实 验 报 告
课程名称：电力电子实验
实验名称：电力电子第一次实验 院（ 系）：自动化 专 业：自动化 姓 名： 学 号：
实 验 室： 动力楼 实验组别： 同组人员： 实验时间：2015 评定成绩： 审阅教师：
一、概述
电力电子技术是应用于电力领域的电子技术。具体的说，就是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。所用的电力电子器件均用半导体制成，故也称为电力半导体器件。电力电子技术所变换的“电力”，功率可以大到数百MW甚至GW，也可以小到数W甚至1W以下，主要用于电力变换。
电力电子涉及由半导体开关启动装置进行电源的控制与转换领域。半导体整流控制、半导体硅整的小型化等的出现，产生一个新的电力电子应用领域。电力电子技术的应用十分广泛，下面将简单总结它在以下六个方面的应用：智能电网方面、电力牵引方面、电动汽车、电动自行车方面、充电桩方面以及光伏发电方面。
二、电力电子在智能电网中的应用
随着经济的不断进步以及信息技术、科技水平的不断提高，智能电网对于自身应对干扰、波动时的反应能力、适应能力的要求也在不断提高。因此，电力电子技术在智能电网中得到了广泛的应用。先进电力电子装置作为重要的系统调控手段，可以用来调节输配电网的潮流分配，增强网架结构，抑制电网故障的传播，并提升电网在各种故障下的 “自愈”能力。在此基础上，对于新能源的开发及利用，节能减排的要求才能更好的实施。
而电力电子中有四种技术在智能电网中得到了应用，分别是FACTS技术、直流输电技术、电能质量技术以及能量转换技术。
1.FACTS技术在智能电网中的应用
FACTS 技术是指以电力电子设备为基础，结合 现代控制技术来实现对原有交流输电系统参数及 网络结构的快速灵活控制，从而达到大幅提高线路 的输送能力和增强系统稳定性、可靠性的目的。
FACTS技术包括静止无功补偿器(static var compen-sator，SVC)、可控串补(thyristor controlled series compensator，TCSC)技术等。其中SVC是一种典型的灵活交流输电装置,电路图如图2.1所示，它可以调节系统电压，保持电压稳定；控制无功潮流，增加输送能力；为直流换流器提供无功功率；提高系统的静态和暂态稳定性；加强对系统低 频振荡的阻尼。而TCSC技术原理图如图2.2所示，可看出改电路可以有效阻尼系统低频振荡、抑制次同步谐振、优化系统运行方式和降低输电损耗。
图2.1 静止无功补偿器(static var compen-sator，SVC)电路图
图2.2 可控串补(thyristor controlled series compensator，TCSC)原理图
2.直流输电在智能电网中的应用
HVDC（高压直流输电）是ABB 50多年前开发的一项技术，可有效提高远距离输电的效率。由于直流电不产生振荡，因此直流输电的电能损失较少。在直流输电系统中，交流电在换流站被转换为直流电，然后通过架空线缆传输至接收点。在接收点，另一个换流站将直流电转换为交流电并接入交流电网。
柔性直流输电技术，即基于电压源换流器的高压直流输电（Voltage Source Converter based High Voltage Direct Current Transmission，VSC-HVDC），柔性直流输电系统示意图如图2.3所示，其原理为，通过调节换流器出口电压的幅值和与系统电压之间的功角差，可以独立地控制输出的有功功率和无功功率。这样，通过对两端换流站的控制，就可以实现两个交流网络之间有功功率的相互传送，同时两端换流站还可以独立调节各自所吸收或发出
的无功功率，从而对所联的交流系统给予无功支撑。图2.4即柔性直流输电技术中改变功角差的情况。
图2.3 柔性直流输电系统示意图
图2.4 柔性直流输电改变功角差过程
3.电能质量技术在智能电网中的应用
电能质量的评估在智能电网中具有重大意义。电能质量检测技术有很多要求，譬如能够检测滤除的谐波、要补偿的无功或要平衡的不对称值等。这就依赖于电力电子技术的发展。
4.能量转换技术在智能电网的应用
电力系统早已不局限于火力发电，而是介入了更多的新能源，譬如太阳能光伏发电、风力发电等。因此，如何将自然能源转换为电能也是电力电子范畴中的一个重要问题。能量转换技术在智能电网中发挥了很大作用。
三、DSP、FPGA在城轨列车电力牵引中的应用
牵引控制系统是城轨列车电力牵引系统的核心，主要负责完成列车通信、车辆控制和电机控制 及其扩展功能。其系统原理框图如图3.1所示。
图3.1 城轨列车电力牵引系统原理框图
可以看出，电力牵引控制系统接受外部控制信号，再由传感器得到运行的速度等信息，通过计算得到电机转子的电压幅值、频率等，作为输出控制电机的运行状态，通过PWM调至算法，驱动IGBT控制电机运行。系统功能原理框图如下图3.2所示。