反电势。下面仅仅附上最简单的单相半波可控整流电路的电路原理图,其他相关波形请查阅书本。
除了整流电路之外,比较重要的电力电子概念就是斩波电路,斩波,顾名思义就是将波形斩断,做到输出可调,其中的直流斩波电路又有升压和降压两种。牵涉到的相关参数有平均电压、电流的计算、占空比等等。本课程中对于复合/多重多相斩波电路不作要求。整流电路和斩波电路之外还有逆变电路。所谓逆变电路就是将直流转变为交流的相关电路,同时要区别无源逆变电路和有源逆变电路的异同点,逆变电路的基本工作原理、主要用途、换流方式具体细节参照书本,逆变电路中可以分为电压型逆变电路、电流型逆变电路。具体电路图由于篇幅限制不在此介绍。当然对于某个电路我们要能够区别这是整流电路还是逆变电路,关键就是看电流是有直流变为交流还是由交流变为直流,前者我们称为逆变,后者称为整流。
谈完这些,最后不能落下的就是PWM控制技术,由于本人对这个不是很了解,一下只是简单介绍一下相关事情,PWM控制的基本原理是面积等效原理,而SPWM波形——脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形。PWM控制方法有计算法、调制法 和跟踪法等三种方法。当然我们也必须知道单极性和双极性PWM 调制有什么区别以及了解特定谐波消去法的原理。
以上只是按照书本上的大概内容讲述了一下我所了解到的知识点,下面我将主要从电力电子技术在各个领域尤其是电力系统领域的应用,当然,限于本人的水平,我只能粗浅的谈谈大致的应用,详细的以及相关原理应用请读者自行查询相关书籍。
异步电机变频调速系统、混合动力汽车、不间断电源(UPS)、电池充电器、感应加热炉、变速恒频风力发电等相关设备都是应用了有关的电力电子技术,而电力电子在电力系统中的应用则是可以细分很多方面,简单的说光伏发电接口超导储能、有源电力滤波器(APF)、静止无功补偿(SVC)、静止无功发生器(SVG)、高压直流输电(HVDC)、灵活交流输电系统(FACTS),由于本人在本学期同时选修了电力系统经济技术讲座,在这课程当中,老师着重介绍的柔性发电技术同样是电力电子技术的重要应用方面。比如说高压直流输电(HVDC)、静止无功补偿(SVC)、静止无功发生器(SVG)、有源电力滤波器(APF)、晶闸管控制串联电容装置(TCSC、CSC、ASC)、次同步振荡阻尼器(SCR)、晶闸管控制相角调节器(TCPAR、PST)、静止调相机(STACON)、晶闸管控制动态制动器(TCDB)、统一潮流控制器(UPFC)。
在这里我们介绍的已经够多了,我的理解,所谓电力电子技术,简单的说就是强电与弱电的结合,其中既有强电的知识要点,同时也有弱电的许多内容,这门学科是强电与弱电的最好的结合的事例。原本强弱电本不分家的,在这里我们可以清楚的看到强电与弱电的相互联系,对比分析以及两者之间的差别,正所谓万事万物本都相互联系,没有什么事物是绝对的独立的。通过学习这门课程,教会我们在对待任何事物的时候都应该怀抱一个发散及联想的思维模式,学会去看待不同事物之间的差别以及联系对我们发现事物的本质和掌握更深的知识有着非常重要的作用和效果。
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从1957年第一台风力发电装置产生到现在,风力发电系统已经从传统的恒速恒频风力发电系统发展到现在的变速恒频风力发电系统,出现的主要结构如图3所示。基于普通异步电机的恒速恒频风力发电系统,其结构简单,设计成熟,在现在的风电场上还广泛应用,但需额外安装无功补偿装置,存在机械应力大等缺点。变速恒频结构类型,基于调节绕线电机转子侧电阻来实现小范围转速的调节,其调速范围是同步转速以上0-10%。现在风电场的主流机型变速恒频双馈风力发电系统。该系统转子侧通过变流器与电网相连,变流器容量为发电容量的30%,定子侧直接与电网相连。定子和转子都可以向电网输送能量。可以工作在同步转速的±30%的范围之内。在并网发电时都能够实现最大功率点跟踪控制,有效的提高了风能利用率。同时能够对定子侧的有功功率和无功功率实现独立控制,在电网产生电压跌落故障时可以给电网提供无功支撑。变速恒频直驱风力发电系统,代表了风力发电系统未来的发展方向,这种结构显著的优点是可以简化齿轮箱或者取消齿轮箱,因此能够显著减少机械故障。也可以方便实现无功支撑。过去,电网故障时一般采取风力发电装置脱离电网进行保护的方案,但随着风电发电容量的比重日益增长,这种处理方法可能造成电力系统故障的扩大,危害电力系统的安全运行。针对这种情况,德国、丹麦等一些风电发展成熟的国家都出台了风电并网的规范,要求风力发电装置在电网电压跌落时,具有电网无功支撑功能,即低电压穿越(LVRT)。图4为德国E-ON低电压穿越的要求,阴影部分为要求提供无功支撑,而且每跌落1%电网电压,需要提供额定电流2%的无功电流,直到提供100%无功电流。ABB、GE等制造的双馈变流器具备低电压穿越功能。
随着近期国家新能源振兴规划的提出,风电装机容量在未来将大幅度增长,将在全国电力容量中占有可观的比重,因此我国也必要制定风电低电压穿越规范。低电压穿越技术的研究开发已引起国内同行的重视。
在整个双馈风力发电中,从电力电子领域提高整机效率的环节主要有两个方面:通过对双馈电机的优化控制,减小电机的损耗,进而实现整体效率的提高;通过对变流器结构的优化选择,使用高效率的变流器拓扑结构来提高整机的效率。目前风电大功率变流器装置中一般采用比较成熟的两电平六开关背靠背变流器,通过研究多电平技术和软开关技术在提高变流器效率方面也有很重要的意义。
目前风电装置主流采用690V等级,该电压等级严重落后风电装置的大容化的快速发展的步伐。造成电缆的材料耗费、损耗的增加。图5是采用三电平BTB变流器5MW风电装置。
最后我再次也希望通过这篇总结来表达自己对知道老师的感谢之情,谢谢您的不懈努力和耐心指导,才使得我再这次的实验过程中收获的这么多,也正式您的不吝教诲才使得我们在这次实验中学习和收获了许多的有用的知识和技巧,我相信在以后的学习或者工作中一定有其用武之地。过多的感谢无以言表,万分感激,至此敬礼!
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