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1、新能源中电力电子技术 能源，是人类生存的基本要素， 也是国民经济和社会发展的主要物质基 础，能源安全则是国家经济安全的基本 支撑。能源短缺，尤其优质能源短缺， 始终困扰着经济高速发展的中国，越来 越成为制约我国经济发展的瓶颈。目前 我国能源生产总量居世界第三，能源消 费总量及温室气体排放仅次于美国位居 世界第二。 能源形势能源形势 2004年我国石油总需求约28亿吨， 其中进口约12亿吨，相当于两个半 大庆油田的年产量，仅价格上涨因素 就多支付近90亿元。实际上，随着经 济的快速发展，我国已成为世界第二 大能源消费国，能源消费量约占世界 的1l，石油对外依存度超过40。 近年来国际油价的不断上
2、涨，石油领 域的竞争远远超出纯商业的范围，成 为世界大国经济、军事、政治斗争的 武器。 世界排名前20位的西方大型国际 石油跨国公司占有了全球已探明 优质石油储量的81，直接导致 国际石油市场垄断的加剧，而且 他们仍在继续凭借经济实力加紧 抢占更多最重要的石油产地，中 国的石油安全有受制于人的潜在 威胁。实际上，为懈决日益增长 的能源需求1993年，中国就开 始了海外寻找石油的漫长征程， 足迹遍及非洲、拉美、中东。可持续发展 不少专家指出，解决我国能源短缺的根本出路在于 发展可再生能源。我国海岸线漫长，潮汐能资源达2 亿千瓦时；每年可作为能源使用的秸秆达3亿吨以上 。风能陆地理论可开发总量(1
3、0m高度)为32亿kw， 实际可开发装机容量约253亿kw，仅次于美国和 俄罗斯，居世界第3位，是我国目前发电总量的13 倍，海上可开发的风能资源达75亿kw，具商业化 、规模化发展的潜力。 可持续能源发展的目的是发展， 关键是可持续性。开发和利用以 太阳能、风能为代表的各类可再 生能源已成为人类解决生存问题 的战略选择，也成为欧美发达国 家最具创新能力和技术诀窍的经 济领域之一。安装一台容量为 IMW的风力发电机，每年可少排 2000吨C02、10吨S02、6吨 N02。什么是电力 电子技术？ 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，IG
4、BT等）对电能进行变换和控制的 技术。现已成为现代电气工程与自动化不可缺 少的一门专业基础课，在培养该专业人才中占 有重要地位。 电力电子技术分为电力电子器件制造技术 和交流技术（整流，逆变，斩波，变频，变相 等）两个分支现已成为现代电气工程与自动化 专业不可缺少的一门专业基础课，在培养该专 业人才中占有重要地位。 一般认为，电力电子技术的诞生是以1957年美国通用电气公 司研制出的第一个晶闸管为标志的，电力电子技术的概念和 基础就是由于晶闸管和晶闸管变流技术的发展而确立的。70 年代后期以门极可关断晶闸管，电力双极型晶体管，电力场 效应管为代表的全控型器件全速发展），使电力电子技术的 面貌焕
5、然一新进入了新的发展阶段。80年代后期，以绝缘栅 极双极型晶体管为代表的复合型器件集驱动功率小，开关速 度快，通态压降小，在流能力大于一身，性能优越使之成为 现代电力电子技术的主导器件。为了使电力电子装置的结构 紧凑，体积减小，常常把若干个电力电子器件及必要的辅助 器件做成模块的形式，后来又把驱动，控制，保护电路和功 率器件集成在一起，构成功率集成电路（PIC）。目前PIC的 功率都还较小但这代表了电力电子技术发展的一个重要方向 。 利用电力电子器件实现工业规模电能变换的技术 ，有时也称为功率电子技术。一般情况下，它是 将一种形式的工业电能转换成另一种形式的工业 电能。例如，将交流电能变换成直
6、流电能或将直 流电能变换成交流电能；将工频电源变换为设备 所需频率的电源；在正常交流电源中断时，用逆 变器（见电力变流器）将蓄电池的直流电能变换 成工频交流电能。 应用电力电子技术还能实现非电能与 电能之间的转换。例如，利用太阳电 池将太阳辐射能转换成电能。与电子 技术不同，电力电子技术变换的电能 是作为能源而不是作为信息传感的载 体。因此人们关注的是所能转换的电 功率。 电力电子技术是建立在电子学、电 工原理和自动控制三大学科上的新 兴学科。因它本身是大功率的电技 术，又大多是为应用强电的工业服 务的，故常将它归属于电工类。 电力电子技术的内容主要包括电力电子器件、 电力电子电路和电力电子装
7、置及其系统。电力 电子器件以半导体为基本材料，最常用的材料 为单晶硅；它的理论基础为半导体物理学。近 代新型电力电子器件中大量应用了微电子学的 技术。电力电子电路吸收了电子学的理论基础 ，根据器件的特点和电能转换的要求，又开发 出许多电能转换电路。这些电路中还包括各种 控制、触发、保护、显示、信息处理、继电接 触等二次回路及外围电路。利用这些电路，根 据应用对象的不同，组成了各种用途的整机， 称为电力电子装置。这些装置常与负载、配套 设备等组成一个系统。电子学、电工学、自动 控制、信号检测处理等技术常在这些装置及其 系统中大量应用 可再生能源发电中的电力电子技术 随着经济的快速增长 和社会的全
8、面进步，我国的 能源供应和环境污染问题越 来越突出，开发和利用新的 能源的需求更加迫切。电力 电子技术作为新能源发电的 关键技术，直接关系到新能 源发电技术的发展及前景， 紧密联系着社会的进步与需 求，因此，电力电子技术对 能源发电技术起着一定的决 定性作用。其中的电力电子技术其中的电力电子技术可再生能源发电技术的发展和规模的 扩大，使其逐步从补充型能源向替代能源过 渡。与前述控制技术同样重要的作为可再生 能源应用的重要组成部分的电力变换装置的 研究与开发也成为一个重要的研究课题。可 再生能源发电中应用到的电力电子技术主要 包括逆变器、太阳能充电器、矩阵式频率变 换器、有源滤波器等。 逆变器并
9、网控制装置 太阳能充电控制器太阳能充电控制器为提高太阳能发电的稳定可靠 性，需配备一定容量的蓄电池组。 铅酸蓄电池组成本较高，且使用寿 命有限，若使用不当，会严重影响 寿命。蓄电池组的成本已成为影响 太阳能光伏发电技术推广应用的一 个主要障碍。常规的充电方法，如恒流充电 法、阶段充电法、恒压充电法、脉 冲充电法等，都是基于蓄电池的充 电特性曲线进行的，但充电控制精 度易受外界环境影响，采用自适应 搜索算法则能很好地兼顾蓄电池充 电控制和太阳能电池最大功率跟踪 控制 矩阵变换器及控制 矩阵式变换器是实现变速恒频控制 的一个重要实现电力电子变流装置，具 备同步速上、下运行时控制绕组所需的 功率双向
10、流动功能9个双向开关排成3行 3列矩阵，利用9个双向开关周期内的占 空比来组成3行3列的开关调制矩阵，以 决定矩阵变换器的变换关系。应用于风 力发电中的矩阵式变换器，通过调节其 输出频率、电压、电流和相位，以实现 变速恒频控制、最大风能捕获控制、以 及有功功率和无功功率的解耦控制等， 目前矩阵式变换器的控制多采用空间矢 量变换控制方法，借用传统交一直一交 控制策略，将矩阵式变换器传递函数等 效为“虚拟整流”和“虚拟拟变”两部分， 由一个虚拟的直流环节将两部分联结， 用空间矢量调制技术进行控制，在鲁棒 性和实现性方面还优待提高。目前国内 外矩阵式变换器的研究工作尚未成熟， 离实用化还有相当距离，关键原因是适 用的双向开关尚未成熟和商品化，控制 技术也有待发展。 谢谢谢谢制片人 李伟&韩一鸣导演 韩一鸣&李伟主演 李伟&韩一鸣编剧 韩一鸣&李伟特别鸣谢 全体同学
