电力电子最后总结模板

①一般工业：各种交直流电动机的可控整流电源或直流斩波电源，软启动装置等，电化学工业中的直流电源，冶金工业中的加热电源、淬火电源直流电弧炉电源等；

②交通运输：电气机车中直流机车的整流装置、交流机车的变频装置，直流斩波器，车辆中的各种辅助电源等；

③电力系统：电力电子变流装置；

④电子装置用电源：高频开关电源、不间断电源等； ⑤家用电器：电力电子照明电源、变频空调器；

⑥其他：各种电子仪器的电源、各种新能源中的储能缓冲装置。 2、信息电子技术和电力电子技术的共同点和区别？

电力电子技术是一门新兴的应用于电力领域的电子技术，就是使用电力电子器件（如晶闸管，GTO，IGBT等）对电能进行变换和控制的技术。

电力电子器件的制造技术和用于信息变换的电子器件制造技术的理论基础（都是基于半导体理论）是一样的，其大多数工艺了是相同的。特别是现代电力电子器件的制造大都使用集成电路制造工艺，采用微电子制造技术，许多设备都和微电子器件制造设备通用，这说明两者同根同源。电力电子电路和电子电路的许多分析方法也是一致的。

只是二者应用目的不同。前者用于信息处理，后者用于电力变换和控制。广义而言，电子电路中的功率放大和功率输出部分也可算做电力电子电路。在信息电子技术中，半导体器件既可处于放大状态，也可处于开关状态；而在电力电子技术中，为避免功率损耗过大，电力电子器件总在工作在开关状态，这成为电力电子技术区别于信息电子技术的一个重要特征。 3、直驱型变速恒频风电控制系统的工作原理。

此模型是背靠背双PWM的。control power是机侧的控制器，control gild conv 是网侧控制器。power control（wind turbine control）是风机控制器。 工作原理：首先检测到风机的转速和桨距角通过 power control控制使转速

达到*（*是最大风能时风机的转速）在基速以下时，=0；在基速以上时，

通过power control控制改变的大小使恒功率输出。Control grid conv的作用：

保持直流电压Udc保持恒定；使输出的电压与电网相匹配；给电网以无功功率补偿；Diode rectifier 和boost converter作用：把机侧的电流进行整流后升压。

直驱式永磁同步电机风电系的结构图， 带有连接发电机定子和电网的全功率背靠背变流器。发电机侧的AC/DC变流器通过调节定子侧的d轴和q轴电流，控制发电机的转矩和定子的无功功率( 无功设定值为0 ) ；网侧DC/AC变器通过调节网侧的d轴和q轴电流，控制直流侧压和流向电网的无功功率，实现有功和无功的解耦控制； 直流侧卸荷负载用于电网发生故障时， 消掉直流侧积累的多余能量， 因此这种风机的电压落表现可以看成是变流器的电压跌落表现。

控制原理：发电机侧变流器的控制器为双环结构， 包括转速外环和d、q轴电流内环，可控制发电机的电磁转矩和输出无功功率。模型以发电机转子磁通为参考坐标系，电压方程如下：

直驱式风电机组功率平衡控制

1、发电机输出功率为：

2、流过直流侧电容器的电流为：

3、网侧变换器从直流侧输入的功率为：

由1、3得：

变频电源交流励磁的双馈变速恒频风力发电系统

变频电源可以是交交变频器、交直交PWM变频器和矩阵变换器。从图中可知，双馈电机定子绕组接入工频电网，转子绕组则由变频器提供频率、幅值、相位可变的电源，实现发电机的交流励磁，此时发电系统可根据风力机的转速变化调节励磁电流的频率，实现恒频输出。根据电机学知识，有：

式中

为DFIG 定、

转子电流频率，n为DFIG 机械转速，p

为DFIG 极对数。由上式可知，当发电机转速变化时，调节转子励磁电流频率可保持定子输出电能频率恒定。 交流励磁双馈发电机的运行原理：交流励磁双馈发电机定子接入电网，转子绕组由频率、相位、幅值可调的电源供给三相低频励磁电流，在转子中形成一个低速旋转的磁场，这个磁场转速与转子的机械转速相加等于定子磁场同步速，从而发电机定子绕组中感应出同步转速的工频电压，当风速变化时转速随之变化，此时相应改变转子电流的频率和转子旋转磁场。

4、电力电子变换器在新能源领域中的应用。

光伏并网系统的结构框图如图1所示(控制电路为FPGA硬件电路)。该系统主要由前级的DC-DC变换器和后级的DC-AC逆变器组成,这两部分通过Dclink相连接。光伏阵列所发出的电能是直流电能,需要使用逆变器将直流电变换为交流电。系统通过控制DC-DC变换器的开关管的占空比来调节系统的工作点,继而转换Dclink的直流电。Dclink的作用是连接DC-DC变换器和DC-AC逆变器,并实现功率传递。DC-AC逆变部分即由下文所述新型五电平逆变器完成。

设 Vdc=E，以直流电压源负端为参考点，输出uo有±2E、±E、0 五种电平，分别由五种开关组合状态来合成：当开关 S1、S4同时导通时，uo=2E；当开关 S4、S5同时导通时，uo=E；当开关 S2、S4同时导通时，或开关 S1、S3同时导通时，uo=0；当开关 S3、S5同时导通时，uo=−E；当开关 S2、S3同时导通时，uo=−2E。

控制方法的原理分析：

针对五开关五电平逆变器，该五电平拓扑的主开关 S1、S2PWM 信号的产生需要两个三角载波。从开关 S5的 PWM 信号的产生由 S1、S2的 PWM 信号决定，主开关 S3、S4的 PWM 信号由调制波正负切换产生，均无需三角载波。因此，该五电平逆变器的PWM控制只需两个三角载波。提出载波交错SPWM(CS-SPWM) 控制方法。

调制波为正弦波，两层三角载波 C1（虚线）、C2垂直分层分布，载波相位位置的自由度取为反相。CS-SPWM 以正弦调制波与两层三角载波进行分层、分区脉宽调制。在调制波的正半周期，正弦波与载波分层线的交点为 d3，点 d1、d2为正弦波对应于时间轴的交点。分层是指在垂直于时间轴方向，一个载波为一层，如图 2 中 d2与 d3之间为 C2的一个载波层。分区是指在时间轴方向，调制波在某一载波层的一个跨度，如图中 d1与 d2之间为调制波在 C2载波层的一个分区，调制波在每个载波层都有对应的分区。主开关 S1、S2的 PWM 信号由正弦波分别与载波 C1、C2相交产生，如图中的阴影部分为一个周期内主、从开关 S1～S5的导通状态分布，uo为CS-SPWM 控制的五电平电压输出−2E～2E。

调制波正半周期，在 uo=0～2E 的 PWM 电平段，主开关 S4一直导通，正弦波在 C2、C1载波层分层、分区脉宽调制，主开关 S2、S1分别以载波频率进行通断动作，从开关 S5分别跟随 S2、S1作同频率的互补通断动作，进而得到 0、E、2E 的三电平 PWM 输出电压波形，如图 2 所示。因为在输出电压整个周期−2E～2E 的五个PWM 电平段，频繁动作的主开关依次为 S2→S1→S2→S1，所以在正、负半周期内，载波从正区域交错到负区域后，载波 C1、C2的相对位置不变，正弦波与负半周期内的两个载波分层、分区调制的顺序符合主开关频繁动作的顺序，从而得到调制波负半周期的 0、−E、−2E 的三电平 PWM 输出电压波形。

模块“variable modulation sinusoidal”实现正弦调制波幅值、频率给定和正、负半周期交替信号S3、S4产生；模块

“carriers_staggered”实现载波层的给定；模块“carriers_21mux”实现载波交错，并与正弦波比较得到开关信号 S1、S2，即得到从开关信号 S5。

传统五电平逆变器所用开关器件较多，而五开关五电平逆变器简化了拓扑结构。逆

变器的突出优点是在输出相同电平的条件下,电路结构和控制方法简单控制方式灵活、输出电压的谐波含量低、逆变效率高、适合于高压大功率输出等。 电力电子技术：是一门新兴的应用于电力领域的电子技术，就是使用电力电子器件（如晶闸管，GTO，IGBT等）对电能进行变换和控制的技术。 SVPWM ：SVPWM的主要思想是:以三相对称正弦波电压供电时三相对称电动机定子理想磁链圆为参考标准，以三相逆变器不同开关模式作适当的切换，从而形成PWM波，以所形成的实际磁链矢量来追踪其准确磁链圆。传统的SPWM方法从电源的角度出发，以生成一个可调频调压的正弦波电源，而SVPWM方法将逆变系统和异步电机看作一个整体来考虑，模型比较简单，也便于微处理器的实时控制。

PWM：脉冲宽度调制(PWM)，晶闸管工作在开关状态，晶闸管被触发导通时，电源电压加到电动机上；晶闸管关断时，直流电源与电动机断开；这样通过改变晶闸管的导通时间（即调占空比ton）就可以调节电机电压，从而进行调速。

SPWM：正弦波脉宽调制，将正弦半波N等分，把每一等分的正弦曲线与横轴所包围的面积用一个与此面积相等的等高矩形脉冲来替代。三角波载波信号Ut与一组三相对称的正弦参考电压信号Ura、Urb、Urc比较后，产生的SPWM脉冲序列波Uda 、Udb、Udc作为逆变器功率开关器件的驱动控制信号。逆变器输出电压的基波正是调制时所要求的正弦波，调节正弦波参考信号的幅值和频率就可以调节SPWM逆变器输出电压的幅值和频率。

电力电子器件（Power Electronic Device）又称为功率半导体器件，用于电能变换和电能控制电路中的大功率(通常指电流为数十至数千安，电压为数百伏以上)电子器件。分类：可以分为半控型器件、全控型器件和不可控型器件，其中晶闸管为半控型器件，承受电压和电流容量在所有器件中最高；电力二极管为不可控器件，结构和原理简单，工作可靠；还可以分为电压驱动型器件和电流驱动型器件，其中GTO、GTR为电流驱动型器件，IGBT、电力MOSFET为电压驱动型器件。 风力发电的发展情况：1、几十千瓦→兆瓦级2、定桨距失速型→变桨距变速恒频型3、户用分布式→集中式大规模风电场 预计今后每年装机容量增长速度：5000MW

双馈型变速恒频风力发电: 发电机定子侧直接加在工频电网上，转子侧加变换器后再加载在电网上，风能的3/4能量是通过定子侧馈送到电网上，转子侧是馈送1/4的能量。转子侧除了馈送能量还起到调节控制捕获最大风能。

直驱型变速恒频风力发电：发电机的定子直接加在变换器然后再加到工频电网上，变换器是全功率的

动态功率平衡控制（双PWM 功率平衡控制）: 1、正常情况下动态功率平衡; 2、电网电压跌落期间的动态功率平衡3、电网电压恢复期间的动态功率平衡; 4、转矩平衡控制

永磁直驱机组LVRT控制实现的几点要求：1、保护变流器;2、功率不平衡，通过措施使功率平衡。3、故障后功率变换器控制能快速恢复

恒速恒频系统：采用同步发电机或感应发电机，不论风速如何变化，系统通过一定的调节，保持风力机转速恒定，从而实现发电频率的恒定。这样，叶尖速比不可能总保持在最佳值，也就不能实现最大风能捕获，风能转换效率也就不高。除此之外，恒速恒频系统是一种刚性机电祸合系，当风速发生突变时，风力机的叶片将承受较大的扭应力和风力摩擦。为了保持机械转速恒定，巨大的风能还将通过叶片在风力机主轴、齿轮箱和电机等部件上产生很大的机械应力，增加了这些部件的疲劳损坏程度，缩短了使用寿命。 双PWM变流器工作原理：双PWM变流器由电机侧变流器和电网侧变流器构成，电机侧变流器实现对PMSG（永磁同步发电机）的控制，即有功无功的解耦控制和转速调节；电网侧变流器实现输出并网、输出有功无功的解耦控制和直流侧电压控制。图1为背靠背双P WM 四象限变流器的结构图．采用双DSP分别对电机侧变流器和电网侧变流器进行控制，并在2个DSP之间进行通讯以协调2个变流器之间的工作。 直驱：永磁风力发电系统采用无刷永磁同步发电机的直驱风力发电系统省去了电刷、滑环和齿轮箱，因此减少了系统的维护费用并提高了系统的可靠性。基于双PWM变换器的永磁同步发电系统能够实现变速恒频发电运行并能实现并网有功功率和无功功率的控制，因此发电效率高，结构较为简单，运行稳定性好。 变速风机驱动永磁同步发电机并网：此方案无需增速齿轮箱,从而减少了运行时的噪声及机械应力,大大缩减了传动损耗,降低了维护工作量,提高了运行的可靠性。系统通过风机直接驱动永磁同步发电机,所以无需励磁装置,减少了励磁损耗和滑环上的摩擦损耗。因永磁同步发电机输出为三相交流电,故须先整流得到直流电,再进一步去进行直直变换；整流得到的直流电不能直接输入升压斩波电路,而必须通过LC 滤波电路滤去高频分量,以减少对后续电路的干扰;最后通过DC/ AC三相逆变电路,并入电网。

风力发电意义:1、能源短缺，尤其优质能源短缺，已经成为制约我国经济发展的瓶颈。开发洁净无污染的后续能源已成为当务之急。2、在目前众多可再生能源与新能源技术开发中，最具规模化开发条件、潜力最大的就是风力发电。3、我国风能资源丰富，风力发电对缓解我国电能紧张，改善我国能源结构，有着极其广阔的发展前景。

坐标变换的基本原则:(1)保证变换前后电流所产生的旋转磁场等效;(2)保证变换前后等效的系统的电动机的功率不变。

闭环控制：电流内环的主要作用是按电压外环输出的电流指令进行电流控制，即实现单位功率因数正弦电流控制，电流内环不仅控制电流，而且也改善控制对象，对电流内环的电流指

令进行限幅，就可以达到过流保护的目的，电压外环的主要作用是控制 VSR 直流侧电压跟随其给定值。电压外环的目的是控制风电并网逆变器的直流母线电压的稳定，稳定的直流电压不仅有利于发电机转子的控制，而且可以减少对网侧交流电流的干扰，提高电能质量，还有利于功率器件的耐压保护。 电流内环的设计

三相逆变器在 dq 两相同步坐标系中的数学模型

采用前馈解耦控制，电流调节器采用 PI 调节时，上式化简得：

上式表明：三相逆变器电流内环的解耦控制是基于前馈的控制算法实现的，即在各轴电流 PI 调节结果中注入含有其他轴电流信息、对控制对象产生的耦合量大小相等、方向相反的分量。依据 PWM 逆变器电流内环解耦控制原理图，在此基础上加上外环电压控制，就构成了三相电压型逆变器的双闭环控制系统原理图 电压外环稳定直流侧电压、电流内环实现并网电流跟踪电压波形的双闭环控制, 可以有效地改善有源逆变的动态响应及抗扰能力, 实现对逆变器的可靠稳定控制。

并网逆变器的前级机侧变流器没有控制直流母线电压，需要在网侧控制使直流母线电压恒定，故网侧变流器需要进行双闭环控制，分别是电压外环和电流内环，电压外环控制用以保持直流母线电压恒定，电流内环用以同步并网。网侧变流器控制框图

禁止无功补偿器：

TSMC与CMC相比：①具有优良的输入输出性能、输入功率因数固定、能量传输可逆、直流环节无需储能元件，结构紧凑；②电网侧开关可实现零电流换流，负载侧开关采用传统 DC/AC 逆变器换流方法，系统换流简单，降低了控制复杂性，提高了系统的可靠性；③在一定约束条件下，可以减少功率开关元件的数量；④逆变器可以利用成熟的空间矢量调制方法，进一步简化了控制。

TSMC的双SVM调制优点：(1)在理想输入情况下各PWM周期内直流平均电压为一恒值,从而免去了逆变级调制系数的修正,简化了逆变级的调制,在需要对逆变级进行闭环控制的场合,这种简化具有重要的意义;(2)输入功率因数角可调;(3)虽然与CMC的双空间矢量调制原理相同,但TSMC开关电路无需采用CMC的四步换流技术,整流级开关的零电流换流仍然可以实现。

双级矩阵变换器的拓扑结构：

18只单向开关的双级矩阵变换器电路：

5、仿真图