《電力電子技術》學習心得

1、?電力電子技術?關于新能源的利用通過這學期十幾周的學習，我對電力電子學有了簡單地了解。采用半導體電力開關器件構成各種開關電路，按一定的規(guī)律，周期性地，實時、適式的控制開關器件的通、斷狀態(tài)，可以實現(xiàn)電子開關型電力變化和控制。這種電力電子變換和控制，被稱為電力電子學或電力電子技術。至于，什么事電力電子，強電與弱電的聯(lián)系是什么，它有什么用途等等。這些都將是我們這門課程的需要解決的主要問題和傳達給我們的知識和要點，通過這門課的學習我們隊這些問題都將會有一個比擬深刻的理解和學習，為我們以后的學習和工作都會有一定的根底積累。這門課程雖說知識考查課，但是它的作用是非同尋常的，它幫助我們學習弱電的學生們更好的

2、理解和掌握我們本專業(yè)所需要學習和掌握的主要知識，同時它又幫助我們加深我們專業(yè)與強電專業(yè)的差異以及聯(lián)系，讓我們在看到兩種之間的差異的同時又讓我們明白兩者之間的聯(lián)系和交叉。為我們的知識盲區(qū)劃清界限，同時也為我們的專業(yè)尋找了另一個出路和用途為我們以后的學習方向和工作提供了一定的方向和出路。所以說這門課程所提供我們的不僅僅知識課本上的那一點點知識要點，更可貴的事它為我們提供了許多我們在自己專業(yè)上以及以后工作的道路上的方向。它就像一盞指明燈一樣，雖只是星星點燈，但它卻為我們的前進方向指明了航行的方向，起到的作用是非常巨大的。這也就是為什么說雖說它只是一門考查課但卻非常重要的課程。如今，關于電力電子有關新

3、能源的利用的話題越來越熱烈，有關新能源的利用有很大的前景和客觀的效益。世界能源結構正在發(fā)生巨大的變革。以資源有限、污染嚴重的石化能源為主的能源結構將逐步轉變?yōu)橐再Y源無限，清潔干凈的可再生能源為主的多樣性，復合型的能源結構。太陽能作為一種新興的綠色能源，以其永不枯竭、無污染、不受地域資源限制等優(yōu)點，正得到迅速的推廣應用。隨著太陽能光伏發(fā)電應用的開展，太陽能光伏發(fā)電已經不再只是作為偏遠無電地區(qū)的能源供給，而是向逐漸取代常規(guī)能源的方向開展。在國外，并網發(fā)電逐漸成為太陽能光伏發(fā)電的主要應用領域，太陽能光伏產業(yè)已經逐漸形成，并持續(xù)高速開展。目前國外并網逆變器技術開展十分迅速。目前的研究主要集中在空間矢量

4、PWM技術、數(shù)字鎖相控制技術、數(shù)字DSP控制技術、最大功率點跟蹤和孤島檢出技術，以及綜合考慮以上方面的系統(tǒng)總體設計等。國外的有些并網逆變器還設計同時具有獨立運行和并網運行功能。國內太陽能光伏應用仍以獨立供電系統(tǒng)為主，并網系統(tǒng)那么剛剛起步。目前國內自主研制的并網逆變器存在有系統(tǒng)運行不穩(wěn)定，可靠性低的弱點;且保護措施不全，容易引起事故，與建筑一體化等問題也沒有得到很好考慮。由于太陽能電池只能在白天光照條件下輸出能量，根據負載需要，系統(tǒng)一般選用鉛酸蓄電池作為儲能環(huán)節(jié)來提供夜間所需電力。整個光伏系統(tǒng)由太陽能電池、蓄電池、負載和控制器組成。虛線框中局部即為系統(tǒng)控制局部的結構框圖，一般由充電電路、放電電路

5、和狀態(tài)控制電路3局部組成。系統(tǒng)各局部容量的選取配合，需要綜合考慮本錢、效率和可靠性。隨著光伏產業(yè)的迅速開展，太陽能電池的價格正在逐步下降，然而它仍是整個系統(tǒng)中最昂貴的局部。它的容量選取影響著整個系統(tǒng)的本錢。相比擬而言，蓄電池價格較為低廉，因此可以選取相對較大容量的蓄電池，盡可能充分利用太陽能電池所發(fā)出的功率。另外，在與負載容量配合時，應該考慮到連續(xù)陰天的情況，對系統(tǒng)容量留出一定裕度。與獨立供電的光伏系統(tǒng)相比，并網系統(tǒng)一般都沒有儲能環(huán)節(jié)，直接由并網逆變器接太陽能電池和電網。并網逆變器的根本功能是相同的。那就是，在太陽能電池輸出較大范圍內變化時，能始終以盡可能高的效率將太陽能電池輸出的低壓直流電轉

6、化成與電網匹配的交流電流送入電網。太陽能電池輸出的大范圍變動，主要原因是白天日照強度的變化，范圍在200W/m2到1000W/m2之間.通過回憶在這門課程學習到的知識，我們科一更加清楚的了解它的重要和作用。在第一章電力電子變化和控制技術導論的學習中，我了解了電力電子學科的形成、四類根本的開關型電力電子變換電路、兩種根本的控制方式相控和脈沖寬度調制控制、兩類應用領域電力變換電源和電力補償控制，以及電力電子變換器的根本特性。經過這一章的學習，我對電力電子變換和控制技術有了一個全貌的認識。接下來的一章里學習了各類半導體電力開關器件的根本工作原理和靜態(tài)特性。然后又學習了直流-直流DC/DC，直流-交流

7、DC/AC，交流-直流AC/DC，交流-交流AC/AC四類電力電子變換的工作原理和特性以及電力電子變換器中的輔助元器件和系統(tǒng)，還分析了開關器件的開通關斷過程和各種緩沖器，以及電力電子變換電路的兩類典型應用：多級開關電路組合型交流、直流電源和電力電子開關型電力補償、控制器等。在這學期的學習中，我們學習到了許多有用得知識和技巧，同時我們在老師的指導下還嘗試了多種新的學習方法，例如分組學習并做PPT重點總結、自主學習后課堂講解等，這些方法都大大的調動了我們課下學習的積極性，課前的預習也使我們上課時能更好的理解以及吸收學科知識，更重要的是通過相關實驗課的學習和積累加深了我們相關課程和知識的映像，也為我

8、們的知識儲藏加深了更加深的一筆儲藏，而且通過實踐掌握了這門課的掌握的要點，更是提升了我們處理和分析的能力，通過自己搭建電路，調試電路以及分析電路的實驗結果為我們進一步掌握電學知識的要點加深了更加有力的知識儲藏。太陽能光伏發(fā)電是當今備受矚目的熱點之一，光伏產業(yè)正以年均增長量40%的速率開展。太陽能光伏發(fā)電裝置主要有光伏電池模塊和逆變器構成。光伏逆變器按是否采用隔離方式，可分為工頻隔離的光伏逆變器、高頻隔離的光伏逆變器和非隔離光伏逆變器。工頻變壓器隔離的光伏逆變器是目前較常用的結構，具有平安性高，可以防止逆變器輸出的直流偏置電流注入電網，但存在工頻變壓器體積大、笨重的問題。工頻隔離的光伏逆變器效率

9、約在94%96%之間。高頻隔離的光伏逆變器一般通過前級DC/DC變換器實現(xiàn)高頻隔離，如圖1(a)所示。它具有高頻隔離變壓器體積小、重量輕的特點。隔離DC/DC變換器電路有全橋移相DC/DC變換器，雙正激DC/DC變換器等。由于引入隔離DC/DC變換器，將引起3-4%效率損耗。高頻隔離的光伏逆變器整體效率在93-95%。非隔離的光伏逆變器具有功率密度高、整機效率高的特點。目前，非隔離光伏逆變器效率已高達98.8%。非隔離光伏逆變器又可分為單級結構、兩級結構。單級結構中，光伏模塊的輸出電壓必須與電網電壓相匹配，因此單級結構對光伏陣列的額定電壓等級有較苛刻的要求，但在大功率光伏系統(tǒng)中不成為問題。兩級

10、結構中，光伏模塊的輸出首先通過前級DC/DC變換器升壓，再送入逆變器。兩級結構對光伏模塊的額定電壓等級的要求比擬寬松，因此在小功率光伏系統(tǒng)中較受青睞。非隔離光伏逆變器越來越得到廣泛應用，在歐洲約占80%市場，在日本約占50%市場。由于非隔離光伏逆變器中，光伏模塊與電網之間沒有電氣隔離，需特殊考慮平安性問題。圖2 為一個非隔離并網光伏逆變器示意圖。圖2(a)所示，光伏電池硅片與接地框架之間存在寄生電容。對于單晶體硅光伏電池，寄生電容約為50150nF/kWp，對于薄膜光伏電池，約為1F/kWp5。圖2(b)為考慮PV寄生電容光伏系統(tǒng)模型，Cpv 為光伏模塊等效對地寄生電容。逆變器調制將在Cpv兩

11、端引起的高頻電壓，造成地電流。寄生電容Cpv的大小與光伏陣列的框架結構有關，光伏電池外表及間距、框架結構、天氣條件、濕度、覆蓋于光伏陣列外表的塵埃。地電流對人造成平安隱患，也造成電磁干擾。因此，對于非隔離光伏逆變并網系統(tǒng)， 需要抑制由光伏模塊寄生電容引起的地電流問題。  地電流與光伏陣列輸出端電壓波動的幅度及頻率密切相關，即與逆變器拓撲及開關策略的選擇有關。地電流抑制有多種方法，主要有采用特殊的并網逆變拓撲和PWM調制方法、在交流側安裝共模電抗器、有源地電流抑制電路。我們都知道，隨著大功率半導體開關器件的創(chuàng)造和變流電路的進步和開展，產生了利用這類器件和電路實現(xiàn)電能變換與控制

12、的技術電力電子技術。電力電子技術橫跨電力、電子和控制三個領域，是現(xiàn)代電子技術的根底之一，是弱電子對強電力實現(xiàn)控制的橋梁和紐帶，已被廣泛應用于工農業(yè)生產、國防、交通、能源和人民生活的各個領域，有著極其廣闊的應用前景，成為電氣工程中的根底電子技術。電力電子的誕生,上世紀五十年代未第一只晶閘管問世，電力電子技術開始登上現(xiàn)代電氣傳動技術舞臺，以此為根底開發(fā)的可控硅整流裝置，是電氣傳動領域的一次革命，使電能的變換和控制從旋轉變流機組和靜止離子變流器進入由電力電子器件構成的變流器時代。這標志著電力電子的誕生。 第一代電力電子器件,進入70年代晶閘管開始形成由低電壓小電流到高電壓大電流的系列產品，它們是普通

13、晶閘管不能自關斷的半控型器件，被稱為第一代電力電子器件。第二代電力電子器件,隨著電力電子技術理論研究和制造工藝水平的不斷提高，電力電子器件在容量和類型等方面得到了很大開展，是電力電子技術的又一次飛躍，先后研制出大功率雙極型晶體管(GTR)，門極可關斷晶閘管(GTO)，功率MOSFET等自關斷全控型第二代電力電子器件。 第三代電力電子器件,以絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)為代表，開始向大容量高頻率、響應快、低損耗方向開展?，F(xiàn)代電力電子時代,八十年代末期和九十年代初期開展起來的、以功率MOSFET和IGBT為代表的、集高頻、高壓和大電流于一身的功率半導體復合器件,說明傳統(tǒng)電力電子技術已經進入現(xiàn)代電

14、力電子時代。電力電子器件正朝著標準模塊化、智能化、功率集成的方向開展。在國際上電力電子技術是競爭最劇烈的高新技術領域。功率半導體器件是電力電子電路的根底，通過學習掌握了多種電力電子器件的工作原理、根本特性、主要參數(shù)等內容。其中包括功率二極管、大功率晶體管、晶閘管、場效應晶體管、絕緣柵雙極型晶體管等。 整流管是電力電子器件中結構最簡單，應用最廣泛的一種器件。目前已形成普通型，快恢復型和肖特基型三大系列產品，電力整流管對改善各種電力電子電路的性能，降低電路損耗和提高電流使用效率等方面都具有非常重要的作用。 單相整流電路可分為單相半波電路和單相橋式電路。單相整流電流電路比擬簡單、本錢也低、

15、控制方便，但輸出電壓波形差，諧波分量較大，使用場合受到限制。多相整流電路以三相整流電路為主。三相整流電路也可分為三相半波和三相橋式電路。三相整流電路輸出直流電壓波形較好，脈動小。因此它應用較廣，尤其是三相橋式整流電路在直流電機拖動系統(tǒng)中得到了廣泛應用。多相整流電路通常在大功率整流裝置中應用。按照負載性質又可分為電阻性負載、電感性負載、反電動勢負載和電容性負載。a.阻性負載：負載為電阻時，輸出電壓波形與電流波形形狀相同，移相控制角較大時，輸出電流會出現(xiàn)斷續(xù)。b.電感性負載：負載有電感和電阻，以電感為主時，由于電感有維持電流導通的能力，當電感數(shù)值較大時，輸出直流電流可連續(xù)而且根本保持不變。c.反電

16、勢負載：即負載中有反電勢存在。如蓄電池充電為反電勢電阻性負載，直流電機拖動系統(tǒng)為反電勢電感性負載。反電勢越大，晶閘管導通角越小。d.電容性負載一般在變頻器、不間斷電源、開關電源等場合使用?？煽卣麟娐返墓ぷ髟?、特性、電壓電流波形以及電量間的數(shù)量關系與整流電路所帶負載的性質密切相關，必須根據負載性質的不同分別進行討論。然而實際負載的情況是復雜的，屬于單一性質負載的情況是很少，往往是幾種性質負載的綜合，所以在分析時還要根據具體情況進行詳細區(qū)別討論。在學習整流電路過程中，根據交流電源的電壓波形、功率半導體器件的通斷狀態(tài)和負載的性質，分析電路中各點的電壓、電流波形，掌握整流電壓和移相控制的關系。掌握

17、了電路中的電壓、電流波形，也就掌握了電路的工作原理。逆變：在生產實際中除了需要將交流電轉變?yōu)榇笮】烧{的直流電供給負載外，常常還要將直流電轉換成交流電，即逆變過程。變流器工作在逆變狀態(tài)時，如交流側接至電網上，直流電將被逆變成與電網同頻的交流電并反應回電網，因為電網有源，那么稱為有源逆變。有源逆變是整流電路在特定條件下的工作狀態(tài)，其分析方法與整流狀態(tài)時相同，在直流電機拖動系統(tǒng)中可通過有源逆變將直流電機的能量傳送到電網。當前,電力電子作為節(jié)能、自動化、智能化、機電一體化的根底,正朝著應用技術高頻化、硬件結構模塊化、產品性能綠色化的方向開展?，F(xiàn)代電力電子技術的開展方向,是從以低頻技術處理問題為主的傳統(tǒng)

18、電力電子學,向以高頻技術處理問題為主的現(xiàn)代電力電子學方向轉變。 電力電子技術的創(chuàng)新與電力電子器件制造工藝改良，已成為世界各國工業(yè)自動化控制和機電一體化領域競爭最劇烈的陣地，各個興旺國家均在這一領域注入極大的人力，物力和財力，使之進入高科技行業(yè)，就電力電子技術的理論研究而言，目前日本、美國及法國、荷蘭、丹麥等西歐國家可以說是齊頭并進，在這些國家先進的電力電子技術不斷開發(fā)完善，促進電力電子技術向著高頻化邁進，實現(xiàn)用電設備的高效節(jié)能，為真正實現(xiàn)工控設備的小型化，輕量化，智能化奠定了重要的技術根底，也為電力電子技術的不斷拓展創(chuàng)新描繪了廣闊的前景。而我國開發(fā)研制電力電子器件的綜合技術能力與國外興旺國家相

19、比，仍有較大的差距，要開展和創(chuàng)新我國電力電子技術，并形成產業(yè)化規(guī)模，就必須走有中國特色的產學創(chuàng)新之路，即牢牢堅持和掌握產、學、研相結合的方法走共同開展之路本人對這門課程開始就是心懷重視態(tài)度對待它，奈何一看教學模式竟然是考查，然后又見到旁邊那么多的同學都是采取消極的態(tài)度，所以本人的態(tài)度也是一落千丈，至此就是心情好時就聽老師講，心情不好抑或是有其他比擬有趣的事情的時候就干自己的事情去了，雖然偶爾也會忌憚于老師的發(fā)威而艱難的將眼睛往黑板上挪，但心中始終想的是自己的事情呵呵，在此對老師說句sorry，好了，廢話不扯了，還是說正事吧，以下就是我本人對電力電子的一些想法和理解以及從網上了解的相關應用，當然

20、這些僅僅只是從我聽了課的那幾次課來介紹，其他沒有介紹的請見諒(原因就不多說了哈)。 首先解釋一下，什么是電力電子技術。書本上如是說：電力電子技術就是應用于電力領域的電子技術。我理解是，就是強電模塊的電力和弱電模塊的電子相結合從而形成的一門新興技術，主要是由電力學，電子學以及控制理論三個學科相互交叉相互補充而成的，已經成為現(xiàn)代電氣工程與自動化專業(yè)不可缺少的一門專業(yè)根底課程可惜，本校由于課程改革竟然把本課程放到大四來開，而且還是考查，這就導致本校學生對電力電子技術這門課程的不重視以及對相關技術術語的迷茫不懂，這是一個亟待改良的問題。然后就是介紹一些相關的但是比擬重要的電力電子器件。首先是種類：其中

21、器件的典型代表就是晶閘管，談到晶閘管必須討論一下這原件的兩個主要功能：整流和續(xù)流。我只介紹關于整流方面的相關類容原因就不多說哈。經過我的聽課，整流電路是電路中保證穩(wěn)定的一個必要因素，也是不可缺少的因素，由于可控元件的不同導致導通角和關斷角都會不一樣，至于工作原理，波形以及管壓降就請自行查閱相關書本。整流電路中存在幾種特殊的狀態(tài)依次是：逆變有源/無源；整流以及無環(huán)流可能由于對術語不熟悉的原因，某些字不是很精確，請見諒。整流電路又可以分為幾種類型分別是：單相半波整流電路、單相橋式全控整流電路、單相全波可控整流電路、單相橋式半控整流、電路三相半波可控整流電路、三相橋式全控整流電路 ，其中整流電路的負

22、載又有以下三種：電阻、阻感、反電勢。下面僅僅附上最簡單的單相半波可控整流電路的電路原理圖，其他相關波形請查閱書本。 除了整流電路之外，比擬重要的電力電子概念就是斬波電路，斬波，顧名思義就是將波形斬斷，做到輸出可調，其中的直流斬波電路又有升壓和降壓兩種。牽涉到的相關參數(shù)有平均電壓、電流的計算、占空比等等。本課程中對于復合/多重多相斬波電路不作要求。整流電路和斬波電路之外還有逆變電路。所謂逆變電路就是將直流轉變?yōu)榻涣鞯南嚓P電路，同時要區(qū)別無源逆變電路和有源逆變電路的異同點，逆變電路的根本工作原理、主要用途、換流方式具體細節(jié)參照書本，逆變電路中可以分為電壓型逆變電路、電流型逆變電路。具體電路圖由于篇

23、幅限制不在此介紹。當然對于某個電路我們要能夠區(qū)別這是整流電路還是逆變電路，關鍵就是看電流是有直流變?yōu)榻涣鬟€是由交流變?yōu)橹绷?，前者我們稱為逆變，后者稱為整流。 談完這些，最后不能落下的就是PWM控制技術，由于本人對這個不是很了解，一下只是簡單介紹一下相關事情，PWM控制的根本原理是面積等效原理，而SPWM波形脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波形。PWM控制方法有計算法、調制法 和跟蹤法等三種方法。當然我們也必須知道單極性和雙極性PWM 調制有什么區(qū)別以及了解特定諧波消去法的原理。 以上只是按照書本上的大概內容講述了一下我所了解到的知識點，下面我將主要從電力電子技術在各個領域尤其是電力

24、系統(tǒng)領域的應用，當然，限于本人的水平，我只能粗淺的談談大致的應用，詳細的以及相關原理應用請讀者自行查詢相關書籍。異步電機變頻調速系統(tǒng)、混合動力汽車、不間斷電源UPS、電池充電器、感應加熱爐、變速恒頻風力發(fā)電等相關設備都是應用了有關的電力電子技術，而電力電子在電力系統(tǒng)中的應用那么是可以細分很多方面，簡單的說光伏發(fā)電接口超導儲能、有源電力濾波器APF、靜止無功補償SVC、靜止無功發(fā)生器SVG、高壓直流輸電HVDC、靈活交流輸電系統(tǒng)FACTS，由于本人在本學期同時選修了電力系統(tǒng)經濟技術講座，在這課程當中，老師著重介紹的柔性發(fā)電技術同樣是電力電子技術的重要應用方面。比方說高壓直流輸電HVDC、靜止無功

25、補償SVC、靜止無功發(fā)生器SVG、有源電力濾波器APF、晶閘管控制串聯(lián)電容裝置TCSC、CSC、ASC、次同步振蕩阻尼器SCR、晶閘管控制相角調節(jié)器TCPAR、PST、靜止調相機STACON、晶閘管控制動態(tài)制動器TCDB、統(tǒng)一潮流控制器UPFC。在這里我們介紹的已經夠多了，我的理解，所謂電力電子技術，簡單的說就是強電與弱電的結合，其中既有強電的知識要點，同時也有弱電的許多內容，這門學科是強電與弱電的最好的結合的事例。原本強弱電本不分家的，在這里我們可以清楚的看到強電與弱電的相互聯(lián)系，比照分析以及兩者之間的差異，正所謂萬事萬物本都相互聯(lián)系，沒有什么事物是絕對的獨立的。通過學習這門課程，教會我們在

26、對待任何事物的時候都應該懷抱一個發(fā)散及聯(lián)想的思維模式，學會去看待不同事物之間的差異以及聯(lián)系對我們發(fā)現(xiàn)事物的本質和掌握更深的知識有著非常重要的作用和效果。從1957年第一臺風力發(fā)電裝置產生到現(xiàn)在，風力發(fā)電系統(tǒng)已經從傳統(tǒng)的恒速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)開展到現(xiàn)在的變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)，出現(xiàn)的主要結構如圖3所示?；谄胀ó惒诫姍C的恒速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)，其結構簡單，設計成熟，在現(xiàn)在的風電場上還廣泛應用，但需額外安裝無功補償裝置，存在機械應力大等缺點。變速恒頻結構類型，基于調節(jié)繞線電機轉子側電阻來實現(xiàn)小范圍轉速的調節(jié)，其調速范圍是同步轉速以上0-10%?，F(xiàn)在風電場的主流機型變速恒頻雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)。該系統(tǒng)轉子側通過變流器與電網相連，變流器容量為發(fā)電容量的30%，定子側直接與電網相連。定子和轉子都可以向電網輸送能量?？梢怨ぷ髟谕睫D速的±30%的范圍之內。在并網發(fā)電時都能夠實現(xiàn)最大功率點跟蹤控制，有效的提高了風能利