電氣工程學科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件

第3章EE學科主要研究方向之二電力電子與電力傳動電氣工程學科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第1頁電力電子技術(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)用電氣工程學科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第2頁

電力電子與信息電子

兩大分支

與其它學科關(guān)系

地位和未來1什么是電力電子技術(shù)電氣工程學科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第3頁信息電子技術(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電能進行變換和控制技術(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MW甚至GW，也可小到數(shù)W甚至mW級。電力電子與信息電子電氣工程學科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第4頁變流技術(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其進行控制技術(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)是半導體物理。電氣工程學科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第5頁

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)電氣工程學科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第6頁電力電子學(PowerElectronics)名稱60年代出現(xiàn)。1974年，美國W.Newell用圖1倒三角形對電力電子學進行了描述，被全世界普遍接收。電力電子學電子學電力學控制理論連續(xù)、離散電路、器件靜止器、旋轉(zhuǎn)電機圖1描述電力電子學倒三角形與相關(guān)學科關(guān)系電氣工程學科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第7頁都分為器件和應(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（信息電子學）關(guān)系電氣工程學科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第8頁電力電子技術(shù)廣泛用于電氣工程中：高壓直流輸電風力發(fā)電技術(shù)電力機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)歸為電氣工程一個分支。電力電子技術(shù)是電氣工程學科中最為活躍一個分支。與電力學（電氣工程）關(guān)系電氣工程學科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第9頁控制理論廣泛用于電力電子系統(tǒng)中。電力電子技術(shù)是弱電控制強電技術(shù)，是弱電和強電接口；控制理論是這種接口依據(jù)。電力電子裝置是自動化技術(shù)基礎(chǔ)元件和主要支撐技術(shù)。與控制理論（自動化技術(shù)）關(guān)系電氣工程學科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第10頁電力電子技術(shù)發(fā)展史是以電力電子器件發(fā)展史為綱。晶閘管問世，(“公元元年”)

IGBT及功率集成器件出現(xiàn)和發(fā)展時代晶閘管時代水銀（汞?。┱髌鲿r代電子管問世全控型器件快速發(fā)展時期史前期（拂曉期）1904193019471957197019801990t(年)晶體管誕生電力電子技術(shù)發(fā)展史電氣工程學科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第11頁電力電子技術(shù)特點⑴是弱電控制強電學科交叉技術(shù)。⑵是變換/傳送能量技術(shù)。弱電傳送信息，強電傳送能量。⑶是多學科知識交叉綜合技術(shù)。電氣工程學科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第12頁電力電子技術(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%電能用于電機和電機控制方面，⑵10%～12%電能用于照明方面，⑶8%～10%用于化工和金屬冶煉方面。電氣工程學科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第13頁電力電子技術(shù)作用截止到年底，我國發(fā)電總裝機容量已到達421500MW，其中煤炭火力發(fā)電占74%左右利用電力電子技術(shù)對電能變換后再使用，能夠節(jié)約1/3電能。這1/3能源相當于840個火電廠發(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。電氣工程學科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第14頁普通工業(yè)：交直流電機、電化學工業(yè)、冶金工業(yè)交通運輸：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、無功賠償電子裝置電源：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)用電氣工程學科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第15頁軋鋼機數(shù)控機床冶金工業(yè)電解鋁1）普通工業(yè)應(yīng)用電氣工程學科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第16頁2）交通運輸電氣工程學科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第17頁3）電力系統(tǒng)SVC高壓直流裝置HVDC柔性交流輸電FACTS電氣工程學科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第18頁4）電子裝置用電源程控交換機電子裝置微型計算機電氣工程學科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第19頁5）家用電器電氣工程學科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第20頁6）其它大型計算機UPS航天技術(shù)新型能源電氣工程學科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第21頁可見，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載是各種不一樣電源，所以能夠說，電力電子技術(shù)研究也就是電源技術(shù)。電力電子技術(shù)對節(jié)約電能有主要意義。尤其在大型風機、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)。電氣工程學科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第22頁

電力電子技術(shù)試驗室電氣工程學科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第23頁電力電子技術(shù)主要應(yīng)用領(lǐng)域：示例電氣工程學科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第24頁電力電子器件：示例電氣工程學科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第25頁第3章EE學科主要研究方向之三電力系統(tǒng)及其自動化電氣工程學科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第26頁1電力工業(yè)在國民經(jīng)濟中地位

人均用電量是衡量當代生活水平主要標志。電力工業(yè)發(fā)展水平是反應(yīng)國家經(jīng)濟發(fā)達程度主要標志。電氣工程學科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第27頁

世界人均消費電能（年）電氣工程學科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第28頁中國與北美人均電力消費對比電氣工程學科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第29頁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、風能、潮汐、地熱、太陽能）及核能（核裂變、核聚變等）。電氣工程學科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第30頁電力工業(yè)介紹二次能源：由一個或各種一次能源經(jīng)過轉(zhuǎn)換或加工后得到能源。如電能、機械能、光能、等。電力工業(yè)：是生產(chǎn)和銷售電能行業(yè)。電氣工程學科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第31頁電力工業(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：電壓等級變換。⑷配電：電能分配供給。⑸用電：電能消費。電氣工程學科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第32頁電力系統(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科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第33頁電力系統(tǒng)流程發(fā)電廠將一次能源轉(zhuǎn)化為電能，經(jīng)過輸電線路進行遠距離輸送，在變電站內(nèi)進行電壓等級轉(zhuǎn)換和線路投切、保護，送至負荷所在區(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。電氣工程學科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第34頁電力系統(tǒng)組成：示意圖1電氣工程學科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第35頁電力系統(tǒng)組成：示意圖2電氣工程學科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第36頁電力網(wǎng)額定電壓電氣工程學科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第37頁煤炭、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(風能、潮汐、地熱、太陽能…)新能源電廠電氣工程學科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第38頁火力發(fā)電廠：利用固體、液體、氣體燃料化學能來生產(chǎn)電能工廠1.火力發(fā)電廠原動機：凝汽式汽輪機、燃氣輪機、內(nèi)燃機我國大部分火電廠為凝汽式火力發(fā)電廠化學能熱能機械能電能燃燒原動機發(fā)電機電氣工程學科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第39頁

火力發(fā)電—蒸汽輪機發(fā)電示意圖鍋爐中水變?yōu)楦邷馗邏赫羝七M汽輪機，帶動發(fā)電機發(fā)電。電氣工程學科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第40頁電氣工程學科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第41頁電氣工程學科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第42頁火電廠發(fā)電原理和特點三大設(shè)備：鍋爐、汽輪機、發(fā)電機鍋爐產(chǎn)生蒸汽推進汽輪機組做功，并使之帶動發(fā)電機發(fā)電。已做過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%。電氣工程學科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第43頁水力發(fā)電廠水力發(fā)電廠：利用水庫、河流所蘊藏水力資源來生產(chǎn)電能工廠水電廠類型：堤壩式引水式抽水蓄能電站勢能機械能電能水輪機發(fā)電機電氣工程學科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第44頁壩后式水力發(fā)電廠示意圖上游水庫大壩變壓器發(fā)電機下游電氣工程學科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第45頁水力發(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。電氣工程學科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第46頁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?，推進汽輪機組帶動發(fā)電機發(fā)電。核能→熱能→機械能→電能電氣工程學科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第47頁沸水堆型核電廠示意圖混凝土防護殼主循環(huán)泵控制棒反應(yīng)堆汽輪機發(fā)電機凝結(jié)器凝結(jié)水泵電氣工程學科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第48頁其它能源發(fā)電

風力發(fā)電地熱發(fā)電潮汐發(fā)電太陽能發(fā)電電氣工程學科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第49頁風力發(fā)電示意圖電氣工程學科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第50頁電氣工程學科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第51頁電氣工程學科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第52頁電力網(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)過高壓輸電線路，送到鄰近負荷中心樞紐變電所。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)。電氣工程學科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第53頁配電網(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)：電壓等級為35-110KV或更高，中壓配電網(wǎng)：電壓等級為1-35KV，它們未來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。電氣工程學科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第54頁中國電網(wǎng)分布示意圖30000MW30000MW10000MW40000MW0MW10000MW40000MW10000MW電氣工程學科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第55頁電力網(wǎng)-變電站

電氣工程學科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第56頁電力網(wǎng)-變電站電氣工程學科-電力電子電力系統(tǒng)講義課件第57頁第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)是從哪三大學科領(lǐng)域發(fā)展起來交叉學科？電力電