電力電子課件 第一章

楊淑英合肥工業(yè)大學電氣與自動化工程學院電力電子技術(shù)PowerElectronicTechnology2/5/20231電力電子技術(shù)PowerElectronicTechnology2/5/20232電力電子技術(shù)PowerElectronicTechnology2/5/20233緒論器件控制無源應用系統(tǒng)組裝設計2/5/20234緒論1、電力電子技術(shù)的定義2、電力電子技術(shù)的發(fā)展4、電力電子技術(shù)的應用5、本課程所要講述的內(nèi)容3、電力電子技術(shù)的相關技術(shù)2/5/20235一、電力電子技術(shù)的定義電子技術(shù)信息電子技術(shù)電子器件電子電路電力電子技術(shù)電力電子器件電力電子變流技術(shù)1、定義2/5/20236一、電力電子技術(shù)的定義1、定義電力電子技術(shù)：是電子技術(shù)的分支，是應用于電力領域的電子技術(shù)，也就是使用電力電子器件對電能進行變換和控制的技術(shù)。電力電力電子器件：由半導體材料制成的器件，通常也稱為電力半導體器件，電力電子技術(shù)有時也稱為“電力半導體變流技術(shù)”。電力：上可達數(shù)百MW甚至GW，下小到W甚至1W以下。2/5/20237一、電力電子技術(shù)的定義1、定義電力電子技術(shù)：是電子技術(shù)的分支，是應用于電力領域的電子技術(shù)，也就是使用電力電子器件對電能進行變換和控制的技術(shù)。為什么對電能的變換和控制：需求所致，即公用電網(wǎng)直接得到的交流電以及從蓄電池、干電池得到的直流電不能夠直接滿足需求?！半娏﹄娮蛹夹g(shù)是人的消耗和循環(huán)系統(tǒng)”2/5/20238一、電力電子技術(shù)的定義1、定義電力電子技術(shù)：是電子技術(shù)的分支，是應用于電力領域的電子技術(shù)，也就是使用電力電子器件對電能進行變換和控制的技術(shù)。電能的變換與控制的分類：輸入輸出交流直流交流直流整流直流斬波交流電力控制變頻、變相逆變2/5/20239一、電力電子技術(shù)的定義2、電力電子技術(shù)的分支電力電子技術(shù)：電力電子器件制造技術(shù)電力電子變流技術(shù)電力電子器件制造技術(shù)：基于半導體物理663A/4.5kVIGCT2/5/202310一、電力電子技術(shù)的定義2、電力電子技術(shù)的分支電力電子技術(shù)：電力電子器件制造技術(shù)電力電子變流技術(shù)電力電子器件制造技術(shù)：基于半導體物理4kA/4.5kVIGCTGCT分解部件2/5/202311一、電力電子技術(shù)的定義2、電力電子技術(shù)的分支電力電子技術(shù)：電力電子器件制造技術(shù)電力電子變流技術(shù)電力電子變流技術(shù)：電力電子器件的應用技術(shù)，它包括用電力電子器件構(gòu)成各種電力變換電路和對這些電路進行控制的技術(shù)，以及由這些電路構(gòu)成電力電子裝置和電力電子系統(tǒng)的技術(shù)?；A：電路和控制理論。2/5/202312一、電力電子技術(shù)的定義2、電力電子技術(shù)的分支電力電子技術(shù)：電力電子器件制造技術(shù)電力電子變流技術(shù)兩分支與電力電子技術(shù)間關系：電力電子器件制造技術(shù)是電力電子技術(shù)的基礎，如果沒有晶閘管、電力晶體管等電力電子器件，也就沒有電力電子技術(shù)；變流技術(shù)是電力電機技術(shù)的核心。2/5/202313一、電力電子技術(shù)的定義3、電力電子技術(shù)特點1）電力電子技術(shù)的發(fā)展集中體現(xiàn)在電力電子器件的發(fā)展上；2）電力電子器件一般均工作在開關狀態(tài)，這是重要特征；3）電力電子裝置及系統(tǒng)主要完成各類電能形態(tài)間的變換；

4）電力電子技術(shù)涉及電氣工程學科諸多領域并且是該學科最為活躍的分支。有人預言：“電力電子技術(shù)和運動控制一起，將和計算機技術(shù)共同成為未來科學技術(shù)的兩大支柱。”2/5/202314一、電力電子技術(shù)的定義4、電力電子技術(shù)與電力電子學間關系電力電子學

(PowerElectronics)

該名稱在60年代出現(xiàn)，1974年，美國的WilliamE.Newell用倒三角形對電力電子學進行了描述，被全世界普遍接受?！半娏﹄娮訉W”和“電力電子技術(shù)”兩者分別從學術(shù)和工程技術(shù)的角度來稱呼，實際內(nèi)容沒有很大不同。電力電子技術(shù)：（國際電氣和電子工程師（IEEE）中的電力電子學會）有效地使用電力半導體器件、應用電路和設計理論以及分析開發(fā)工具，實現(xiàn)對電能的有效變換和控制的技術(shù)，包括電壓、電流、頻率和波形等方面的變換。2/5/202315一、電力電子技術(shù)的定義5、電力電子技術(shù)與電子學間關系電力電子器件和電子器件兩類器件制造技術(shù)的理論基礎是一樣的，大多數(shù)工藝也相同現(xiàn)代電力電子器件制造大都使用集成電路（IntegrateCircuit－IC)制造工藝，采用微電子(Micro-electronics）制造技術(shù)，許多設備都和微電子器件制造設備通用，說明二者同根同源。器件的工作狀態(tài)信息電子：既可放大，也可開關電力電子：為避免功率損耗過大，總在開關狀態(tài)——電力電子技術(shù)的一個重要特征2/5/202316一、電力電子技術(shù)的定義5、電力電子技術(shù)與電子學間關系電力電子電路和電子電路

兩者分析方法一致，僅應用目的不同(電力變換和控制←→信息處理）。廣義而言，電子電路中的功放和功率輸出也可算做電力電子電路。電力電子電路廣泛用于電視機、計算機等電子裝置中，其電源部分都是電力電子電路。2/5/202317一、電力電子技術(shù)的定義5、電力電子技術(shù)與電氣工程間關系主要關系：1）通常把電力電子技術(shù)歸屬于電氣工程學科2）電力電子技術(shù)電氣工程學科中一個最為活躍的分支電氣工程電力系統(tǒng)及其自動化電機與電器高電壓與絕緣電力電子與電力傳動電工理論與新技術(shù)2/5/202318一、電力電子技術(shù)的定義5、電力電子技術(shù)與電氣工程間關系主要關系：1）通常把電力電子技術(shù)歸屬于電氣工程學科2）電力電子技術(shù)電氣工程學科中一個最為活躍的分支3）電力電子技術(shù)的不斷進步給電氣工程的現(xiàn)代化以巨大的推動力4）電力電子技術(shù)廣泛用于電氣工程（ElectricalEngineering）：高壓直流輸電（High－VoltageDCTransmission）靜止無功補償(StaticVARCompensate)電力機車牽引（ElectricalPowerMotorcycleDriving）2/5/202319一、電力電子技術(shù)的定義5、電力電子技術(shù)與電氣工程間關系交直流電力傳動(AC/DCPowerDriving）電解（Electrolyze）勵磁（Excitation）電加熱（ElectricPowerHeating）高性能交直流電源（High－PerformanceAC/DCPowerSupply)

主要關系：4）電力電子技術(shù)廣泛用于電氣工程（ElectricalEngineering）：2/5/2023206、電力電子技術(shù)與控制理論間關系控制理論廣泛用于電力電子技術(shù)，使電力電子裝置和系統(tǒng)的性能滿足各種需求電力電子技術(shù)可看成“弱電控制強電”的技術(shù)，是“弱電和強電的接口”，控制理論是實現(xiàn)該接口的強有力紐帶控制理論和自動化技術(shù)密不可分，而電力電子裝置是自動化技術(shù)的基礎元件和重要技術(shù)支撐。一、電力電子技術(shù)的定義2/5/202321一、電力電子技術(shù)的定義1980年，為了使電力電子技術(shù)定義更加具體化，美國著名學者B.K.Bose教授對W.Newell

的定義進行了拓展,提出了電力電子技術(shù)的新定義：

2/5/202322二、電力電子技術(shù)的發(fā)展2/5/202323電力電子器件的發(fā)展對電力電子技術(shù)的發(fā)展起著決定性的作用，因此，電力電子技術(shù)的發(fā)展史是以電力電子器件的發(fā)展史為綱的。

〔四個階段〕史前期（1957年以前）晶閘管時代（1958～70年代）全控型器件時代（70年代后期）復合器件時代（80年代后期）二、電力電子技術(shù)的發(fā)展電力電子技術(shù)誕生標志2/5/202324

晶閘管問世，(“公元元年”)

IGBT及功率集成器件出現(xiàn)和發(fā)展時代晶閘管時代水銀（汞弧）整流器時代電子管問世全控型器件迅速發(fā)展時期史前期（黎明期）19041930194719571970198019902000t(年)晶體管誕生二、電力電子技術(shù)的發(fā)展2/5/2023251904年出現(xiàn)了電子管（VacuumTube)，能在真空中對電子流進行控制，并應用于通信和無線電，從而開了電子技術(shù)之先河

1、史前期——晶閘管出現(xiàn)前的時期。二、電力電子技術(shù)的發(fā)展后來出現(xiàn)了水銀整流器（MercuryRectifier），其性能和晶閘管（Thyristor）很相似。在30年代到50年代，是水銀整流器發(fā)展迅速并大量應用的時期。它廣泛用于電化學工業(yè)、電氣鐵道直流變電所、軋鋼用直流電動機的傳動，甚至用于直流輸電。2/5/202326交流電變?yōu)橹绷麟姷姆椒ǔy整流器外，還有發(fā)展更早的電動機—直流發(fā)電機組，即旋轉(zhuǎn)變流機組。和旋轉(zhuǎn)變流機組相對應，靜止變流器的稱呼從水銀整流器開始并沿用至今；1947年美國貝爾實驗室發(fā)明晶體管（transistor)，引發(fā)了電子技術(shù)的一場革命；最先用于電力領域的半導體器件是硅二極管。二、電力電子技術(shù)的發(fā)展

1、史前期——晶閘管出現(xiàn)前的時期。2/5/202327

1、史前期——晶閘管出現(xiàn)前的時期。二、電力電子技術(shù)的發(fā)展特點：各種整流、逆變、周波變流的電路和理論已經(jīng)成熟并廣泛應用。這段時間，器件使用水銀整流器（汞整流器），其性能和晶閘管類似。1803年，整流器發(fā)明1896年，單相橋式整流電路1904年，出現(xiàn)了電子管1911年，出現(xiàn)了水銀整流器1922年，周波變換器原理1924年，斬波器原理1925年，逆變器換流原理2/5/2023282.晶閘管時代（自1957年美國通用電氣公司首次研制成功晶閘管開始）晶閘管SCR

(SiliconControlledRectifier)可通過門極控制開通，但通過門極不能控制關斷，屬于半控型器件。晶閘管因其電氣性能和控制性能優(yōu)越，很快取代了水銀整流器和旋轉(zhuǎn)變流機組，應用范圍也迅速擴大。電化學工業(yè)、鐵道電氣機車、鋼鐵工業(yè)（軋鋼用電氣傳動、感應加熱等）、電力工業(yè)（直流輸電、無功補償?shù)龋┑难杆侔l(fā)展也有力地推動了晶閘管的進步。二、電力電子技術(shù)的發(fā)展電力電子技術(shù)的概念和基礎就是由于晶閘管時代的發(fā)展而確立的,晶閘管是電力電子誕生的標志。2/5/202329晶閘管時代（1957年開始）2對晶閘管電路的控制方式主要是相位控制（PAM）方式。晶閘管的關斷通常依靠電網(wǎng)電壓等外部條件來實現(xiàn)。目前由于其能承受的電壓、電流容量仍是目前器件中最高的，而且工作可靠，所以許多大容量場合仍大量使用SCR。二、電力電子技術(shù)的發(fā)展2.晶閘管時代（50年代倒70年代）2/5/202330

GTO可關斷晶閘管以BJT(GTR)電力雙極型晶體管為代表：

Power-MOSFET電力場效應管這些器件可以通過門極（或柵極、基極）控制開通和關斷。同時，這些器件可以達到的開關頻率均較高。這些器件大大推進了電力電子技術(shù)的發(fā)展。和SCR電路的相位控制方式相對應，全控型器件電路常使用脈沖寬度調(diào)制（PWM）方式進行控制。二、電力電子技術(shù)的發(fā)展3.全控型器件時代（70年代后期）2/5/2023314.復合型器件時代（80年代后期）以絕緣柵極雙極型晶體管（Insulated－GateBipolarTransistor－IGBT）為代表,IGBT是電力場效應管（MOSFET）和雙極結(jié)型晶體管（BipolarJunctionTransistor－BJT）的復合。IGBT集MOSFET的驅(qū)動功率小、開關速度快的優(yōu)點和BJT通態(tài)壓降小、載流能力大的優(yōu)點于一身，性能十分優(yōu)越，使之成為現(xiàn)代電力電子技術(shù)的主導器件。二、電力電子技術(shù)的發(fā)展2/5/2023324.復合型器件時代（80年代后期）與IGBT相對應，MOS控制晶閘管（MOSControlledThyristor－MCT）和集成門極換流晶閘管（IntelligentGate-CommutatedThyristor－IGCT）等都是MOSFET和GTO的復合，它們也綜合了MOSFET和GTO兩種器件的優(yōu)點。二、電力電子技術(shù)的發(fā)展2/5/2023331.2電力電子技術(shù)的發(fā)展史-復合型器件（80年代后期）2功率模塊（PowerModule）：為了使電力電子裝置的結(jié)構(gòu)緊湊、體積減小，常常把若干個電力電子器件以及必要的輔助元件做成模塊的形式，這給應用帶來了很大的方便。功率集成電路（PowerIntegratedCircuit－PIC）：把驅(qū)動、控制、保護電路和功率器件集成在一起，構(gòu)成功率集成電路（PIC）。目前其功率都還較小，但代表了電力電子技術(shù)發(fā)展的一個重要方向。智能功率模塊（IntelligentPowerModule－IPM）：則專指IGBT及其輔助器件與其保護和驅(qū)動電路的單片集成，也稱智能IGBT（IntelligentIGBT）。4.復合型器件時代（80年代后期）二、電力電子技術(shù)的發(fā)展2/5/2023341.2電力電子技術(shù)的發(fā)展史-復合型器件（80年代后期）3高壓集成電路（HighVoltageIntegratedCircuit－HVIC）：一般指橫向高壓器件與邏輯或模擬控制電路的單片集成。智能功率集成電路（SmartPowerIntegratedCircuit－SPIC）：一般指縱向功率器件與邏輯或模擬控制電路的單片集成。4.復合型器件時代（80年代后期）二、電力電子技術(shù)的發(fā)展2/5/202335三、電力電子技術(shù)的相關技術(shù)2/5/202336開關器件集成技術(shù)磁性元件微電子技術(shù)和材料學電磁學微電子技術(shù)、材料學、電磁學、傳熱學、機械學功率器件及其集成三、電力電子技術(shù)的相關技術(shù)2/5/202337控制系統(tǒng)電路板三、電力電子技術(shù)的相關技術(shù)2/5/202338電力電子裝置——低壓小容量變流器低壓小容量二電平并網(wǎng)逆變器機箱外觀散熱器主電路板接線端子三、電力電子技術(shù)的相關技術(shù)2/5/202339風扇主控柜開關柜整流柜逆變柜濾波柜中壓大容量三電平NPC變頻器電力電子裝置——中壓大容量變流器三、電力電子技術(shù)的相關技術(shù)2/5/202340調(diào)試中的高壓變頻器現(xiàn)場1250kW/6000V，IGCT模塊，NPC型三電平，優(yōu)化SVPWMCAN總線通訊網(wǎng)絡，多CPU控制系統(tǒng)，層疊母排結(jié)構(gòu)三、電力電子技術(shù)的相關技術(shù)2/5/202341開關電源變頻器用戶定制的裝置較長設計周期成本較高較低的功率密度更集成化的裝置增加了功率密度引線鍵合等工藝

1-D散熱

……電力電子集成模塊高密度封裝

3-D散熱標準化更多功能集成

……特點電力電子變流裝置發(fā)展趨勢2/5/202342電力電子集成技術(shù)概念的提出對電力電子技術(shù)而言，集成化設計的理念很早就產(chǎn)生了上世紀50年代就產(chǎn)生了集成化的容性元件和感性元件的設計方法上世紀80年代末商用化的IPM模塊誕生PEBB概念(1997年左右美國海軍正式提出—PowerElectronicBuildingBlock）提高功率密度用戶友好的設計（標準的電氣、機械、熱管理接口）多功能的，更低的成本，更小的尺寸和更高的性能IPEM概念（CPES于1999年正式提出---IntegratedPowerElectronicModule）小體積和高功率密度封裝(將儲能元件也封裝在內(nèi)）提出功率層、內(nèi)控制層、外控制層、通訊層4層集成制造技術(shù)高可靠性和壽命可以自動化生產(chǎn)，從而成本更低三維散熱結(jié)構(gòu)IPEMCPES2/5/202343半導體器件材料控制

IC封裝技術(shù)磁性元件容性元件……產(chǎn)品2/應用2產(chǎn)品3/應用3產(chǎn)品1/應用1

IPEM的設計是核心問題更優(yōu)化的設計電力電子集成技術(shù)2/5/202344電力電子分布式集成系統(tǒng)2/5/20234521世紀電力電子技術(shù)的前景電力電子器件發(fā)展的目標是：大容量、高頻率、易驅(qū)動、低損耗、小體積（高芯片利用率）、模塊化。新的控制技術(shù)的使用，以減小電力電子器件的開關損耗，如軟開關技術(shù)：通過諧振電路使得器件在零電壓（ZVS）或零電流（ZCS）的狀態(tài)下進行開關。電力電子應用系統(tǒng)向著高效、節(jié)能、小型化和智能化的方向發(fā)展。2/5/202346四、電力電子技術(shù)的應用2/5/202347四、電力電子技術(shù)的應用電力電子技術(shù)的廣泛應用2/5/2023481、電力電子技術(shù)在電源中的應用1）通信電源

通信業(yè)的迅速發(fā)展極大的推動了通信電源的發(fā)展，高頻小型化的開關電源技術(shù)已成為現(xiàn)代通信供電系統(tǒng)的主流通信設備中的程控交換機所用的直流電源(一次電源)以前用晶閘管整流電源（ThysistorRectifyingPowerSupply)，由于高頻開關電源體積小、重量輕、效率高，現(xiàn)在已改為采用全控型器件的高頻開關電源（HighFrequencySwitchingModePowerSupply）。大型計算機所需的工作電源、微型計算機內(nèi)部的電源現(xiàn)在也都采用高頻開關電源。四、電力電子技術(shù)的應用2/5/2023491、電力電子技術(shù)在電源中的應用1）通信電源

通信業(yè)的迅速發(fā)展極大的推動了通信電源的發(fā)展，高頻小型化的開關電源技術(shù)已成為現(xiàn)代通信供電系統(tǒng)的主流通訊設備中可能還需要不同電壓等級的直流電源，需要在一次電源的基礎上通過DC-DC構(gòu)成二次電源。因為各種信息技術(shù)裝置都需要電力電子裝置提供電源，所以可以說信息電子技術(shù)離不開電力電子技術(shù)。四、電力電子技術(shù)的應用2/5/2023501、電力電子技術(shù)在電源中的應用2）不間斷電源（UPS）不間斷電源(UPS)是一種廣泛應用于計算機、通信系統(tǒng)以及要求不間斷供電場合所必須的一種高可靠、高性能的恒頻恒壓（CVCF）電源四、電力電子技術(shù)的應用2/5/2023511、電力電子技術(shù)在電源中的應用3）變頻電源變頻器電源主要用于交流電機的變頻調(diào)速，是一種高性能的變頻變壓(VVVF)電源，也廣泛應用于大型風機、水泵的節(jié)能運行以及工業(yè)裝備、電力交通、家電等中的交流調(diào)速等四、電力電子技術(shù)的應用2/5/2023521、電力電子技術(shù)在電源中的應用四、電力電子技術(shù)的應用總之：電源技術(shù)與電力電子技術(shù)密不可分，電力電子技術(shù)的發(fā)展將促進電源產(chǎn)品高頻化、模塊化和數(shù)字化的實現(xiàn)；電力電子技術(shù)也因電源性能要求的不斷提高而不斷向前發(fā)展，新技術(shù)的出現(xiàn)又會促使電源產(chǎn)品更新?lián)Q代，并開拓更多更新的應用領域。2/5/2023532、電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應用四、電力電子技術(shù)的應用電力是關系到國計民生的重要能源，隨著大功率電力電子器件技術(shù)的不斷發(fā)展，電力電子技術(shù)也將在電力系統(tǒng)的應用領域得到了前所未有的擴展。1)發(fā)電機的靜止勵磁控制就是采用先進的電力電子勵磁系統(tǒng)取代原有的旋轉(zhuǎn)勵磁機組。比如，水力發(fā)電中，當水頭變化幅度較大時，可使機組變速運行，通過調(diào)整轉(zhuǎn)子勵磁電流的頻率，保持輸出頻率恒定。2/5/2023542、電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應用四、電力電子技術(shù)的應用電力是關系到國計民生的重要能源，隨著大功率電力電子器件技術(shù)的不斷發(fā)展，電力電子技術(shù)也將在電力系統(tǒng)的應用領域得到了前所未有的擴展。2)高壓直流輸電（HVDC）技術(shù)由于HVDC具有輸送容量大、受控能力強、穩(wěn)定性好以及與不同頻率電網(wǎng)之間易聯(lián)絡等優(yōu)勢，現(xiàn)已成為交流輸電技術(shù)的有力補充并得到廣泛的推廣。2/5/2023552、電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應用四、電力電子技術(shù)的應用1970年世界上第一項晶閘管換流器，標志著電力電子技術(shù)正式應用于直流輸電。直到二十世紀末，這一時期直流輸電技術(shù)是主要是基于晶閘管電網(wǎng)換流的交-直-直-交變換技術(shù)。目前,強迫換流技術(shù)占高壓直流輸電的主導地位,其結(jié)構(gòu)如圖所示:

2/5/2023562、電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應用四、電力電子技術(shù)的應用龍政直流輸電系統(tǒng)龍泉換流站高壓直流裝置HVDC2/5/2023572、電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應用四、電力電子技術(shù)的應用在中低電壓直流輸電領域里，基于VSC(PWM電壓源換流器)的輕型直流輸電系統(tǒng)開始高速發(fā)展，并開始應用于數(shù)十至數(shù)百公里的小型直流輸電系統(tǒng)中（如海上風電場輸電等）其結(jié)構(gòu)如圖所示:

2/5/2023582、電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應用四、電力電子技術(shù)的應用3)柔性交流輸電(FlexibleACTransmission,FACTS)技術(shù)

它是一項基于電力電子技術(shù)與現(xiàn)代控制技術(shù)對交流輸電系統(tǒng)的阻抗、電壓及相位實施靈活快速調(diào)節(jié)的輸電技術(shù)FACTS控制器中最關鍵的電力電子設備包括靜止同步補償器（StaticSynchronousCompensator,STATCOM）、靜止同步串聯(lián)補償器（StaticSynchronousSeriesCompensator,SSSC）及統(tǒng)一潮流控制器（UPFC）2/5/2023592、電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應用四、電力電子技術(shù)的應用4)用戶電力(CustomPower)技術(shù)

用戶電力(CustomPower)技術(shù)或稱DFACTS技術(shù)是電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)配電環(huán)節(jié)中的應用，是在FACTS各項成熟技術(shù)的基礎上發(fā)展起來的電能質(zhì)量控制新技術(shù)。5)同步開斷技術(shù)同步開斷是在電壓或電流的指定相位完成電路的斷開或閉合，在理論上應用同步開斷技術(shù)可完全避免電力系統(tǒng)的操作過電壓。這樣，由操作過電壓決定的電力設備絕緣水平可大幅度降低，由于操作引起設備(包括斷路器本身)的損壞也可大大減少。2/5/2023602、電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應用四、電力電子技術(shù)的應用6)動態(tài)電壓恢復器（DVR)

它是一種串聯(lián)在系統(tǒng)與負載之間用于電能質(zhì)量治理的電力電子設備。2/5/2023613、電力電子技術(shù)在可再生能源中的應用四、電力電子技術(shù)的應用傳統(tǒng)的發(fā)電方式是火力發(fā)電（Thermalpower）、水力發(fā)電（Waterpower）以及后來興起的核能發(fā)電。能源危機后，各種新能源（NewEnergy）、可再生能源（ReproducibleEnergy）及新型發(fā)電方式越來越受到重視。其中太陽能發(fā)電（SolarPower）、風力發(fā)電（WindPower）的發(fā)展較快，燃料電池（FuelCell）更是備受關注。太陽能發(fā)電和風力發(fā)電受環(huán)境的制約，發(fā)出的電力質(zhì)量較差，常需要儲能裝置緩沖，需要改善電能質(zhì)量，這就需要電力電子技術(shù)。當需要和電力系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)時，也離不開電力電子技術(shù)。2/5/2023623、電力電子技術(shù)在可再生能源中的應用四、電力電子技術(shù)的應用1)光伏發(fā)電系統(tǒng)

光伏發(fā)電系統(tǒng)可分為獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)2/5/2023633、電力電子技術(shù)在可再生能源中的應用四、電力電子技術(shù)的應用1)光伏發(fā)電系統(tǒng)

光伏發(fā)電系統(tǒng)可分為獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)2/5/2023643、電力電子技術(shù)在可再生能源中的應用四、電力電子技術(shù)的應用2)風力發(fā)電系統(tǒng)

風力發(fā)電按照風輪發(fā)電機轉(zhuǎn)速是否恒定分為定轉(zhuǎn)速運行與可變速運行兩種方式．2/5/202365風機的構(gòu)架風輪是把風的動能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的重要部件。當風吹向槳葉時，槳葉上產(chǎn)生氣動力矩驅(qū)動風輪轉(zhuǎn)動。塔架一般修建得比較高，為的是獲得較大的和較均勻的風力，又要有足夠的強度。2/5/202366風輪機的機艙結(jié)構(gòu)葉輪

主軸控制器齒輪箱偏航軸承

偏航電機

機械剎車高速軸發(fā)電機散熱器風速儀

風向標2/5/202367風機的塔架電纜梯子控制器燈法蘭平臺2/5/2023683、電力電子技術(shù)在可再生能源中的應用四、電力電子技術(shù)的應用恒速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)它具有結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、成本相對較低等優(yōu)點，并網(wǎng)采用直接并網(wǎng)方式，風力機一旦并網(wǎng)運行，其轉(zhuǎn)速基本不變?yōu)榱讼拗撇⒕W(wǎng)沖擊，可以采用軟啟動器進行入網(wǎng)控制，而軟啟動器就是一種電力電子變換器（AC-AC）變換器2/5/2023693、電力電子技術(shù)在可再生能源中的應用四、電力電子技術(shù)的應用變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)由于恒速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電機轉(zhuǎn)速固定，因此只能在某一特定風速運行時才能達到最佳的功率運行點，當風速改變時風力機就會偏離最佳功率運行點，導致發(fā)電量下降，另外異步風力機組輸出的功率因數(shù)較低，一般需要電容器組進行無功補償為最大限度的利用風能，提高風力發(fā)電機組性能，變速恒頻風力發(fā)電機組得到了快速發(fā)展并成為風力發(fā)電的主流2/5/2023703、電力電子技術(shù)在可再生能源中的應用四、電力電子技術(shù)的應用變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)2/5/2023713、電力電子技術(shù)在可再生能源中的應用四、電力電子技術(shù)的應用3)燃料電池發(fā)電系統(tǒng)

燃料電池是一種將持續(xù)供給的燃料和氧化劑中的化學能連續(xù)不斷地轉(zhuǎn)化為電能的電化學裝置它發(fā)電最大的優(yōu)勢是高效、潔凈，無污染、噪聲低，模塊結(jié)構(gòu)、能量轉(zhuǎn)換效率高，其效率可達40％～65％?；痣姾秃穗娦?0％～40％。2/5/2023723、電力電子技術(shù)在可再生能源中的應用四、電力電子技術(shù)的應用3)燃料電池發(fā)電系統(tǒng)

燃料電池是一種將持續(xù)供給的燃料和氧化劑中的化學能連續(xù)不斷地轉(zhuǎn)化為電能的電化學裝置2/5/2023733、電力電子技術(shù)在可再生能源中的應用四、電力電子技術(shù)的應用4)混合能源發(fā)電系統(tǒng)

混合能源發(fā)電系統(tǒng)主要利用不同能源的互補組合，提高可再生能源的利用率。例如：利用太陽能與燃料電池也可以組成“太陽能光伏制氫儲能—燃料電池發(fā)電系統(tǒng)”2/5/2023744、電力電子技術(shù)在微網(wǎng)中的應用四、電力電子技術(shù)的應用微電網(wǎng)

它是一種規(guī)模較小的分散的獨立系統(tǒng)，采用大量的現(xiàn)代電力電子技術(shù)將光伏發(fā)電、風電、燃氣輪機、燃料電池、儲能設備等并在一起，直接接在用戶側(cè)。美國電力可靠性技術(shù)解決方案協(xié)會（CERTS）

微網(wǎng)為一組負荷和微型電源組成的小系統(tǒng)或集合，該系統(tǒng)通過唯一的公共耦合點（PCC）和配電網(wǎng)相連，既可孤島運行，也可以和配電網(wǎng)互聯(lián)運行。2/5/2023754、電力電子技術(shù)在微網(wǎng)中的應用四、電力電子技術(shù)的應用美國電力可靠性技術(shù)解決方案協(xié)會（CERTS）

微網(wǎng)為一組負荷和微型電源組成的小系統(tǒng)或集合，該系統(tǒng)通過唯一的公共耦合點（PCC）和配電網(wǎng)相連，既可孤島運行，也可以和配電網(wǎng)互聯(lián)運行。2/5/2023765、電力電子技術(shù)在環(huán)保系統(tǒng)中的應用四、電力電子技術(shù)的應用1)高壓靜電除塵靜電除塵是利用高壓電場的靜電力，使粉塵荷電產(chǎn)生定向運動而從氣體中分離得到凈化的方法。靜電除塵器的高壓系統(tǒng)由升壓變壓器、高壓整流器、控制元件、自動控制反饋4部分組成2/5/2023775、電力電子技術(shù)在環(huán)保系統(tǒng)中的應用四、電力電子技術(shù)的應用2)電解法臭氧發(fā)生器

電解法臭氧發(fā)生器是利用直流電源電解含氧電解質(zhì)產(chǎn)生臭氧氣體，具有濃度高、成分純凈、在水中溶解度高的優(yōu)點。是目前應用最廣泛、相對能耗較低、單機臭氧產(chǎn)量最大、市場占有率最高的臭氧裝置。其放電器件基本構(gòu)成有：高壓電極、地電極、介電極與放電氣隙四部分。3)煙氣脫硫脫氮應用

煙氣脫硫脫氮技術(shù)是一項跨行業(yè)、多學科的系統(tǒng)工程，離不開電力電子技術(shù)的支持,其中電子束氨法煙氣脫硫脫氮系統(tǒng)中運用的高頻高壓開關電源、高能電子加速器

2/5/2023786、電力電子技術(shù)在節(jié)能中的應用四、電力電子技術(shù)的應用1)交流電動機運行節(jié)能交流電動機運行節(jié)能主要包括變頻調(diào)速節(jié)電、功率因數(shù)補償節(jié)電以及輕載調(diào)壓節(jié)電三種主要方式：變頻調(diào)速節(jié)電主要是利用交流變頻器根據(jù)負載特性及運行要求調(diào)節(jié)交流電動機轉(zhuǎn)速，從而實現(xiàn)節(jié)電運行功率因數(shù)補償節(jié)電

就是采用適當?shù)碾娏﹄娮油肚醒b置(如晶閘管投切電容器（TSC）)將補償電容器組直接與電動機并聯(lián)運行，以實現(xiàn)交流電動機運行時的功率因數(shù)補償，從而達到節(jié)電目的2/5/2023796、電力電子技術(shù)在節(jié)能中的應用四、電力電子技術(shù)的應用1)交流電動機運行節(jié)能交流電動機運行節(jié)能主要包括變頻調(diào)速節(jié)電、功率因數(shù)補償節(jié)電以及輕載調(diào)壓節(jié)電三種主要方式：輕載調(diào)壓節(jié)電就是利用電力電子調(diào)壓器驅(qū)動交流電動機，當電動機輕載運行時，通過電力電子調(diào)壓器調(diào)節(jié)電動機的定子端電壓，使之與電動機的負載率合理匹配，這樣就會降低電動機的勵磁電流，從而降低鐵耗和從電網(wǎng)吸收的無功功率，實現(xiàn)交流電動機的節(jié)電運行2/5/2023806、電力電子技術(shù)在節(jié)能中的應用四、電力電子技術(shù)的應用2)高效節(jié)能照明照明在家用電器中有十分突出的地位。電力電子照明電源體積小、發(fā)光效率高、可節(jié)省大量能源。高效節(jié)能照明是指發(fā)光效率較高的電光源節(jié)能燈。它們大都利用高頻電力電子變換技術(shù)近幾年我國推廣的節(jié)能燈有：稀土熒光燈、高頻無極燈、高壓鈉燈、雙絞絲型的白熾燈等2/5/2023816、電力電子技術(shù)在節(jié)能中的應用四、電力電子技術(shù)的應用3)變頻調(diào)速節(jié)能應用變風量空調(diào)控制是通過利用送風電機的變頻調(diào)速改變送入各房間的風量來滿足房間負荷的變化，使整個空調(diào)系統(tǒng)可以隨著負荷的變化調(diào)節(jié)總送風量，從而達到節(jié)電運行效果油田高壓注水泵系統(tǒng)的變水量控制油田注水是中國很多油田保持原油高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的重要有效措施，采用中電壓(3～10kV)、中大功率變頻調(diào)速裝置對油田注水泵用電動機實行變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，實現(xiàn)注水泵變水量控制，起到非常有效節(jié)能的效果城市供水系統(tǒng)的流量控制城市大型水廠采用交流調(diào)速技術(shù)是節(jié)電的重要措施，利用變頻調(diào)速器對水泵電機進行調(diào)速，即根據(jù)實際用水需求調(diào)節(jié)水量，則能在保證恒壓供水的同時實現(xiàn)了供水系統(tǒng)的節(jié)能運行2/5/2023826、電力電子技術(shù)在節(jié)能中的應用四、電力電子技術(shù)的應用4)無功補償節(jié)能應用靜止無功補償器(SVC)

它是用以晶閘管為基本元件的固態(tài)開關替代了電氣開關，實現(xiàn)快速、頻繁地以控制電抗器和電容器的方式改變輸電系統(tǒng)的導納SVC可以有不同的回路結(jié)構(gòu)，按控制的對象及控制的方式不同分別稱之為晶閘管投切電容器TSC、晶閘管投切電抗器（TSR）或晶閘管控制電抗器(TCR)2/5/2023836、電力電子技術(shù)在節(jié)能中的應用四、電力電子技術(shù)的應用4)無功補償節(jié)能應用電力有源濾波器(APF)是一種基于DC-AC變換的電力電子裝置，它從補償對象中檢測出諧波，并產(chǎn)生一個與該諧波大小相等極性相反的補償波形，從而消除