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1、电气工程讲坛电气工程讲坛电力力电子技子技术Power ElectronicsPower Electronics同济大学第一讲电力电子技术概述及其在智能电网中的应用简介 精选ppt电气工程讲坛电气工程讲坛第一节 电力电子技术概述1 1 什么是什么是电力力电子技子技术2 2 电力力电子技子技术的的发展史展史3 3 电力力电子技子技术的的应用用领域域4 4 习题精选ppt电气工程讲坛电气工程讲坛1 什么是电力电子技术1.1 1.1 电力力电子与信息子与信息电子子1.2 1.2 两大分支两大分支1.3 1.3 与其他学科的关系与其他学科的关系1.4 1.4 地位和未来地位和未来精选ppt电气工程讲坛电
2、气工程讲坛1.1 电力电子与信息电子信息信息信息信息电电子技子技子技子技术术信息信息处处理理电电子技子技术术一般即指信息一般即指信息电电子技子技术术，广，广义义而言，也包而言，也包括括电电力力电电子技子技术术。模拟电子技术电子技术信息电子技术电力电子技术数字电子技术电电力力力力电电子技子技子技子技术术电电力力变换变换电气工程讲坛电气工程讲坛1.1 电力电子与信息电子电电力力力力电电子技子技子技子技术术使用使用电电力力电电子子器件器件对电对电能能进进行行变换变换和控制的技和控制的技术术，即，即应应用于用于电电力力领领域的域的电电子技子技术术。IEEEIEEE给出出电力力电子技子技术的定的定义：P
3、ower electronics is the Power electronics is the technology associated with technology associated with the efficient conversion, the efficient conversion, control and conditioning of control and conditioning of electric power by static electric power by static means from its available means from its
4、 available input form into the desired input form into the desired electrical output form.electrical output form.当今世界电力能源的使用约占总能源的40%40%。而。而电能中有能中有40%40%需要需要经过电力力电子子设备的的变换才能被才能被使用。使用。目前目前电电力力电电子器件均用半子器件均用半导导体制体制成，故也称成，故也称电电力半力半导导体器件。体器件。电电力力电电子技子技术变换术变换的的“ “电电力力” ”，可大到数百可大到数百MWMW甚至甚至GWGW，也可，也可小到数小到数
5、WW甚至甚至mWmW级级。电气工程讲坛电气工程讲坛1.2 两大分支 变变流技流技流技流技术术（电电力力力力电电子器件子器件子器件子器件应应用技用技用技用技术术） 用用电电力力电电子器件构成子器件构成电电力力变换电变换电路和路和对对其其 进进行控制的技行控制的技术术，以及构成，以及构成电电力力电电子装置子装置 和和电电力力电电子系子系统统的技的技术术。 电电力力电电子技子技术术的核心，理的核心，理论论基基础础是是电电路理路理论论。 电电力力力力电电子器件制造技子器件制造技子器件制造技子器件制造技术术电电力力电电子子技技术术的的基基础础，理理论论基基础础是是半半导导体体物理。物理。精选ppt电气工
6、程讲坛电气工程讲坛1.2 两大分支 电力交流和直流两种 从公用电网直接得到的是交流，从蓄电池和干电池得到的是直流。 电电力力变换变换四大四大类类 交流变直流、直流变交流、直流变直流、交流变交流表1 电力变换的种类 进进行行电电力力变换变换的技的技术术称称为为 变变流技流技术术。逆变直流斩波直流交流电力控制变频、变相整流交流交流直流 输出 输入 变变流技流技流技流技术术精选ppt电气工程讲坛电气工程讲坛1.3 与相关学科的关系电电力力力力电电子学子学子学子学 (Power (Power Electronics)Electronics)名称名称6060年代出年代出现现。19741974年，美国的年
7、，美国的W. W. NewellNewell用用图图1 1的倒三角形的倒三角形对电对电力力电电子学子学进进行了描行了描述，被全世界普遍接受。述，被全世界普遍接受。电力力电子学子学电子学子学电力学力学控制控制理理论连续、离散 电路、器件静止器、旋转电机图1 描述电力电子学的倒三角形电气工程讲坛电气工程讲坛1.3 与相关学科的关系都分都分为为器件器件和和应应用用两大分支。两大分支。器件器件的材料、工的材料、工艺艺基本相同，采用微基本相同，采用微电电子技子技术术。应应用用的理的理论论基基础础、分析方法、分析、分析方法、分析软软件也基本相件也基本相同。同。信息信息电电子子电电路的器件可工作在开关状路的
8、器件可工作在开关状态态，也可工，也可工作在放大状作在放大状态态；电电力力电电子子电电路的器件一般只工作在开关状路的器件一般只工作在开关状态态。二者同根同源。二者同根同源。 与与与与电电子学（信息子学（信息子学（信息子学（信息电电子学）的关系子学）的关系子学）的关系子学）的关系精选ppt电气工程讲坛电气工程讲坛1.3 与相关学科的关系电电力力电电子技子技术术广泛用于广泛用于电电气工程中气工程中高高压压直流直流输电输电静止无功静止无功补偿补偿电电力机力机车牵车牵引交直流引交直流电电力力传动传动电电解、解、电镀电镀、电电加加热热、高性能交直流、高性能交直流电电源源国内外均把国内外均把电电力力电电子技
9、子技术归为电术归为电气工程的一气工程的一个分支。个分支。电电力力电电子技子技术术是是电电气工程学科中最气工程学科中最为为活活跃跃的的一个分支。一个分支。 与与与与电电力学（力学（力学（力学（电电气工程）的关系气工程）的关系气工程）的关系气工程）的关系精选ppt电气工程讲坛电气工程讲坛1.3 与相关学科的关系控制理论广泛用于电力电子系统中。电力电子技术是弱电控制强电的技术， 是弱电和强电的接口；控制理论是这种接口的有力纽带。电力电子装置是自动化技术的基础元件和 重要支撑技术。 与控制理与控制理与控制理与控制理论论（自（自（自（自动动化技化技化技化技术术）的关系）的关系）的关系）的关系精选ppt电
10、气工程讲坛电气工程讲坛1.4 地位和未来电电力力电电子技子技术术和运和运动动控制一起，和控制一起，和计计算机技算机技术术共同成共同成 为为未来科学技未来科学技术术的的两大支柱两大支柱。计计算机算机 人人脑脑 电电力力电电子技子技术术 消化系消化系统统和循和循环环系系统统 电电力力电电子运子运动动控制控制 肌肉和四肢肌肉和四肢电电力力电电子技子技术术是是电电能能变换变换技技术术, ,是把是把粗粗电电变为变为精精电电的技的技术术， 能源是人能源是人类类社会的永恒社会的永恒话题话题，电电能是最能是最优质优质的能源，的能源， 因此，因此，电电力力电电子技子技术术将青春永将青春永驻驻。 一一门崭门崭新的
11、技新的技术术，2121世世纪纪仍将以迅猛的速度仍将以迅猛的速度发发展。展。精选ppt电气工程讲坛电气工程讲坛2 电力电子技术的发展史历史是人史是人类社会的一面社会的一面镜子子分析分析过去、去、现在有助于把握未来在有助于把握未来科学史是科学家的一面科学史是科学家的一面镜子子了了解解一一门学学科科的的过去去、现在在有有助助于把握未来于把握未来精选ppt电气工程讲坛电气工程讲坛2 电力电子技术的发展史电力电子技术的发展史是以电力电子器件的发展史为纲的。晶闸管问世，(“公元元年”)IGBT及功率集成器件出现和发展时代晶闸管时代水银（汞弧）整流器时代电子管问世全控型器件迅速发展时期史前期（黎明期）190
12、4193019471957197019801990 2000t(年)晶体管诞生精选ppt电气工程讲坛电气工程讲坛电力电子技术发展方向集成化集成化模模块化化智能化智能化高高频化化不断提高装置效率不断提高装置效率不断拓展不断拓展电压应用范用范围精选ppt电气工程讲坛电气工程讲坛3 电力电子技术的应用一般工一般工业： 交直流交直流电电机、机、电电化学工化学工业业、冶金工、冶金工业业交通运交通运输： 电电气化气化铁铁道、道、电动电动汽汽车车、航空、航海、航空、航海电力系力系统： 高高压压直流直流输电输电、柔性交流、柔性交流输电输电、无功、无功补补偿偿电子装置子装置电源源： 为为信息信息电电子装置提供子
13、装置提供动动力力家用家用电器器： “ “节节能灯能灯” ”、变频变频空空调调其他其他： UPSUPS、 航天航天飞飞行器、新能源、行器、新能源、发电发电装装置置精选ppt电气工程讲坛电气工程讲坛3 电力电子技术的应用轧钢机数控机床冶金工业电解铝1 1）一般工）一般工业精选ppt电气工程讲坛电气工程讲坛3 电力电子技术的应用2）交通运）交通运输精选ppt电气工程讲坛电气工程讲坛3 电力电子技术的应用3）电力系力系统SVCSVC高压直流装置HVDC柔性交流输电FACTS精选ppt电气工程讲坛电气工程讲坛3 电力电子技术的应用4）电子装置用子装置用电源源程控交换机电电子装置子装置微型计算机精选ppt
14、电气工程讲坛电气工程讲坛3 电力电子技术的应用5 5）家用）家用电器器精选ppt电气工程讲坛电气工程讲坛3 电力电子技术的应用6 6）其他）其他大型计算机的UPS航天技航天技术术新型能源精选ppt电气工程讲坛电气工程讲坛3 电力电子技术的应用总总之，之，电电力力电电子技子技术术的的应应用范用范围围十分广泛，激十分广泛，激发发人人们们学学习习、研究、研究电电力力电电子技子技术术并使其并使其飞飞速速发发展。展。电电力力电电子装置提供子装置提供给负载给负载的是各种不同的的是各种不同的电电源，因源，因此可以此可以说说，电电力力电电子技子技术术研究的也就是研究的也就是电电源技源技源技源技术术。电电力力电
15、电子技子技术对节术对节省省电电能有重要意能有重要意义义。特。特别别在大型在大型风风机、水机、水泵泵采用采用变频调变频调速，在使用量十分速，在使用量十分庞庞大的照大的照明明电电源等方面，因此它也被称源等方面，因此它也被称为为是是节节能技能技能技能技术术。精选ppt电气工程讲坛电气工程讲坛4 习 题1. 什么是电力电子技术? 它有几个组成部分? 电力电子技术的基础与核心分别是什么？2. 变流电路有哪几种形式，各自功能是什么？3. 简述电力电子技术的主要应用领域。精选ppt电气工程讲坛电气工程讲坛第二节 电力电子技术在智能电网中的应用及原理 1、智能电网的发展概况 2、发电环节 3、输电环节 4、配
16、电环节 5、储能技术 6、结语精选ppt电气工程讲坛电气工程讲坛美国智能电网发展里程碑200120032004DOE与NETL合作发起了“现代电网(MGI)”研究,TheModernGridInitiative:aVisionforthemoderngrid.Mar.2007.NETL200520092030EPRI开始“Intelligrid”(智能电网）研究布什总统要求美国能源部（DOE）致力于电网现代化，DOE发布“Grid2030”DOE启动电网智能化(GridWise）项目之后，研究机构、信息服务商和设备制造商与电力企业合作，纷纷推出自己的智能电网方案和实践奥巴马将智能电网提升为美国
17、国家战略年份年份国外智能国外智能电网研究概况网研究概况9/21/2024精选ppt电气工程讲坛电气工程讲坛欧洲智能电网发展里程碑成立“智能电网(SmartGrids)欧洲技术论坛”提出智能电网愿景，制定（1）欧洲未来电网的远景和策略（2）战略性研究议程战略部署文件报告20052006各国开展自己的智能电网建设探索,应对21世纪的各种挑战和机遇年份年份国外智能国外智能电网研究概况网研究概况（3）The SDDStrategicDeploymentDocument（1）European Smartagrids Technology Platform ：Vision and Strategy for
18、 Europes Electricity Networks of the Future 欧洲智能电网技术平台：欧洲未来电网的远景和策略（2）Strategic Research Agenda for Europes Electricity Network of the future 欧洲未来电网的战略研究议程战略部署文件9/21/2024精选ppt电气工程讲坛电气工程讲坛9/21/2024精选ppt电气工程讲坛电气工程讲坛智能电网的定义美国电科院（EPRI）的定义： 由多个自动化的输电和配电系统构成，以协调、有效和可靠的方式运作。快速响应电力市场和企业需求；利用现代通信技术，实现实时、安全和灵
19、活的信息流，为用户提供可靠、经济的电力服务；具有快速诊断、消除故障的自愈功能。9/21/2024精选ppt电气工程讲坛电气工程讲坛智能电网的定义欧洲技术论坛的定义： 智能电网集创新工具和技术、产品与服务于一体，利用高级感应、通信和控制技术，为客服的终端装置及设备提供发电、输电和配电一条龙服务，它实现了与客户的双向交换，从而提供更多信息选择、更大的能量输出、更高的需求参与率及能源效率。9/21/2024精选ppt电气工程讲坛电气工程讲坛智能电网的定义IBM提出的智能电网解决方案： 一是通过传感器提高电力设备的数字化程度；二是建立数据的整合体系和收集体系；三是提高数据分析、优化运行和管理的能力。9
20、/21/2024精选ppt电气工程讲坛电气工程讲坛智能电网的定义我们对智能电网的定义： 我国坚强智能电网是以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强网架为基础，以信息通信平台为支撑，具有信息化、自动化、互动化为特征，包含电力系统各个环节，覆盖所有电压等级，实现“电力流、信息流、业务流”的高度一体化融合的现代电网。9/21/2024精选ppt电气工程讲坛电气工程讲坛实现智能电网的关键技术实现智能智能电网的关网的关键技技术智能计量技术传感与通信技术分析与辅助决策技术 可视化展现与操作9/21/2024精选ppt电气工程讲坛电气工程讲坛智能电网的构成与作用9/21/2024精选ppt电气工程讲坛
21、电气工程讲坛大功率电力电子技术在智能电网中的应用精选ppt电气工程讲坛电气工程讲坛2 电力电子在发电环节的应用大规模风力发电太阳能发电发电厂风机水泵的变频调速精选ppt电气工程讲坛电气工程讲坛 风力发电原理2.1 风力发电精选ppt电气工程讲坛电气工程讲坛2.1 风力发电风力发电原理图精选ppt电气工程讲坛电气工程讲坛双双馈感感应发电机系机系统双馈风电机组的定子直接接入电网，转子通过部分功率变频器接入电网，根据风力机转速的变化，在转子中通以变频交流的励磁电流，实现发电机组的有功和无功的解耦控制，使风电机组具有变速运行的特性，提高风电机组的风能转换效率。精选ppt电气工程讲坛电气工程讲坛风轮机直
22、接机直接驱动的同步的同步发电机系机系统基于永磁同步发电机的变速风电机组通过全功率变频器接入电网，由于变频器的解耦控制，使变速同步风电机组与电网完全解耦，其特性完全取决于变频器的控制系统和控制策略。精选ppt电气工程讲坛电气工程讲坛2.2 2.2 太阳光太阳光发电光伏电池是利用某些半导体物质在太阳光的照射条件下，在p型和n型晶结两端产生电动势，将光能直接转化成电能的装置。精选ppt电气工程讲坛电气工程讲坛太阳能光伏太阳能光伏发电的的优点点太阳能取之不尽，用之不竭，照射到地球上的太阳能要比人类消耗的能量大6000倍。只要在美国阳光丰富的西南部沙漠地区，建立一个面积为100mile100mile的巨
23、型光伏电站，所发电力可以满足全美国的用电需要. 太阳能发电安全可靠，不会遭受能源危机或燃料市场不稳定的冲击.太阳能随处可得，可就近供电，不必长距离输送，因而避免了输电线路等电能损失.太阳能不用燃料，运行成本很小.太阳能发电没有运动部件，不易损坏，维护简单.太阳能发电不产生任何废弃物，没有污染、噪声等公害，对环境无不良影响，是理想的清洁能源.精选ppt电气工程讲坛电气工程讲坛太阳能光伏发电并网系统光伏发电由光伏阵列、控制器、逆变器、蓄电池组等部分组成。光伏阵列所发的电力为直流电，除特殊用电负荷外，均需通过逆变器将直流电变换为交流电。并网光伏发电系统主要以电流源形式并网，其输出电流的相位跟踪电网电
24、压相位变化，同时调整输出电流幅值大小，使光伏发电系统注入电网的功率最大。为了弥补光伏发电功率的波动，还需要通过控制器实现蓄电池组的双向充放电控制，以保证向负荷实现平稳供电。精选ppt电气工程讲坛电气工程讲坛大规模光伏并网系统精选ppt电气工程讲坛电气工程讲坛2.3 发电厂风机水泵的变频调速发电厂的厂用电平均为8%，其中风机水泵耗电量约占辅机设备总耗电量的65%，且运行效率低。在发电厂的节能降耗中，主要死采用低压或高压变频器，实现风机水泵的变频调速，可以达到节能30%的效果。精选ppt电气工程讲坛电气工程讲坛3 电力电子在输电环节的应用精选ppt电气工程讲坛电气工程讲坛3.1 高压直流输电（HV
25、DC）优点：输电容量大、稳定性好、控制调节灵活等远距离输电、海底电缆输电及不同频率系统的联网应用1970年世界上第一项晶闸管换流阀试验工程在瑞典建成。精选ppt电气工程讲坛电气工程讲坛3.2 基于电压源换流器（VSC）的柔性直流输电电压源（Voltage Sourced Converter, VSC) 和柔性直流输电（HVDC）以VSC和脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation,PWM）技术为基础，采用IGBT等可关断电力电子器件组成换流器，应用脉宽调制技术进行无源逆变，解决了用直流输电向无交流电源的负荷点送电的问题，大幅度简化设备，降低电价，可用于孤岛供电、城市配电网增容改
26、造、交流系统间互联和大规模风力发电场并网等。应用 世界上第一个采用IGBT构成电压源换流器的柔性直流输电工业试验工程于1997年投入运行。精选ppt电气工程讲坛电气工程讲坛3.3 柔性交流输电（FACTS）FACTS概念提出于80年代后期。利用电力电子技术与现代控制技术对交流输电系统的阻抗、电压及相位实施灵活快速调节的输电技术，可实现对交流输电功率潮流的灵活控制，大幅度提高电力系统的稳定水平。应用SVC 通过晶闸管控制电容器组的投切来调节输出无功的大小、设备结构简单、控制方便、成本较低。STATCOM（美国/日本/中国）TCSC（德国/美国）UPFC（美国）精选ppt电气工程讲坛电气工程讲坛现
27、有的FACTS设备精选ppt电气工程讲坛电气工程讲坛4 电力电子在配电环节的应用1988年 美国的N.G.Hingorani博士提出“用户电力技术”(Custom Power Technology)，又称为DFCTS。精选ppt电气工程讲坛电气工程讲坛DFACTS设备精选ppt电气工程讲坛电气工程讲坛智能万用变压器智能万用变压器（IUT），由多级逆变器组成。改善系统运行效益、消除危险的液体介质（变压器油），减小重量尺寸、内置传感器实现远方通讯，远程监控等。精选ppt电气工程讲坛电气工程讲坛5 储能技术可再生能源发电大规模接入电网，随机性和波动性对电网调度和安全稳定提出严峻挑战要求电网具有较强的
28、调节能力，大规模集中式储能技术和V2G等分布式储能技术储能技术已被视为电网运行过程中的重要组成部分。系统中引入储能环节后，可以有效地实现需求侧管理，消除昼夜间峰谷差，平滑负荷，不仅可以更有效地利用电力设备，降低供电成本，还可以促进可再生能源的应用，也可作为提高系统运行稳定性、调整频率、补偿负荷波动的一种手段。储能技术的应用必将在传统的电力系统设计、规划、调度、控制等方面带来重大变革。精选ppt电气工程讲坛电气工程讲坛大规模储能技术发展现状精选ppt电气工程讲坛电气工程讲坛各种储能技术及应用特点精选ppt电气工程讲坛电气工程讲坛各种储能技术及应用特点精选ppt电气工程讲坛电气工程讲坛V2G技术（
29、Vehicle to Grid）电动汽车大规模车在电池的分布式储能系统在电价低廉时充电，当电网需要时将电池中储存的电能反馈给电网。通过实时电价和智能电表来实现智能充放电管理。应用我国出台了新能源汽车发展规划，每购置一台电动汽车可以获国家财政3000元补贴。正在研究充电站系里标准。奥运会充电站、世博会充电站、世博园V2G示范项目。精选ppt电气工程讲坛电气工程讲坛6 结语提升电网资源，优化配置能力FACTS技术在现有设备不做重大改动的条件下可以充分发挥电网的输电能力，有效缓解我国能源和负荷分布不均的矛盾提高电网安全稳定运行水平FACTS和DFACTS相对于传统输配电方案具有更快的响应速度、更好的
30、可控性和更强的控制功能，为实现智能输电网的快速、连续、灵活控制提供了最有效的手段提高清洁能源并网运行控制能力风力发电和光伏发电并网百年六七具有软并网、软解列、有功与无功解耦控制和电能质量控制等多重功能，大规模集中式储能和V2G式分布式储能为消纳更多的可再生能源提供了保障精选ppt电气工程讲坛电气工程讲坛提高电网服务能力保障不同特征电力用户可以可靠接入和方便使用电能，通过低压变流器和低成本储能相结合，实现电能在分布式发电单元和电网之间的双向流动，用户可以低储高卖，获取一定经济效益。城市配电网增容改造VSC-HVDC采用地埋式电缆，不影响市容，不产生电磁干扰，适合长距离电力传输，可能成为未来城市增容的最佳方案。精选ppt电气工程讲坛电气工程讲坛谢谢！祝大家国庆快乐！精选ppt此课件下载可自行编辑修改，供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！精选ppt
