電氣工程學(xué)科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件

第3章EE學(xué)科主要研究方向之二電力電子與電力傳動(dòng)電氣工程學(xué)科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第1頁(yè)電力電子技術(shù)1什么是電力電子技術(shù)2電力電子技術(shù)發(fā)展史3電力電子技術(shù)應(yīng)用電氣工程學(xué)科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第2頁(yè)

電力電子與信息電子

兩大分支

與其它學(xué)科關(guān)系

地位和未來(lái)1什么是電力電子技術(shù)電氣工程學(xué)科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第3頁(yè)信息電子技術(shù)—信息處理電力電子技術(shù)—電力變換

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)—使用電力電子器件對(duì)電能進(jìn)行變換和控制技術(shù)，即應(yīng)用于電力領(lǐng)域電子技術(shù)。電力電子技術(shù)變換“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(jí)。電力電子與信息電子電氣工程學(xué)科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第4頁(yè)變流技術(shù)（電力電子器件應(yīng)用技術(shù)）用電力電子器件組成電力變換電路和對(duì)其進(jìn)行控制技術(shù)，以及組成電力電子裝置和電力電子系統(tǒng)技術(shù)。電力電子技術(shù)關(guān)鍵，理論基礎(chǔ)是電路理論。電力電子技術(shù)兩大分支電力電子器件制造技術(shù)是電力電子技術(shù)基礎(chǔ)，理論基礎(chǔ)是半導(dǎo)體物理。電氣工程學(xué)科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第5頁(yè)

電力—分交流和直流兩種

從公用電網(wǎng)直接得到是交流電，從蓄電池和干電池得到是直流電。

電力變換四大類AC→DC、DC→AC、DC→DC、AC→AC進(jìn)行電力變換技術(shù)稱為變流技術(shù)。變流技術(shù)電氣工程學(xué)科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第6頁(yè)電力電子學(xué)(PowerElectronics)名稱60年代出現(xiàn)。1974年，美國(guó)W.Newell用圖1倒三角形對(duì)電力電子學(xué)進(jìn)行了描述，被全世界普遍接收。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)倒三角形與相關(guān)學(xué)科關(guān)系電氣工程學(xué)科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第7頁(yè)都分為器件和應(yīng)用兩大分支。器件材料、工藝基本相同，采取微電子技術(shù)。應(yīng)用理論基礎(chǔ)、分析方法、分析軟件也基本相同。器件工作狀態(tài)：不一樣二者同根同源。與電子學(xué)（信息電子學(xué)）關(guān)系電氣工程學(xué)科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第8頁(yè)電力電子技術(shù)廣泛用于電氣工程中：高壓直流輸電風(fēng)力發(fā)電技術(shù)電力機(jī)車牽引交直流電力傳動(dòng)電解、電鍍、電加熱、高性能交直流電源國(guó)內(nèi)外均把電力電子技術(shù)歸為電氣工程一個(gè)分支。電力電子技術(shù)是電氣工程學(xué)科中最為活躍一個(gè)分支。與電力學(xué)（電氣工程）關(guān)系電氣工程學(xué)科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第9頁(yè)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)電技術(shù)，是弱電和強(qiáng)電接口；控制理論是這種接口依據(jù)。電力電子裝置是自動(dòng)化技術(shù)基礎(chǔ)元件和主要支撐技術(shù)。與控制理論（自動(dòng)化技術(shù)）關(guān)系電氣工程學(xué)科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第10頁(yè)電力電子技術(shù)發(fā)展史是以電力電子器件發(fā)展史為綱。晶閘管問(wèn)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(wèn)世全控型器件快速發(fā)展時(shí)期史前期（拂曉期）1904193019471957197019801990t(年)晶體管誕生電力電子技術(shù)發(fā)展史電氣工程學(xué)科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第11頁(yè)電力電子技術(shù)特點(diǎn)⑴是弱電控制強(qiáng)電學(xué)科交叉技術(shù)。⑵是變換/傳送能量技術(shù)。弱電傳送信息，強(qiáng)電傳送能量。⑶是多學(xué)科知識(shí)交叉綜合技術(shù)。電氣工程學(xué)科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第12頁(yè)電力電子技術(shù)作用電力能源約占總能源40%；電能中有40%需要經(jīng)過(guò)電力電子設(shè)備變換才能使用；電能三大類主要應(yīng)用領(lǐng)域：⑴62%電能用于電機(jī)和電機(jī)控制方面，⑵10%～12%電能用于照明方面，⑶8%～10%用于化工和金屬冶煉方面。電氣工程學(xué)科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第13頁(yè)電力電子技術(shù)作用截止到年底，我國(guó)發(fā)電總裝機(jī)容量已到達(dá)421500MW，其中煤炭火力發(fā)電占74%左右利用電力電子技術(shù)對(duì)電能變換后再使用，能夠節(jié)約1/3電能。這1/3能源相當(dāng)于840個(gè)火電廠發(fā)出電能。少建火電廠，能夠降低燃煤產(chǎn)生二氧化碳和硫化物。電氣工程學(xué)科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第14頁(yè)普通工業(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(dòng)汽車、航空、航海電力系統(tǒng)：高壓直流輸電、柔性交流輸電、無(wú)功賠償電子裝置電源：為信息電子裝置提供動(dòng)力家用電器：“節(jié)能燈”、變頻空調(diào)其它：UPS、航天飛行器、新能源、發(fā)電裝置電力電子技術(shù)應(yīng)用電氣工程學(xué)科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第15頁(yè)軋鋼機(jī)數(shù)控機(jī)床冶金工業(yè)電解鋁1）普通工業(yè)應(yīng)用電氣工程學(xué)科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第16頁(yè)2）交通運(yùn)輸電氣工程學(xué)科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第17頁(yè)3）電力系統(tǒng)SVC高壓直流裝置HVDC柔性交流輸電FACTS電氣工程學(xué)科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第18頁(yè)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)電氣工程學(xué)科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第19頁(yè)5）家用電器電氣工程學(xué)科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第20頁(yè)6）其它大型計(jì)算機(jī)UPS航天技術(shù)新型能源電氣工程學(xué)科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第21頁(yè)可見(jiàn)，電力電子技術(shù)應(yīng)用范圍十分廣泛；電力電子裝置提供給負(fù)載是各種不一樣電源，所以能夠說(shuō)，電力電子技術(shù)研究也就是電源技術(shù)。電力電子技術(shù)對(duì)節(jié)約電能有主要意義。尤其在大型風(fēng)機(jī)、水泵采取變頻調(diào)速，在使用量十分龐大照明電源等方面，所以它也被稱為是節(jié)能技術(shù)。電氣工程學(xué)科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第22頁(yè)

電力電子技術(shù)試驗(yàn)室電氣工程學(xué)科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第23頁(yè)電力電子技術(shù)主要應(yīng)用領(lǐng)域：示例電氣工程學(xué)科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第24頁(yè)電力電子器件：示例電氣工程學(xué)科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第25頁(yè)第3章EE學(xué)科主要研究方向之三電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化電氣工程學(xué)科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第26頁(yè)1電力工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中地位

人均用電量是衡量當(dāng)代生活水平主要標(biāo)志。電力工業(yè)發(fā)展水平是反應(yīng)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)程度主要標(biāo)志。電氣工程學(xué)科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第27頁(yè)

世界人均消費(fèi)電能（年）電氣工程學(xué)科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第28頁(yè)中國(guó)與北美人均電力消費(fèi)對(duì)比電氣工程學(xué)科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第29頁(yè)2電力系統(tǒng)概述一次能源：

可直接利用能源，直接提供熱、光、動(dòng)力等，主要包含植物能源（柴草等）、礦物能源（煤炭、石油、天然氣等）、可再生能源（水能、風(fēng)能、潮汐、地?zé)帷⑻?yáng)能）及核能（核裂變、核聚變等）。電氣工程學(xué)科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第30頁(yè)電力工業(yè)介紹二次能源：由一個(gè)或各種一次能源經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換或加工后得到能源。如電能、機(jī)械能、光能、等。電力工業(yè)：是生產(chǎn)和銷售電能行業(yè)。電氣工程學(xué)科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第31頁(yè)電力工業(yè)主要生產(chǎn)步驟⑴發(fā)電：利用各種能源資源，生產(chǎn)電能。⑵輸電：電力輸送。⑶變電：電壓等級(jí)變換。⑷配電：電能分配供給。⑸用電：電能消費(fèi)。電氣工程學(xué)科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第32頁(yè)電力系統(tǒng)組成電力網(wǎng)絡(luò)：用于輸電、變電、配電線路、變電站組成網(wǎng)絡(luò)稱為輸配電網(wǎng)絡(luò)，簡(jiǎn)稱電網(wǎng)。電力系統(tǒng)：輸配電網(wǎng)再加上發(fā)電廠、電力用戶就組成了電氣工程學(xué)科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第33頁(yè)電力系統(tǒng)流程發(fā)電廠將一次能源轉(zhuǎn)化為電能，經(jīng)過(guò)輸電線路進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸送，在變電站內(nèi)進(jìn)行電壓等級(jí)轉(zhuǎn)換和線路投切、保護(hù)，送至負(fù)荷所在區(qū)域配電系統(tǒng)，再由配電變電站和配電線路把電能分配給用戶。電氣工程學(xué)科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第34頁(yè)電力系統(tǒng)組成：示意圖1電氣工程學(xué)科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第35頁(yè)電力系統(tǒng)組成：示意圖2電氣工程學(xué)科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第36頁(yè)電力網(wǎng)額定電壓電氣工程學(xué)科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第37頁(yè)煤炭、石油、天然氣

火力發(fā)電廠將一次能源轉(zhuǎn)換為電能工廠。發(fā)電廠水能水力發(fā)電廠核能核電廠新能源(風(fēng)能、潮汐、地?zé)帷⑻?yáng)能…)新能源電廠電氣工程學(xué)科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第38頁(yè)火力發(fā)電廠：利用固體、液體、氣體燃料化學(xué)能來(lái)生產(chǎn)電能工廠1.火力發(fā)電廠原動(dòng)機(jī)：凝汽式汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、內(nèi)燃機(jī)我國(guó)大部分火電廠為凝汽式火力發(fā)電廠化學(xué)能熱能機(jī)械能電能燃燒原動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)電氣工程學(xué)科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第39頁(yè)

火力發(fā)電—蒸汽輪機(jī)發(fā)電示意圖鍋爐中水變?yōu)楦邷馗邏赫羝七M(jìn)汽輪機(jī)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。電氣工程學(xué)科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第40頁(yè)電氣工程學(xué)科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第41頁(yè)電氣工程學(xué)科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第42頁(yè)火電廠發(fā)電原理和特點(diǎn)三大設(shè)備：鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)鍋爐產(chǎn)生蒸汽推進(jìn)汽輪機(jī)組做功，并使之帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。已做過(guò)功蒸汽排入凝汽器冷卻成水，重新送回鍋爐。在凝汽器中，大量熱量被循環(huán)水帶走，所以熱效率低，只有30%-40%。電氣工程學(xué)科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第43頁(yè)水力發(fā)電廠水力發(fā)電廠：利用水庫(kù)、河流所蘊(yùn)藏水力資源來(lái)生產(chǎn)電能工廠水電廠類型：堤壩式引水式抽水蓄能電站勢(shì)能機(jī)械能電能水輪機(jī)發(fā)電機(jī)電氣工程學(xué)科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第44頁(yè)壩后式水力發(fā)電廠示意圖上游水庫(kù)大壩變壓器發(fā)電機(jī)下游電氣工程學(xué)科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第45頁(yè)水力發(fā)電示意圖利用河流水位能發(fā)電其出力與流量和落差成正比，是經(jīng)典可再生能源。電氣工程學(xué)科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第46頁(yè)核電廠核電廠是用核燃料（如鈾235）在反應(yīng)堆中受控核裂變能轉(zhuǎn)換為熱能，將水變?yōu)檎羝?，推進(jìn)汽輪機(jī)組帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。核能→熱能→機(jī)械能→電能電氣工程學(xué)科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第47頁(yè)沸水堆型核電廠示意圖混凝土防護(hù)殼主循環(huán)泵控制棒反應(yīng)堆汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)凝結(jié)器凝結(jié)水泵電氣工程學(xué)科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第48頁(yè)其它能源發(fā)電

風(fēng)力發(fā)電地?zé)岚l(fā)電潮汐發(fā)電太陽(yáng)能發(fā)電電氣工程學(xué)科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第49頁(yè)風(fēng)力發(fā)電示意圖電氣工程學(xué)科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第50頁(yè)電氣工程學(xué)科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第51頁(yè)電氣工程學(xué)科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第52頁(yè)電力網(wǎng)=輸電網(wǎng)+配電網(wǎng)電力網(wǎng)絡(luò)組成：電力線路+變壓器+配電裝置電力網(wǎng)絡(luò)功效：輸送和分配電能并進(jìn)行電壓變換。電力網(wǎng)分類：輸電網(wǎng)+配電網(wǎng)輸電網(wǎng)：將發(fā)電廠電能經(jīng)變壓器升高電壓，經(jīng)過(guò)高壓輸電線路，送到鄰近負(fù)荷中心樞紐變電所。輸電網(wǎng)額定電壓通常為220-750KV或更高，它是電力系統(tǒng)主干電網(wǎng)。電氣工程學(xué)科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第53頁(yè)配電網(wǎng)配電網(wǎng)：可分為高壓、中壓和低壓配電網(wǎng)高壓配電網(wǎng)：電壓等級(jí)為35-110KV或更高，中壓配電網(wǎng)：電壓等級(jí)為1-35KV，它們未來(lái)自變電所電能分配到眾多配電變壓器，以及直接供給中等容量用戶；低壓配電網(wǎng)：電壓為380/220V，用于向數(shù)量很大小用戶供電。電氣工程學(xué)科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第54頁(yè)中國(guó)電網(wǎng)分布示意圖30000MW30000MW10000MW40000MW0MW10000MW40000MW10000MW電氣工程學(xué)科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第55頁(yè)電力網(wǎng)-變電站

電氣工程學(xué)科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第56頁(yè)電力網(wǎng)-變電站電氣工程學(xué)科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第57頁(yè)第3章電力電子技術(shù)思索題1．什么是電力電子技術(shù)？其兩大分支是什么？2、電力電子技術(shù)是從哪三大學(xué)科領(lǐng)域發(fā)展起來(lái)交叉學(xué)科？電力電