电力电子技术在电力系统中的应用研究及直流融冰技术

1电力电子技术在电力系统中的应用研究及直流融冰技术2目录摘要： .3前言： .41. 电力电子技术的主要内容概述 .51.1电力电子器件 .51.1.1.电力电子器件的特征 .51.1.2电力电子器件的分类 .51.1.3晶闸管与 IGBT（绝缘栅双极晶体管） .61.2.电力电子电路 .71.2.1 整流电路 .71.2.2 逆变电路 .111.2.3斩波与变频电路 .122. 电力电子装置在输电网、配电网、新能源发电中的应用分析 .132.1高压直流输电在输电网中的应用 .132.1.1直流输电系统 .132.1.2串联电容补偿装置 .142.1.3 超导故障电流限制器 .142.2 高压直流输电在配电网中的应用 .152.2.1 固态切换开关 .152.2.2 动态电压恢复器 .162.2.3有源滤波器 .162.3 在新能源发电中的作用 .172.3.1光伏发电系统中电力电子技术的应用 .172.3.2 风伏发电中电力电子技术应用 .173.交流 500 千伏输电线路直流融冰原理电路的设计 .183.1 电网除冰技术 .193.2 直流融冰装置与原理 .193.2.1直流融冰的基本原理： .193.2.2直流融冰装置原理图及接线 .193.2.3直流融冰装置在应用时的基本要求 .203.2.4有关参数的计算 .203.2.5存在缺点及改进建议 .203.3 500 千伏输电线路直流融冰电路图的设计 .214.总结 .22文献资料： .22致谢： .233摘要：极端气候条件引起的输电线路覆冰导致输电线路和杆塔的严重损害，这使得快速恢复送电变得非常困难。为了防止这种情况的再次出现，进行输电线路的融冰是一种很好的方法。本文目的是设计一交流 500千伏输电线路直流融冰原理电路。针对输电线路融冰技术从多反面收集资料，结合电子电力电路和电子电力应用技术的相关知识，认真总结复兴站的经验并完成交流 500千伏输电线路直流融冰原理电路。关键词： 直流融冰电路 电力电子电路 电力电子应用技术4前言：本文旨在分析总结电力电子技术主要内容与电力电子技术在电力系统中的应用为解决冰冻灾害对输电线路的影响，结合世界各国投入了大量的科研力量重点研究线路在冰灾条件下抗冰融冰技术。目前提高电网抵御冰雪灾害能力进行线路除冰融冰的方法有多种。从国内外目前技术水平来看，交流融冰和直流融冰是最为成熟和可行的两种融冰手段。故本文通过阐述直流融冰技术的原理，针对枢纽 变电站的典型输电线路设计了直流融冰方案，并对基于脉动整流方式的直流融冰装置进行研究。设计交流 500千伏输电线路直流融冰原理电路的设计。51.电力电子技术的主要内容概述以电力为对象的电子技术称为电力电子技术。它利用电力电子器件对电能进行电压、电流、频率和波形等方面的控制和变换。电力变换是指电力的四大基本变换：交流/直流（AC/DC）、直流/交流（DC/AC）、直流/直流（DC/DC）和交流/交流（AC/AC）变换。因而包含在两种电能之间，或对同一种电能的一个或多个参数进行变换；控制则包括三方面的内容：对电力变换即对电能形态变换的控制；对电能传送方向的控制；对电能质量指标的控制，包括大小、频率、波形和相位等。电力电子技术的功能核心是电力电子器件，通过不同的电路控制来实现对电能的转换和控制，以整流、逆变、斩波等电路为主要技术。1.1电力电子器件所谓电力电子技术就是应用于电力领域的电子技术。电力电子技术的诞生是以1957年美国通用电气公司研制出第一个晶闸管为标志的。按照器件的控制性能分主要分为三大类不可控型器件，半控型器件，全控型器件。晶闸管是通过对门极的控制能够使其导通而不能使其关断的器件，属于半控型器件。对晶闸管电路的控制方式主要是相位控制方式，简称相控方式。70年代后期，以门极可关断晶闸管（GTO）、电力双极型晶体管（BJT）和电力场效应晶体管（Power-MOSFET）为代表的全控型器件迅速发展。 全控型器件的特点是，通过对门极（基极、栅极）的控制既可使其开通又可使其关断。 把驱动、控制、保护电路和电力电子器件集成在一起，构成电力电子集成电路（PIC）。 1.1.1.电力电子器件的特征所能处理电功率的大小，也就是其承受电压和电流的能力，是其最重要的参数，一般都远大于处理信息的电子器件。 为了减小本身的损耗，提高效率，一般都工作在开关状态。 由信息电子电路来控制 ,而且需要驱动电路。 自身的功率损耗通常仍远大于信息电子器件，在其工作时一般都需要安装散热器 1.1.2电力电子器件的分类按照能够被控制电路信号所控制的程度 a.半控型器件：主要是指晶闸管（Thyristor）及其大部分派生器件。 器件的关断完全是由其在主电路中承受的电压和电流决定的。 b.全控型器件：目前最常用的是 IGBT 和 Power MOSFET。 通过控制信号既可以控制其导通，又可以控制其关断。 c.不可控器件： 电力二极管（Power Diode） 6不能用控制信号来控制其通断。 三种类型的主要器件和其图形符号：按照驱动信号的性质 a.电流驱动型 ：通过从控制端注入或者抽出电流来实现导通或者关断的控制。 b.电压驱动型 仅通过在控制端和公共端之间施加一定的电压信号就可实现导通或者关断的控制。 按照驱动信号的波形（电力二极管除外 ） a.脉冲触发型 通过在控制端施加一个电压或电流的脉冲信号来实现器件的开通或者关断的控制。b.电平控制型 必须通过持续在控制端和公共端之间施加一定电平的电压或电流信号来使器件开通并维持在导通状态或者关断并维持在阻断状态。 主要器件 图形符号不可控 电力二极管半控型 晶闸管IGBTMOSFET(电力场效应晶体管)全控型GTO （门极可关断晶闸管）71.1.3晶闸管与 IGBT（绝缘栅双极晶体管）a半控型器件：晶闸管工作条件：要有适当的正向阳极电压；还要有适当的正向门极电压，且晶闸管一旦导通，门极将失去作用；工作特性：静态特性，当晶闸管承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通。当晶闸管承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能开通。伏安特性：当 IG =0时，如果在器件两端施加正向电压，则晶闸管处于正向阻断状态，只有很小的正向漏电流流过。如果正向电压超过临界极限即正向转折电压 Ubo，则漏电流急剧增大，器件开通。晶闸管处于反向阻断状态时，只有极小的反向漏电流通过。当反向电压超过一定限度，到反向击穿电压后，外电路如无限制措施，则反向漏电流急剧增大，导致晶闸管发热损坏。应用场合：可控整流，实现交流可变直流；逆变与变频直流交流；斩波调压(脉冲调压) 交流频率可变交流等。b全控型器件：IGBT（绝缘栅双极晶体管）工作条件：开通和关断由栅极和发射极间的电压 UGE决定，当 UGE为正，且大于开启电压 UGE(th)时，IGBT 就可以导通；当栅极与发射极间施加反向电压或者不加信号时，IGBT 就被关断。工作特性：转移特性：开启电压 UGE(th