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1、河 北 联 合 大 学毕 业 论 文论文题目 电力电子技术在电力系统中的应用姓 名所学专业_ _班 级_学 号_ _指导教师_ _完成时间_年_月_日摘要：电力电子技术是目前发展较为迅速的一门学科,是高新技术产业发展的主要基础技术之一,是传统产业改革的重要手段。电力电子技术是一个以功率半导体器件、电路技术、计算机技术、现代控制技术为支撑的技术平台。文中概速性地介绍电力电子技术在电力系统中的各类应用，重点在发电环节中、输电环节中、在配电环节中的应用和节能环节的运用。 关键词：直流输电；电力电子；发电机 第一章 前言1第二章 电力电子技术的应用22.1在发电环节中的应用22.1.1大型发电机的静止
2、励磁控制22.1.2水力、风力发电机的变速恒频励磁22.1.3发电厂风机水泵的变频调速22.1.4太阳能发电控制系统22.2在输电环节中的应用32.2.1直流输电(HVDC)和轻型直流输电(HVDC Light)技术32.2.2柔性交流输电(FACTS)技术32.2.3高压直流输电技术（HVDC）42.2.4静止无功补偿器（SVC）42.3在配电环节中的应用42.4在节能环节的运用52.4.1变负荷电动机调速运行52.4.2减少无功损耗，提高功率因数52.5其它应用52.5.1同步开断技术52.5.2直流电源52.5.3不间断电源（UPS）和各种ACDC、DCAC开关电源62.5.4各种频率的
3、全固态化交流电源6第三章 结论7参考文献8第一章 前言电力电子技术是应用于电力领域的电子技术,它是利用电力电子器件对电能进行变换和控制的新兴学科。电力电子技术可以理解为功率强大,可供诸如电力系统那样大的电流、高电压场合应用的电子技术,它与传统的电子技术相比,其特殊之处不仅仅是因为它能够通过大电流和承受高电压,而且要考虑在大功率情况下,器件发热、运行效率的问题。电力电子技术是一个以功率半导体器件、电路技术、计算机技术、现代控制技术为支撑的技术平台。经过50年的发展历程，它在传统产业设备发行、电能质量控制、新能源开发和民用产品等方面得到了越来越广泛的应用。最成功地应用于电力系统的大功率电力电子技术
4、是直流输电(HVDC)。自20世纪80年代，柔性交流输电(FACTS)概念被提出后，电力电子技术在电力系统中的应用研究得到了极大的关注，多种设备相继出现。本文介绍了电力电子技术在发电环节中、输电环节中、在配电环节中的应用和节能环节的运用。第二章 电力电子技术的应用自20世纪80年代，柔性交流输电(FACTS)概念被提出后，电力电子技术在电力系统中的应用研究得到了极大的关注，多种设备相继出现。已有不少文献介绍和总结了相关设备的基本原理和应用现状。以下按照电力系统的发电、输电和配电以及节电环节，列举电力电子技术的应用研究和现状。2.1在发电环节中的应用 电力系统的发电环节涉及发电机组的多种设备，电
5、力电子技术的应用以改善这些设备的运行特性为主要目的。 2.1.1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，具有结构简单、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，因而具有其特有的快速性调节，给先进的控制规律提供了充分发挥作用并产生良好控制效果的有利条件。 2.1.2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)，机组的最佳转速便随之发生变化。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，可使机组变速运行，通过调整转
6、子励磁电流的频率，使其与转子转速叠加后保持定子频率即输出频率恒定。此项应用的技术核心是变频电源。 2.1.3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，且运行效率低。使用低压或高压变频器，实施风机水泵的变频调速，可以达到节能的目的。低压变频器技术已非常成熟，国内外有众多的生产厂家，并不完整的系列产品，但具备高压大容量变频器设计和生产能力的企业不多，国内有不少院校和企业正抓紧联合开发。 2.1.4太阳能发电控制系统开发利用无穷尽的洁净新能源太阳能，是调整未来能源结构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，通常需要太阳能电
7、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核心。日本实施的阳光计划以3-4KW的用户并网发电系统为主，我国实施的送电到乡工程则以10-15KW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。 2.2在输电环节中的应用 电力电子器件应用于高压输电系统被称为“硅片引起的第二次革命”，大幅度改善了电力网的稳定运行特性。 2.2.1直流输电(HVDC)和轻型直流输电(HVDC Light)技术 直流输电具有输电容量大、稳定性好、控制调节灵活等优点，对于远距离输电、海底电缆输电及不同频率系统的联网，高压直流输电拥有独特的优势。1970年世界上第
8、一项晶闸管换流器，标志着电力电子技术正式应用于直流输电。从此以后世界上新建的直流输电工程均采用晶闸管换流阀。 2.2.2柔性交流输电(FACTS)技术 FACTS技术的概念问世干20世纪80年代后期，是一项基于电力电子技术与现代控制技术对交流输电系统的阻抗、电压及相位实施灵活快速调节的输电技术，可实现对交流输电功率潮流的灵活控制，大幅度提高电力系统的稳定水平。近年来在世界上发展迅速。柔性交流输电技术是指电力电子技术与现代控制技术结合，以实现对电力系统电压、参数（如线路阻抗）、相位角、功率潮流的连续调节控制，从而大幅度提高输电线路输送能力和提高电力系统稳定水平，降低输电损耗。传统的调节电力潮流的
9、措施，如机械控制的移相器、带负荷调变压器抽头、开关投切电容和电感、固定串联补偿装置等，只能实现部分稳态潮流的调节功能，而且，由于机械开关动作时间长、响应慢，无法适应在暂态过程中快速柔性连续调节电力潮流、阻尼系统振荡的要求。因此，电网发展的需求促进了柔性交流输电这项新技术的发展和应用。到目前，FACTS控制器已有数十种，按其安装位置可分为发电型、输电型和供电型3大类，但共同的功能都是通过快速、精确、有效地控制电力系统中一个或几个变量（如电压、功率、阻抗、短路电流、励磁电流等），从而增强交流输电或电网的运行性能。已应用的FACTS控制器有静止无功补偿器（SVC）、静止调相机（STATCON）、静止
10、快速励磁器（PSS）、串联补偿器（SSSC）等。 20世纪90年代以来，国外在研究开发的基础上开始将FA CTS技术用于实际电力系统工程。其输出无功的大小，设备结构简单，控制方便，成本较低，所以较早得到应用。近年来，柔性交流输电技术已经在美国、日本、瑞典、巴西等国重要的超高压输电工程中得到应用。国内也对FACTS进行了深入的研究和开发，每年都有数篇论文发表，但是具有自主知识产权的FACTS设备只有清华大学和河南省电力公司联合开发的20Mvar新型静止无功发生器（ASVG）。2.2.3高压直流输电技术（HVDC）1970年世界上第一项晶闸管换流阀试验工程在瑞典建成，取代了原有的汞弧阀换流器，标志
11、着电力电子技术正式应用于直流输电。从此以后世界上新建的直流输电工程均采用晶闸管换流阀。新一代HVDC技术采用GTO、IGBT等可关断器件，以及脉宽调制（PWM）等技术。省去了换流变压器，整个换流站可以搬迁，可以使中型的直流输电工程在较短的输送距离也具有竞争力。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，可避免换相失败，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，并用于接入燃料电池、光伏发电等分布式电源。目前，全球已建成的直流输电工程超过60项，其中具有代表性的工程有：1天生桥广州直流输电工程（2001年）500kV，1
12、800MW，980km2三峡常州直流输电工程（2003年）500kV，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发展，轻型直流输电采用IGBT等可关断电力电子器件组成换流器，应用脉宽调制技术进行无源逆变，解决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试验工程于1997年投入运行。2.2.4静止无功补偿器（SVC）SVC是用以晶闸管为基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变输电系统的导
13、纳。SVC可以有不同的回路结构，按控制的对象及控制的方式不同分别称之为晶闸管投切电容器（TSC）、晶闸管投切电抗器（TSR）或晶闸管控制电抗器（TCR）。我国输电系统五个500kV变电站用的SVC容量在105170Mvar，均为进口设备，型式为TCR加TSC或机械投切电容器组。国内工业应用的TCR装置大约有20套，容量在1055Mvar，其中一小半为国产设备。低压380V供电系统有各类TSC型国产无功补偿设备在运行，但至今仍没有一套国产的SVC在我国的输变电系统运行。2.3在配电环节中的应用 配电系统迫切需要解决的问题是如何加强供电可靠性和提高电能质量。电能质量控制既要满足对电压、频率、谐波和
14、不对称度的要求，还要抑制各种瞬态的波动和干扰。电力电子技术和现代控制技术在配电系统中的应用，即用户电力(custom Power)技术或称DFACTS技术，是在FACTS各项成熟技术的基础上发展起来的电能质量控制新技术。可以将DFACTS设备理解为FACTS设备的缩小版，其原理、结构均相同，功能也相似。由于潜在需求巨大，市场介入相对容易，开发投入和生产成本相对较低，随着电力电子器件价格的不断降低，可以预期DFACTS设备产品将进入快速发展期。 2.4在节能环节的运用 2.4.1变负荷电动机调速运行 电动机本身挖掘节电潜力只是节电的一个方面，通过变负荷电动机的调速技术节电又是另一个方面，只有将二
15、者结合起来，电动机节电方较完善。目前，交流调速在冶金、矿山等部门及社会生活中得到了广泛的应用。首先是风机、泵类等变负荷机械中采用调速控制代替挡风板或节流阀控制风流量和水流量具有显著的效果。国外变负荷的风机、水泵大多采用了交流调速，我国正在推广应用中。 变频调速的优点是调速范围广，精度高，效率高，能实现连续无级调速。在调速过程中转差损耗小，定子、转子的铜耗也不大，节电率一般可达30左右。其缺点主要为：成本高，产生高次谐波污染电网。 2.4.2减少无功损耗，提高功率因数 在电气设备中，变压器和交流异步电动机等都属于感性负载，这些设备在运行时不仅消耗有功功率，而且还消耗无功功率。因此，无功电源与有功电源一样，是保证电能质量不可缺少的部分。在电力系统中应保持无功平衡，否则，将会使系统电压降低，设备破坏，功率因数下降，严惩时会引起电压崩溃，系统解裂，造成大面积停电事故。所以，当电力网或电气设备无功容量不足时，应增装无功补偿设备，提高设备功率因
