电力电子在电力系统中的应用
吴为麟教授
电力电子学是研究电
力的传送、电力的变
换、电力的控制和电
力的开关的电子学，
又称为功率电子学，
工业上称它为电力电
子技术或半导体变流
技术。
内容概要
无触点开关
交流不间断电源
高压直流输电
静止无功补偿器
静止无功发生器
有源电力滤波器
可再生能源与电网的互联
灵活交流输电
第一部分 无触点开关
无触点直流开关
晶闸管无触点交流开关
固态起动器
具有过零触发电路的
双向晶闸管电子开关
无触点接触器与机械接触器比较
有以下优点：
寿命长
工作频率高
可靠性高
使用安全
电磁干扰小
第二部分 交流不间断电源
随着用户对供电系统稳定性要求的不断提
高，在系统中装设电源调整器和交流不间
断电源（ Uninterruptible Power System,
简称 UPS） 成为一种需要。
常用的电源调整器有以下几种
金属氧化物避雷器（ MOV）
EMI滤波器
静电屏蔽隔离变压器
铁磁共振变压器
线性调节器
UPS的分类
在线型
正弦波
方波
离线型
UPS各主要部分的构成
整流器
蓄电池组
逆变器
工频输入－整流器 —— 逆变器－滤波器－关键负载
蓄电池组
UPS的整流器
UPS的逆变器
第三部分 高压直流输电
高压直流输电的主要用途
远距离的大功率输电
海底电缆送电
非同步运行的交流系统之间的联络
用地下电缆向用电集中密集的城市供电
系统的互配或配电网增容时，作为限制
短路电流的措施。
换流器的控制
控制特性和控制原理
高压直流输电的评估
HVDC的优点及缺点
第四部分 静止无功补偿器
电力系统的无功补偿
在这里，我们将要介绍的是利用电
力电子器件与储能元件构成的静止
无功功率补偿装置（ SVC)。
SVC的基本原理及应用
SVC有两种基本类型,
晶闸管可控电抗器（ TCR）
晶闸管可控电抗器起岛了可变电感的作用，它
所吸收的感性无功功率可以快速、平滑调节 。
晶闸管投切电容器（ TSC）
这种补偿器利用可快速通断的晶闸管代替常规
的接触器开关，克服了投切电容器时响应速度
慢的缺点。
TCR简化电路图及基本工作原理
TSC电路接线图
电容器投切时理想的电压电流波形图
第五部分 静止无功发生器
瞬时无功补偿概念 。
以下将要介绍一种能够实现瞬时无功补
偿的新型补偿器。
它被称为静止无功功率发生器（ Static
Var Generator,简称 SVG） 或静止型同步
补偿器（ STATCOM）。
SVG补偿原理
SVG的控制
瞬时无功功率概念
矢量变换控制方法
SVG基本电路图
SVG控制过程框图
第六部分 有源电力滤波器
电力系统的谐波
铁磁元件，饱和现象
非线性负荷，整流，电力设备
急剧负荷变动，电炉冶炼，高速通断
谐波的抑制
过去采用 L-C调协，无源滤波器
现在使用电力电子线路组成，有源滤波器
有源滤波的补偿原理
串连型，并联型
单相型，三相型
电流源型，电压源型
并联型有源滤波基本原理
谐波补偿波形
有源滤波器的结构
目前最多的采用瞬时矢量控制算法及补偿电流
PWM开关动作产生补偿功率
APF不仅可以补偿高频谐波电流，还可以根据
要求补偿无功功率，负序分量等
优点：
装置容量小，损耗小，经济效益高
闭环控制，限制输出电流大小，不会过载
具备巨大经济效益，很大发展前途
第七部分
可再生能源与电网的互联
生产的发展使得能源的需求量不断增加
几次世界范围的油危机加深了人们对能源危机
的认识
环保呼声高涨，环境污染治理艰巨，可再生能
源与储能系统的联结约束
电力电子装置是必不可少的中间环节：
电能的转换，储存，变换，供电控制，管理
太阳能光电系统
太阳是一个巨大的能源，以光辐射的形
式每秒发射
地球表面正对太阳每平方米 1KW接受能
量
考虑吸收，云雾，尘埃，地理条件，辐
照达 600~900
太阳能的利用
对太阳能的利用有：
光热利用
以中温装置达 80％利用率为最高
光电利用
光伏发电，光感应发电，光化学，光生
物
以太阳能光伏发电应用最广
发电原理
太阳光照射时，激发一对电子－空穴对
在静电场作用下被分离（ PN结势垒）
收集输出，形成电流
伏安特性
恒空电流段
恒空电压段
最大输出功率在拐点处
半导体能带
太阳能电池伏安特性曲线
光伏系统
热斑产生 利用旁路二极管来防止
遮挡损失 用阻塞二极管来防止
互联网络
特点
广泛性，清洁性，间隙性，永久性
带有阻塞二极管和旁路二极管的光伏阵列
风力与小型水电系统
风力发电装置
风车，风磨和风帆，历史悠久、能源巨大
风车发电
风轮有效功率与风速三次方成正比
小型水力发电装置
有效功率取决于水头压力和流量
小水电不可忽视，价格廉，质量优，维护简单，
成套性好
与电网联结
风力发电机平面结构
风力或水力发电机互联电路
其它自然能发电装置
地热发电
潮汐发电
波浪发电
凸轮装置
储能系统
蓄电池储能
超导储能
抽水储能
可再生能源充足时储能，不足时提供电
能，起着储能和供电的双重作用，还起
着稳压作用。
第八部分 灵活交流输电
FACTS概念的提出
灵活交流输电系统（ Flexible AC System
简称 FACTS）,又译为柔性交流输电系统。
FACTS概念是又美国电力科学研究院的
N.G.Hingorani博士于 1988年首先提出的，
并于 20世纪 80年代末至 90年代初进行探
索性研究。
用户电力技术的概念
向用户提供增值的电能 —— 高质量的电
能
对供电端采用电力电子装置，综合解决
各种问题
共同的基础是电力电子学
电力系统（ CUSPOW） 单线图
FACTS的主要装置
静止无功补偿器，静止无功发生器，有
源滤波器，次同步振荡阻尼器，晶闸管
控制相角调节器，静止调相机，晶闸管
控制动态制动器，同意激流控制器等
FACTS技术应用前景的展望
我国的电网需要采用革新性的技术来加
以改造,FACTS和 CUSPOW为电网的改
造提供了比较理想的选择。
吴为麟教授
电力电子学是研究电
力的传送、电力的变
换、电力的控制和电
力的开关的电子学，
又称为功率电子学，
工业上称它为电力电
子技术或半导体变流
技术。
内容概要
无触点开关
交流不间断电源
高压直流输电
静止无功补偿器
静止无功发生器
有源电力滤波器
可再生能源与电网的互联
灵活交流输电
第一部分 无触点开关
无触点直流开关
晶闸管无触点交流开关
固态起动器
具有过零触发电路的
双向晶闸管电子开关
无触点接触器与机械接触器比较
有以下优点：
寿命长
工作频率高
可靠性高
使用安全
电磁干扰小
第二部分 交流不间断电源
随着用户对供电系统稳定性要求的不断提
高，在系统中装设电源调整器和交流不间
断电源（ Uninterruptible Power System,
简称 UPS） 成为一种需要。
常用的电源调整器有以下几种
金属氧化物避雷器（ MOV）
EMI滤波器
静电屏蔽隔离变压器
铁磁共振变压器
线性调节器
UPS的分类
在线型
正弦波
方波
离线型
UPS各主要部分的构成
整流器
蓄电池组
逆变器
工频输入－整流器 —— 逆变器－滤波器－关键负载
蓄电池组
UPS的整流器
UPS的逆变器
第三部分 高压直流输电
高压直流输电的主要用途
远距离的大功率输电
海底电缆送电
非同步运行的交流系统之间的联络
用地下电缆向用电集中密集的城市供电
系统的互配或配电网增容时，作为限制
短路电流的措施。
换流器的控制
控制特性和控制原理
高压直流输电的评估
HVDC的优点及缺点
第四部分 静止无功补偿器
电力系统的无功补偿
在这里，我们将要介绍的是利用电
力电子器件与储能元件构成的静止
无功功率补偿装置（ SVC)。
SVC的基本原理及应用
SVC有两种基本类型,
晶闸管可控电抗器（ TCR）
晶闸管可控电抗器起岛了可变电感的作用，它
所吸收的感性无功功率可以快速、平滑调节 。
晶闸管投切电容器（ TSC）
这种补偿器利用可快速通断的晶闸管代替常规
的接触器开关，克服了投切电容器时响应速度
慢的缺点。
TCR简化电路图及基本工作原理
TSC电路接线图
电容器投切时理想的电压电流波形图
第五部分 静止无功发生器
瞬时无功补偿概念 。
以下将要介绍一种能够实现瞬时无功补
偿的新型补偿器。
它被称为静止无功功率发生器（ Static
Var Generator,简称 SVG） 或静止型同步
补偿器（ STATCOM）。
SVG补偿原理
SVG的控制
瞬时无功功率概念
矢量变换控制方法
SVG基本电路图
SVG控制过程框图
第六部分 有源电力滤波器
电力系统的谐波
铁磁元件，饱和现象
非线性负荷，整流，电力设备
急剧负荷变动，电炉冶炼，高速通断
谐波的抑制
过去采用 L-C调协，无源滤波器
现在使用电力电子线路组成，有源滤波器
有源滤波的补偿原理
串连型，并联型
单相型，三相型
电流源型，电压源型
并联型有源滤波基本原理
谐波补偿波形
有源滤波器的结构
目前最多的采用瞬时矢量控制算法及补偿电流
PWM开关动作产生补偿功率
APF不仅可以补偿高频谐波电流，还可以根据
要求补偿无功功率，负序分量等
优点：
装置容量小，损耗小，经济效益高
闭环控制，限制输出电流大小，不会过载
具备巨大经济效益，很大发展前途
第七部分
可再生能源与电网的互联
生产的发展使得能源的需求量不断增加
几次世界范围的油危机加深了人们对能源危机
的认识
环保呼声高涨，环境污染治理艰巨，可再生能
源与储能系统的联结约束
电力电子装置是必不可少的中间环节：
电能的转换，储存，变换，供电控制，管理
太阳能光电系统
太阳是一个巨大的能源，以光辐射的形
式每秒发射
地球表面正对太阳每平方米 1KW接受能
量
考虑吸收，云雾，尘埃，地理条件，辐
照达 600~900
太阳能的利用
对太阳能的利用有：
光热利用
以中温装置达 80％利用率为最高
光电利用
光伏发电，光感应发电，光化学，光生
物
以太阳能光伏发电应用最广
发电原理
太阳光照射时，激发一对电子－空穴对
在静电场作用下被分离（ PN结势垒）
收集输出，形成电流
伏安特性
恒空电流段
恒空电压段
最大输出功率在拐点处
半导体能带
太阳能电池伏安特性曲线
光伏系统
热斑产生 利用旁路二极管来防止
遮挡损失 用阻塞二极管来防止
互联网络
特点
广泛性，清洁性，间隙性，永久性
带有阻塞二极管和旁路二极管的光伏阵列
风力与小型水电系统
风力发电装置
风车，风磨和风帆，历史悠久、能源巨大
风车发电
风轮有效功率与风速三次方成正比
小型水力发电装置
有效功率取决于水头压力和流量
小水电不可忽视，价格廉，质量优，维护简单，
成套性好
与电网联结
风力发电机平面结构
风力或水力发电机互联电路
其它自然能发电装置
地热发电
潮汐发电
波浪发电
凸轮装置
储能系统
蓄电池储能
超导储能
抽水储能
可再生能源充足时储能，不足时提供电
能，起着储能和供电的双重作用，还起
着稳压作用。
第八部分 灵活交流输电
FACTS概念的提出
灵活交流输电系统（ Flexible AC System
简称 FACTS）,又译为柔性交流输电系统。
FACTS概念是又美国电力科学研究院的
N.G.Hingorani博士于 1988年首先提出的，
并于 20世纪 80年代末至 90年代初进行探
索性研究。
用户电力技术的概念
向用户提供增值的电能 —— 高质量的电
能
对供电端采用电力电子装置，综合解决
各种问题
共同的基础是电力电子学
电力系统（ CUSPOW） 单线图
FACTS的主要装置
静止无功补偿器，静止无功发生器，有
源滤波器，次同步振荡阻尼器，晶闸管
控制相角调节器，静止调相机，晶闸管
控制动态制动器，同意激流控制器等
FACTS技术应用前景的展望
我国的电网需要采用革新性的技术来加
以改造,FACTS和 CUSPOW为电网的改
造提供了比较理想的选择。
