电力电子技术在电力系统中的应用文档

1、.：.；电力电子技术在电力系统中的运用 HYPERLINK tech.bjx/ t _blank 北极星电力网技术频道 作者: 2021-5-5 14:05:45(阅2185次)关键词: HYPERLINK tech.bjx/keyword.asp?keyword=%B5%E7%C1%A6%B5%E7%D7%D3 t _blank 电力电子 HYPERLINK tech.bjx/keyword.asp?keyword=%B7%A2%B5%E7%BB%B7%BD%DA t _blank 发电环节 HYPERLINK tech.bjx/keyword.asp?keyword=%CA%E4%C5%E

2、4%B5%E7 t _blank 输配电 电力电子技术是电工技术中的新技术，是电力与电子技术(强电和弱电技术)的交融，已在国民经济中发扬着宏大作用，对未来输电系统性能将产生宏大影响。目前电力电子技术的运用已涉及电力系统的各个方面，包括发电环节、输配电系统、储能系统等等。一、发电环节 电力系统的发电环节涉及发电机组的多种设备，电力电子技术的运用以改善这些设备的运转特性为主要目的。二大型发电机的静止励磁控制。静止励磁采用晶闸管整流自并励方式，具有构造简单、可靠性高及造价低等优点，被世界各大电力系统广泛采用。由于省去了励磁机这个中间惯性环节，因此具有其特有的快速性调理，给先进的控制规律提供了充分发扬

3、作用并产生良好控制效果的有利条件。二水力、风力发电机的变速恒频励磁。水力发电的有效功率取决于水头压力和流量，当水头的变化幅度较大时尤其是抽水蓄能机组，机组的最正确转速亦随之发生变化。风力发电的有效功率与风速的三次方成正比，风车捕捉最大风能的转速随风速而变化。为了获得最大有效功率，可使机组变速运转，经过调整转子励磁电流的频率，使其与转子转速叠加后坚持定子频率即输出频率恒定。此项运用的技术中心是变频电源。三发电厂风机水泵的变频调速。发电厂的厂用电率平均为8%，风机水泵耗电量约占火电设备总耗电量的65%，且运转效率低。运用低压或高压变频器，实施风机水泵的变频调速，可以到达节能的目的。低压变频器技术已

4、非常成熟，国内外有众多的消费厂家，并有完好的系列产品，但具备四太阳能发电控制系统。开发利用无穷尽的干净新能源太阳能，是调整未来能源构造的一项重要战略措施。大功率太阳能发电，无论是独立系统还是并网系统，通常需求将太阳能电池阵列发出的直流电转换为交流电，所以具有最大功率跟踪功能的逆变器成为系统的中心。日本实施的阳光方案以34kW的户用并网发电系统为主，我国实施的送电到乡工程那么以1015kW的独立系统居多，而大型系统有在美国加州的西门子太阳能发电厂7.2MW等。二、输电环节一柔性交流输电技术(FACTS)交流输电或电网的运转性能。已运用的FACTS控制器有静止无功补偿器(SVC)、静止调相机(ST

5、ATCON)、静止快速励磁器(PSS)、串联补偿器(SSSC)等。近年来，柔性交流输电技术曾经在美国、日本、瑞典、巴西等国重要的超高压输电工程中得到运用。国内也对FACTS进展了深化的研讨和开发，二高压直流输电技术(HVDC)流站可以搬迁，可以使中型的直流输电工程在较短的保送间隔 也具有竞争力。此外，可关断器件组成的换流器，由于采用了可关断的电力电子器件，可防止换相失败，对受端系统的容量没有要求，故可用于向孤立小系统(海上石油平台、海岛) 供电，今后还可用于城市配电系统，并用于接入。1天生桥广州直流输电工程2001年500kV，1800MW，980km2三峡常州直流输电工程2003年500kV

6、，3000MW，890km3三峡广州直流输电工程2004年500kV，3000MW，962km近年来，直流输电技术又有新的开展，轻型直流输电采用IGBT等可关断电力电子器件组成换流器，运用脉宽调制技术进展无源逆变，处理了用直流输电向无交流电源的负荷点送电的问题。同时大幅度简化设备，降低造价。世界上第一个采用IGBT构成电压源换流器的轻型直流输电工业性实验工程于1997年投入运转。 三静止无功补偿器(SVC) SVC是用以晶闸管为根本元件的固态开关替代了电气开关，实现快速、频繁地以控制电抗器和电容器的方式改动输电系统的导纳。SVC可以有不同的回路构造，按控制的对象及控制的方式不同分别称之为晶闸管

7、投切电容器(TSC)、晶闸管投切电抗器(TSR)或晶闸管控制电抗器(TCR)。我国输电系三、配电环节是快速开展的姊妹型新式电力电子技术。采用FACTS的中心是加强交流输电系统的可控性和增大其电力传输才干;开展CP的目的是在配电系统中加强供电的可靠性和提高供电质量。CP和FACTS的共同根底技术是电力电子技术，各自的控制器在构造和功能上也一样，其差别仅是额定电气值不同四、其他运用一同步开断技术实现同步开断的根本出路在于用电子开关取代机械开关。美国西屋公司已制造出13KV、600A、由GTO元件组成的固态开关，安装在新泽西州的变电站中运用。GTO开断时间可缩短到1/3ms，这是普通机械开关无法比较

8、的。如今，由固态开关构成的电容器组的配电系统“软开关已问世。二直流电源许多负载必需运用直流电源，世界上发电总量的2030%三不延续电源(UPS)和各种ACDC、DCAC开关电源程控交换站，计算机、电视、医疗设备、航天、航海舰艇及家电上，都广泛运用开关电源，这些开关电源都采用高频化技术，使其体积分量大大减小，能耗和资料也大为降低。为提高电源的单位功率密度，开关电源高频化是开展的方向。为减少由于频率提高而使开关损耗添加的问题，从而开展了各种软开关技术。四各种频率的全固态化交流电源这是为各种工业需求的变频电源。在20世纪80年代末，我国约有20万台60200KW的高频设备，如今用晶闸管中频感应加热安

9、装已完全取代了中频发电机，国内已构成2008000Hz，功率为1003000KW的系列产品。在高频电源方面那么用功率MOSEFT制造出1000KW/15600KHz(比利时)，用SIT(静电感应晶闸管)制造出1000KW/200KHz和400KW/400KHz(日本)的感应加热安装，效率都在90%以上。国内已研制出75KW/200KHz的SIT感应加热安装。这样采用全固态高频感应加热安装可以大大节能电力电子技术百科名片电力 HYPERLINK baike.baidu/view/900352.htm t _blank 电子技术是一门新兴的运用于电力领域的电子技术，就是运用电力电子器件如晶闸管，G

10、TO，IGBT等对电能进展变换和控制的技术。电力电子技术所变换的“电力功率可大到数百MW甚至GW，也可以小到数W甚至1W以下，和以信息处置为主的信息电子技术不同电力电子技术主要用于电力变换。目录 HYPERLINK baike.baidu/view/19220.htm l 1#1 简介 HYPERLINK baike.baidu/view/19220.htm l 2#2 运用 HYPERLINK baike.baidu/view/19220.htm l 3#3 作用 HYPERLINK baike.baidu/view/19220.htm l 4#4 器件 HYPERLINK baike.ba

11、idu/view/19220.htm l 5#5 进展 HYPERLINK baike.baidu/image/4075890a49a90d0c94ca6b5f o 查看图片 t _blank HYPERLINK baike.baidu/view/19220.htm 编辑本段简介电力电子技术分为电力电子器件制造技术和交流技术 HYPERLINK baike.baidu/view/299310.htm t _blank 整流， HYPERLINK baike.baidu/view/302541.htm t _blank 逆变， HYPERLINK baike.baidu/view/302565.

12、htm t _blank 斩波， HYPERLINK baike.baidu/view/141210.htm t _blank 变频， HYPERLINK baike.baidu/view/17402.htm t _blank 变相等两个分支。 现已成为现代电气工程与 HYPERLINK baike.baidu/view/145782.htm t _blank 自动化专业不可短少的一门专业根底课，在培育该专业人才中占有重要位置。 HYPERLINK baike.baidu/view/300965.htm t _blank 电力电子学Power Electronics这一称号是在上世纪60年代出

13、现的。1974年， HYPERLINK baike.baidu/view/2398.htm t _blank 美国的W.Newell用一个倒三角形如图对电力电子学进展了描画，以为它是由电力学、 HYPERLINK baike.baidu/view/89996.htm t _blank 电子学和 HYPERLINK baike.baidu/view/1259773.htm t _blank 控制实际三个学科交叉而构成的。这一观念被全世界普遍接受。“电力电子学和“电力电子技术是分别从学术和工程技术2个不同的角度来称谓的。 普通以为，电力电子技术的诞生是以1957年美国 HYPERLINK baik

14、e.baidu/view/85991.htm t _blank 通用电气公司研制出的第一个 HYPERLINK baike.baidu/view/76.htm t _blank 晶闸管为标志的，电力电子技术的概念和根底就是由于晶闸管和晶闸管 HYPERLINK baike.baidu/view/388356.htm t _blank 变流技术的开展而确立的。此前就曾经有用于电力变换的 HYPERLINK baike.baidu/view/900352.htm t _blank 电子技术，所以晶闸管出现前的时期可称为电力电子技术的史前或黎明时期。70年代后期以 HYPERLINK baike.b

15、aidu/view/614360.htm t _blank 门极可关断晶闸管GTO，电力双极型 HYPERLINK baike.baidu/view/30363.htm t _blank 晶体管BJT， HYPERLINK baike.baidu/view/302460.htm t _blank 电力场效应管Power-MOSFET为代表的 HYPERLINK baike.baidu/view/614371.htm t _blank 全控型器件全速开展全控型器件的特点是经过对门极既栅极或基极的控制既可以使其开通又可以使其关断，使电力电子技术的容颜焕然一新进入了新的开展阶段。80年代后期，以绝缘

16、栅极双极型晶体管IGBT 可看作MOSFET和BJT的复合为代表的复合型器件集驱动功率小，开关速度快，通态压降小，在流才干大于一身，性能优越使之成为现代电力电子技术的主导器件。为了使电力电子安装的构造紧凑，体积减小，经常把假设干个电力电子器件及必要的辅助器件做成模块的方式，后来又把驱动，控制，维护 HYPERLINK baike.baidu/view/134362.htm t _blank 电路和功率器件集成在一同，构胜利率 HYPERLINK baike.baidu/view/5.htm t _blank 集成电路PIC。目前PIC的功率都还较小但这代表了电力电子技术开展的一个重要方向。 利

17、用 HYPERLINK baike.baidu/view/448381.htm t _blank 电力电子器件实现工业规模电能变换的技术，有时也称为 HYPERLINK baike.baidu/view/3077487.htm t _blank 功率电子技术。普通情况下，它是将一种方式的工业电能转换成另一种方式的工业电能。例如，将交流电能变换成直流电能或将直流电能变换成交流电能；将工频电源变换为设备所需频率的电源；在正常交流电源中断时，用逆变器见电力变流器将蓄电池的直流电能变换成工频交流电能。运用电力电子技术还能实现非电能与电能之间的转换。例如，利用太阳电池将太阳辐射能转换成电能。与电子技术不

18、同，电力电子技术变换的电能是作为能源而不是作为信息传感的载体。因此人们关注的是所能转换的电功率。 电力电子技术是建立在电子学、 HYPERLINK baike.baidu/view/1782966.htm t _blank 电工原理和自动控制三大学科上的新兴学科。因它本身是大功率的电技术，又大多是为运用强电的工业效力的，故常将它归属于 HYPERLINK baike.baidu/view/157576.htm t _blank 电工类。电力电子技术的内容主要包括电力电子器件、 HYPERLINK baike.baidu/view/448279.htm t _blank 电力电子电路和 HYPE

19、RLINK baike.baidu/view/448440.htm t _blank 电力电子安装及其系统。电力电子器件以半导体为根本资料，最常用的资料为单晶硅；它的实际根底为 HYPERLINK baike.baidu/view/45506.htm t _blank 半导体物理学；它的工艺技术为半导体器件工艺。近代新型电力电子器件中大量运用了微电子学的技术。电力电子电路吸收了电子学的实际根底，根据器件的特点和电能转换的要求，又开发出许多电能转换电路。这些电路中还包括各种控制、触发、维护、显示、信息处置、继电接触等二次回路及外围电路。利用这些电路，根据运用对象的不同，组成了各种用途的整机，称为

20、电力电子安装。这些安装常与负载、配套设备等组成一个系统。电子学、 HYPERLINK baike.baidu/view/1017248.htm t _blank 电工学、自动控制、 HYPERLINK baike.baidu/view/1345304.htm t _blank 信号检测处置等技术常在这些安装及其系统中大量运用。 HYPERLINK baike.baidu/view/19220.htm 编辑本段运用普通工业： 交直流 HYPERLINK baike.baidu/view/1930.htm t _blank 电机、电化学工业、 HYPERLINK baike.baidu/view/

21、728334.htm t _blank 冶金工业 交通运输： 电气化铁道、电动汽车、 HYPERLINK baike.baidu/view/60232.htm t _blank 航空、 HYPERLINK baike.baidu/view/19323.htm t _blank 航海 电力系统： HYPERLINK baike.baidu/view/525720.htm t _blank 高压直流输电、柔性交流输电、 HYPERLINK baike.baidu/view/605158.htm t _blank 无功补偿 电子安装电源： 为信息电子安装提供动力 家用电器： “节能灯、 HYPERL

22、INK baike.baidu/view/10231.htm t _blank 变频空调 其他： HYPERLINK baike.baidu/view/7285.htm t _blank UPS、 航天飞行器、新能源、发电安装 HYPERLINK baike.baidu/view/19220.htm 编辑本段作用(1) 优化电能运用。经过电力电子技术对电能的处置，使电能的运用到达合理、高效和节约，实现了电能运用最正确化。例如，在节电方面，针对风机水泵、电力牵引、轧机冶炼、轻工造纸、工业窑炉、感应加热、电焊、化工、电解等14个方面的调查，潜在节电总量相当于1990年全国发电量的16%，所以推行运

23、用电力电子技术是节能的一项战略措施，普通节能效果可达10%-40%，我国已将许多安装列入节能的推行运用工程。 (2) 改造传统产业和开展机电一体化等新兴产业。据兴隆国家预测，今后将有95%的电能要经电力电子技术处置后再运用，即工业和民用的各种机电设备中，有95%与电力电子产业有关，特别是，电力电子技术是弱电控制强电的媒体，是机电设备与 HYPERLINK baike.baidu/view/3314.htm t _blank 计算机之间的重要接口，它为传统产业和新兴产业采用微电子技术发明了条件，成为发扬计算机作用的保证和根底。 (3) 电力电子技术高频化和变频技术的开展，将使机电设备突破工频传统

24、，向高频化方向开展。实现最正确任务效率，将使机电设备的体积减小几倍、几十倍，呼应速度到达高速化，并能顺应任何基准 HYPERLINK baike.baidu/view/54338.htm t _blank 信号，实现无噪音且具有全新的功能和用途。 (4) 电力电子智能化的进展，在一定程度上将信息处置与功率处置合一，使微电子技术与电力电子技术一体化，其开展有能够引起电子技术的艰苦改革。有人甚至提出，电子学的下一项革命将发生在以工业设备和电网为对象的电子技术运用领域，电力电子技术将把人们带到第二次电子革命的边缘。 HYPERLINK baike.baidu/view/19220.htm 编辑本段器

25、件02年出现了第一个玻璃的汞弧整流器。1910年出现了铁壳汞弧整流器。用汞弧整流器替代机械式开关和换流器,这是电力电子技术的发端。1920年试制出氧化铜整流器，1923年出现了硒整流器。30年代，这些整流器开场大量用于电力整流安装中。20世纪40年代末出现了晶体管。20世纪50年代初，晶体管向大功率化开展，同时用半导体单晶资料制成的大功率 HYPERLINK baike.baidu/view/1016.htm t _blank 二极管也得到开展。1954年， HYPERLINK baike.baidu/view/815623.htm t _blank 瑞典通用电机公司(ASEA公司)首先将汞弧

26、管用于高压整流和逆变,并在100千伏直流输电线路上运用，传输20兆瓦的电力。1956年，美国人J.莫尔制成晶闸管雏型。1957年，美国人R.A.约抑制成适用的晶闸管。50年代末晶闸管被用于电力电子安装，60年代以来得到迅速推行,并开发出一系列派生器件,拓展了电力电子技术的运用领域。 电力电子电路 随着晶闸管运用的推行，开发出许多电力电子电路，按其功能可分为：将交流电能转换成直流电能的 HYPERLINK baike.baidu/view/927.htm t _blank 整流电路；将直流电能转换成交流电能的逆变电路；将一种方式的交流电能转换成另一种方式的交流电能的 HYPERLINK baik

27、e.baidu/view/978707.htm t _blank 交流变换电路；将一种方式的直流电能转换成另一种方式的直流电能的 HYPERLINK baike.baidu/view/133260.htm t _blank 直流变换电路。这些电路都包含晶闸管，而每个晶闸管都需求相应的 HYPERLINK baike.baidu/view/71792.htm t _blank 触发器。于是配合这些电力电子电路出现了许多的触发控制电路。根据所用的器件,这些控制电路大体上可以分为3代。第一代的控制电路主要由分立的电子元件如晶体管、二极管组成。直到80年代后期，还用得不少。第二代由集成电路组成。自从1

28、958年美国出现了世界上第一个集成电路以来，开展异常迅速。它运用到电力电子安装的控制电路中,使其构造紧凑,功能和可靠性得到提高。第三代由微机进展控制。70年代以来，由于微机的开展使电力电子安装进一步朝实现智能化的方向提高。 电力电子安装 随着电力电子电路的开展和完善，由晶闸管组成的许多类型的电力电子安装不断出现。如大功率的电解电源、焊接电源、电镀用的直流电源；直流和交流牵引、直流传动、交流串级调速、变频调速等传动用电源；励磁、无功静止补偿、谐波补偿等电力系统用的电力电子安装；低频、中频、高频电源等各种非工频电源，尤其是感应加热的中高频电源；不停电电源、 HYPERLINK baike.baid

29、u/view/2253999.htm t _blank 交流稳压电源等各种工业用电力电子电源；各种调压器等等。这些电力电子安装,与传统的电动机-发电机组比，有较高的电效率(以容量10千瓦至数百千瓦、频率为1000赫的电动机-发电机组为例,在额定负载下,效率80，并随负载减小而显著降低,假设用晶闸管电源,92,且随负载变化不大，因此，有明显的节能效果。电力电子安装是静止式安装，占地面积小，分量轻，安装方便以焊接电源为例,与旋转焊机相比，分量减轻80,节能15。同时，电力电子安装往往对频率、电压等的调理比较容易，呼应快，功能多，自动化程度高，因此用于工业上不但明显节能，还往往能提高消费率和产质量量

30、，节省原资料，并常能改善任务环境。但电力电子安装大多为电子开关式安装，它往往对电网和负载产生谐波干扰，有时还对周围环境引起一定的高频干扰，这是在设计这些安装和系统时必需妥善处理的见高次谐波抑制。 HYPERLINK baike.baidu/view/19220.htm 编辑本段进展从20世纪50年代中到70年代末，以大功率硅二极管、 HYPERLINK baike.baidu/view/3476765.htm t _blank 双极型功率晶体管和晶闸管运用为根底尤其是晶闸管的电力电子技术开展比较成熟。70年代末以来，两个方面的开展对电力电子技术引起了宏大的冲击。其一为微机的开展对电力电子安装的

31、 HYPERLINK baike.baidu/view/57978.htm t _blank 控制系统、缺点检测、信息处置等起了艰苦作用,今后还将继续开展;其二为微电子技术、光纤技术等浸透到电力电子器件中，开发出更多的新一代电力电子器件。其中除普通晶闸管向更大容量6500伏、3500安开展外，门极可关断晶闸管(GTO)电压已达4500伏，电流已达 25003000安；双极型晶体管也向着更大容量开展，80年代中后期其工业产品最高电压达1400伏，最大电流达400安,任务频率比晶闸管高得多,采用 HYPERLINK baike.baidu/view/3978244.htm t _blank 达林顿构造时电流增益可达75200。 随着光纤技术的开展，美国和 HYPERLINK baike.baidu/view/1554.htm t _blank