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1、 A 基础理论 B 应用研究 C 调查报告 D 其他本科生毕业论文（设计）电力电子技术在节约能源领域的应用二级学院：信息科学与技术学院专 业：电气工程及其自动化完成日期：2015年5月24日目录1 绪论11.1 研究背景和意义11.2 电力电子技术简介11.3 主要研究内容12 电力电子技术在电力系统的应用22.1 在发电环节的应用22.1.1 发电厂风机水泵的变频调速22.1.2 太阳能光伏发电控制系统22.1.3 水力和风力发电机的变速恒频励磁32.1.4 对发电机的静止励磁进行控制32.2 在输电环节的应用32.2.1 高压直流输电(HVDC)32.2.2 柔性交流输电(FACTS)42
2、.2.3 静止无功补偿器(SVG)52.2.4 有源电力滤波器62.3 在配电环节的应用72.4 小结83 电力电子技术在家用电器的应用83.1 变频技术的节能应用83.1.1 变频家电的节能原理83.1.2 交流变频调速83.1.3 直流调压调速93.2 开关电源的节能应用93.2.1 开关稳压电源的工作原理93.2.2 开关电源的节能优势103.2.3 开关电源的应用103.3 电力电子技术在照明中的节能应用103.3.1 照明节能综述103.3.2 推广使用节能灯进行节能113.3.3 利用电力电子及传感技术进行采光节能113.3.4 加大LED等节能新光源的研发113.4 电力电子技术
3、在推广绿色照明工程的作用113.5 小结124 电力电子技术在节能环保的应用124.1 电力电子节能的关键技术124.1.1 开关变频技术124.1.2 利用软开关提高电力电子装置的效率134.1.3 高频技术134.1.4 有源功率因数校正技术134.1.5 其他提高能源利用率的技术144.2 电力电子技术在节能中的应用144.3 电力电子技术在环保中的应用154.3.1 风力发电的环保效果154.3.2 太阳能发电的环保效果154.3.3 在其他新能源领域中的环保154.4 电力电子技术的节能的数据比较164.5 小结165 采用变频器实现调速节能175.1 变频器的调速及节能原理175.
4、1.1 变频器的调速原理175.1.2 变频器的节能原理175.2 变频器调速节能估算195.2.1 风机、泵类平方转矩负载的变频调速节能195.2.2 恒转矩负载的调速节能195.2.3 液力耦合器调速系统的节能205.2.4 变频调速节能效益11205.3 小结216 电力电子在风电场中的应用226.1 SVG/SVC装置在风电场的应用226.2 高压直流输电在风电场的应用226.3 电力电子在风电场并网、恒频恒速发电、变速恒频发电的应用226.3.1 在风电并网技术应用226.3.2 在恒频恒速发电系统的应用236.3.3 在变速恒频发电系统的应用236.4 不间断电源(UPS)在风电场
5、的应用246.5 小结247 总结25参考文献26附 录27附录A：某风电场一次电气主接线图27致谢电力电子技术在节约能源领域的应用摘 要: 本文从节约能源的角度出发，介绍了电力电子技术在电力系统、家用电器等领域的应用，阐述变频器和软开关的节能增效作用。通过数据比较，探讨电力电子技术在节能环保方面的应用以及在推广绿色照明工程等方面所起的作用。关键词：节能；绿色照明；电力电子技术；软开关；变频器The Application of Power Electronics Technology in the Area of Energy ConversationAbstract: This paper
6、 is anticipated to present the application of power electronics technology in power systems and household appliances. And to interpret the energy saving synergistic effect of inverter and soft switch. As compared with the data, this paper approaches the effect of the power electronics technology in
7、application of energy conversation and environmental protection as well as the promotion of green lighting engineering.Key Words: energy conversation; green lighting; power electronics technology; soft switch; inverter1 绪论1.1 研究背景和意义如今，能源紧缺已得到越来越多的关注，我国已经出台多项开发利用新能源的政策。在现有技术发展前提下，新能源电力取得了很大的业绩，但是如何使
8、其得到更大范围的应用，还有很多关键技术问题急需解决这就需要电子电力技术的各企业建立起达到世界先进水平的、创新能力强大的电力电子产业，为我国新能源事业的发展保驾护航，为社会经济的发展作出贡献，让科技发挥出服务人类的作用。当前，现代工业能源与电力相结合的越来越密切，电力正以清洁、稳定、利用率高以及适用范围广的众多优点，已在现代工业的各个方面得到广泛利用，电能已是现代工业的动力之源与能量之泉。据相关数据，近几年来，我国的工业用电总量正以每年15.9%的速度猛增，然而在很多发展中国家，工业用电还不够合理，特别是在用电效率低、浪费严重。在世界化石能源日益枯竭的今天，降低电能消耗对于解决能源问题意义重大，
9、而提高电源效率、降低电源消耗的根本途径就是运用现代化电力电子技术来提高效率，优化性能，还节约原材料。电力电子技术对世界的能源安全有着至关重要的作用1。1.2 电力电子技术简介电力电子技术是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术，它是一项综合了控制、电力、电子等于一体的技术，它利用大功率电子器件对能量进行高效变换，控制其输出，从而为各种用电设备提供所需要的电源。它的核心是电能形式的转换，它使电网的工频电能最终转换成不同性质、不同用途的电能，以适应千变万化的用电装置的不同需要。电能经过电力电子技术处理之后，不仅可以提高效率，优化性能，还节约原材料，因此在节约能源方面，电力电子技术有很大的发挥余
10、地。1.3 主要研究内容本文主要研究电力电子技术在电力系统、家用电器等领域的应用。通过数据比较，探讨电力电子技术如何在节能环保方面的应用。研究电力电子技术在采用软开关技术提高电力电子装置效率；采用变频器实现调速节能；电力电子技术在推广绿色照明工程等方面所起的作用以及电力电子在风电场中的应用。2 电力电子技术在电力系统的应用2.1 在发电环节的应用2.1.1 发电厂风机水泵的变频调速发电厂风机水泵的耗电量占整个发电设备耗电量的一半以上，且其运行的效率非常低。对发电厂风机水泵进行变频调速可以降低其耗电量，从而实现节能。风机水泵类负载多是根据满负荷工作需用量来选型，实际应用中大部分时间并非工作于满负
11、荷状态。采用变频器直接控制风机、泵类负载是一种最科学的控制方法，利用变频器内置PID调节软件，直接调节电动机的转速保持恒定的水压、风压，从而满足系统要求的压力。当电机在额定转速的80%运行时，理论上其消耗的功率为51.2%，去除机械损耗、电机铜、铁损等影响。节能效率也接近40%，同时也可以实现闭环恒压控制，节能效率将进一步提高。由于变频器可实现大的电动机的软停、软起，避免了启动时的电压冲击，减少电动机故障率，延长使用寿命，同时也降低了对电网的容量要求和无功耗损2。2.1.2 太阳能光伏发电控制系统图2-1 太阳能光伏并网发电系统太阳能作为一种新能源，它是未来能源结构调整的方向和重要战略方式。大
12、功率太阳能发电，不管是并网还是独立系统，一般都要进行直流电向交流电的转换。因此，太阳能控制系统的核心是电力电子技术中的逆变器。由于太阳能电池仅仅在白天光照条件下才能输出能量，根据负载的需求，系统一般选用铅酸蓄电池作为储能条件来提供夜间所需要的电力，所以独立供电的太阳能光伏系统由太阳能电池、蓄电池、负载和控制器组成。系统控制部分通常由充电电路、放电电路和状态控制电路3部分组成。并网系统通常都没有储能环节，而是直接由并网逆变器接太阳能电池和电网，如图2-1，并网逆变器的基本功能都是一样的，那就是，在太阳能电池输出范围内变化时，能够始终以最高的效率将太阳能电池输出的低压直流电转化成与电网匹配的交流电
13、送入电网。2.1.3 水力和风力发电机的变速恒频励磁水头的流量和压力决定了水力发电机的有效功率，机组的转速随着水头的变化幅度发生变化。风力发电的有效功率与风速之间是三次方正比的关系。对机组进行变速运行，可使风力发电获得最大有效功率。此外，对转子励磁电流的频率进行调整，可确保输出频率恒定。水力和风力发电机的变速恒频励磁技术的核心在于变频电源。在风力发电中，大量使用的是永磁直驱发电机和双馈异步发电机。在永磁直驱发电机中，通过大功率的变频器将发电机发出来的电转换成恒频恒压的高压交流电进行并网；在双馈异步发电机中，定子和转子均进行励磁发电，定子发出来的电直接通过35kV变压器并网，转子连接变频器再连接
14、电网。由转速可知，通过转子的机械转速与三相交流电流在转子表面产生的旋转磁场的转速(两者方向可以相同或相反)之和等于电网频率为50Hz的发电机的同步转速，即=，此时在发电机定子绕组中感应出频率为50Hz的交流电，从而实现变速恒频励磁发电。2.1.4 对发电机的静止励磁进行控制静止励磁具有造价低、结构简单和可靠性强等特点，采用的工具与解决方案是晶闸管整流自并励的方式，静止励磁在世界各大电力系统中被广泛应用。电力电子技术对大型发电机的改善，省去了励磁机，从而达到了快速调节的目的，为大型发电机的静止励磁控制创造了有利的条件，并获得了良好的效果1。2.2 在输电环节的应用2.2.1 高压直流输电(HVD
15、C)(1) 原理和典型结构原理：发电厂输出交流电，由变压器(换流变压器)将电压升高后送到晶闸管整流器，由晶闸管整流器将高压交流变为高压直流，经直流输电线路输送到电能的接受端。在受端电能又经过晶闸管逆变器由直流变回交流，再经变压器降压后配送到用户。(2) HVDC优点：高压直流输电具有传输功率大、线路造价低、控制性能好等优点，是目前解决高电压大容量、长距离输电和异步联网的重要手段。直流输电架空线路的造价低、损耗小，不存在交流输电的稳定性问题，可以实现额定频率不同的电网的互联，易于实现地下或海底电缆输电，易于进行潮流控制，便于分级分期建设和增容扩建。更有利于系统控制。(3) HVDC节能原理：直流输电线导体没有集肤效应，不受输电线路的感性和容性参数的限制。直流
