《电力电子技术》

《电力电子技术》绪论上海电力学院电子教研室2008-5-14上海电力学院电子技术教研室21.什么是电力电子技术电子技术信息电子技术电力电子技术模拟电子技术数字电子技术主要用于信息处理主要用于电力变换均用半导体制成，故也称电力半导体器件电力电子技术——应用于电力领域的电子技术，使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术数百MW甚至GW，也可小到数W甚至1W以下进行电力变换的技术称为变流技术《电力电子技术》绪论2008-5-14上海电力学院电子技术教研室3★四类基本电力变换交流(Altive)和直流(Directive)两种输出交流直流直流交流整流AC——DC直流斩波DC——DC交流电力控制变频、变相逆变DC——AC输入第5章第4章第3章第2章AC——AC《电力电子技术》绪论2008-5-14上海电力学院电子技术教研室4★电力电子技术两个分支:变流技术（电力电子器件应用技术）电力电子技术的核心，理论基础是电路理论电力电子器件制造技术电力电子技术的基础，理论基础是半导体物理本课程的主要内容信息电子，既可放大，也可开关电力电子，为避免功率损耗过大，总在开关状态——电力电子技术的一个重要特征★器件的工作状态:《电力电子技术》绪论2008-5-14上海电力学院电子技术教研室5★“电力电子技术”和“电力电子学”电力电子学(PowerElectronics)名称60年代出现电力电子技术电子学电力学控制理论连续、离散电路、器件静止器、旋转电机图0-1描述电力电子学的倒三角形电力电子技术可看成“弱电控制强电”的技术，是“弱电和强电的接口”，控制理论是实现该接口的强有力纽带1974年，美国的W.Newell用倒三角形对电力电子学进行了描述，被全世界普遍接受分别从工程技术和学术的角度来称呼，实际内容没有很大不同《电力电子技术》绪论2008-5-14上海电力学院电子技术教研室6★电力电子技术与电气工程的关系：电力电子技术广泛用于电气工程中诸如：高压直流输电、静止无功补偿、电力机车牵引、交直流电力传动、电解、励磁、电加热、高性能交直流电源等电力系统和电气工程通常把电力电子技术归属于电气工程学科《电力电子技术》绪论2008-5-14上海电力学院电子技术教研室72.电力电子技术的发展史2)后来出现了水银整流器，3)发展更早的电动机—直流发电机组，即变流机组。4)1947年美国贝尔实验室发明晶体管，引发了电子技术的一场革命5)最先用于电力领域的半导体器件是硅二极管能在真空中对电子流进行控制，并应用于通信和无线电，从而开了电子技术之先河其性能和晶闸管很相似。在30年代到50年代，是水银整流器发展迅速并大量应用的时期。和旋转变流机组相对应，静止变流器的称呼从水银整流器开始并沿用至今1)1904年出现了电子管，《电力电子技术》绪论2008-5-14上海电力学院电子技术教研室86)1956年贝尔实验室研制出晶闸管雏形，晶闸管性能优越，很快取代了水银整流器和旋转变流机组，且其应用范围也迅速扩大。电力电子技术的概念和基础就是由于晶闸管及晶闸管变流技术的发展而确立的7)80年代后期开始复合型器件IGBT（1988年）是MOSFET和BJT的复合，性能十分优越，现代电力电子技术的主导器件MCT是MOSFET和晶闸管的复合、IGCT是MOSFET和GTO的复合8)模块：为了使电力电子装置的结构紧凑、体积减小，常常9)功率集成电路：把驱动、控制、保护电路和功率器件集成在一把若干个电力电子器件及必要的辅助元件做成模块的形式起，构成功率集成电路（PIC）。目前其功率都还较小，但代表了电力电子技术发展的一个重要方向1958年美国通用电气公司完成其生产工艺《电力电子技术》绪论2.电力电子技术的发展史2008-5-14上海电力学院电子技术教研室93.电力电子技术的应用1）一般工业①直流电动机的电源（可控整流、直流斩波）②交流电机的交流调速、软起动等（间接交流变流、交流调压）③电解（铝、烧碱）、电镀、直流电弧炉（整流）、高频或中频感应加热、淬火（变频）2）交通运输①电气化铁道：直流机车中采用整流装置、直流斩波器，交流机车采用变频装置，车辆中的各种辅助电源②电动汽车：电机的电力变换和驱动控制、蓄电池的充电③航空和航海：飞机、船舶需要很多不同要求的电源④电梯：变频调速《电力电子技术》绪论2008-5-14上海电力学院电子技术教研室10《电力电子技术》绪论3.电力电子技术的应用2008-5-14上海电力学院电子技术教研室11《电力电子技术》绪论3.电力电子技术的应用2008-5-14上海电力学院电子技术教研室123）电力系统至2003年，发达国家在用户最终使用的电能中有75%以上至少经过一次电力电子变流装置的处理。本世纪将达90%以上。①电力电子技术是电力系统现代化的关键技术之一②直流输电、柔性交流输电（FACTS）也是依靠电力电子装置才得以实现的FACTS的主要目标：用大功率电力电子开关器件代替传统机械式高压开关，使电力系统中的电压、线路阻抗、功率角等几个主要电气参数能够按照系统需要迅速进行调整。在不改变电力系统主要设备及线路的前提下，使电网的功率传输能力及潮流和电压的可控性大大提高。HVDC、SVC、SVG、APF都属于FACTS的范畴《电力电子技术》绪论3.电力电子技术的应用2008-5-14上海电力学院电子技术教研室13③无功补偿和谐波抑制。④在变电所中，给操作系统提供可靠的交直流操作电源，给蓄电晶闸管控制电抗器（TCR）、晶闸管投切电容器（TSC）都是重要的无功补偿装置。静止无功发生器（SVG）、有源电力滤波器（APF）具有更为优越的无功功率和谐波补偿的性能。在配电网系统，电力电子装置还可用于防止电网瞬时停电、瞬时电压跌落、闪变等，以进行电能质量控制，改善供电质量池充电等都需要电力电子装置（UPS）《电力电子技术》绪论3.电力电子技术的应用2008-5-14上海电力学院电子技术教研室14《电力电子技术》绪论3.电力电子技术的应用2008-5-14上海电力学院电子技术教研室154）电子装置用电源通信设备中的程控交换机、大型计算机、微型计算机及各种电子装置都采用高频开关电源。高频开关电源体积小、重量轻、效率高，现在已逐渐取代了线性稳压电源。信息电子技术离不开电力电子技术。5）家用电器电力电子照明电源体积小、发光效率高、可节省大量能源，通常被称为“节能灯”，正逐步取代传统的白炽灯和日光灯变频空调、电视机、音响设备、家用计算机等电子设备的电源，有些洗衣机、电冰箱、微波炉等电器也应用了电力电子技术。《电力电子技术》绪论3.电力电子技术的应用2008-5-14上海电力学院电子技术教研室16《电力电子技术》绪论3.电力电子技术的应用2008-5-14上海电力学院电子技术教研室176）其他①不间断电源（UPS）；②航天飞行器中的各种电子仪器需要电源③太阳能发电、风力发电等发出的电力质量较差，常需要储能装置缓冲，需要改善电能质量或需要和电力系统联网时，都离不开电力电子技术。④抽水蓄能发电站（天荒坪）中大型电动机的起动和调速都需要电力电子技术。超导储能是未来的一种储能方式，它需要强大的直流电源供电，这也离不开电力电子技术。⑤核聚变反应堆在产生强大磁场和注入能量时，需要大容量的脉冲电源，这种电源就是电力电子装置。科学实验或某些特殊场合，常常需要一些特种电源，这也是电力电子技术的用武之地。当前，全球核发电量占总发电量的17.1%，发达国家核电比重更大。法国核电已占全国电力生产总量的80%，日本、瑞典、瑞士占32%，德、英占30%，美、加占20%等等。而中国仅占2%左右。照片《电力电子技术》绪论3.电力电子技术的应用2008-5-14上海电力学院电子技术教研室18返回《电力电子技术》绪论3.电力电子技术的应用2008-5-14上海电力学院电子技术教研室19以前电力电子技术的应用偏重于中、大功率。现在，在1kW以下，甚至几十W以下的功率范围内，电力电子技术的应用也越来越广，其地位也越来越重要。●电力电子技术研究的就是电源技术。电力电子装置提供给负载的是各种不同的直流电源、恒频交流电源和变频交流电源。●电力电子技术就是节能技术。特别在大型风机、水泵采用变频调速方面，在使用量十分庞大的照明电源等方面，电力电子技术的节能效果十分显著。●21世纪是信息的世纪，电力电子技术和计算机是其最大的两个支撑。这都激发我们学习、研究电力电子技术并使其飞速发展。《电力电子技术》绪论3.电力电子技术的应用2008-5-14上海电力学院电子技术教研室204.本教材的内容简介教材内容可分为三大部分Ø第一部分：电力电子器件第1章(全书的基础)Ø第二部分：各种电力电子电路第2~5章和第8章(全书的主体)第2~5章是各种基本电路，是按表0-1的分类展开的，第8章是各种基本电路的组合Ø第三部分：脉宽调制（PWM）技术和软开关技术第6、7两章《电力电子技术》绪论2008-5-14上海电力学院电子技术教研室21我国高压直流输电的发展概况:1、1987年舟山主要用于向舟山群岛供电输电参数：±100kV，100MW，55km(其中水下电缆12km)全部由我国自行设计、制造、施工、调试和运行2、1989年葛洲坝——上海南桥(接地点在芦潮港)瑞士BBC公司输电参数：±500kV，1200MW，1047km3、2001年天生桥水电站——广州2000年12月底单极投产，2001年6月26日双极投产输电参数：±500kV，1800MW，960多km4、2003年嵊泗主要用于向嵊泗岛宝钢矿石码头供电输电参数：±500kV，60MW双极是我国自己制造的另一项小功率跨海直流输电试验工程。《电力电子技术》绪论2008-5-14上海电力学院电子技术教研室227、2004年贵州安顺——广东肇庆2004.5.31.单极（极2）投产，2004.9.20.双极投产输电参数：±500kV，3kA，3000MW，882km西门子总包并提供主要设备。30%的可控硅阀片，92%的阀组件组装和试验，8台换流变压器和2台平波电抗器由中方企业完成6、2004年三峡——广东惠州2004.2.7.单极投产，2004.6.6.双极投产输电参数：±500kV，3kA，3000MW，962km实现了华中电网与南方电网的互联5、2003年三峡——常州郑平输电参数：±500kV，3000MW，860km《电力电子技术》绪论我国高压直流输电的发展概况:国家电网2008-5-14上海电力学院电子技术教研室23“十一五”期间计划建设的直流输电工程有：三峡右岸——上海练塘：1100km、3GW、2007年投产四川德阳——西北宝鸡：550km、1.8GW、2010年投产贵州兴仁——广东惠州：1000km、3GW、“十一五”期间投产西北银南——华北天津东：1200km、3GW、2010年左右投产2011～2020年，还将有一大批直流输电工程投运。《电力电子技术》绪论我国高压直流输电的发展概况:贵广直流输电工程是国务院确定的“十五”期末西电新增向广东送电1000万千瓦电网项目中2008-5-14上海电力学院电子技术教研室24背靠背换流站1、灵宝背靠背换流站2005年7月3日正式投入生产参数：360MW（单极），±120kV，3000A我国第一个“全国产化”的大型直流联网工程河南三门峡灵宝焦村镇(地处豫、陕、晋三省交界处的黄河之滨)灵宝背靠背换流站成功实现了西北(330kV)－－华中(220kV)联网，也实现了全国主要电网之间的互联《电力电子技术》绪论国家电网我国高压直流输电的发展概况:2008-5-14上海电力学院电子技术教研室252、高岭背靠背换流站计划2006年5月开工2008年10月30日建成投产参数：3000MW（单极），±125kV，3000A继灵宝背靠背换流站工业试验项目之后即将开工建设的第二个背靠背换流站工程，自主设计，全部国产化设备提高东北华北电网间的电力输送能力。3、邯郸-新乡背靠背换流站提高华北-华中电网间的电力输送能力。《电力电子技术》绪论返回P12我国高压直流输电的发展概况:背靠背换流