電力電子裝置的概念

　　電力電子裝置（powerelectronicequipment）由各類電力電子電路組成的裝置。用于大功率電能的變換和控制。又稱變流裝置。它包括整流器、逆變器、直流變流器、交流變流器、各類電源和開關(guān)、電機(jī)調(diào)速裝置、直流輸電裝置、感應(yīng)加熱裝置、無(wú)功補(bǔ)償裝置、電鍍電解裝置、家用電器變流裝置等。

　　其中，直流電源可由整流器或直流變流器組成，用于直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速、充電（備充電電源）、電鍍和科學(xué)儀器等的電源。交流電源可由變頻器（見(jiàn)交流變換電路）組成。分為變頻變壓電源（用于交流籠式異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速）、恒頻恒壓電源（用以構(gòu)成交流不停電電源）、交流穩(wěn)壓電源、中頻感應(yīng)加熱電源（電源輸出頻率達(dá)8千赫，用于感應(yīng)加熱和淬火）、高頻加熱電源（電源輸出頻率高于8千赫，用于淬火和焊接）等。利用電力電子器件的快速開關(guān)性能，可構(gòu)成靜止式無(wú)觸點(diǎn)大功率開關(guān)，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電磁式有觸點(diǎn)大功率開關(guān)。

　　電力電子裝置的裝置保護(hù)

　　電力電子裝置受所用器件性能的影響，承受過(guò)電壓、過(guò)電流的能力比較差。例如，電動(dòng)機(jī)、變壓器等通?？稍趲妆兜念~定電流下工作幾秒鐘或幾分鐘，而在相同條件下電力電子器件只需0.1秒或更短時(shí)間就已損壞。因此，除在設(shè)計(jì)電力電子裝置時(shí)合理選擇器件的電壓、電流容量外，還需專門采取一些保護(hù)措施，以防止裝置內(nèi)的器件因過(guò)電流、過(guò)電壓而損壞。某些電力電子裝置對(duì)環(huán)境條件（如溫度、冷卻水壓力、風(fēng)速等）有特殊要求，需對(duì)這些條件進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以保證裝置可靠運(yùn)行。

　　電力電子裝置的過(guò)壓保護(hù)

　　過(guò)電壓會(huì)使裝置的絕緣遭破壞而無(wú)法工作。常用的過(guò)電壓保護(hù)措施有：

　?、俨捎米枞菸针娐?。由電容和電阻串聯(lián)而成，利用電容來(lái)吸收尖峰狀態(tài)的過(guò)電壓，利用與電容串聯(lián)的電阻消耗過(guò)電壓的能量，從而抑制電路的振蕩。

　?、谶x用非線性電阻器件。利用這類器件接近于穩(wěn)壓管的伏安特性和擊穿后其特性可自動(dòng)恢復(fù)的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)電力電子裝置的過(guò)電壓保護(hù)。常用器件有硒堆過(guò)電壓抑制器和壓敏電阻。

　　③采用電子電路作過(guò)電壓檢測(cè)和保護(hù)。

　　電力電子裝置的抗干擾技術(shù)

　　電力電子裝置是大功率電能變換設(shè)備，它的安裝使用現(xiàn)場(chǎng)不可避免存在嚴(yán)重電磁干擾。強(qiáng)干擾信號(hào)竄入裝置中除直接使電力電子器件誤動(dòng)作外，主要干擾裝置的控制電路，使裝置誤動(dòng)作。常用抗干擾的技術(shù)措施有：

　?、僖种聘蓴_信號(hào)的強(qiáng)度。例如交流繼電器、交流接觸器觸頭并聯(lián)電容，可減小觸頭通斷時(shí)的電火花干擾。

　　②合理布線以減小導(dǎo)線間的分布電容、分布電感和互感，防止干擾信號(hào)竄入。

　?、蹖?shí)施電磁屏蔽。

　?、苷_選擇接地點(diǎn)并良好接地。

　　⑤加強(qiáng)電路本身的抗干擾能力。設(shè)計(jì)時(shí)選用抗干擾性能好的電子元件。

　?、蘅刂齐娐饭灿弥绷鞣€(wěn)壓電源時(shí)，電路各部分應(yīng)單獨(dú)引線。

　?、咴谛盘?hào)強(qiáng)度允許條件下盡量降低各單元電路的輸入、輸出阻抗。

　　⑧采用變壓器耦合等隔離手段，將控制電路與信號(hào)源或控制電路與電力電子裝置的主電路在電路上隔離，防止干擾信號(hào)竄入。

　　電力電子裝置特點(diǎn)

　　1、處理對(duì)象為高電壓，大電流，強(qiáng)功率。

　　2、處理的內(nèi)容為電能的相關(guān)轉(zhuǎn)換，包括AC-DC轉(zhuǎn)換，AC-AC轉(zhuǎn)換，DC-DC轉(zhuǎn)換和DC-AC轉(zhuǎn)換。

　　3、處理的方式采用弱點(diǎn)控制強(qiáng)點(diǎn)

　　4、其應(yīng)用范圍廣泛分布與各個(gè)生產(chǎn)生活環(huán)節(jié).

　　電力電子裝置的應(yīng)用

　　電力系統(tǒng)是能源利用、輸送和配給的主要載體，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮著重要作用?；茉春蜌夂颦h(huán)境的危機(jī)使得電力系統(tǒng)正在從規(guī)?；l(fā)展向可持續(xù)發(fā)展和智能化轉(zhuǎn)型。分布式電源和儲(chǔ)能裝置的大規(guī)模接入，地方電網(wǎng)、微型電網(wǎng)與主干電網(wǎng)的配合，高效、靈活的輸電方式，配電和用電的智能化雙向互動(dòng)，供電質(zhì)量和可靠性的提高，是電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型的特征。

　　在電力系統(tǒng)中，可再生能源的并網(wǎng)發(fā)電、儲(chǔ)能裝置的功率轉(zhuǎn)換、交直流電網(wǎng)的柔性互聯(lián)、配用電能的雙向流動(dòng)、無(wú)功和諧波的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償都需要依靠電力電子裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。隨著高電壓、大功率電力電子器件的發(fā)展，變換器模塊化、單元化和智能化水平的提升，控制策略和調(diào)制策略性能的提高，電力電子裝置在電力系統(tǒng)中將會(huì)發(fā)揮更大的作用。

　　電力電子在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用狀態(tài)

　　1、在發(fā)電工作中的應(yīng)用

　　電力電子在電力系統(tǒng)發(fā)電環(huán)節(jié)中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：（1）發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁：大型的發(fā)電機(jī)組多使用靜置勵(lì)磁技術(shù)，此技術(shù)相對(duì)調(diào)節(jié)速度快、操控方便。水利發(fā)電機(jī)組常使用交流勵(lì)磁技術(shù)，將勵(lì)磁電流頻率進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，使發(fā)電系統(tǒng)加快對(duì)水頭壓力及水量的調(diào)整，整體提高了發(fā)電質(zhì)量；（2）風(fēng)力發(fā)電：風(fēng)力發(fā)電的主要步驟是變流器的工作。風(fēng)力變流器使用整流器設(shè)備使不受控制的風(fēng)能轉(zhuǎn)化成電壓與可使用電能。后期變流器的不斷發(fā)展使其性能極大提升，提高了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的電容量與電壓等級(jí)；（3）光伏電站：光伏電站是將太陽(yáng)能集中處理的結(jié)構(gòu)，現(xiàn)階段大型光伏發(fā)電系統(tǒng)處于發(fā)展推廣的階段，存在光伏陣列組合的熱斑效應(yīng)與逆變器組合的特征未理想化等問(wèn)題，證明光伏發(fā)電的建設(shè)需要充分考慮光伏陣列的組合方式與逆變器的組合方式因素。

　　2、在電能存儲(chǔ)工作中的應(yīng)用

　　電能存儲(chǔ)的技術(shù)在電力系統(tǒng)應(yīng)用中起到調(diào)整高峰負(fù)荷供電作用，提升了現(xiàn)階段電力設(shè)備的使用率和電網(wǎng)的使用效率，同時(shí)可科學(xué)地面對(duì)電力故障問(wèn)題，從根本上提高了電力的質(zhì)量與用電效率。儲(chǔ)能方式中相對(duì)高效的是如下三種：（1）調(diào)速抽水儲(chǔ)能，在抽水儲(chǔ)能電站工作過(guò)程中，上下水庫(kù)的差距逐漸產(chǎn)生變化，導(dǎo)致抽水儲(chǔ)能電站的工作在不斷的變速下才可以達(dá)到最佳效果；（2）其使用的原理是在電力系統(tǒng)用電低時(shí)，使剩余的電量推動(dòng)空氣壓縮機(jī)，通過(guò)高壓空氣的方式將能量?jī)?chǔ)存；（3）電池儲(chǔ)能方式，電池通常是使用鋰離子電池、鈉硫電池與全釩液流電池?！?/p>

　　3、在微型電網(wǎng)中的應(yīng)用

　　微型電網(wǎng)是小型發(fā)電配電系統(tǒng)，由分布式電源、儲(chǔ)能設(shè)備、變化器等裝置組成。使用功率變換器進(jìn)行調(diào)節(jié)，使微型電網(wǎng)與外界電網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，達(dá)到局部功能平衡與局部能量?jī)?yōu)化。外界電網(wǎng)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，經(jīng)由變換器解列，使微型電網(wǎng)進(jìn)入到獨(dú)立運(yùn)行狀態(tài)，使其繼續(xù)向較為主要的位置輸電，加強(qiáng)了用電安全性。通過(guò)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)得知，分布式電源以微型電網(wǎng)方式連接到外界電網(wǎng)進(jìn)行同步運(yùn)行，充分發(fā)揮了分布式電源的效果。使用微型電網(wǎng)過(guò)程中，分布式電源與儲(chǔ)能裝置的連接，使用多個(gè)變換器的方式進(jìn)行或者使用一個(gè)多變接口的變換器進(jìn)行。其中使用多個(gè)變換器過(guò)程中，不同的控制器處于獨(dú)立位置，需進(jìn)行通信方式調(diào)節(jié)工作進(jìn)程，特點(diǎn)是成本高、通信市場(chǎng)不可控制。多變形式的變換器在使用過(guò)程中，可達(dá)到輸入輸出變換器，特點(diǎn)是提升可再生能源的利用率與完善能源管理。

　　4、在電力輸送工作中的應(yīng)用

　　在電力輸送工作中的應(yīng)用主要從三個(gè)方面來(lái)展現(xiàn)：（1）直流輸電：直流輸電主要分為常規(guī)式與柔性直流輸電，常規(guī)形式使用晶閘管作用下的換流器，柔性直流輸電使用全控器件作用下的換流器。二者相比較，柔性直流輸電的優(yōu)勢(shì)是，有功功率與無(wú)功功率的獨(dú)立操控、不需要無(wú)功補(bǔ)償裝置、可以向無(wú)電源負(fù)荷供電等；（2）分頻輸電：分頻輸電方式使用較低的頻率進(jìn)行輸送電能，極大地降低了交流輸電線路距離，增強(qiáng)了傳輸性能。在水利發(fā)電與風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，相對(duì)適于使用低頻進(jìn)行電能的輸送；（3）固態(tài)變換器：固態(tài)變換器的特點(diǎn)是，可以對(duì)電壓的幅值、頻率、相數(shù)與形狀等特點(diǎn)進(jìn)行交換，屬于新型變壓器。固態(tài)變壓器擁有其潮流控制、調(diào)整電能質(zhì)量等功效，有效地提升了電力系統(tǒng)輸電的安全性與靈活性。