式，有着无可比拟的优势。
1、具备抗谐波功能，更保障系统安全STATCOM是可控电流源，只补偿基波无功电流，系统谐波电流不会造成补偿设备损坏，使其寿命延长、维护工作量少。
同时避免电容器组可能造成的谐波放大，防止系统其他设备及补偿设备因谐波过电压而损坏。
2、动态连续平滑补偿,更高的响应速度，使对电压闪变的补偿效果更好STATCOM可跟随负载变化，动态连续补偿功率因数，可以发无功，也可吸收无功，彻底杜绝了无功倒送的情况。
3、能够解决负荷的不平衡问题4、不仅不产生谐波,而且能在补偿无功功率的同时动态补偿谐波5、电流源特性，输出无功电流不受母线电压影响，而传统SVC具有阻抗型特性，输出电流随母线电压线性降低。
STATCOM用于电压控制时具备很大的优势，系统电压越低，越需要动态无功支撑电压，STATCOM输出无功电流与系统电压没有关系；而系统电压越低，SVC 输出无功电流的能力越下降。
statcom的工作原理
statcom的工作原理
StatCom的工作原理是通过对电力系统运行状态进行实时监控和控制，以确保系统的稳定运行和电能质量。
首先，StatCom通过传感器和测量仪器对电力系统中的各个参数进行实时监测，包括电压、电流、功率等。
然后，StatCom利用电子器件，如IGBT（绝缘栅双极型晶体管）等，控制系统的无功功率。
当系统发生无功功率波动或无功功率不平衡时，StatCom可以迅速响应，并根据需要提供适当的无功功率来支持系统的运行。
此外，StatCom还可以通过调整其输出电压来对电网进行无功功率补偿。
当系统负载发生变化时，StatCom能够动态地调整其输出电压，以平衡系统的无功功率。
通过实时监测和控制，StatCom能够实现以下功能：
1. 无功功率补偿：当系统需求无功功率时，StatCom可以提供所需的无功功率，以保持系统的功率平衡。
2. 电压调节：如果系统电压出现偏差，StatCom可以通过调整其输出电压来稳定电网电压。
3. 减小电网波动：StatCom可以响应电网负载变化和电力负荷不平衡，快速恢复电网的平稳运行。
4. 提高电能质量：通过调整电网功率因数，StatCom可以减小电网谐波和电压波动，提高电能质量。
综上所述，StatCom通过实时监控和控制电力系统的电压、电流和功率等参数，以实现无功功率补偿、电压调节和提高电能质量的功能，确保电力系统的稳定运行。
晶闸管工作原理
晶闸管工作原理引言概述：晶闸管是一种常用的电子器件，广泛应用于电力控制和电子调节领域。
本文将详细介绍晶闸管的工作原理，包括结构组成、工作方式和特点等方面。
一、晶闸管的结构组成1.1 PN结构：晶闸管由PN结构组成，其中P层和N层分别为P型半导体和N 型半导体。
PN结构是晶闸管的基本单元，它决定了晶闸管的导通和截止。
1.2 控制极：晶闸管还包括一个控制极，通常称为G极或者门极。
控制极通过控制电流来控制晶闸管的导通和截止。
1.3 金属触发极：晶闸管还具有一个金属触发极，用于触发晶闸管的导通。
触发极通常由金属片组成，通过施加正向电压来触发晶闸管的导通。
二、晶闸管的工作方式2.1 导通状态：当晶闸管的控制极施加正向电压时，PN结的正向偏置会导致电流从P层流向N层，形成导通状态。
此时，晶闸管的电阻很小，电流可以通过。
2.2 截止状态：当晶闸管的控制极施加反向电压时，PN结的反向偏置会阻挠电流流动，晶闸管处于截止状态。
此时，晶闸管的电阻很大，电流无法通过。
2.3 触发导通：当晶闸管的触发极施加正向电压时，触发电流会通过触发极和控制极，使得晶闸管从截止状态变为导通状态。
触发导通后，即使控制极的电压变为零，晶闸管仍然保持导通状态。
三、晶闸管的特点3.1 可控性：晶闸管具有良好的可控性，可以通过控制极的电压来控制晶闸管的导通和截止。
3.2 高电压和高电流：晶闸管能够承受较高的电压和电流，适合于高功率电力控制。
3.3 快速开关速度：晶闸管的开关速度较快，能够实现高频率的开关操作。
3.4 低功耗：晶闸管在导通状态时的功耗较低，能够提高电路的效率。
四、晶闸管的应用领域4.1 电力控制：晶闸管广泛应用于电力控制领域，如交流电调光、电动机控制等。
4.2 电子调节：晶闸管也被用于电子调节领域，如变频调速、电炉温度控制等。
4.3 电子开关：由于晶闸管具有快速开关速度，它还可以用作电子开关，实现高频率的开关操作。
结论：本文详细介绍了晶闸管的工作原理，包括结构组成、工作方式和特点等方面。
晶闸管工作原理
晶闸管工作原理晶闸管（Thyristor）是一种半导体器件，常用于电力控制和电子调速领域。
它具有双向导电性，可以在正向和反向电压下工作，并且可以控制电流的通断。
晶闸管的工作原理可以简单地描述为：通过控制晶闸管的门极电压来控制晶闸管的导通和关断。
晶闸管由四个半导体层组成，分别是P型半导体（阳极），N型半导体（阴极），P型半导体（门极）和N型半导体（门极）。
当晶闸管的门极电压为零时，晶闸管处于关断状态，没有电流通过。
当施加一个正向电压到阳极，同时将门极与阴极短接，晶闸管的结会逆偏，形成一个PNPN结构。
此时，只要阳极电压大于晶闸管的维持电压，晶闸管就会开始导通。
一旦晶闸管导通，它将保持导通状态，直到阳极电流降到零或者通过晶闸管的电流被外部电路断开。
晶闸管的导通状态可以通过施加一个负向电压到门极来关闭。
当门极电压为负值时，PNPN结会正向偏置，导致晶闸管关断。
晶闸管的导通和关断可以通过施加一个脉冲信号到门极来实现。
这个脉冲信号的幅值和宽度可以控制晶闸管的导通时间和通断周期。
通过改变脉冲信号的参数，可以实现对电流的精确控制。
晶闸管的工作原理可以通过一个简单的例子来说明。
假设我们有一个交流电源，通过晶闸管控制电流流向负载。
当晶闸管导通时，电流可以流过晶闸管并经过负载。
当晶闸管关断时，电流无法通过晶闸管，负载上没有电流。
晶闸管的工作原理使其具有许多应用。
例如，它可以用于交流电压的控制，用于机电的调速，用于电力系统的保护等。
晶闸管还可以与其他电子元件结合使用，如二极管、电容器和电感器，以实现更复杂的电路功能。
总结起来，晶闸管是一种半导体器件，通过控制门极电压来控制电流的通断。
它具有双向导电性，可以在正向和反向电压下工作。
晶闸管的导通和关断可以通过施加脉冲信号到门极实现，从而实现对电流的精确控制。
晶闸管的工作原理使其在电力控制和电子调速领域得到广泛应用。
晶闸管工作原理
晶闸管工作原理晶闸管（Thyristor）是一种半导体器件，也被称为双向可控硅。
它具有单向导通和双向控制的特性，广泛应用于电力电子领域。
晶闸管工作原理是通过控制其门极电压来实现对电流的控制。
晶闸管由四个半导体层构成，分别是P型半导体层（阳极）、N型半导体层（阴极）、P型半导体层（门极）和N型半导体层（阴极）。
当晶闸管的阳极电压大于阴极电压时，晶闸管处于正向偏置状态，即晶闸管导通。
反之，当阳极电压小于阴极电压时，晶闸管处于反向偏置状态，即晶闸管截止。
晶闸管的控制是通过控制门极电压来实现的。
当门极施加正向电压时，晶闸管处于导通状态。
此时，即使去掉门极电压，晶闸管仍然保持导通，直到电流降至零点或者施加反向电压。
而当门极施加反向电压时，晶闸管处于截止状态，无法导通。
晶闸管的导通和截止状态是通过控制门极电压的施加和去除来实现的。
当门极电压施加时，晶闸管进入导通状态；当去掉门极电压时，晶闸管进入截止状态。
这种控制方式使得晶闸管具有了单向导通和双向控制的特性。
晶闸管的主要应用是在交流电路中，用于控制交流电的导通时间。
晶闸管在交流电路中的工作原理是通过施加一个触发脉冲来控制晶闸管的导通。
当晶闸管导通后，惟独当交流电通过零点时，晶闸管才会自动截止。
这样就实现了对交流电的控制。
晶闸管还可以用于直流电路中的开关控制。
在直流电路中，晶闸管的工作原理是通过施加一个触发脉冲来控制晶闸管的导通，使其在需要的时间内导通，从而实现对直流电的控制。
总结一下，晶闸管的工作原理是通过控制门极电压来实现对电流的控制。
它具有单向导通和双向控制的特性，广泛应用于电力电子领域。
在交流电路中，晶闸管通过施加触发脉冲来控制导通时间；在直流电路中，晶闸管通过施加触发脉冲来控制导通时间，实现对直流电的控制。
晶闸管的工作原理为电力电子的应用提供了重要的基础。
晶闸管的导通原理
晶闸管的导通原理
晶闸管（SCR）是一种具有控制特性的半导体器件，可以用于
电力控制和开关电路中。
它由四个半导体层（P-N-P-N）组成，具有三个电极：阳极（A），阴极（K）和门极（G）。
其中，阳极与阴极之间是主电流路径。
当发生以下条件时，晶闸管处于导通状态：
1. 正向偏置：阳极正电压高于阴极，使得PN结极化为正。
2. 闸流（I_G）的注入：当在门极施加一个较高电压时，会引
起低电阻区（正向偏置区）的电流注入。
这通常通过一个电压源和一个电阻来实现，其中，电压源用于提供电流注入所需的电压，电阻用于限制电流注入的大小。
3. 肖特基二极管的反向偏置：正向偏置引发的电流注入穿过晶闸管的PN结，也会反向偏置与之相连的肖特基二极管。
这将
导致肖特基二极管结锁定，并进一步增加电流注入。
4. 端电压大于保持电压：当从阳极到阴极的电压大于晶闸管的保持电压时，导通状态将保持。
综上所述，只有满足以上条件，晶闸管才能导通。
通过控制闸流的大小和时序，可以在电路中实现精确的电力控制和开关操作。
晶闸管工作原理
晶闸管工作原理在现代电子技术领域中，晶闸管是一种非常重要的半导体器件，它具有广泛的应用，从电力控制到电子设备的调节都离不开它。
那么，晶闸管到底是如何工作的呢？让我们一起来深入了解一下。
晶闸管，也被称为可控硅，它看起来就像是一个小小的芯片，但内部结构却相当复杂。
简单来说，晶闸管是由四层半导体材料组成的，分别是 P 型半导体和 N 型半导体交替排列。
这四层材料形成了三个 PN 结，分别是 J1、J2 和 J3。
要理解晶闸管的工作原理，我们得先从它的导通条件说起。
晶闸管的导通需要两个条件：一是阳极和阴极之间要加上正向电压，二是控制极也要加上适当的触发电压。
当阳极接电源的正极，阴极接电源的负极，并且控制极没有触发信号时，晶闸管处于截止状态。
此时，J1 和 J3 是反向偏置的，而 J2 是正向偏置的。
由于反向偏置的 PN 结阻止了电流的通过，所以晶闸管中几乎没有电流流过，就好像是一个断开的开关。
但是，当控制极加上触发电压时，情况就发生了巨大的变化。
触发电压会在控制极附近产生一个触发电流，这个触发电流会使得靠近控制极的 P 区中的空穴大量涌入 N 区，同时 N 区中的电子也会大量涌入P 区。
这样一来，在靠近控制极的区域就形成了一个导电通道，使得J2 结失去了阻挡电流的能力。
一旦 J2 结导通，阳极和阴极之间就会有电流通过，而且这个电流会迅速增大。
这是因为一旦有了初始的电流，它会在器件内部产生正反馈机制。
也就是说，电流的增大导致了 PN 结上的压降减小，从而使得更多的载流子能够通过，进一步增大电流。
这种正反馈会使得晶闸管迅速进入完全导通状态，即使此时去掉控制极的触发电压，晶闸管也会保持导通，就像是一个闭合的开关，除非阳极和阴极之间的电流减小到维持电流以下，或者阳极和阴极之间的电压反向，晶闸管才会重新回到截止状态。
晶闸管的这种特性使得它在很多领域都有重要的应用。
比如在可控整流电路中，通过控制晶闸管的导通角，可以将交流电转换为不同大小的直流电。
晶闸管工作原理
晶闸管工作原理晶闸管是一种半导体器件，具有开关功能，广泛应用于电力电子领域。
它的工作原理基于PN结的导电特性和控制电压的作用。
晶闸管由四个层组成，其中有三个PN结，分别是P型、N型和P型。
当晶闸管处于正向偏置的情况下，P型区域为阳极，N型区域为阴极。
在这种情况下，晶闸管处于导通状态，电流可以从阳极流向阴极。
晶闸管的关键是控制极，也称为闸极。
当闸极施加一个正向电压时，会在P型区域形成一个N型区域，这个N型区域被称为空乏层。
当闸极电压大于晶闸管的触发电压时，空乏层开始扩展，导致晶闸管进入关断状态。
晶闸管的触发电压是非常重要的，它决定了晶闸管的导通和关断。
触发电压可以通过外部电路来控制，常见的触发方式有电流触发和电压触发两种。
电流触发方式是通过施加一个足够大的电流来触发晶闸管，而电压触发方式是通过施加一个足够大的电压来触发晶闸管。
晶闸管的工作原理可以用一个简单的模型来说明。
假设有一个电阻负载和一个交流电源，晶闸管串联在电路中。
当晶闸管处于导通状态时，电流可以流过晶闸管和负载，从而实现电路的通断控制。
当晶闸管处于关断状态时，电流无法流过晶闸管和负载，电路处于断开状态。
晶闸管的工作原理使得它在电力电子领域有广泛的应用。
例如，它可以用于交流电源的控制，实现电压和电流的调节。
此外，晶闸管还可以用于直流机电的控制，实现机电的启动、住手和转速调节。
晶闸管还可以用于电焊机、UPS电源等领域。
总结起来，晶闸管的工作原理是基于PN结的导电特性和控制电压的作用。
通过控制闸极电压，可以实现晶闸管的导通和关断，从而实现电路的通断控制。
晶闸管的工作原理使得它在电力电子领域有广泛的应用，发挥着重要的作用。
晶闸管工作原理
晶闸管工作原理晶闸管（Thyristor）是一种半导体器件，具有电流控制功能。
它由四个层次的PNPN结构组成，其中有三个电极：阳极（A）、阴极（K）和控制极（G）。
晶闸管的工作原理是基于PNPN结构的特性以及控制极的作用。
当晶闸管的阳极与阴极之间施加一个正向电压时，PNPN结构中的两个PN结会被正向偏置，形成一个低阻抗通路，电流可以流过晶闸管。
这种状态下，晶闸管处于导通状态，称为正向导通。
然而，要使晶闸管进入导通状态，还需要在控制极施加一个正脉冲信号。
当控制极施加一个正脉冲信号时，晶闸管会进入一个临界状态，称为触发状态。
在这个状态下，晶闸管的PNPN结中的P区电子会被注入到N区，从而形成一个导电通道，使得晶闸管能够导通。
一旦晶闸管进入导通状态，它将保持导通，直到电流通过晶闸管降为零或者施加一个负脉冲信号到控制极。
当电流降为零时，晶闸管会进入封锁状态，无法再导通。
如果施加一个负脉冲信号到控制极，晶闸管会被迅速关断，回到封锁状态。
晶闸管的工作原理可以用以下几个步骤来总结：1. 施加正向电压：在阳极和阴极之间施加一个正向电压，使得PNPN结的两个PN结正向偏置。
2. 施加正脉冲信号：在控制极施加一个正脉冲信号，使得晶闸管进入触发状态，形成导电通道。
3. 进入导通状态：晶闸管进入导通状态，电流可以流过晶闸管。
4. 保持导通或关断：晶闸管将保持导通状态，直到电流降为零或者施加一个负脉冲信号到控制极。
晶闸管广泛应用于电力电子领域，如变流器、交流调速器、交流电压调节器等。
它具有可控性强、耐压能力高、功率损耗低等优点，被广泛应用于电力系统中的高压、大功率的控制和调节场合。
总结起来，晶闸管的工作原理是基于PNPN结构和控制极的作用，通过施加正向电压和正脉冲信号，使晶闸管进入导通状态，从而实现电流的控制和调节。
它是一种重要的电力电子器件，对于电力系统的稳定运行和高效能耗具有重要意义。
(仅供参考)STATCOM 原理介绍 动态无功补偿原理介绍
STATCOM (Static Synchronous Compensator)It is a device connected in derivation, basically composed of a coupling transformer, that serves of linkbetween the electrical power system (EPS) and thevoltage synchronous controller (VSC), that generatesthe voltage wave comparing it to the one of the electricsystem to realize the exchange of reactive power. Thecontrol system of the STATCOM adjusts at eachmoment the inverse voltage so that the current injectedIn the network is in cuadrature to the network voltage, Donsiónin these conditions P=0 and Q=0.In its most general way, the STATCOM can be modeled as a regulated voltage source Vi connected toa voltage bar Vs through a transformer.STATCOM (Static Synchronous Compensator)STATCOM -A VSC interfaced in shunt to a transmission lineDonsiónThe STATic COMpensator(STATCOM)uses a VSC interfaced in shunt to atransmission line. In most cases the DC voltage support for the VSC will beprovided by the DC capacitor of relatively small energy storage capability -hence, in steady state operation, active power exchanged with the line has to bemaintained at zero, as shown symbolically in the Figure.STATCOM (Static Synchronous Compensator)STATCOM -A VSC interfaced in shunt to a transmission lineDonsiónWith the active power constraint imposed, the control of the STATCOM isreduced to one degree of freedom, which is used to control the amount ofreactive power exchanged with the line. Accordingly, a STATCOM is operatedas a functional equivalent of a static VAR compensator; it provides fastercontrol than an SVC and improved control range.STATCOM (Static Synchronous Compensator)Each GTO converter generates a voltage that is stepped up by a line-side-series-connected multi-stage converter transformer. The converter Donsióntransformer enables the build-up of a sine-wave voltage in bothmagnitude and phase. Because STATCOMs with multi-stage convertertransformers do not generate significant internal harmonics, theygenerally require minimal, or no, harmonic filtering. If the number offiring pulses for the GTOs is increased (i.e., pulse-width modulation(PWM) order), the harmonics are further decreased. High-side voltage isgenerally used as a controller input, as indicated in the figure.STATCOM (Static Synchronous Compensator)The figure shows theequivalent circuit of aSTATCOM system.TheGTO converter with adc voltage source andthe power system areillustrated as variable acvoltages in this figure.These two voltages are Donsiónconnected by areactance representingthe transformer leakageinductance.Equivalent circuit of a STATCOMSTATCOM (Static Synchronous Compensator)Using the classical equations that describe the active and reactive power flow in a line in terms of Vi and Vs, the transformer impedance (which canbe assumed as ideal) and the angle difference between both bars,we candefined P and Q.The angle between the Vs and Vi in the system is d. When the STATCOM operates with d=0 we can see how the active power send to the system devicebecomes zero while the reactive power will mainly depend on the voltagemodule. This operation condition means that the current that goes through thetransformer must have a +/-90º phase difference to Vs. In other words, if Vi isbigger than Vs, the reactive will be send to the STATCOM of the system(capacitive operation), originating a current flow in this direction. In the Donsióncontrary case, the reactive will be absorbed from the system through theSTATCOM(inductive operation) and the current will flow in the oppositedirection. Finally if the modules of Vs and Vi are equal, there won´t be norcurrent nor reactive flow in the system.Thus, we can say that in a stationary state Q only depends on the module difference between Vs and Vi voltages. The amount of the reactive power isproportional to the voltage difference between Vs and Vi.STATCOM (Static Synchronous Compensator)Principle of operation of a STATCOMThere can be a little active power exchange between the STATCOM and the EPS. The exchange between the inverter and the AC system can be controlled adjusting the output voltage angle from the inverter to the voltage angle of the AC system. This means that the inverter can not provide active power to the AC system form the DC accumulated energy if the output voltage of the inverter goes before the voltage of the AC system. On the other hand, the inverter can absorb the active power of the AC system if its voltage is delayed in respect to the AC system voltage.DonsiónSTATCOM (Static Synchronous Compensator)V-I characteristic of a STATCOMThe STATCOM smoothly and continuously controls voltage from V1 to V2. However, if the system voltage exceeds a low-voltage (V1) or high-voltage limit (V2), the STATCOM acts as a constant current source by controlling the converter voltage (Vi) appropriately.Thus, when operating at its voltage limits, the amount of reactive power compensation provided by the STATCOM is more than the most-commoncompeting FACTS controller, namely the Static Var Compensator (SVC).This is because at a low voltage limit, the reactive power drops off as thesquare of the voltage for the SVC, where Mvar=f(BV2), but drops offlinearly with the STATCOM, where Mvar=f(VI). This makes the reactivepower controllability of the STATCOM superior to that of the SVC,particularly during times of system distress.DonsiónSTATCOM (Static Synchronous Compensator)In addition the STATCOM has other advantages compared to an SVC,such as:•Quicker response time (A STATCOM has a step response of 8 ms to 30ms). This helps with compensation of negative phase current and with thereduction of voltage flicker.•Active power control is possible with a STATCOM (with optional energystorage on dc circuit). This could further help with system stability control.•No potential for creating a resonance point. This is because no capacitorbanks or reactors are required to generate the reactive power for aSTATCOM.•The STATCOM has a smaller installation space due to no capacitors orreactors required to generate Mvar, minimal or no filtering, and theavailability of high capacity power semiconductor devices. Designs of Donsiónsystems of equal dynamic ranges have shown the STATCOM to be as muchas 1/3 the area and 1/5 the volume of an SVC.•A modular design of the STATCOM allows for high availability (i.e., oneor more modules of the STATCOM can be out-of-service without the loss ofthe entire compensation system).STATCOM (Static Synchronous Compensator)DonsiónIn 1991, the world’s first commercial transmission system STATCOM(at the time known as SVG for Static Var Generator) was installed at theInuyama substation of The Kansai Electric Power Company in Japan, for theobjective of improving power system and voltage stabilization. It has beensuccessfully operating for nearly 9 years. The figure shows the one-linediagram of this 80 MVA STATCOM.STATCOM (Static Synchronous Compensator)Application of the Three-Phase STATCOM in Voltage StabilityVoltage stability is one of the biggest problems in power systems.Engineers and researchers have met with the purpose of discussing andtrying to consolidate a definition regarding to voltage stability, besidesproposing techniques and methodologies for their analysis. Most of thesetechniques are based on the search of the point in which the system’sJacobian becomes singular; this point is referred as the point of voltagecollapse or maximum load ability point.The series and shunt compensation are able to increase the maximum transfer capabilities of power network .Concerning to voltage stability, such Donsióncompensation has the purpose of injecting reactive power to maintain thevoltage magnitude in the nodes close to the nominal values, besides, toreduce line currents and therefore the total system losses. At the presenttime, thanks to the development in the power electronics devices, the voltagemagnitude in some node of the system can be adjusted through sophisticatedand versatile devices named FACTS. One of them is the static synchronouscompensator (STATCOM).STATCOM (Static Synchronous Compensator)DonsiónWith the help of the previous one-phase STATCOM formulation, it is easy to deduce the three-phase model. The shunt voltage source of the three-phaseSTATCOM may be represented by: EvρR = VvρR (cosδvρR + jsinδvρR )whereρindicates phase quantities, a, b and c.The equivalent circuit of the three-phaseSTATCOM is shown in Figure 4 in a wye configuration. This model is used toderive the steady state equations included into the three-phase power flowformulationSTATCOM (Static Synchronous Compensator)DonsiónThus, the three-phase STATCOM model is integrated into the steady state formulation. In the simulations, the STATCOM´s node where is connected, isrepresented as a PV type node. This node can change to PQ type when, duringthe process, one of the limits in the device’s voltage magnitude is violated.。
晶闸管的工作原理与应用
晶闸管的工作原理与应用1 晶闸管(SCR)晶体闸流管简称晶闸管,也称为可控硅整流元件(SCR),是由三个PN结构成的一种大功率半导体器件。
在性能上,晶闸管不仅具有单向导电性,而且还具有比硅整流元件更为可贵的可控性,它只有导通和关断两种状态。
晶闸管的优点很多,例如:以小功率控制大功率,功率放大倍数高达几十万倍;反应极快,在微秒级内开通、关断;无触点运行,无火花、无噪声;效率高,成本低等。
因此,特别是在大功率UPS供电系统中,晶闸管在整流电路、静态旁路开关、无触点输出开关等电路中得到广泛的应用。
晶闸管的弱点:静态及动态的过载能力较差,容易受干扰而误导通。
晶闸管从外形上分类主要有:螺栓形、平板形和平底形。
2 普通晶闸管的结构和工作原理晶闸管是PNPN四层三端器件,共有三个PN结。
分析原理时,可以把它看作是由一个PNP 管和一个NPN管所组成,其等效图解如图1(a)所示,图1(b)为晶闸管的电路符号。
2.1 晶闸管的工作过程晶闸管是四层三端器件,它有J1、J2、J3三个PN结,可以把它中间的NP分成两部分,构成一个PNP型三极管和一个NPN型三极管的复合管。
当晶闸管承受正向阳极电压时,为使晶闸管导通,必须使承受反向电压的PN结J2失去阻挡作用。
每个晶体管的集电极电流同时就是另一个晶体管的基极电流。
因此是两个互相复合的晶体管电路,当有足够的门极电流Ig流入时,就会形成强烈的正反馈,造成两晶体管饱和导通。
设PNP管和NPN管的集电极电流分别为IC1和IC2,发射极电流相应为Ia和Ik,电流放大系数相应为α1=IC1/Ia和α2=IC2/Ik,设流过J2结的反相漏电流为ICO,晶闸管的阳极电流等于两管的集电极电流和漏电流的总和:若门极电流为Ig,则晶闸管阴极电流为:Ik=Ia+Ig。
因此,可以得出晶闸管阳极电流为:硅PNP管和硅NPN管相应的电流放大系数α1和α2随其发射极电流的改变而急剧变化。
当晶闸管承受正向阳极电压,而门极未接受电压的情况下,式(1)中Ig=0,(α1+α2)很小,故晶闸管的阳极电流Ia≈ICO,晶闸管处于正向阻断状态;当晶闸管在正向门极电压下,从门极G流入电流Ig,由于足够大的Ig流经NPN管的发射结,从而提高放大系数α2,产生足够大的集电极电流IC2流过PNP管的发射结,并提高了PNP管的电流放大系数α1,产生更大的集电极电流IC1流经NPN管的发射结,这样强烈的正反馈过程迅速进行。
晶闸管的导通原理
晶闸管的导通原理
晶闸管的导通原理可以简单地描述为：通过控制晶闸管的门极电压来控制晶闸管的导通和关断。
具体来说，当晶闸管的门极电压为零时，晶闸管处于关断状态，没有电流通过。
当施加一个正向电压到阳极，同时将门极与阴极短接，晶闸管的结会
逆偏，形成一个PNPN结构。
此时，只要阳极电压大于晶闸管的维持电压，晶闸管
就会开始导通。
一旦晶闸管导通，它将保持导通状态，直到阳极电流降到零或者通过晶闸管的电流被外部电路断开。
晶闸管的导通和关断可以通过施加一个负向电压到门极实现，从而实现对电流的精确控制。
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