电力电子系统的组成_电力电子技术的应用

屈育成 2020-08-12 20798

电子说

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描述

　　电力电子系统的组成

　　电力电子系统是由主电路和控制电路组成的。

　　主电路中的电压和电流一般都较大，而控制电路的元器件只能承受较小的电压和电流。

　　因此在主电路和控制电路连接的路径上，如驱动电路与主电路的连接处，或者驱动电路与控制信号的连接处，以及主电路与检测电路的连接处，一般需要进行电气隔离，而通过其它手段如光、磁等来传递耦合。

　　由于主电路中往往有电压和电流的过冲，而电力电子器件一般比主电路中普通的元器件要昂贵，但承受过电压和过电流的能力却要差一些。

　　因此，在主电路和控制电路中附加一些保护电路，以保证电力电子器件和整个电力电子系统正常可靠运行，也往往是非常必要的。

　　器件一般有三个端子（或称极），其中两个联结在主电路中，而第三端被称为控制端（或控制极）。器件通断是通过在其控制端和一个主电路端子之间加一定的信号来控制的，这个主电路端子是驱动电路和主电路的公共端，一般是主电路电流流出器件的端子。

　　电力电子技术的应用

　　在发电环节中的应用

　　在电力系统中，包括发电环节在内的多种设备，是将来应用该技术的主要环节，主要是进行改善和应用这些设备。

　　（1）大型发电机的静止励磁具有安全性高、结构简单和成本廉价等优点，其控制静止励磁是采用的闸管整流并自励方式，此方式在各行业的大电力系统得到广泛采用。因为励磁机的中间惯性部分被去掉了，所以具备快速性调节性能，可以产生良好控制效果和充分发挥其性能。

　　（2）风力和水力发电机的变速恒频励磁。用水力进行发电的有效功率基本是由水头压力和流量决定的。在水头变化较大时，机组最优的转速也会跟着发生变化。风力发电的有效功率主要是和风速的三次方有关系，是正比关系，风车捕捉最大风能的转速随风速而变化。要使机组变速运行，取得最大的有效功率，可以通过改变转子励磁电流的频率，使其与转子转速、输出的频率恒定。该应用的核心技术主要是变频电源。

　　在节电方面的应用

　　（1）变负荷电动机调速运行。电动机节电主要是表现在两个方面：一个是电动机本身挖掘节电潜力;另一个是通过变负荷电动机的调速技术。只有将二者结合起来，才使得电动机节电方面变得较完善。交流调速目前在矿山和冶金等行业的电力系统中应用较为广泛。

　　（2）减少无功损耗，提高功率因数。在电气设备中，其器具包括变压器在内的主要设备都是属于感性负载。他们在运行时，不但消耗电气设备的有功功率，还消耗它的无功功率。无功电源和有功电源是一样的，是用来保证电能质量的重要环节。所以，当电气设备中的无用功的容量比较小时，应该增装无功补偿设备，从而使得设备功率因数得到很大的提高。

　　在输电环节中的应用

　　（1）通信用高频开关电源。通信业的进步和飞速发展，在很大程度上推动了通信电源的高速发展。在通信技术中，一次电源通常为整流器，而二次电源为直流—直流变换器。在通信设备中，电源电压不同，集成电路的种类也多;因此，在通信供电系统中，从中间母线电压，将变换成所需的各种各样的直流电压，这样才可以减小损耗，能较为方便的增加和安装设备。

　　（2）直流-直流（DC/DC）变换器。DC/DC变换器是一个将固定的直流电压转换成可以变动的直流电压，在地铁列车和无轨电车无级变速的控制上该技术已经成功的应用了，同时使上述控制获得加速平稳、快速响应的性能。将直流斩波器用来代替变阻器，可以节约电能达到30%左右，效果很好。直流斩波器不仅可以起到能够调节电压的作用（如开关电源），而且还可以对电网侧谐波电流噪声进行有效地控制和抑制，使调节和控制效果取得了明显的进步。

　　（3）直流输电技术。直流输电、轻型直流输电技术具有很多优点：有较大的输电容量，能灵活的进行调节和控制，并且稳定性能极好等。同时，电压直流输电所具有的的独特优势是：可以利用海底电缆输电;并能进行远距离输电;还可以将不同频率系统进行联网。在上个世纪七十年代，电力电子技术正式应用在直流输电上，起源于世界上第一个晶闸管换流器的诞生。从那往后，在生产实践中所用到的`直流输电工程基本上都是用的晶闸管换流阀。

　　在配电环节中的应用

　　目前，能否进行可靠性供电，到底如何进行加强和提高电能质量，是现在配电系统中所需要迫切解决的问题，要抑制各种瞬态的波动和干扰才可以使电能质量得到控制，同时还要满足频率和谐波以及电压的不对称度的要求。用户电力技术（DFACTS）是在柔性交流输电技术（FACTS）的各项技术成熟以后，在此基础上发展起来的，并能对电能质量进行控制的一项新技术;它是现代控制技术和电力电子技术在配电系统中的主要应用。由于DFACTS设备其原理、结构、功能与FACTS比较相似，根据市场的需求，其使用范围会逐渐广泛，再加上电力电子器件价格越来越廉价，可以预计DFACTS设备产品将快速进入一个高速发展的阶段。

　　改造传统产业和发展机电一体化等新兴产业

　　根据世界上较为发达的国家进行的预测和判断，今后将有百分之九十以上的电能需要利用电力电子技术进行处理之后，才可以进行使用。电力电子技术与百分之九十五的现代的工业以及各种民用的机电设备有很大的关系。特别指出的是，电力电子技术是一个用弱电来控制强电的载体，同样也是计算机技术与机电设备之间进行接口的重要瓶颈。该技术可以为传统产业和新兴产业将来采用微电子技术创造有利的条件和强大的技术支持，还可以为将来充分发挥计算机技术的优势奠定强有力的技术条件和基础。

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