电力电子技术在电力系统中的应用

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1、商丘工学院2012届毕业生毕业论文（设计）编号：商丘工学院毕业论文（设计）题目：电力电子技术在电力系统中的应用院（系）：机电工程学院专业：机电一体化班级：机电一体化6班姓名：臧猛猛指导老师：刘琳成绩：日期：年月日I商丘工学院2012届毕业生毕业论文（设计）摘要电力电子技术是电工技术中的新技术，是电力与电子技术（强电和弱电技术）的融合，已在国民经济中发挥着巨大作用，对未来输电系统性能将产生巨大影响。在各种高质量、高效、高可靠性的电源中起关键作用的是现代电力电子技术的具体应用。当前,电力电子作为节能、节才、自动化

2、、智能化、机电一体化的基础,正朝着应用技术高频化、硬件结构模块化、产品性能绿色化的方向发展。在不远的将来,电力电子技术将使电源技术更加成熟、经济、实用,实现高效率和高品质用电相结合。目前电力电子技术的应用已涉及电力系统的各个方面，包括发电环节、输配电系统、储能系统等等。关键词：电力电子技术变速恒频高压直流输电光伏发电21商丘工学院2012届毕业生毕业论文（设计）目录摘要I目录II第一章发电环节11.1大型发电机的静止励磁控制11.2水力、风力发电机的变速恒频励磁11.3发电厂风机水泵的变频调速21.4太阳能发

3、电控制系统4第二章输电环节122.1柔性交流输电技术（FACTS）122.2高压直流输电技术（HVDC）122.3静止无功补偿器（SVC）13第三章配电环节14第四章储能装置154.1储能电站（配合光伏并网发电应用）详细方案154.1.1系统架构154.1.2储能子系统164.2储能电池组164.2.1电池选型原则164.2.2主要电池类型比较174.3建议方案18第五章其他应用195.1同步开断技术195.2直流电源195.3不间断电源（UPS）和各种AC—DC、DC—AC开关电源195.4各种频率的全固态

4、化交流电源19总结20参考文献2121商丘工学院2012届毕业生毕业论文（设计）第一章发电环节电力系统的发电环节涉及发电机组的多种设备，电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。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。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

5、和流量，当水头的变化幅度较大时（尤其是抽水蓄能机组），机组的最佳转速亦随之发生变化。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。据江西省政府介绍，1．5ＭＷ直驱永磁变速恒频风电机组是由江西麦德风能有限公司研究开发，与其他类型风电机组，具有发电效率高等优势。同时，作为江西首家大型风电机组制造企业，江西麦德风能有限公司已建成中国第一个兆瓦

6、级低速风力发电机全功率试验中心。随着各地不断加大能源结构调整力度，推行节能减排，风电作为清洁能源正越来越受到人们的青睐。据了解，“十一五”期间，中国每年需要4000多台1．5ＭＷ风电机组。但目前中国自产量只有1000多台，能够批量生产的企业也只有三四家。江西麦德风能股份有限公司将总投资10亿元，形成年产800台1．5ＭＷ直驱永磁变速恒频风电机组产业化规模，目前已完成首期投资3．8亿元。21商丘工学院2012届毕业生毕业论文（设计）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

7、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，并有完整的系列产品，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。图一是国电南京自动化股份有限公司设计使用的三电平大容量高压变频器的主电路，逆变部分使用了新型功率半导体器件IGCT，其内部集成有反并联续流二极管；为了减小对电网的冲击，整流电路采用12脉冲二极管整流结构；该拓扑还示出了整流阻容吸收电路、保护用IGCT电路和d

8、i/dt限制电路等单元。 21商丘工学院2012届毕业生毕业论文（设计）图1 国电南京自动化股份有限公司的三电平大容量高压变频器主电路以图1为例对三电平变频器工作原理做说明（3）。其逆变桥每相均有三个基本电平，以U相为例有下面三个开关模态：开关模态1、当Su1、Su2导通，Su3、Su4关断时，U相电平为

9、Vc1

10、。此时Su3、Su4共同承受

11、Vc1

12、＋

13、Vc2

14、的电压，由于Su3、Su4具有相同的