电力电子技术应用与成功案例.docx

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电力电子技术应用与成功案例

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电力电子技术的应用范围以及成功事例

电力电子技术就是应用于电力领域的电子技术。

电子技包含信息电子技术和电力电子技术两大分支。

现代电力电子技术的发展方向,是从以低频技术办理问题为主的传统电力电子学,向以高频技术办理问题为主的现代电力电子学方向转

变。

电力电子技术开端于五十年月末六十年月初的硅整流器件,其发展先后经历

了整流器时代、逆变器时代和变频器时代,并促使了电力电子技术在很多新领域

的应用。

八十年月末期和九十年月早期发展起来的、以功率MOSFET和IGBT

为代表的、集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件,表示传统电力

电子技术已经进入现代电力电子时代。

下文是从电力电子技术的应用范围以及成功事例两个方面来介绍电力电子技术

一：

电力电子技术的应用范围

1.1电力有源滤波器

传统的沟通-直流（AC-DC）变换器在投运时,将向电网注入大批的谐波电流,惹起谐波消耗和扰乱,同时还出现装置网侧功率因数恶化的现象,即所谓“电力公害”,比如,不行控整流加电容滤波时,网侧三次谐波含量可达（70~80）%,网侧功率因数仅有0.5~0.6。

电力有源滤波器是一种能够动向克制谐波的新式电力电子装置,能战胜传统LC滤波器的不足,是一种很有发展前程的谐波克制手段。

滤波器由桥式开关功率变

换器和详细控制电路构成。

与传统开关电源的差别是:

（l）不单反应输出电压,还反应输入均匀电流;

1.2不中断电源（UPS）

不中断电源（UPS）是计算机、通讯系统以及要求供应不可以中止场合所一定的一种

高靠谱、高性能的电源。

沟通市电输入经整流器变为直流,一部分能量给蓄电池

组充电,另一部分能量经逆变器变为沟通,经变换开关送到负载。

为了在逆变器故障时还可以向负载供应能量,另一路备用电源经过电源变换开关来实现。

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现代UPS广泛了采纳脉宽调制技术和功率M0SFET、IGBT等现代电力电子器件,电源的噪声得以降低,而效率和靠谱性得以提升。

微办理器软硬件技术的引入,能够实现对UPS的智能化管理,进行远程保护和远程诊疗。

目前在线式UPS的最大容量已可作到600kVA。

超小型UPS发展也很快速,已经

有0.5kVA、lVA、2kVA、3kVA等多种规格的产品。

1.3通讯用高频开关电源

通讯业的快速发展极大的推进了通讯电源的发展。

高频小型化的开关电源及其技术已成为现代通讯供电系统的主流。

在通讯领域中,往常将整流器称为一次电源,而将直流-直流（DC/DC）变换器称为二次电源。

一次电源的作用是将单相或三相

沟通电网变换成标称值为48V的直流电源。

目前在程控互换机用的一次电源中,

传统的相控式稳压电源己被高频开关电源取代,高频开关电源（也称为开关型整

流器SMR）经过MOSFET或IGBT的高频工作,开关频次一般控制在50-100kHz

范围内,实现高效率和小型化。

近几年,开关整流器的功率容量不断扩大,单机容量己从48V/12.5A、48V/20A扩大到48V/200A、48V/400A。

因通讯设备中所用集成电路的种类众多,其电源电压也各不同样,在通讯供电系统中采纳高功率密度的高频DC-DC隔绝电源模块,从中间母线电压（一般为48V直

流）变换成所需的各样直流电压,这样可大大减小消耗、方便保护,且安装、增添特别方便。

一般都可直接装在标准控制板上,对二次电源的要求是高功率密度。

因通讯容量的不断增添,通讯电源容量也将不断增添。

1.4直流-直流（DC/DC）变换器

DC/DC变换器将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压,这类技术被宽泛应用于无轨电车、地铁列车、电动车的无级变速和控制,同时使上述控制获取加快

安稳、快速响应的性能,并同时收到节俭电能的成效。

用直流斩波器取代变阻器

可节俭电能（20~30）%。

直流斩波器不单能起调压的作用（开关电源）,同时还可以起

到有效地克制电网侧谐波电流噪声的作用。

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通讯电源的二次电源DC/DC变换器已商品化,模块采纳高频PWM技术,开关频次在500kHz左右,功率密度为5W~20W/in3。

跟着大规模集成电路的发展,要求电源模块实现小型化,所以就要不断提升开关频次和采纳新的电路拓扑构造,目前

已有一些公司研制生产了采纳零电流开关和零电压开关技术的二次电源模块,功率密度有较大幅度的提升。

1.5变频器电源

变频器电源主要用于沟通电机的变频调速,其在电气传动系统中据有的地位日趋重要,已获取巨大的节能成效。

变频器电源主电路均采纳沟通-直流-沟通方案。

工频电源经过整流器变为固定的直流电压,而后由大功率晶体管或IGBT构成的PWM高频变换器,将直流电压逆变为电压、频次可变的沟通输出,电源输出波形近似于正弦波,用于驱动沟通异步电动机实现无级调速。

国际上400kVA以下的变频器电源系列产品已经问世。

八十年月早期,日本东芝公司最初将沟通变频调速技术应用于空调器中。

至1997年,其据有率已达到日本家用空调的70%以上。

变频空调拥有舒坦、节能等长处。

国内于90年月早期开始研究变频空调,96年引进生产线生产变频空调器,渐渐形成变频空调开发生产热门。

估计到2000年左右将形成热潮。

变频空调除了变频电源外,还要求有适合于变频调速的压缩机电机。

优化控制策略,优选功能组件,是空调变频电源研制的进一步发展方向。

1.6高频逆变式整流焊机电源

高频逆变式整流焊机电源是一种高性能、高效、省材的新式焊机电源,代表了此刻焊机电源的发展方向。

因为IGBT大容量模块的商用化,这类电源更有着广阔的应用远景。

逆变焊机电源多半采纳沟通-直流-沟通-直流（AC-DC-AC-DC）变换的方法。

50Hz沟通电经全桥整流变为直流,IGBT构成的PWM高频变换部分将直流电逆变为20kHz的高频矩形波,经高频变压器耦合,整流滤波后成为稳固的直流,供电弧使

用。

因为焊机电源的工作条件恶劣,屡次的处于短路、燃弧、开路交替变化之中,所以

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高频逆变式整流焊机电源的工作靠谱性问题成为最重点的问题,也是用户最关怀的问题。

采纳微办理器做为脉冲宽度调制（PWM）的有关控制器,经过对多参数、多信息的提取与剖析,达到预知系统各样工作状态的目的,从而提早对系统做出调整和办理,解决了目前大功率IGBT逆变电源靠谱性。

外国逆变焊机已可做到额定焊接电流300A,负载连续率60%,全载电压60~75V,电流调理范围5~300A,重量29kg。

1.7大功率开关型高压直流电源

大功率开关型高压直流电源宽泛应用于静电除尘、水质改进、医用X光机和CT

机等大型设备。

电压高达50~l59kV,电流达到0.5A以上,功率可达100kW。

自从70年月开始,日本的一些公司开始采纳逆变技术,将市电整流后逆变为3kHz左右的中频,而后升压。

进入80年月,高频开关电源技术快速发展。

德国西门子公司采纳功率晶体管做主开关元件,将电源的开关频次提升到20kHz以上。

并将干式变压器技术成功的应用于高频高压电源,撤消了高压变压器油箱,使变压器系统的体积进一步减小。

国内对静电除尘高压直流电源进行了研制,市电经整流变为直流,采纳全桥零电流开关串连谐振逆变电路将直流电压逆变为高频电压,而后由高频变压器升压,最后整流为直流高压。

在电阻负载条件下,输出直流电压达到55kV,电流达到15mA,工作频次为25.6kHz。

二：

应用电力电子技术的成功事例

2.1电力自动化赔偿技术

电力电子技术、智能控制技术和信息通讯技术的不断发展，带动了很多电力新技术、新设备的不断出现，最近几年来跟着城乡电网改造的进行，智能无功赔偿技术在各地低压配电网的公用配变被宽泛应用，它集低压无功赔偿、综合配电监测、配

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电台区的线损计量、电压合格率的查核、谐波监测等多种功能于一身；同时还充足考虑了与配电自动化系统的联合。

传统的低压无功赔偿技术收集单调信号，采纳三相电容器，三相共补这类赔偿方式合用于负荷主若是三相负载（电动机）的场合，但若是目前的负载主要为居民用户，三相负荷很可能不均衡。

那么各相无功需量也不一样，采纳这类赔偿方式会在不一样程度上出现过补或欠补。

投切开关多采纳沟通接触器其弊端是响应速度较慢，在投切过程中会对电网产生冲击涌流，使用寿命短。

无功控制策略控制物理量多为电压、功率因数、无功电流，投切方式为：

循环投切、编码投切。

这类策略没有考虑电压的均衡关系与地区的无功优化。

往常不具备配电监测功能采纳智能型无功控制策略收集三相电压、电流信号，追踪系统中无功的变化，以无功功率为控制物理量，以用户设定的功率因数为投切参照限量，依照模糊控制理论智能选择电容器组合，智能投切是针对星—角联合状况。

电容投切控制采纳智能控制理论，自动及时地投切电容赔偿，赔偿无功功率容量。

依据配电系统三相中每一相无功功率的大小智能选择电容器组合，依照“取平补齐”的原则投入电网，实现电容器投切的智能控制，使赔偿精度高。

2.3.1科学的电压限制条件可设定的过、欠压保护值，可设置禁投（低谷高电压）、禁切（顶峰低电压）电压值，具缺相保护功能，以无功功率为投切门限值。

2.3.2可设置投切延时延不时间可调（既可支持快速追踪无功赔偿，也可支持稳态赔偿），同组电容投切动作时间间隔可设置，对快速追踪赔偿可设置为零。

集成综合配电监测功能综合配电监测功能集配电变压器电气参数丈量、记忆、通讯于一体，是一套比较完好的配电运转参数丈量机构，是低压配电电网中查核单元线损的理想手段。

它能随时为电网治理人员供应所需要的各种数据，是为电网的安全运转和经济运转供应靠谱的治理依照，是配电电网自动化系统的基本构成部分。

主要功能以下：

及时监测配变三相数据：

电压、电流、功率、功率因数、频次（1～3次谐波）；累计数据记录、整点数据记录和统计数据记录功能，累计计量有功、无功电量；查问统计剖析功能并依据输入条件生成各样报表、曲线、棒图、饼图。

一般都配有有关的后台处

理软件，大部分可实现网络多机操作与数据共享。

集成电压监测功能依据电压检测仪标准进行采样与数据统计办理，便于用户查核电压合格率，可用于电压监测查核。

集成在线谐波监测功能较好一点的监测终端采纳DSP作为CPU，应用FFT快速傅立叶算法，可精准计算丈量出电压、电流、功率因数、有功及无功电量等

配电参数，还可以够剖析1～3次谐波，从而实此刻线的谐波监测功能，该数据可依据用户要求在后台软件长进行剖析办理。

总之，跟着科技的快速发展进步，高科技公司的增添，电力公司在怎样更好地满

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足用户不断提升的需求的同时，还要对用户电网进行更全面的治理、监控，在这个过程中，将有各样新技术、新设备发展起来，将来的无功赔偿技术将会更为经济有效。

2.2：

电力设备远程监测控制系统设计

电力设备监控系统能把当地必需的运转信息供应给远方监控系统，特别是对于开关以及保护等行为的信息，以便使当时的值班人员和相应的系统调动人员对其进行及时剖析，及时掌握安全控制和设备故障办理等隐蔽信息，还可以够使变配电的损失获取降低，同时也使供电的质量获取了提升。

跟着电力行业有关领域的技术发展及管理水平的每日提升，多半变电站的配电室

也都已经有了配套的电力监控系统，但多是集中柜式的，靠谱性和保护等方面都不尽善尽美，人机控制界面也其实不像想象中的那么友善，还有办理数据的能力较差等一系列的问题，所以，新式的分布式网络形式的变电站电力设备监控系统的研发和应用变得十分有必需，从而使变电站电力设备的综合控制功能获取较好的改良。

1分布式电力监控系统的基本构造框架分布式的电力设备监控系统是指，

把电力线路监控仪采纳网络化的组合形式进行整合，主机采纳的是IBMPC586

工业控制机。

分布式电力设备监控系统的主要设备有：

若干台线路监控仪、

IBMPC586工业控制机、网络通讯接口和调制解调器。

此分布式电力设备监控系统保护起来比较简单，充足的利用了主机软、硬件等资源，并可与调动中心获得联系。

2线路监控仪---监控功能的实现机理电力设备监控系统拥有遥控和遥测的

功能，达成了对电力设备的监测控制任务，能够将电力设备的对于地理分布、运转控制和性能状态等内容的数据会合到一处，而后经过远程网络传输到电力系统

的控制中心，并成立起相应的及时数据库，还可以够连结到互联网上随意一台计算机，及时地监控电力设备的运转状况。

电力设备远程监控系统的硬件构成。

由一个上位机和若干个下位机构成，且他们之间的数据通讯采纳GPRS进行。

各构件的部署地点：

上位机在监控系统的管理中心，下位机则在电力设备的现场，且各

个下位机构成一个独立的远程控制终端。

下位机内有与电表进行RS-485数据传输通讯的网络接口，以及各样传感器和输入-输出开关的接口等，以便配合电力

设备自己带有的二次仪表。

下位机与上位机构成了两级的分布式电力设备控制系统，上位机拥有工程师操作站的功能，达成遥控、遥测、故障剖析、以及数据检索等任务。

下位机是及时控制和在线控制的，它实现了远程数据的通讯和电力设

备的开关控制等功能，还对电力设备的电流等参数进行及时的检测。

3电力设备

的远程图像收集终端电力设备的远程图像监控系统包含：

远程图像收集终端、

CDMA数据网络、Internet互联网通讯和网络中心四部份，它们为及时传输控制命令和图像等数据供应了必需的传输通道。

第一，网络中心发出相应的控制命令，

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而后，远程控制采纳某些方式进行电力设备图像的获取，也就是在终端拍摄到的

对于电力设备的相应图片和视频等信息，借来来，再经由CDMA数据网络传输

给Internet互联网，最后，本来IP地址已经固定好的网络终端接收到相应的数据信息，从而形成了实质意义上的电力设备的远程监控系统。

远程图像收集终端的构成包含：

图像获取设备、外头电路、单片机和CDMA通讯网络模块四部分，硬件连结如图1所示。

它的功能主要包含下边几点：

实现了自动报警和准时控制方式下的照片拍摄功能；利用USB数据接口进行硬件连结，再获取实用的图像

信息，并对其进行必需的信息分解，挨次按，第一UDP，其次IP，再次PPP网

络协议的次序对已经切分好的信息打包；CDMA通讯模块与CDMA网络无线连

接，达成了图像数据等的接收和发送，而后存取数据中的IP物理地址。

电力电容器保护

电力电容器是一种静止的无功赔偿设备。

它的主要作用是向电力系统供应无功功

率，提升功率因数。

采纳就地无功赔偿，能够减少输电线路输送电流，起到减少

线路能量消耗和压降，改良电能质量和提升设备利用率的重要作用。

现将电力电

容器的保护和运转管理中一些问题，作一简介，供参照。

电力电容器的保护

（1）电容器组应采纳适合保护措施，如采纳均衡或差动继电保护或采纳刹时作用过电流继电保护，对于3.15kV及以上的电容器，一定在每个电容器上装置独自

的熔断器，熔断器的额定电流应按熔丝的特征和接通时的涌流来选定，一般为1.5倍电容器的额定电流为宜，以防备电容器油箱爆炸。

论文百事通

（2）除上述指出的保护形式外，在必需时还可以够作下边的几种保护：

①假如电压高升是常常及长时间的，需采纳措施使电压高升不超出倍额定电压。

②用适合的电流自动开关进行保护，使电流高升不超出倍额定电流。

③假如电容器同架空线联接时，可用适合的避雷器来进行大气过电压保护。

④在高压网络中，短路电流超出20A时，而且短路电流的保护装置或熔丝不可以靠谱地保护对地短路时，则应采纳单相短路保护装置。

（3）正确选择电容器组的保护方式，是保证电容器安全靠谱运转的重点，但不论采纳哪一种保护方式，均应吻合以下几项要求：

①保护装置应有足够的敏捷度，不论电容器组中单台电容器内部发生故障，仍是部分元件破坏，保护装置都能靠谱地动作。

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②能够有选择地切除故障电容器，或在电容器组电源所有断开后，便于检查出已破坏的电容器。

③在电容器停送电过程中及电力系统发生接地或其余故障时，保护装置不可以有误动作。

④保护装置应便于进行安装、调整、试验和运转保护。

⑤耗费电量要少，运转花费要低。

（4）电容器不一样意装设自动重合闸装置，相反响装设无压开释自动跳闸装置。

主若是因电容器放电需要一准时间，当电容器组的开关跳闸后，假如立刻重合闸，电容器是来不及放电的，在电容器中便可能残余着与重合闸电压极性相反的电

荷，这将使合闸瞬时产生很大的冲击电流，从而造成电容器外壳膨胀、喷油甚至爆炸。

电力电容器的接通和断开

（1）电力电容器组在接通前应用兆欧表检查放电网络。

（2）接通和断开电容器组时，一定考虑以下几点：

①当汇流排（母线）上的电压超出倍额定电压最大同意值时，严禁将电容器组接入电网。

②在电容器组自电网断开后1min内不得从头接入，但自动重复接入状况除外。

③在接通和断开电容器组时，要采纳不可以产生危险过电压的断路器，而且断路器的额定电流不该低于倍电容器组的额定电流。

电力电容器的放电

（1）电容器每次从电网中止开后，应当自动进行放电。

其端电压快速降低，不论

电容器额定电压是多少，在电容器从电网上断开30s后，其端电压应不超出65V。

（2）为了保护电容器组，自动放电装置应装在电容器断路器的负荷侧，并常常与

电容器直接并联（中间严禁装设断路器、隔走开关和熔断器等）。

拥有非专用放电装置的电容器组，比如：

对于高压电容器用的电压互感器，对于低压电容器用的白炽灯泡，以及与电动机直接联接的电容器组，能够不另装放电装置。

使用灯泡时，为了延伸灯泡的使用寿命，应适合地增添灯泡串连数。

（3）在接触自电网断开的电容器的导电部分前，即便电容器已经自动放电，还一定用绝缘的接地金属杆，短接电容器的出线端，进行独自放电。

运转中的电容器的保护和养护

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（1）电容器应有值班人员，应做好设备运转状况记录。

（2）对运转的电容器组的外观巡视检查，应按规程规定每日都要进行，如发现箱壳膨胀应停止使用，免得发生故障。

（3）检查电容器组每相负荷可用安培表进行。

（4）电容器组投入时环境温度不可以低于-40℃，运转时环境温度1小时，均匀不超出

+40℃，2小时均匀不得超出+30℃，及一年均匀不得超出+20℃。

如超出时，应

采纳人工冷却（安装电扇）或将电容器组与电网断开。

（5）安装地址的温度检查和电容器外壳上最热门温度的检查能够经过水银温度计等进行，而且做好温度记录（特别是夏天）。

（6）电容器的工作电压和电流，在使用时不得超出倍额定电压和倍额定电

流。

（7）接上电容器后，将惹起电网电压高升，特别是负荷较轻时，在此种状况下，应将部分电容器或所有电容器从电网中止开。

2.4：

三相电动机调速与制动问题

纲要:

三相异步电机主要用作电动机，拖动各样生产机械。

三相异步电动机的调

速方法有变极调速、变频调速和变转差率调速。

此中变转差串调速包含绕线转子异步电动机的转子串接电阻调速、串级调速和降压调速。

三相异步电动机有三种制动状态：

能耗制动、反接制动（电源两相反接和倒拉反转）和回馈这三种制动状态的机械特征曲线、能量变换关系及用途、特色等均与直流电动体制动状态。

本文主要针对变频调速及能耗制动作出了详尽研究.

1.电动机调速

在电力拖动调速系统中，特别是在宽调速和快速可逆拖动系统中，多采纳直流电动机拖动，其原由是直流电动机拥有优秀的调速性能。

可是，直流电动机存在价

格高、保护困难、需要特意的直流电源等一系列弊端。

对比之下，沟通电动机具

有价钱低、远行靠谱、保护方便等一系列长处，所以在各个应用领域都希望尽可

能采纳沟通电动机拖动。

最近几年来，因为电力电子技术和计算机技术的发展，使得

+沟通调速技术日趋成熟，沟通调运装置的容量不断扩大，性能不断提升，使得

沟通调速已显示出逐渐取代直流调速的趋向。

三相异步电动机除了运转于电动状态外，还常常运转于制动状态。

运转于电动状态时，Tem与n同方向，Tem是驱动转矩，电动机从电网汲取电能并变换成机械

能从轴上输出，其机械特征位于第一或第＝象限。

运转于制动状态时，Tem与n

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反方向，Tem是制动转矩，电动机从轴上汲取机械能并变换成电能，该电能或耗费在电机内部，或反应回电网，其机械特征位于异步电动体制动的目的是使电力拖动系统快速泊车或许使拖动系统赶快减速，对于位能性负载，制动运转可获取稳固的降落速度。

能耗制动

假如三相异步电动机定子绕组断开三相电源后，则电机内无磁通势。

从而电磁转矩＝0，电动机在负载转矩作用下，自然泊车，这是自然制动过程。

能耗制动的电路原理图如图2-1所示，三相异步电动机定子绕组切断三相沟通电源后（1K断开），同时，在定子绕组随意两相上接入直流电流（也称直流励磁电

流），即接通开关2K，从而在电机内形成一个不旋转的空间地点固定的磁通势，最大幅值为。

在三相沟通电源切断后的瞬时，电动机转子因为机械惯性其转速不可以突变，而连续保持原逆时针方向旋转。

此时，直流电流产生的空间固定不转的磁通势相对于旋转的转子是一个旋转磁通势；旋转方向为顺时针，转速大小为。

这类相对运动致使了转子绕组有感觉电动势，并产生电流和电磁转矩，依据左手定章可知，的方向与磁通势相对于转子的旋转方向是同样的，但与转速的方向相反，电动机处于制动运转状态，电机转速快速降落，直到转速时，磁通势与转子相对静止，＝0,＝0,,减速过程结束，电动机将停转，实现了快速制动泊车。

假如负载是抗争性负载，则电机转速将泊车。

假如负载是位能性负载，则电机转速时一定立刻用机械抱闸，将电机轴刹住泊车。

2.5：

继电保护体系以及检修措施

最近几年来,跟着计算机技术和通讯技术的发展,电力系统继电保护在原理上和技术上

都有了很大的变化。

靠谱性研究是继电保护及自动化妆置的重要要素,因为电力系统的容量愈来愈宏大,供电范围愈来愈广,系统构造日趋复杂,继电保护动作的靠谱性就显得尤其重要,对继电保护靠谱性的研究与商讨就很有必需。

基于继电保护的重要性,对其按期进行预防性试验是完好必需的,决不可以不过在出现不正确

动作后再去剖析和修复。

所以对继电保护检修策略及措施也很重要。

:

1、影晌继