《电力电子技术》学习心得

《电力电子技术》关于新能源的利用

通过这学期十几周的学习，我对电力电子学有了简单地了解。采用半导体电力开关器件构成各种开关电路，按一定的规律，周期性地，实时、适式的控制开关器件的通、断状态，可以实现电子开关型电力变化和控制。这种电力电子变换和控制，被称为电力电子学或电力电子技术。至于，什么事电力电子，强电与弱电的联系是什么，它有什么用途等等。这些都将是我们这门课程的需要解决的主要问题和传达给我们的知识和要点，通过这门课的学习我们队这些问题都将会有一个比较深刻的理解和学习，为我们以后的学习和工作都会有一定的基础积累。这门课程虽说知识考查课，但是它的作用是非同寻常的，它帮助我们学习弱电的学生们更好的理解和掌握我们本专业所需要学习和掌握的主要知识，同时它又帮助我们加深我们专业与强电专业的差别以及联系，让我们在看到两种之间的差别的同时又让我们明白两者之间的联系和交叉。为我们的知识盲区划清界限，同时也为我们的专业寻找了另一个出路和用途为我们以后的学习方向和工作提供了一定的方向和出路。所以说这门课程所提供我们的不仅仅知识课本上的那一点点知识要点，更可贵的事它为我们提供了许多我们在自己专业上以及以后工作的道路上的方向。它就像一盏指明灯一样，虽只是星星点灯，但它却为我们的前进方向指明了航行的方向，起到的作用是非常巨大的。这也就是为什么说虽说它只是一门考查课但却非常重要的课程。

如今，关于电力电子有关新能源的利用的话题越来越热烈，有关新能源的利用有很大的前景和客观的效益。

世界能源结构正在发生巨大的变革。以资源有限、污染严重的石化能源为主的能源结构将逐步转变为以资源无限，清洁干净的可再生能源为主的多样性，复合型的能源结构。太阳能作为一种新兴的绿色能源，以其永不枯竭、无污染、不受地域资源限制等优点，正得到迅速的推广应用。

随着太阳能光伏发电应用的发展，太阳能光伏发电已经不再只是作为偏远无电地区的能源供应，而是向逐渐取代常规能源的方向发展。在国外，并网发电逐渐成为太阳能光伏发电的主要应用领域，太阳能光伏产业已经逐渐形成，并持续高速发展。

目前国外并网逆变器技术发展十分迅速。目前的研究主要集中在空间矢量PWM技术、数字锁相控制技术、数字DSP控制技术、最大功率点跟踪和孤岛检出技术，以及综合考虑以上方面的系统总体设计等。国外的有些并网逆变器还设计同时具有独立运行和并网运行功能。国内太阳能光伏应用仍以独立供电系统为主，并网系统则刚刚起步。目前国内自主研制的并网逆变器存在有系统运行不稳定，可靠性低的弱点;且保护措施不全，容易引起事故，与建筑一体化等问题也没有得到很好考虑。

由于太阳能电池只能在白天光照条件下输出能量，根据负载需要，系统一般选用铅酸蓄电池作为储能环节来提供夜间所需电力。整个光伏系统由太阳能电池、蓄电池、负载和控制器组成。虚线框中部分即为系统控制部分的结构框图，一般由充电电路、放电电路和状态控制电路3部分组成。

系统各部分容量的选取配合，需要综合考虑成本、效率和可靠性。随着光伏产业的迅速发展，太阳能电池的价格正在逐步下降，然而它仍是整个系统中最昂贵的部分。它的容量选取影响着整个系统的成本。相比较而言，蓄电池价格较为低廉，因此可以选取相对较大容量的蓄电池，尽可能充分利用太阳能电池所发出的功率。另外，在与负载容量配合时，应该考虑到连续阴天的情况，对系统容量留出一定裕度。

与独立供电的光伏系统相比，并网系统一般都没有储能环节，直接由并网逆变器接太阳能电池和电网。并网逆变器的基本功能是相同的。那就是，在太阳能电池输出较大范围内变化时，能始终以尽可能高的效率将太阳能电池输出的低压直流电转化成与电网匹配的交流电流送入电网。太阳能电池输出的大范围变动，主要原因是白天日照强度的变化，范围在200W/m2到1000W/m2之间.

通过回顾在这门课程学习到的知识，我们科一更加清楚的了解它的重要和作用。在第一章电力电子变化和控制技术导论的学习中，我了解了电力电子学科的形成、四类基本的开关型电力电子变换电路、两种基本的控制方式（相控和脉冲宽度调制控制）、两类应用领域（电力变换电源和电力补偿控制），以及电力电子变换器的基本特性。经过这一章的学习，我对电力电子变换和控制技术有了一个全貌的认识。接下来的一章里学习了各类半导体电力开关器件的基本工作原理和静态特性。然后又学习了直流-直流（DC/DC），直流-交流（DC/AC），交流-直流（AC/DC），交流-交流（AC/AC）四类电力电子变换的工作原理和特性以及电力电子变换器中的辅助元器件和系统，还分析了开关器件的开通关断过程和各种缓冲器，以及电力电子变换电路的两类典型应用：多级开关电路组合型交流、直流电源和电力电子开关型电力补偿、控制器等。

在这学期的学习中，我们学习到了许多有用得知识和技巧，同时我们在老师的指导下还尝试了多种新的学习方法，例如分组学习并做PPT重点总结、自主学习后课堂讲解等，这些方法都大大的调动了我们课下学习的积极性，课前的预习也使我们上课时能更好的理解以及吸收学科知识，更重要的是通过相关实验课的学习和积累加深了我们相关课程和知识的映像，也为我们的知识储备加深了更加深的一笔储备，而且通过实践掌握了这门课的掌握的要点，更是提升了我们处理和分析的能力，通过自己搭建电路，调试电路以及分析电路的实验结果为我们进一步掌握电学知识的要点加深了更加有力的知识储备。

太阳能光伏发电是当今备受瞩目的热点之一，光伏产业正以年均增长量40%的速率发展。

太阳能光伏发电装置主要有光伏电池模块和逆变器构成。光伏逆变器按是否采用隔离方式，可分为工频隔离的光伏逆变器、高频隔离的光伏逆变器和非隔离光伏逆变器。工频变压器隔离的光伏逆变器是目前较常用的结构，具有安全性高，可以防止逆变器输出的直流偏置电流注入电网，但存在工频变压器体积大、笨重的问题。工频隔离的光伏逆变器效率约在94%~96%之间。

高频隔离的光伏逆变器一般通过前级DC/DC变换器实现高频隔离，如图1(a)所示。它具有高频隔离变压器体积小、重量轻的特点。隔离DC/DC变换器电路有全桥移相DC/DC变换器，双正激DC/DC变换器等。由于引入隔离DC/DC变换器，将引起3-4%效率损耗。高频隔离的光伏逆变器整体效率在93-95%。

非隔离的光伏逆变器具有功率密度高、整机效率高的特点。目前，非隔离光伏逆变器效率已高达98.8%。非隔离光伏逆变器又可分为单级结构、两级结构。单级结构中，光伏模块的输出电压必须与电网电压相匹配，因此单级结构对光伏阵列的额定电压等级有较苛刻的要求，但在大功率光伏系统中不成为问题。两级结构中，光伏模块的输出首先通过前级DC/DC 变换器升压，再送入逆变器。两级结构对光伏模块的额定电压等级的要求比较宽松，因此在小功率光伏系统中较受青睐。非隔离光伏逆变器越来越得到广泛应用，在欧洲约占80%市场，在日本约占50%市场。

由于非隔离光伏逆变器中，光伏模块与电网之间没有电气隔离，需特殊考虑安全性问题。图2 为一个非隔离并网光伏逆变器示意图。图2(a)所示，光伏电池硅片与接地框架之间存在寄生电容。对于单晶体硅光伏电池，寄生电容约为50~150nF/kWp，对于薄膜光伏电池，约为1μF/kWp[5]。图2(b)为考虑PV寄生电容光伏系统模型，Cpv为光伏模块等效对地寄生电容。逆变器ＰＷＭ调制将在Cpv两端引起的高频电压，造成地电流。寄生电容Cpv

的大小与光伏阵列的框架结构有关，光伏电池表面及间距、框架结构、天气条件、湿度、覆盖于光伏阵列表面的尘埃。地电流对人造成安全隐患，也造成电磁干扰。因此，对于非隔离光伏逆变并网系统，需要抑制由光伏模块寄生电容引起的地电流问题。

地电流与光伏阵列输出端电压波动的幅度及频率密切相关，即与逆变器拓扑及开关策略的选择有关。地电流抑制有多种方法，主要有采用特殊的并网逆变拓扑和PWM调制方法、在交流侧安装共模电抗器、有源地电流抑制电路。

我们都知道，随着大功率半导体开关器件的发明和变流电路的进步和发展，产生了利用这类器件和电路实现电能变换与控制的技术——电力电子技术。电力电子技术横跨电力、电子和控制三个领域，是现代电子技术的基础之一，是弱电子对强电力实现控制的桥梁和纽带，已被广泛应用于工农业生产、国防、交通、能源和人民生活的各个领域，有着极其广阔的应用前景，成为电气工程中的基础电子技术。

电力电子的诞生,上世纪五十年代未第一只晶闸管问世，电力电子技术开始登上现代电气传动技术舞台，以此为基础开发的可控硅整流装置，是电气传动领域的一次革命，使电能的变换和控制从旋转变流机组和静止离子变流器进入由电力电子器件构成的变流器时代。这标志着电力电子的诞生。

第一代电力电子器件,进入70年代晶闸管开始形成由低电压小电流到高电压大电流的系列产品，它们是普通晶闸管不能自关断的半控型器件，被称为第一代电力电子器件。

第二代电力电子器件,随着电力电子技术理论研究和制造工艺水平的不断提高，电力电子器件在容量和类型等方面得到了很大发展，是电力电子技术的又一次飞跃，先后研制出大功率双极型晶体管(GTR)，门极可关断晶闸管(GTO)，功率MOSFET等自关断全控型第二代电力电子器件。