電力電子變流技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

電力電子變流技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用電力電子變流技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用電力電子變流技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用xxx公司電力電子變流技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用文件編號：文件日期：修訂次數(shù)：第1.0次更改批準(zhǔn)審核制定方案設(shè)計(jì)，管理制度電力電子變流技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用專業(yè)：電氣工程及其自動化姓名：張琦指導(dǎo)老師：周志文摘要電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用非常廣泛，發(fā)達(dá)國家在用戶最終實(shí)用的電能中，有60%以上的電能至少經(jīng)過一次以上電力電子變流裝置的處理。電力系統(tǒng)在通向現(xiàn)代化的進(jìn)程中，電力電子技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù)之一?？梢哉f，如果離開電力電子技術(shù)，電力系統(tǒng)的現(xiàn)代化就是不可想象的。關(guān)鍵詞電力電子，電力系統(tǒng)，整流電路，逆變電路，變頻電路AbstractPowerElectronicsinPowerSystemiswidelyusedindevelopedcountriesintheusertheultimatepracticalelectricity,therearemorethan60%oftheelectricityataminimum,morethanonepowerelectronicconverterdeviceprocessing.Powersystemleadingtothemodernizationprocess,thepowerelectronicstechnologyisthekeytechnologies.Itcanbesaidthatiftheleftpowerelectronicstechnology,themodernizationofpowersystemisunthinkable.KeywordsPowerelectronics：Powersystem,Rectifiercircuit,Invertercircuit,Invertercircuit0.前言電力電子技術(shù)理論是建立在電子學(xué)、電力學(xué)和控制學(xué)三個學(xué)科基礎(chǔ)之上的一門新型學(xué)科，隨著該技術(shù)的不斷發(fā)展，它已廣泛的用于交通運(yùn)輸、電力系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、新能源系統(tǒng)等，在照明、空調(diào)等家用電器及其他領(lǐng)域中也有著廣泛的應(yīng)用。本文主要介紹了電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的運(yùn)用。1．電力電子技術(shù)的應(yīng)用電力電子變流技術(shù)共有四大塊，即整流電路（AC-DC）、逆變電路（DC-AC）、交流調(diào)壓電路（AC-AC）、斬波電路（DC-DC）。它們在電力系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)起著舉足輕重的作用尤其是自20世紀(jì)80年代，柔性交流輸電（FACTS）概念被提出后，電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用研究得到了極大的關(guān)注，多種設(shè)備相繼出現(xiàn)。已有不少文獻(xiàn)介紹和總結(jié)了相關(guān)設(shè)備的基本原理和應(yīng)用現(xiàn)狀。以下介紹四大電路在電力系統(tǒng)中的作用。整流電路（AC-DC）整流電路是電力電子電路中出現(xiàn)在最早的一種，廣泛用于電能的變換電路，其作用是將交流電變換成大小可以調(diào)節(jié)的直流電，為直流用電設(shè)備供電，如電爐的溫度控制、直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制、同步發(fā)電機(jī)的勵磁調(diào)節(jié)控制、電鍍及電解電源控制等。用于大型發(fā)電機(jī)的靜止勵磁控制中，由于省去了勵磁機(jī)這個中間慣性環(huán)節(jié)，因而具有其特有的快速性調(diào)節(jié)，給先進(jìn)的控制規(guī)律提供了充分發(fā)揮作用并產(chǎn)生良好控制效果的有利條件。用于輸電環(huán)節(jié)，大幅度改善了電力網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行特性。隨著大功率全控性電力電子期間的誕生和發(fā)展，整流電路通過多相整流方式改變了輸出電壓的脈動頻率，使得輸出電壓基本實(shí)現(xiàn)了無脈動。通過對控制角的調(diào)節(jié)和功率因數(shù)的補(bǔ)償環(huán)節(jié)，使得輸出電壓最大可能的提供給負(fù)載，減少電能在轉(zhuǎn)換過程中的能量損失。逆變電路（DC-AC）電力系統(tǒng)中的逆變通常指的是無源逆變，即將直流電轉(zhuǎn)換成負(fù)載所需要的不同頻率和電壓值的交流電，通常稱為逆變器。主要用于蓄電池、干電池、太陽能電池、交流電動機(jī)調(diào)速、不間斷電源、感應(yīng)加熱電源等。其核心部分都是逆變電路。逆變電路經(jīng)常和變頻的概念聯(lián)系在一起。水力、風(fēng)力發(fā)電機(jī)的變速恒頻勵磁。水力發(fā)電的有效功率取決于水頭壓力和流量，當(dāng)水頭的變化幅度較大時(尤其是抽水蓄能機(jī)組)，機(jī)組的最佳轉(zhuǎn)速亦隨之發(fā)生變化。風(fēng)力發(fā)電的有效功率與風(fēng)速的三次方成正比，風(fēng)車捕捉最大風(fēng)能的轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速而變化。為了獲得最大有效功率，可使機(jī)組變速運(yùn)行，通過調(diào)整轉(zhuǎn)子勵磁電流的頻率，使其與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速疊加后保持定子頻率即輸出頻率恒定。此項(xiàng)應(yīng)用的技術(shù)核心是變頻電源。發(fā)電廠風(fēng)機(jī)水泵的變頻調(diào)速。發(fā)電廠的廠用電率平均為8%，風(fēng)機(jī)水泵耗電量約占火電設(shè)備總耗電量的65%，且運(yùn)行效率低。使用低壓或高壓變頻器，實(shí)施風(fēng)機(jī)水泵的變頻調(diào)速，可以達(dá)到節(jié)能的目的。低壓變頻器技術(shù)已非常成熟，國內(nèi)外有眾多的生產(chǎn)廠家，并有完整的系列產(chǎn)品，但具備高壓大容量變頻器設(shè)計(jì)和生產(chǎn)能力的企業(yè)不多，國內(nèi)有不少院校和企業(yè)正抓緊聯(lián)合開發(fā)。太陽能發(fā)電控制系統(tǒng)。開發(fā)利用無窮盡的潔凈新能源——太陽能，是調(diào)整未來能源結(jié)構(gòu)的一項(xiàng)重要戰(zhàn)略措施。大功率太陽能發(fā)電，無論是獨(dú)立系統(tǒng)還是并網(wǎng)系統(tǒng)，通常需要將太陽能電池陣列發(fā)出的直流電轉(zhuǎn)換為交流電，所以具有最大功率跟蹤功能的逆變器成為系統(tǒng)的核心。日本實(shí)施的陽光計(jì)劃以3～4kW的戶用并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)為主，我國實(shí)施的送電到鄉(xiāng)工程則以10～15kW的獨(dú)立系統(tǒng)居多，而大型系統(tǒng)有在美國加州的西門子太陽能發(fā)電廠等。交流調(diào)壓電路（AC-AC）交流調(diào)壓電路是指將一種形式的交流電轉(zhuǎn)換成另一種形式的交流電的電路，可以改變相關(guān)的電壓、電流、頻率和相數(shù)等。交流調(diào)壓電路除了在電力系統(tǒng)的發(fā)電環(huán)節(jié)、輸電環(huán)節(jié)、配電環(huán)節(jié)中有桌廣泛的應(yīng)用而外，在高壓電器中也起著重要的作用。常規(guī)電磁式開關(guān)在斷開負(fù)載電路時往往有電弧產(chǎn)生，觸頭已燒損，開斷時間長；在運(yùn)行過程中有噪聲污染環(huán)境，機(jī)械壽命收到限制等等。由電力電子器件組成的交、直流開關(guān)具有無觸頭、開關(guān)速度快、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。交流調(diào)壓電路無需另加環(huán)流電路，所以電路簡單，調(diào)整方便。但其含有較嚴(yán)重的諧波分量，不過對于加熱爐、電光源、小容量電動機(jī)等慣性較大的負(fù)載，諧波對工作的影響較小。異步電動機(jī)的軟起動裝置也屬于交流調(diào)壓電路的一種應(yīng)用，應(yīng)當(dāng)注意的是，軟起動裝置不僅在電動機(jī)起動或制動時可以起電壓調(diào)節(jié)作用，在電動機(jī)運(yùn)行中也可以適當(dāng)調(diào)節(jié)加于電動機(jī)上的電壓，使電動機(jī)上實(shí)際工作電壓得到優(yōu)化和保持。斬波電路（DC-DC）斬波電路是將一種形式的直流電轉(zhuǎn)換成另一種形式直流電的電路，被廣泛應(yīng)用于開關(guān)電源級直流電動機(jī)的驅(qū)動中。如不間斷電源、無軌電車、地鐵列車、蓄電池供電的機(jī)動車輛的無級變速及電動汽車的控制。它能使上述被控對象獲得加速平穩(wěn)、快速相應(yīng)的性能，并同時收到節(jié)約電能的效果。如圖由于變換去輸入是電網(wǎng)電壓經(jīng)不可控整流而來的直流電壓，所以直流斬波不僅能起到調(diào)壓的作用，同時還能起到有效地抑制電網(wǎng)側(cè)諧波電流的作用2.電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用電力系統(tǒng)的發(fā)電環(huán)節(jié)涉及發(fā)電機(jī)組的多種設(shè)備，電力電子技術(shù)的應(yīng)用以改善這些設(shè)備的運(yùn)行特性為主要目的。傳統(tǒng)的發(fā)電方式是火力發(fā)電、水利發(fā)電以及后來興起的核能發(fā)電。能源危機(jī)后各種新能源、可再生能源及新型發(fā)電方式越來越受到重視。其中太陽能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展較快，燃料電池更是備受關(guān)注。太陽能發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電受環(huán)境的制約，發(fā)出的電能質(zhì)量較差，常需要儲能裝置緩沖，需要改善電能的質(zhì)量，這就血藥電力電子技術(shù)。當(dāng)需要和電力系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)時，也離不開電力電子技術(shù)。為了合理地利用水利資源，近年來抽水儲能發(fā)電站受到重視。其中的大型電動機(jī)的起動和調(diào)速都需要電力電子技術(shù)。超導(dǎo)儲能是未來的一種儲能方式，他需要強(qiáng)大的直流電源供電，這也離不開電力電子技術(shù)。核聚變反應(yīng)堆在產(chǎn)生強(qiáng)大磁場和注入能量時，需要大容量的脈沖電源，這種電源就是電力電子裝置。電力電子器件應(yīng)用于高壓輸電系統(tǒng)被稱為“硅片引起的第二次革命”，大幅度改善了電力網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行特性。直流輸電（HVDC）和輕型直流輸電（HVDCLight）技術(shù)。直流輸電具有輸電容量大、穩(wěn)定性好、控制調(diào)節(jié)靈活等優(yōu)點(diǎn)，對于遠(yuǎn)距離輸電、海底電纜輸電及不同頻率系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)，高壓直流輸電擁有獨(dú)特的優(yōu)勢。1970年世界上第一項(xiàng)晶閘管換流器，標(biāo)志著電力電子技術(shù)正式應(yīng)用于直流輸電。從此以后世界上新建的直流輸電工程均采用晶閘管換流閥。直流輸電在長距離、大容量時有很大的優(yōu)勢，其送電端的整流閥和受電端的逆變閥都采用晶閘管變流裝置。近年來發(fā)展起來的柔性交流輸電（FACTS）也是依靠電力電子裝置才得以實(shí)現(xiàn)的。無功補(bǔ)償和諧波抑制對電力系統(tǒng)有重要意義。晶閘管控制電抗器（TCR）、晶閘管投切電容器（TSC）都是重要的無功補(bǔ)償裝置。近年來出現(xiàn)的靜止無功發(fā)生器（SVG）、有源電力濾波器（APF）等新型電力電子裝置具有更為優(yōu)越的無功功率和諧波補(bǔ)償?shù)男阅堋Ｔ谂潆娤到y(tǒng)，電力電子裝置還可以用于防止電網(wǎng)瞬時停電、瞬時電壓跌落、閃變等，以進(jìn)行電能質(zhì)量的控制，改善供電質(zhì)量。在變電所，給操作系統(tǒng)提供可靠的交直流操作電源，給蓄電池充電等都需要電力電子裝置。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，電力電子技術(shù)已經(jīng)走進(jìn)了我們的生活，在家用電器的節(jié)能方面，電力電子技術(shù)有著不可取代的作用。3．