电力电子及其控制技术共40页文档

电力电子技术pdf
电力电子技术是应用电力电子器件和元件开发的新兴技术，它具
有高效、智能、灵活、安全、可靠等特点。

电力电子技术把计算机技术、信号处理技术、自动控制技术、电力技术、通信技术以及电子化
技术融为一体，构成一系列新的模型。

基于这些模型，可以更好地控
制和管理电力系统的可靠性、安全性和有效性，在电力系统中发挥更
大的作用。

电力电子技术可以用于实现可再生能源利用，作为并网系统的实现者。

另外，电力电子技术也可以用于电力系统的实时监控，以及检测电力
系统中的故障。

此外，电力电子技术还可以用于实时控制电网，为可
控电力系统提供技术支持，保障社会安全。

通过实施电力电子技术，
可以实现智能电网、智能电网和智能电网的变频调节等功能，实现有
效的电能管理和配置。

电力电子技术第一部分一、电力电子技术的定义电力电子技术是一门利用电力电子器件、电路理论和控制技术对电能进行处理、控制和变换的学科，是现代电子学的一个重要分支，也是电工技术的分支之一。

电力电子技术是应用于电力领域的电子技术。

具体地说，就是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。

二、电力电子技术的研究内容电力电子技术的研究内容：1、电力电子器件2、变流技术3、控制技术或者说，电力电子技术的研究内容：电子学、电力学、控制理论三、与其它学科的关系1、与微电子学的关系三个相同点：（1）都分为电子器件和电子电路两大分支，二者同根同源（2）两类器件制造技术的理论基础相同；（3）制造工艺也基本相同。

两个不同点：（1）应用目的不同——前者用于电力变换，后者用于信息处理；（2）工作状态不同——在微电子技术中，器件既可以处于放大状态，也可以处于开关状态；而在电力电子技术中为避免功率损耗过大，电力电子器件总是工作在开关状态。

2、与电力学(电气工程)的关系（1）电力电子技术广泛用于电气工程中；（2）国内外均把电力电子技术归为电气工程的一个分支；（3）电力电子技术是电气工程学科中最为活跃的一个分支。

3、与控制理论的关系（1）控制理论广泛用于电力电子系统中；（2）电力电子技术是弱电控制强电的技术，是弱电和强电的接口,控制理论是这种接口的有力纽带；（3）电力电子装置是自动化技术的基础元件和重要支撑技术。

四、电力电子技术的发展历史美国通用电气公司研制出第一个工业用的普通晶闸管，标志电力电子技术的诞生1、传统电力电子技术电力电子器件以半控型的晶闸管为主，变流电路以相控电路为主，控制电路以模拟电路为主。

2、现代电力电子技术现代电力电子技术在器件、电路及其控制技术方面与传统电力电子技术相比主要有如下特点：A、集成化B、高频化C、全控化D、控制电路弱电化E、控制技术数字化3、电力电子技术的发展展望科学家预言，电力电子技术和运动控制一起，将和计算机技术共同成为未来科学技术的两大支柱。

统一电能质量控制器UPQC（Unified Power Quality Conditioner）为补偿三相不平衡、非线性负载的无功电流ioq 和谐波电流ioh对电源、电网的危害，可采用并联型电力电子变换器；为补偿电源电压的三相不对称、谐波畸变（有谐波电压vsh）以及偏离额定值vR，可采用串联型电力电子补偿器。

上图示出由串联型变流器和并联型变流器组成的统一电能质量控制器。

若负载电流(含有功、无功及谐波电流)为i o =i op +i oq +i oh ，若电源电压基波分量为v s1，谐波电压为v sh ，基波电压额定值v R 。

基波电压偏离值△v 1= v s1-v R ，电网电压v s = v s1+v sh = v R +△v 1+v sh 。

如果并联变流器Ⅱ被控为正弦电压源，输出电压指令为三相对称的基波额定电压v R ，串联变流器Ⅰ被控为正弦电流源，输出电流指令为与电源基波电压v s1同相的三相平衡的基波电流I s ，则并联变流器输出的无功电流和谐波电流将完全补偿负载的无功电流和谐波电流，使电源线路电流仅为有功电流I s ，cos φ=1。

同时串联变流器Ⅰ输出的串联电压△v 将完全补偿电源电压中谐波电压v sh 和基波电压的偏离值△v 1，负载端电压将是正弦基波额定电压v R 。

通过对并联、串联两个变流器进行适当控制，可实现较为理想的负载电能质量控制，所以称之为UPQC；由双变流器串、并联补偿的UPQC可以同时保证电网侧电流和负载侧电压的质量；UPQC控制比单个变流器更加复杂，控制成本高，在某些特殊场合下使用。

三逆变器及控制1.逆变器需求恒频恒压交流负载变频变压变速传动系统通信系统的直流开关电源新能源系统风力发电、太阳能电池、燃料电池、超导磁体储能等直流输电系统Ud/2 Ud/2T1T2r LCi1i0a+++u0+-u1负载Ud/2T1T2T3T4rLCi1i0++ba+-u1u0+负载（a）单相半桥逆变电路（b）单相全桥逆变电路开关模式中、小功率逆变器，采用PWM方式；大容量逆变器，采用多个桥式逆变电路通过变压器适当组合而成，每个桥式逆变电路的开关器件每周期仅通断一次，每个开关导电180o；输出波形性能指标谐波系数HF 总谐波畸变率THD畸变系数DF(Distortion Factor)性能指标逆变效率单位重量（或单位体积）输出功率可靠性指标输入电流交流分量电磁干扰EMI 及电磁兼容性EMC1/V V HF n n =∑∞==L ,4,3,2211n n V V THD ∑∞=⎟⎠⎞⎜⎝⎛=L ,4,3,22211n n n V V DF （表征经LC滤波后输出电压波形还存在畸变的程度）2.逆变器的控制以电压源型逆变电源（VSI）为例闭环控制系统框图rv 输出控制器PWM 形成给定-LC滤波器逆变桥负载ov 检测电路单相逆变器负载模型由于实际负载类型存在多样性，为了准确反映负载实际情况，不对逆变器负载做任何假定，把负载电流处理为逆变器的一个外部扰动输入量。

电力电子中的控制技术研究随着科学技术的不断发展，新能源的开发已经成为人们关注的热点问题。

电力电子作为新能源领域的重要分支，涉及到能源的质量、可靠性、节能性等方面，其控制技术研究成为电力电子发展的关键之一。

电力电子中的控制技术，主要是指控制电源的电压、电流和频率等参数，以达到节能降耗、提高效率、保护设备等目的。

控制技术的研究，可以针对不同的应用场景和设备进行，例如电动汽车、风力发电、太阳能发电等。

首先，电动汽车方面需要研究电动机控制技术。

电动机控制技术主要包括智能控制、传感器控制、变频控制等技术。

其中，智能控制技术可以根据电动机的负载和转速进行智能调节；传感器控制技术则是通过安装传感器，获取电动机的运行状态，并根据传感器的反馈信号，进行控制保护；变频控制技术则是通过变频器控制电源的电流、电压波形，从而控制电动机的转速和扭矩。

其次，风力发电方面需要研究控制风力涡轮机的转速和叶片角度。

控制风力涡轮机的转速和叶片角度，可以调节发电机的输出功率和转速，从而保证风力发电系统的安全稳定运行。

目前风力涡轮机的控制技术主要有PID控制、模糊控制和神经网络控制等技术。

其中，PID控制技术是较为常用的一种，可以通过调节比例系数、积分时间、微分时间等参数，实现指定转速和叶片角度的控制。

最后，太阳能发电方面需要研究逆变器控制技术。

逆变器是太阳能发电系统中的核心部件，其主要作用是将太阳能光电能转换为交流电能。

逆变器的控制技术主要有PWM控制、MPPT控制和SVPWM控制等技术。

其中，PWM控制技术是较为常用的一种，可以通过调整逆变器输出的电压、频率、相位等参数，实现太阳能发电系统的稳频运行。

总之，电力电子中的控制技术研究已经成为新能源领域发展的关键之一。

不同的设备需要面对不同的问题，因此需要针对不同的应用场景和设备进行控制技术的研究。

电力电子控制技术的不断创新和提升，将为新能源的发展提供更好的技术支持，推动电力电子与新能源的融合发展。