电力电子技术新书课件第一章绪论1

电力电子技术第1章绪论123电力电子技术的定义电力电子技术的发展电力电子技术的应用基本内容电力电子技术1.1电力电子技术的定义电力电子技术是在电子、电力与控制技术基础上发展起来的一门新兴交叉学科,被国际电工委员会(IEE)命名为电力电子学(PowerElectronics)或称为电力电子技术1955年美国通用电器公司(GeneralElectronicCompany)发明第一个大功率5A硅整流二极管(SiliconRectifier)，仅在两年后的1957年,GE公司又发明了全世界第一个晶闸管(Thyristor),俗称“可控硅”大功率硅整流二极管以及晶闸管的发明标志着现代意义上电力电子技术的诞生1.1电力电子技术的定义1.2电力电子技术的发展1.3电力电子技术的应用1.3.1电力电子技术在电源中的应用1.3.2电力电子技术在电力系统中的应用1.3.3电力电子技术在可再生能源发电系统中的应用1.3.4电力电子技术在微电网中的应用1.3.5电力电子技术在在环保系统中的应用1.3.6电力电子技术在节能中的应用backNext电力电子技术1.1电力电子技术的定义图1.1电力电子技术的Newell定义1.1电力电子技术的定义1.2电力电子技术的发展1.3电力电子技术的应用1.3.1电力电子技术在电源中的应用1.3.2电力电子技术在电力系统中的应用1.3.3电力电子技术在可再生能源发电系统中的应用1.3.4电力电子技术在微电网中的应用1.3.5电力电子技术在在环保系统中的应用1.3.6电力电子技术在节能中的应用1974年,第四届国际电力电子会议上美国学者W.Newell首次提出了电力电子技术的定义,并用图1.1所示的“倒三角”图形表示即：电力电子技术是由电子学、电力学及控制学组成的边缘学科电力电子技术1.1电力电子技术的定义随着电力电子技术的发展，电力电子技术发展初期的W.Newell定义已得到很多学者的认同美国电气和电子工程师协会的电力电子学会则将电力电子技术定义为:电力电子技术是有效地使用电力半导体器件、应用电路和设计理论以及分析开发工具,实现对电能的有效变换和控制的技术,包括电压、电流、频率和波形等方面的变换1.1电力电子技术的定义1.2电力电子技术的发展1.3电力电子技术的应用1.3.1电力电子技术在电源中的应用1.3.2电力电子技术在电力系统中的应用1.3.3电力电子技术在可再生能源发电系统中的应用1.3.4电力电子技术在微电网中的应用1.3.5电力电子技术在在环保系统中的应用1.3.6电力电子技术在节能中的应用电力电子技术1.1电力电子技术的定义图1.2电力电子技术的新定义1.1电力电子技术的定义1.2电力电子技术的发展1.3电力电子技术的应用1.3.1电力电子技术在电源中的应用1.3.2电力电子技术在电力系统中的应用1.3.3电力电子技术在可再生能源发电系统中的应用1.3.4电力电子技术在微电网中的应用1.3.5电力电子技术在在环保系统中的应用1.3.6电力电子技术在节能中的应用1980年，为了使电力电子技术定义更加具体化，美国著名学者B.K.Bose教授对W.Newell的定义进行了拓展,提出了图1.2所示电力电子技术的新定义：电力电子技术1.1电力电子技术的定义实际上，就其内容而言，电力电子技术主要完成各种电能形式的变换，以电能输入-输出形式的变换来分，主要包括以下四种基本变换：交流-直流（AC-DC）变换：一般称为整流，完成交流-直流变换的电力电子装置称为整流器（Rectifier）直流-交流（DC-AC）变换:一般称为逆变，这是与整流相反的变换形式，完成直流-交流变换的电力电子装置称为逆变器（Inverter）交流-交流（AC-AC）变换:主要有交流调压和交-交变频两种基本形式直流-直流（DC-DC）变换:主要完成直流电压幅值和极性的变换与调节，主要包括升压、降压和升-降压变换等1.1电力电子技术的定义1.2电力电子技术的发展1.3电力电子技术的应用1.3.1电力电子技术在电源中的应用1.3.2电力电子技术在电力系统中的应用1.3.3电力电子技术在可再生能源发电系统中的应用1.3.4电力电子技术在微电网中的应用1.3.5电力电子技术在在环保系统中的应用1.3.6电力电子技术在节能中的应用电力电子技术1.2电力电子技术的发展电力电子技术起始于20世纪50年代末20世纪60年代初的硅整流器件，其发展经历了以低频技术为主的传统电力电子技术时期和以高频技术为主的现代电力电子技术时期在20世纪80年代末期和20世纪90年代初期以IGBT和功率MOSFET为代表发展起来的集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件，表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代进入20世纪90年代以来，电力电子技术进入了一个崭新的快速发展时期。理论分析和实验表明：电力电子产品体积与重量的缩小与供电频率的平方根成反比，因此电力电子技术高频化是今后电力电子技术创新与发展的主导方向1.1电力电子技术的定义1.2电力电子技术的发展1.3电力电子技术的应用1.3.1电力电子技术在电源中的应用1.3.2电力电子技术在电力系统中的应用1.3.3电力电子技术在可再生能源发电系统中的应用1.3.4电力电子技术在微电网中的应用1.3.5电力电子技术在在环保系统中的应用1.3.6电力电子技术在节能中的应用电力电子技术1.2电力电子技术的发展近年来，随着能源危机的出现，电力电子技术技术在变频调速、新能源发电等方面得到了快速发展，世界各国对电力电子技术也更加重视一方面具有自关断能力的大功率高频新器件及其应用技术取得了惊人的进步；另一方面，同微电子技术紧密结合的新一代智能化功率集成电力电子技术初露锋芒展望未来，随着具有高可靠性的集成电力电子模块IPEM(IntegratedPowerElectronicModules)技术以及具有导通损耗小，耐压高、高结温等的特点的Silicon(硅)等新一代宽禁带器件的应用将会使电力电子技术发生新一轮革命性的变化1.1电力电子技术的定义1.2电力电子技术的发展1.3电力电子技术的应用1.3.1电力电子技术在电源中的应用1.3.2电力电子技术在电力系统中的应用1.3.3电力电子技术在可再生能源发电系统中的应用1.3.4电力电子技术在微电网中的应用1.3.5电力电子技术在在环保系统中的应用1.3.6电力电子技术在节能中的应用电力电子技术1.2电力电子技术的发展电力电子学发展过程中的重要事件如下（最具代表性）:1803年整流器的发明1925年逆变器换流原理1965年用于高压直流输电应用的晶闸管1979年功率场效应管采用微处理器实现矢量控制的晶体管逆变器1987年双向PWMRECTIFER-INVERTER1993年模糊逻辑级神经元网络在电力电子学及电力传动上的应用2000年用3电平IGCT逆变器实现的45MVA动态电压补偿器DVR1.1电力电子技术的定义1.2电力电子技术的发展1.3电力电子技术的应用1.3.1电力电子技术在电源中的应用1.3.2电力电子技术在电力系统中的应用1.3.3电力电子技术在可再生能源发电系统中的应用1.3.4电力电子技术在微电网中的应用1.3.5电力电子技术在在环保系统中的应用1.3.6电力电子技术在节能中的应用电力电子技术1.3电力电子技术的应用电力电子技术的广泛应用1.1电力电子技术的定义1.2电力电子技术的发展1.3电力电子技术的应用1.3.1电力电子技术在电源中的应用1.3.2电力电子技术在电力系统中的应用1.3.3电力电子技术在可再生能源发电系统中的应用1.3.4电力电子技术在微电网中的应用1.3.5电力电子技术在在环保系统中的应用1.3.6电力电子技术在节能中的应用电力电子技术1.3.1电力电子技术在电源中的应用现代电力电子技术在高质量、高效、高可靠性的电源中起着关键作用，随着电源技术的发展得到广泛应用：通信电源通信业的迅速发展极大的推动了通信电源的发展，高频小型化的开关电源技术已成为现代通信供电系统的主流不间断电源(UPS)不间断电源(UPS)是一种广泛应用于计算机、通信系统以及要求不间断供电场合所必须的一种高可靠、高性能的恒频恒压（CVCF）电源变频器电源变频器电源主要用于交流电机的变频调速，是一种高性能的变频变压(VVVF)电源也广泛应用于大型风机、水泵的节能运行以及工业装备、电力交通、家电等中的交流调速等1.1电力电子技术的定义1.2电力电子技术的发展1.3电力电子技术的应用1.3.1电力电子技术在电源中的应用1.3.2电力电子技术在电力系统中的应用1.3.3电力电子技术在可再生能源发电系统中的应用1.3.4电力电子技术在微电网中的应用1.3.5电力电子技术在在环保系统中的应用1.3.6电力电子技术在节能中的应用电力电子技术1.3.2电力电子技术在电力系统中的应用电力是关系到国计民生的重要能源，随着大功率电力电子器件技术的不断发展，电力电子技术也将在电力系统的应用领域得到了前所未有的扩展：发电机的静止励磁控制就是采用先进的电力电子励磁系统取代原有的旋转励磁机组静止式离子整流器和静止式半导体整流器高压直流输电（HVDC）技术由于HVDC具有输送容量大、受控能力强、稳定性好以及与不同频率电网之间易联络等优势，现已成为交流输电技术的有力补充并得到广泛的推广1.1电力电子技术的定义1.2电力电子技术的发展1.3电力电子技术的应用1.3.1电力电子技术在电源中的应用1.3.2电力电子技术在电力系统中的应用1.3.3电力电子技术在可再生能源发电系统中的应用1.3.4电力电子技术在微电网中的应用1.3.5电力电子技术在在环保系统中的应用1.3.6电力电子技术在节能中的应用电力电子技术1.3.2电力电子技术在电力系统中的应用1970年世界上第一项晶闸管换流器，标志着电力电子技术正式应用于直流输电直到二十世纪末，这一时期直流输电技术是主要是基于晶闸管电网换流的交-直-直-交变换技术目前,强迫换流技术占高压直流输电的主导地位,其结构如图1.3a所示:1.1电力电子技术的定义1.2电力电子技术的发展1.3电力电子技术的应用1.3.1电力电子技术在电源中的应用1.3.2电力电子技术在电力系统中的应用1.3.3电力电子技术在可再生能源发电系统中的应用1.3.4电力电子技术在微电网中的应用1.3.5电力电子技术在在环保系统中的应用1.3.6电力电子技术在节能中的应用图1.3高压直流输电（HVDC）系统电力电子技术1.3.2电力电子技术在电力系统中的应用图1.3高压直流输电（HVDC）系统在中低电压直流输电领域里,基于VSC(PWM电压源换流器)的轻型直流输电系统开始高速发展，并开始应用于数十至数百公里的小型直流输电系统中（如海上风电场输电等）其结构如图1.3b所示:1.1电力电子技术的定义1.2电力电子技术的发展1.3电力电子技术的应用1.3.1电力电子技术在电源中的应用1.3.2电力电子技术在电力系统中的应用1.3.3电力电子技术在可再生能源发电系统中的应用1.3.4电力电子技术在微电网中的应用1.3.5电力电子技术在在环保系统中的应用1.3.6电力电子技术在节能中的应用电力电子技术1.3.2电力电子技术在电力系统中的应用柔性交流输电(FACTS)技术它是一项基于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FACTS控制器中最关键的电力电子设备包括静止同步补偿器（STATCOM）、静止同步串联补偿器（SSSC）及统一潮流控制器（UPFC）如图1.4所示：图1.4统一潮流控制器（UPFC）1.1电力电子技术的定义1.2电力电子技术的发展1.3电力电子技术的应用1.3.1电力电子技术在电源中的应用1.3.2电力电子技术在电力系统中的应用1.3.3电力电子技术在可再生能源发电系统中的应用1.3.4电力电子技术在微电网中的应用1.3.5电力电子技术在在环保系统中的应用1.3.6电力电子技术在节