電力電子技術(shù)-電力電子技術(shù)概述及其在智能電網(wǎng)中課件

電力電子技術(shù)PowerElectronics第一講電力電子技術(shù)概述及其在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用簡介1ppt課件第一節(jié)電力電子技術(shù)概述1什么是電力電子技術(shù)2電力電子技術(shù)的發(fā)展史3電力電子技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域4習(xí)題2ppt課件1什么是電力電子技術(shù)1.1電力電子與信息電子1.2兩大分支1.3與其他學(xué)科的關(guān)系1.4地位和未來3ppt課件1.1

電力電子與信息電子信息電子技術(shù)——信息處理電子技術(shù)一般即指信息電子技術(shù)，廣義而言，也包括電力電子技術(shù)。模擬電子技術(shù)電子技術(shù)信息電子技術(shù)電力電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)電力電子技術(shù)——電力變換4ppt課件1.1

電力電子與信息電子電力電子技術(shù)——使用電力電子器件對電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù)，即應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)。IEEE給出電力電子技術(shù)的定義：Powerelectronicsisthetechnologyassociatedwiththeefficientconversion,controlandconditioningofelectricpowerbystaticmeansfromitsavailableinputformintothedesiredelectricaloutputform.當(dāng)今世界電力能源的使用約占總能源的40%。而電能中有40%需要經(jīng)過電力電子設(shè)備的變換才能被使用。目前電力電子器件均用半導(dǎo)體制成，故也稱電力半導(dǎo)體器件。電力電子技術(shù)變換的“電力”，可大到數(shù)百M(fèi)W甚至GW，也可小到數(shù)W甚至mW級。5ppt課件1.2兩大分支

變流技術(shù)（電力電子器件應(yīng)用技術(shù)）用電力電子器件構(gòu)成電力變換電路和對其進(jìn)行控制的技術(shù)，以及構(gòu)成電力電子裝置和電力電子系統(tǒng)的技術(shù)。電力電子技術(shù)的核心，理論基礎(chǔ)是電路理論。

電力電子器件制造技術(shù)電力電子技術(shù)的基礎(chǔ)，理論基礎(chǔ)是半導(dǎo)體物理。6ppt課件1.2兩大分支

電力——交流和直流兩種

從公用電網(wǎng)直接得到的是交流，從蓄電池和干電池得到的是直流。

電力變換四大類

交流變直流、直流變交流、直流變直流、交流變交流表1

電力變換的種類

進(jìn)行電力變換的技術(shù)稱為變流技術(shù)。逆變直流斬波直流交流電力控制變頻、變相整流交流交流直流

輸出輸入

變流技術(shù)7ppt課件1.3與相關(guān)學(xué)科的關(guān)系電力電子學(xué)(PowerElectronics)名稱60年代出現(xiàn)。1974年，美國的W.Newell用圖1的倒三角形對電力電子學(xué)進(jìn)行了描述，被全世界普遍接受。電力電子學(xué)電子學(xué)電力學(xué)控制理論連續(xù)、離散

電路、器件靜止器、旋轉(zhuǎn)電機(jī)圖1描述電力電子學(xué)的倒三角形8ppt課件1.3與相關(guān)學(xué)科的關(guān)系都分為器件和應(yīng)用兩大分支。器件的材料、工藝基本相同，采用微電子技術(shù)。應(yīng)用的理論基礎(chǔ)、分析方法、分析軟件也基本相同。信息電子電路的器件可工作在開關(guān)狀態(tài)，也可工作在放大狀態(tài)；電力電子電路的器件一般只工作在開關(guān)狀態(tài)。二者同根同源。

與電子學(xué)（信息電子學(xué)）的關(guān)系9ppt課件1.3與相關(guān)學(xué)科的關(guān)系電力電子技術(shù)廣泛用于電氣工程中高壓直流輸電靜止無功補(bǔ)償電力機(jī)車牽引交直流電力傳動電解、電鍍、電加熱、高性能交直流電源國內(nèi)外均把電力電子技術(shù)歸為電氣工程的一個(gè)分支。電力電子技術(shù)是電氣工程學(xué)科中最為活躍的一個(gè)分支。

與電力學(xué)（電氣工程）的關(guān)系10ppt課件1.3與相關(guān)學(xué)科的關(guān)系控制理論廣泛用于電力電子系統(tǒng)中。電力電子技術(shù)是弱電控制強(qiáng)電的技術(shù)，是弱電和強(qiáng)電的接口；控制理論是這種接口的有力紐帶。電力電子裝置是自動化技術(shù)的基礎(chǔ)元件和重要支撐技術(shù)。

與控制理論（自動化技術(shù)）的關(guān)系11ppt課件1.4地位和未來電力電子技術(shù)和運(yùn)動控制一起，和計(jì)算機(jī)技術(shù)共同成為未來科學(xué)技術(shù)的兩大支柱。計(jì)算機(jī)人腦電力電子技術(shù)消化系統(tǒng)和循環(huán)系統(tǒng)電力電子＋運(yùn)動控制肌肉和四肢電力電子技術(shù)是電能變換技術(shù),是把粗電變?yōu)榫姷募夹g(shù)，能源是人類社會的永恒話題，電能是最優(yōu)質(zhì)的能源，因此，電力電子技術(shù)將青春永駐。一門嶄新的技術(shù)，21世紀(jì)仍將以迅猛的速度發(fā)展。12ppt課件2電力電子技術(shù)的發(fā)展史歷史是人類社會的一面鏡子分析過去、現(xiàn)在有助于把握未來科學(xué)史是科學(xué)家的一面鏡子了解一門學(xué)科的過去、現(xiàn)在有助于把握未來13ppt課件2電力電子技術(shù)的發(fā)展史電力電子技術(shù)的發(fā)展史是以電力電子器件的發(fā)展史為綱的。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(shí)代晶閘管時(shí)代水銀（汞?。┱髌鲿r(shí)代電子管問世全控型器件迅速發(fā)展時(shí)期史前期（黎明期）19041930194719571970198019902000t(年)晶體管誕生14ppt課件電力電子技術(shù)發(fā)展方向集成化模塊化智能化高頻化不斷提高裝置效率不斷拓展電壓應(yīng)用范圍15ppt課件3電力電子技術(shù)的應(yīng)用一般工業(yè)：交直流電機(jī)、電化學(xué)工業(yè)、冶金工業(yè)交通運(yùn)輸：電氣化鐵道、電動汽車、航空、航海電力系統(tǒng)：高壓直流輸電、柔性交流輸電、無功補(bǔ)償電子裝置電源：為信息電子裝置提供動力家用電器：

“節(jié)能燈”、變頻空調(diào)其他：

UPS、航天飛行器、新能源、發(fā)電裝置16ppt課件3電力電子技術(shù)的應(yīng)用軋鋼機(jī)數(shù)控機(jī)床冶金工業(yè)電解鋁1）一般工業(yè)17ppt課件3電力電子技術(shù)的應(yīng)用2）交通運(yùn)輸18ppt課件3電力電子技術(shù)的應(yīng)用3）電力系統(tǒng)SVC高壓直流裝置HVDC柔性交流輸電FACTS19ppt課件3電力電子技術(shù)的應(yīng)用4）電子裝置用電源程控交換機(jī)電子裝置微型計(jì)算機(jī)20ppt課件3電力電子技術(shù)的應(yīng)用5）家用電器21ppt課件3電力電子技術(shù)的應(yīng)用6）其他大型計(jì)算機(jī)的UPS航天技術(shù)新型能源22ppt課件3電力電子技術(shù)的應(yīng)用總之，電力電子技術(shù)的應(yīng)用范圍十分廣泛，激發(fā)人們學(xué)習(xí)、研究電力電子技術(shù)并使其飛速發(fā)展。電力電子裝置提供給負(fù)載的是各種不同的電源，因此可以說，電力電子技術(shù)研究的也就是電源技術(shù)。電力電子技術(shù)對節(jié)省電能有重要意義。特別在大型風(fēng)機(jī)、水泵采用變頻調(diào)速，在使用量十分龐大的照明電源等方面，因此它也被稱為是節(jié)能技術(shù)。23ppt課件4習(xí)題1.什么是電力電子技術(shù)?它有幾個(gè)組成部分?電力電子技術(shù)的基礎(chǔ)與核心分別是什么？2.變流電路有哪幾種形式，各自功能是什么？3.簡述電力電子技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域。24ppt課件第二節(jié)電力電子技術(shù)在智能電網(wǎng)

中的應(yīng)用及原理1、智能電網(wǎng)的發(fā)展概況2、發(fā)電環(huán)節(jié)3、輸電環(huán)節(jié)4、配電環(huán)節(jié)5、儲能技術(shù)6、結(jié)語25ppt課件美國智能電網(wǎng)發(fā)展里程碑200120032004DOE與NETL合作發(fā)起了“現(xiàn)代電網(wǎng)(MGI)”研究,TheModernGridInitiative:aVisionforthemoderngrid.Mar.2007.NETL200520092030EPRI開始“Intelligrid”(智能電網(wǎng)）研究布什總統(tǒng)要求美國能源部（DOE）致力于電網(wǎng)現(xiàn)代化，DOE發(fā)布“Grid2030”DOE啟動電網(wǎng)智能化(GridWise）項(xiàng)目之后，研究機(jī)構(gòu)、信息服務(wù)商和設(shè)備制造商與電力企業(yè)合作，紛紛推出自己的智能電網(wǎng)方案和實(shí)踐奧巴馬將智能電網(wǎng)提升為美國國家戰(zhàn)略年份國外智能電網(wǎng)研究概況26ppt課件歐洲智能電網(wǎng)發(fā)展里程碑成立“智能電網(wǎng)(SmartGrids)歐洲技術(shù)論壇”提出智能電網(wǎng)愿景，制定（1）《歐洲未來電網(wǎng)的遠(yuǎn)景和策略》（2）《戰(zhàn)略性研究議程》《戰(zhàn)略部署文件》報(bào)告20052006各國開展自己的智能電網(wǎng)建設(shè)探索,應(yīng)對21世紀(jì)的各種挑戰(zhàn)和機(jī)遇年份國外智能電網(wǎng)研究概況（3）TheSDDStrategicDeploymentDocument（1）EuropeanSmartagridsTechnologyPlatform：VisionandStrategyforEurope’sElectricityNetworksoftheFuture

歐洲智能電網(wǎng)技術(shù)平臺：歐洲未來電網(wǎng)的遠(yuǎn)景和策略（2）StrategicResearchAgendaforEuropesElectricityNetworkofthefuture

歐洲未來電網(wǎng)的戰(zhàn)略研究議程戰(zhàn)略部署文件27ppt課件28ppt課件智能電網(wǎng)的定義美國電科院（EPRI）的定義：

由多個(gè)自動化的輸電和配電系統(tǒng)構(gòu)成，以協(xié)調(diào)、有效和可靠的方式運(yùn)作?？焖夙憫?yīng)電力市場和企業(yè)需求；利用現(xiàn)代通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、安全和靈活的信息流，為用戶提供可靠、經(jīng)濟(jì)的電力服務(wù)；具有快速診斷、消除故障的自愈功能。29ppt課件智能電網(wǎng)的定義歐洲技術(shù)論壇的定義：智能電網(wǎng)集創(chuàng)新工具和技術(shù)、產(chǎn)品與服務(wù)于一體，利用高級感應(yīng)、通信和控制技術(shù)，為客服的終端裝置及設(shè)備提供發(fā)電、輸電和配電一條龍服務(wù)，它實(shí)現(xiàn)了與客戶的雙向交換，從而提供更多信息選擇、更大的能量輸出、更高的需求參與率及能源效率。30ppt課件智能電網(wǎng)的定義IBM提出的智能電網(wǎng)解決方案：一是通過傳感器提高電力設(shè)備的數(shù)字化程度；二是建立數(shù)據(jù)的整合體系和收集體系；三是提高數(shù)據(jù)分析、優(yōu)化運(yùn)行和管理的能力。31ppt課件智能電網(wǎng)的定義我們對智能電網(wǎng)的定義：

我國堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)是以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅(jiān)強(qiáng)網(wǎng)架為基礎(chǔ)，以信息通信平臺為支撐，具有信息化、自動化、互動化為特征，包含電力系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)，覆蓋所有電壓等級，實(shí)現(xiàn)“電力流、信息流、業(yè)務(wù)流”的高度一體化融合的現(xiàn)代電網(wǎng)。32ppt課件實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)智能計(jì)量技術(shù)傳感與通信技術(shù)分析與輔助決策技術(shù)可視化展現(xiàn)與操作33ppt課件智能電網(wǎng)的構(gòu)成與作用34ppt課件大功率電力電子技術(shù)發(fā)電環(huán)節(jié)——可再生能源發(fā)電大規(guī)模接入高壓直流輸電、柔性交流輸電用戶電力技術(shù)——改善電能質(zhì)量儲能技術(shù)大功率電力電子技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用35ppt課件2電力電子在發(fā)電環(huán)節(jié)的應(yīng)用大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電太陽能發(fā)電發(fā)電廠風(fēng)機(jī)水泵的變頻調(diào)速36ppt課件風(fēng)力發(fā)電原理2.1風(fēng)力發(fā)電能量變換的過程風(fēng)的動能先被風(fēng)力機(jī)的槳葉捕獲并轉(zhuǎn)換為機(jī)械能；再經(jīng)過一個(gè)含齒輪箱（增速）的機(jī)械傳動系統(tǒng)傳遞給發(fā)電機(jī)；發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)械能到電能的轉(zhuǎn)換；由于風(fēng)速是變化的，發(fā)電機(jī)直接出來的電能在幅值和頻率上都與電網(wǎng)不同，不能夠直接被用戶使用，需要一個(gè)功率變換裝置；功率變換裝置一方面實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)的接口，另一方面可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的控制。目前風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)品多為690V，需要一個(gè)變壓器升壓到電網(wǎng)電壓(一般35kV以上)37ppt課件2.1風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電原理圖38ppt課件雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)雙饋風(fēng)電機(jī)組的定子直接接入電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子通過部分功率變頻器接入電網(wǎng)，根據(jù)風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速的變化，在轉(zhuǎn)子中通以變頻交流的勵(lì)磁電流，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)組的有功和無功的解耦控制，使風(fēng)電機(jī)組具有變速運(yùn)行的特性，提高風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率。39ppt課件風(fēng)輪機(jī)直接驅(qū)動的同步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)基于永磁同步發(fā)電機(jī)的變速風(fēng)電機(jī)組通過全功率變頻器接入電網(wǎng)，由于變頻器的解耦控制，使變速同步風(fēng)電機(jī)組與電網(wǎng)完全解耦，其特性完全取決于變頻器的控制系統(tǒng)和控制策略。40ppt課件2.2太陽光發(fā)電光伏電池是利用某些半導(dǎo)體物質(zhì)在太陽光的照射條件下，在p型和n型晶結(jié)兩端產(chǎn)生電動勢，將光能直接轉(zhuǎn)化成電能的裝置。41ppt課件太陽能光伏發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)太陽能取之不盡，用之不竭，照射到地球上的太陽能要比人類消耗的能量大6000倍。只要在美國陽光豐富的西南部沙漠地區(qū)，建立一個(gè)面積為100mile×100mile的巨型光伏電站，所發(fā)電力可以滿足全美國的用電需要.太陽能發(fā)電安全可靠，不會遭受能源危機(jī)或燃料市場不穩(wěn)定的沖擊.太陽能隨處可得，可就近供電，不必長距離輸送，因而避免了輸電線路等電能損失.太陽能不用燃料，運(yùn)行成本很小.太陽能發(fā)電沒有運(yùn)動部件，不易損壞，維護(hù)簡單.太陽能發(fā)電不產(chǎn)生任何廢棄物，沒有污染、噪聲等公害，對環(huán)境無不良影響，是理想的清潔能源.42ppt課件太陽能光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)光伏發(fā)電由光伏陣列、控制器、逆變器、蓄電池組等部分組成。光伏陣列所發(fā)的電力為直流電，除特殊用電負(fù)荷外，均需通過逆變器將直流電變換為交流電。并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)主要以電流源形式并網(wǎng)，其輸出電流的相位跟蹤電網(wǎng)電壓相位變化，同時(shí)調(diào)整輸出電流幅值大小，使光伏發(fā)電系統(tǒng)注入電網(wǎng)的功率最大。為了彌補(bǔ)光伏發(fā)電功率的波動，還需要通過控制器實(shí)現(xiàn)蓄電池組的雙向充放電控制，以保證向負(fù)荷實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)供電。43ppt課件大規(guī)模光伏并網(wǎng)系統(tǒng)44ppt課件2.3發(fā)電廠風(fēng)機(jī)水泵的變頻調(diào)速發(fā)電廠的廠用電平均為8%，其中風(fēng)機(jī)水泵耗電量約占輔機(jī)設(shè)備總耗電量的65%，且運(yùn)行效率低。在發(fā)電廠的節(jié)能降耗中，主要死采用低壓或高壓變頻器，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)水泵的變頻調(diào)速，可以達(dá)到節(jié)能30%的效果。45ppt課件3電力電子在輸電環(huán)節(jié)的應(yīng)用1高壓直流輸電（HVDC）2基于電壓源換流器（VSC）的柔性直流輸電3柔性交流輸電（FACTS）46ppt課件3.1高壓直流輸電（HVDC）優(yōu)點(diǎn)：輸電容量大、穩(wěn)定性好、控制調(diào)節(jié)靈活等遠(yuǎn)距離輸電、海底電纜輸電及不同頻率系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用1970年世界上第一項(xiàng)晶閘管換流閥試驗(yàn)工程在瑞典建成。47ppt課件3.2基于電壓源換流器（VSC）的柔性直流輸電電壓源（VoltageSourcedConverter,VSC)和柔性直流輸電（HVDC）以VSC和脈沖寬度調(diào)制（PulseWidthModulation,PWM）技術(shù)為基礎(chǔ)，采用IGBT等可關(guān)斷電力電子器件組成換流器，應(yīng)用脈寬調(diào)制技術(shù)進(jìn)行無源逆變，解決了用直流輸電向無交流電源的負(fù)荷點(diǎn)送電的問題，大幅度簡化設(shè)備，降低電價(jià)，可用于孤島供電、城市配電網(wǎng)增容改造、交流系統(tǒng)間互聯(lián)和大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電場并網(wǎng)等。應(yīng)用世界上第一個(gè)采用IGBT構(gòu)成電壓源換流器的柔性直流輸電工業(yè)試驗(yàn)工程于1997年投入運(yùn)行。48ppt課件3.3柔性交流輸電（FACTS）FACTS概念提出于80年代后期。利用電力電子技術(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(shí)施靈活快速調(diào)節(jié)的輸電技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)對交流輸電功率潮流的靈活控制，大幅度提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定水平。應(yīng)用SVC通過晶閘管控制電容器組的投切來調(diào)節(jié)輸出無功的大小、設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、控制方便、成本較低。STATCOM（美國/日本/中國）TCSC（德國/美國）UPFC（美國）49ppt課件現(xiàn)有的FACTS設(shè)備50ppt課件4電力電子在配電環(huán)節(jié)的應(yīng)用1988年美國的N.G.Hingorani博士提出“用戶電力技術(shù)”(CustomPowerTechnology)，又稱為DFCTS。1將大功率電力電機(jī)技術(shù)和配電自動化技術(shù)綜合起來，以用戶對電力可靠性和電能質(zhì)量要求為依據(jù)，為用戶提供其特定要求的電力供應(yīng)技術(shù)2根據(jù)用戶需要求，實(shí)現(xiàn)平以系統(tǒng)諧波、消除電壓閃變和不對稱、補(bǔ)償功率因數(shù)和負(fù)荷波動等功能。51ppt課件DFACTS設(shè)備52ppt課件智能萬用變壓器除傳統(tǒng)變壓器的功能外，可向用戶提供可選擇的服務(wù)項(xiàng)目直流或400Hz的電力單相到三相的轉(zhuǎn)換調(diào)壓諧波過濾智能萬用變壓器（IUT），由多級逆變器組成。改善系統(tǒng)運(yùn)行效益、消除危險(xiǎn)的液體介質(zhì)（變壓器油），減小重量尺寸、內(nèi)置傳感器實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方通訊，遠(yuǎn)程監(jiān)控等。53ppt課件5儲能技術(shù)可再生能源發(fā)電大規(guī)模接入電網(wǎng)，隨機(jī)性和波動性對電網(wǎng)調(diào)度和安全穩(wěn)定提出嚴(yán)峻挑戰(zhàn)要求電網(wǎng)具有較強(qiáng)的調(diào)節(jié)能力，大規(guī)模集中式儲能技術(shù)和V2G等分布式儲能技術(shù)儲能技術(shù)已被視為電網(wǎng)運(yùn)行過程中的重要組成部分。系統(tǒng)中引入儲能環(huán)節(jié)后，可以有效地實(shí)現(xiàn)需求側(cè)管理，消除晝夜間峰谷差，平滑負(fù)荷，不僅可以更有效地利用電力設(shè)備，降低供電成本，還可以促進(jìn)可再生能源的應(yīng)用，也可作為提高系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性、調(diào)整頻率、補(bǔ)償負(fù)荷波動的一種手段。儲能技術(shù)的應(yīng)用必將在傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)、規(guī)劃、調(diào)度、控制等方面帶來重大變革。54ppt課件大規(guī)模儲能技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀到目前為止，人們已經(jīng)探索和開發(fā)了多種形式的電能存儲方式，按照其具體方式可分