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1、. .电力电子技术调研报告工程：班级：*：学号：报告成绩：学期： 2021-2021-1 电力电子技术在开关电源中的应用开关电源是利用现代电力电子技术，控制功率半导体器件开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源。与线性稳压电源相比，开关电源具有体积小、效率高、重量轻等一系列优点，在各种电子设备中得到广泛的应用。20世纪90年代，开关电源相继进入各种电子、电器设备领域，程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源，这更加促进了开关电源技术的迅速开展。可开关电源也存在着电路复杂、射频干扰、电磁干扰大的缺点。随着电子技术的开展，上述缺点正在被逐步抑制。整机电路分
2、为主电路和控制电路。主电路包括输入整流滤波、功率转换和输出整流滤波三个环节。主电路功能是将电网的能量传递给负载。1.开关电源的分类根据分类的原那么不同，开关电源有很多种分类方法：（1） 根据输入输出类型，可分为DC/DC变换器和AC/DC变换器。（2） 根据驱动方式，可分为自励式和他励式。（3） 根据控制方式，可分为脉冲宽度调制式(PWM) 、脉冲频率调制式(PFM)、PWM与PFM混合式。（4） 根据电路组成，可分为谐振型和非谐振型。此外还可分为单端正激式和反激式、推挽式、半桥式、全桥式、降压式、升压式和升降压式等等。2. 电力电子技术在输电系统中的应用1交流输电技术电力电子技术与现代控制技
3、术结合的柔性交流输电技术(FACTS)对电力系统电压、参数(如线路阻抗)、相位角、功率潮流的连续调控可大幅降低输电损耗,提高输电能力和系统稳定水平。FACTS控制器已有数十种,包括静止无功补偿器(SVC)、静止调相机(STAT)、串联补偿器(SSSC)、晶闸管控制串联电容器(TCSC)、统一潮流控制器(UPFC)、可转换静止补偿器(CSC)等,都是通过快速、准确、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)来增强交流输电或电网的运行性能。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,国内也有深入的研究和开发,但只有清华大
4、学和*省电力公司联合开发的20MVA新型静止无功发生器(ASVG)具有自主知识产权。(2)高压直流输电技术(HVDC)远距离高压直流输电优越性很多:一样的电压和导线截面下输出极限功率大(无电抗压降,无稳定性问题),传送一样的功率时损耗小、压降小,线路投资低。但直流输电线路首、末端要接入晶闸管(半控型器件)相控整流和有源逆变器,它们都以三相全控桥电路为根本单元,即由多个三相桥变换器串、并联组合成复合构造变换器,每个三相桥变换器中的A、B、C三相上下桥臂又由许多晶闸管串联组成。1970年世界上第一项晶闸管换流阀试验工程在瑞典建成标志着电力电子技术正式用于直流输电,此后新建直流输电工程均采用晶闸管换
5、流阀。新一代HVDC技术采用GTO、IGBT等可关断器件及脉宽调制(PWM)等技术。因省去了换流变压器,整个换流站可以搬迁,可使中型直流输电工程在较短的输送距离也具有竞争力。而且可关断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)、城市配电系统供电以及接入燃料电池、光伏发电等分布式电源。目前全球已建直流输电工程超过60项,其典型工程有:巴西伊泰普直流输电工程,600kV电压、6300MW 输送功率,均为已投运工程的世界之最;魁北克-新英格兰直流输电工程是世界最大的多端(5个换流站)直流输电工程;挪威-丹麦直流输电工程有世界最长的242km海底电
6、缆。我国的直流输电工程开展迅速,已投入运行的大型工程有:1990年葛洲坝-*直流输电工程,500kV,1200MW,1064km;2001年天生桥-*直流输电工程,500kV,1800MW,980km;2003年三峡-*直流输电工程,500kV,3000MW,890km;2004年三峡-*直流输电工程,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并用脉宽调制技术无源逆变,可向无交流电流的负荷点送电,同时大幅度简化设备,降低造价。世界首个IGBT电压源换流器的轻型直流输电工业性试验工程1997年投运。3静止无功补偿
7、器(SVC)SVC以晶闸管为根本元件的固态开关替代电气开关快速、频繁地控制电抗器和电容器来改变输电系统导纳。不同回路构造的SVC可按控制的对象及方式不同分为晶闸管设切电容器(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5个500kV变电站所用SVC型式为TCR加TSC或机械投切电容器组,容量105170MVA,均非国产;工业应用TCR约20套,容量在1055MVA,小半国产。低压380V 系统有各类TSC型国产无功补偿设备运行,但至今我国的输变电系统仍无国产SVC运行。3.开关电源的开展趋势1高频开关电源的开展趋势在电力电子技术的应用及各种电源系统中, 开关电
8、源技术均处于核心地位。对于大型电解电镀电源, 传统的电路非常庞大而笨重, 如果采用高顿开关电源技术, 其体积和重量都会大幅度下降, 而且可极大提高电源利用效率、节省材料、降低本钱。在电动汽车和变频传动中, 更是离不开开关电源技术, 通过开关电源改变用电频率, 从而到达近于理想的负载匹配和驱动控制。高频开关电源技术, 更是各种大功率开关电源( 逆变焊机、通讯电源、高频加热电源、激光器电源、电力操作电源等) 的核心技术。1.1高频化理论分析和实践经历说明, 电气产品的变压器、电感和电容的体积重量与供电频率的平方根成反比。所以当我们把频率从工频50Hz 提高到20kHz,提高400 倍的话, 用电设
9、备的体积重量大体下降至1/ 20。1.2模块化模块化有两方面的含义, 其一是指功率器件的模块化, 其二是指电源单元的模块化。我们常见的器件模块, 含有一单元、两单元、六单元直至七单元,包括开关器件和与之反并联的续流二极管, 实质上都属于标准! 功率模块(SPM)。近年,有些公司把开关器件的驱动保护电路也装到功率模块中去,构成了智能化功率模块(IPM),不但缩小了整机的体积,更方便了整机的设计制造。1.3数字化在传统功率电子技术中,控制局部是按模拟信号来设计和工作的。在上世纪60、70年代,电力电子技术完全是建立在模拟电路根底上的。但是,现在数字式信号、数字电路显得越来越重要, 数字信号处理技术
10、日趋完善成熟, 显示出越来越多的优点: 便于计算机处理控制、防止模拟信号的畸变失真、减小杂散信号的干扰( 提高抗干扰能力) 、便于软件包调试和遥感遥测遥调, 也便于自诊断、容错等技术的植入。所以对于智能化的开关电源, 需要用计算机控制时, 数字化技术就离不开了。2.4绿色化电源系统的绿色化有两层含义: 首先是显著节电, 这意味着发电容量的节约, 而发电是造成环境污染的重要原因, 所以节电就可以减少对环境的污染; 其次这些电源不能( 或少) 对电网产生污染, 国际电工委员会( IEC) 对此制定了一系列标准, 如IEC555、I EC917、I ECl000 等。事实上, 许多电子节电设备, 往
11、往会变成对电网的污染源:向电网注入严重的高次谐波电流, 使总功率因数下降, 使电网电压耦合许多毛刺尖峰, 甚至出现缺角和畸变。20 世纪末, 各种有源滤波器和有源补偿器的方案诞生, 有了多种修正功率因数的方法。这些为2l 世纪批量生产各种绿色开关电源产品奠定了根底。 目前市场上的开关电源中采用双极性晶体管制成的100HKZ、用MOS-FET制成的500HKZ电源，其频率有待进一步提高。提高开关频率，需要有高速开关元器件。同时为了保证效率，要减少开关损耗。开关速度提高后，会受电路中分布电感和电容或二极管中存储电荷的影响而产生浪涌或噪声。为了控制浪涌，针对不同的情况，可采用R-C或L-C缓冲器、非
12、晶态等磁芯制成的磁缓冲器、谐振式开关。谐振式开关在控制浪涌的同时还可将可开关损耗。在可靠性方面，美国的开关电源生产商通过降低运行电流，降低结温等措施以减少器件的应力，使得产品的可靠性大大提高。假设单独追求高频化，必将导致噪声增大。理论上，采用局部谐振转换电路技术，可实现高频化又可降低噪声。但在这实用化方面存在着技术问题，因此在此领域仍须进展大量研究工作。对于开关电源的模块化开展，可采用模块化电源组成分布式电源系统。电源模块的面世可谓是一大突破，但由于开关频率、功率增加，所产生的EMI噪声、浪涌、功耗也相应地增加。如果在模块的设计上增加滤波器，并以生产工艺、外围模块做支持，也可解决各个问题。当前
13、,电力电子技术已进入高频化,标准模块化,集成化和智能时代。理论和实验证明电气产品的体积与质量反比于供电频率的平方根,频率提高对其设备的制造省材,运行节能和系统性能改善(尤其对航天工业)意义十分深远。电力电子器件高频化是其创新的主导方向,硬件构造的标准模块是器件开展的必然趋势。目前先进模块已和包括开关元件和与其反向并联的续流二极管及驱动保护电路多个单元且均以器件标准化和产品系列化,其一致性与可靠性到达极高水平。现日本三菱、东芝及美国的国际整流器公司已有成熟的IPM 智能化功率模块产品推出。电力电子技术随着新元器件的研发及现代计算机、控制技术的迅速开展而应用领域更加广泛,应用性能更加完善可靠,并引
14、起了电力系统的重大变革,新的大功率电力电子器件的研发和应用将成为21世纪电力研究的前沿。 参考文献1陈坚赵玲编电力电子技术及应用电气工程及其自动化专业函授专升本教材中国电力2006.1 2石新春编电力电子技术中国电力2006.3 3曹丰文X振来祁春清编著电力电子技术根底中国电力出版社2007.8 4汤建新马皓编著电力电子技术实验教程机械工业2007.3 5粟书贤等编著电力电子技术实验机械工业2004.8 6莫正康主编电力电子应用技术第3版机械工业2007.3 7贺益康潘再平编电力电子技术科学2004.4 8浣喜明姚为正编电力电子技术第2版高等教育2004.11 9Muhammed H. Rashid, M. H. RashidPower Electronics : Circuits, Devices, and Applications Prentice Hall Professional Technical ReferenceMay 1993 10王文郁石玉编电力电子技术应用电路机械工业2001.8 11严克宽X仲超编电气工程和电力电子技术化学工业2002.4 - 优选
