一文看懂电力电子装置及其特点

　　电力电子装置的概念

　　电力电子装置（powerelectronicequipment）由各类电力电子电路组成的装置。用于大功率电能的变换和控制。又称变流装置。它包括整流器、逆变器、直流变流器、交流变流器、各类电源和开关、电机调速装置、直流输电装置、感应加热装置、无功补偿装置、电镀电解装置、家用电器变流装置等。

　　其中，直流电源可由整流器或直流变流器组成，用于直流电动机调速、充电（备充电电源）、电镀和科学仪器等的电源。交流电源可由变频器（见交流变换电路）组成。分为变频变压电源（用于交流笼式异步电动机调速）、恒频恒压电源（用以构成交流不停电电源）、交流稳压电源、中频感应加热电源（电源输出频率达8千赫，用于感应加热和淬火）、高频加热电源（电源输出频率高于8千赫，用于淬火和焊接）等。利用电力电子器件的快速开关性能，可构成静止式无触点大功率开关，代替传统的电磁式有触点大功率开关。

　　电力电子装置的装置保护

　　电力电子装置受所用器件性能的影响，承受过电压、过电流的能力比较差。例如，电动机、变压器等通常可在几倍的额定电流下工作几秒钟或几分钟，而在相同条件下电力电子器件只需0.1秒或更短时间就已损坏。因此，除在设计电力电子装置时合理选择器件的电压、电流容量外，还需专门采取一些保护措施，以防止装置内的器件因过电流、过电压而损坏。某些电力电子装置对环境条件（如温度、冷却水压力、风速等）有特殊要求，需对这些条件进行监测，以保证装置可靠运行。

　　电力电子装置的过压保护

　　过电压会使装置的绝缘遭破坏而无法工作。常用的过电压保护措施有：

　　①采用阻容吸收电路。由电容和电阻串联而成，利用电容来吸收尖峰状态的过电压，利用与电容串联的电阻消耗过电压的能量，从而抑制电路的振荡。

　　②选用非线性电阻器件。利用这类器件接近于稳压管的伏安特性和击穿后其特性可自动恢复的特点，实现电力电子装置的过电压保护。常用器件有硒堆过电压抑制器和压敏电阻。

　　③采用电子电路作过电压检测和保护。

　　电力电子装置的抗干扰技术

　　电力电子装置是大功率电能变换设备，它的安装使用现场不可避免存在严重电磁干扰。强干扰信号窜入装置中除直接使电力电子器件误动作外，主要干扰装置的控制电路，使装置误动作。常用抗干扰的技术措施有：

　　①抑制干扰信号的强度。例如交流继电器、交流接触器触头并联电容，可减小触头通断时的电火花干扰。

　　②合理布线以减小导线间的分布电容、分布电感和互感，防止干扰信号窜入。

　　③实施电磁屏蔽。

　　④正确选择接地点并良好接地。

　　⑤加强电路本身的抗干扰能力。设计时选用抗干扰性能好的电子元件。

　　⑥控制电路共用直流稳压电源时，电路各部分应单独引线。

　　⑦在信号强度允许条件下尽量降低各单元电路的输入、输出阻抗。

　　⑧采用变压器耦合等隔离手段，将控制电路与信号源或控制电路与电力电子装置的主电路在电路上隔离，防止干扰信号窜入。

　　电力电子装置特点

　　1、处理对象为高电压，大电流，强功率。

　　2、处理的内容为电能的相关转换，包括AC-DC转换，AC-AC转换，DC-DC转换和DC-AC转换。

　　3、处理的方式采用弱点控制强点

　　4、其应用范围广泛分布与各个生产生活环节.

　　电力电子装置的应用

　　电力系统是能源利用、输送和配给的主要载体，在社会经济中发挥着重要作用。化石能源和气候环境的危机使得电力系统正在从规模化发展向可持续发展和智能化转型。分布式电源和储能装置的大规模接入，地方电网、微型电网与主干电网的配合，高效、灵活的输电方式，配电和用电的智能化双向互动，供电质量和可靠性的提高，是电力系统转型的特征。

　　在电力系统中，可再生能源的并网发电、储能装置的功率转换、交直流电网的柔性互联、配用电能的双向流动、无功和谐波的动态补偿都需要依靠电力电子装置来实现。随着高电压、大功率电力电子器件的发展，变换器模块化、单元化和智能化水平的提升，控制策略和调制策略性能的提高，电力电子装置在电力系统中将会发挥更大的作用。

　　电力电子在电力系统中的应用状态

　　1、在发电工作中的应用

　　电力电子在电力系统发电环节中的应用主要体现在三个方面：（1）发电机组励磁：大型的发电机组多使用静置励磁技术，此技术相对调节速度快、操控方便。水利发电机组常使用交流励磁技术，将励磁电流频率进行动态调整，使发电系统加快对水头压力及水量的调整，整体提高了发电质量；（2）风力发电：风力发电的主要步骤是变流器的工作。风力变流器使用整流器设备使不受控制的风能转化成电压与可使用电能。后期变流器的不断发展使其性能极大提升，提高了风力发电系统的电容量与电压等级；（3）光伏电站：光伏电站是将太阳能集中处理的结构，现阶段大型光伏发电系统处于发展推广的阶段，存在光伏阵列组合的热斑效应与逆变器组合的特征未理想化等问题，证明光伏发电的建设需要充分考虑光伏阵列的组合方式与逆变器的组合方式因素。

　　2、在电能存储工作中的应用

　　电能存储的技术在电力系统应用中起到调整高峰负荷供电作用，提升了现阶段电力设备的使用率和电网的使用效率，同时可科学地面对电力故障问题，从根本上提高了电力的质量与用电效率。储能方式中相对高效的是如下三种：（1）调速抽水储能，在抽水储能电站工作过程中，上下水库的差距逐渐产生变化，导致抽水储能电站的工作在不断的变速下才可以达到最佳效果；（2）其使用的原理是在电力系统用电低时，使剩余的电量推动空气压缩机，通过高压空气的方式将能量储存；（3）电池储能方式，电池通常是使用锂离子电池、钠硫电池与全钒液流电池。　

　　3、在微型电网中的应用

　　微型电网是小型发电配电系统，由分布式电源、储能设备、变化器等装置组成。使用功率变换器进行调节，使微型电网与外界电网进行联网运行，达到局部功能平衡与局部能量优化。外界电网出现问题时，经由变换器解列，使微型电网进入到独立运行状态，使其继续向较为主要的位置输电，加强了用电安全性。通过实践经验得知，分布式电源以微型电网方式连接到外界电网进行同步运行，充分发挥了分布式电源的效果。使用微型电网过程中，分布式电源与储能装置的连接，使用多个变换器的方式进行或者使用一个多变接口的变换器进行。其中使用多个变换器过程中，不同的控制器处于独立位置，需进行通信方式调节工作进程，特点是成本高、通信市场不可控制。多变形式的变换器在使用过程中，可达到输入输出变换器，特点是提升可再生能源的利用率与完善能源管理。

　　4、在电力输送工作中的应用

　　在电力输送工作中的应用主要从三个方面来展现：（1）直流输电：直流输电主要分为常规式与柔性直流输电，常规形式使用晶闸管作用下的换流器，柔性直流输电使用全控器件作用下的换流器。二者相比较，柔性直流输电的优势是，有功功率与无功功率的独立操控、不需要无功补偿装置、可以向无电源负荷供电等；（2）分频输电：分频输电方式使用较低的频率进行输送电能，极大地降低了交流输电线路距离，增强了传输性能。在水利发电与风力发电系统中，相对适于使用低频进行电能的输送；（3）固态变换器：固态变换器的特点是，可以对电压的幅值、频率、相数与形状等特点进行交换，属于新型变压器。固态变压器拥有其潮流控制、调整电能质量等功效，有效地提升了电力系统输电的安全性与灵活性。