電力電子技術(shù)新書課件第一章

第1章緒論

123電力電子技術(shù)的定義電力電子技術(shù)的發(fā)展電力電子技術(shù)的應(yīng)用基本內(nèi)容第1章緒論123電力電子技術(shù)的定義電力電子技術(shù)的發(fā)展電力11.1電力電子技術(shù)的定義電力電子技術(shù)是在電子、電力與控制技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門新興交叉學(xué)科,被國際電工委員會(IEE)命名為電力電子學(xué)(PowerElectronics)或稱為電力電子技術(shù)1955年美國通用電器公司(GeneralElectronicCompany)發(fā)明第一個大功率5A硅整流二極管(SiliconRectifier)，僅在兩年后的1957年,GE公司又發(fā)明了全世界第一個晶閘管(Thyristor),俗稱“可控硅”大功率硅整流二極管以及晶閘管的發(fā)明標(biāo)志著現(xiàn)代意義上電力電子技術(shù)的誕生

1.1電力電子技術(shù)的定義1.2電力電子技術(shù)的發(fā)展1.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用1.3.1電力電子技術(shù)在電源中的應(yīng)用1.3.2電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.3電力電子技術(shù)在可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.4電力電子技術(shù)在微電網(wǎng)中的應(yīng)用1.3.5電力電子技術(shù)在在環(huán)保系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.6電力電子技術(shù)在節(jié)能中的應(yīng)用backNext1.1電力電子技術(shù)的定義電力電子技術(shù)是在電子、電力與控制21.1電力電子技術(shù)的定義

圖1.1電力電子技術(shù)的Newell定義1.1電力電子技術(shù)的定義1.2電力電子技術(shù)的發(fā)展1.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用1.3.1電力電子技術(shù)在電源中的應(yīng)用1.3.2電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.3電力電子技術(shù)在可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.4電力電子技術(shù)在微電網(wǎng)中的應(yīng)用1.3.5電力電子技術(shù)在在環(huán)保系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.6電力電子技術(shù)在節(jié)能中的應(yīng)用1974年,第四屆國際電力電子會議上美國學(xué)者W.Newell首次提出了電力電子技術(shù)的定義,并用圖1.1所示的“倒三角”圖形表示即：電力電子技術(shù)是由電子學(xué)、電力學(xué)及控制學(xué)組成的邊緣學(xué)科1.1電力電子技術(shù)的定義圖1.1電力電子技術(shù)的New31.1電力電子技術(shù)的定義隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，電力電子技術(shù)發(fā)展初期的W.Newell定義已得到很多學(xué)者的認(rèn)同美國電氣和電子工程師協(xié)會的電力電子學(xué)會則將電力電子技術(shù)定義為：電力電子技術(shù)是有效地使用電力半導(dǎo)體器件、應(yīng)用電路和設(shè)計理論以及分析開發(fā)工具,實現(xiàn)對電能的有效變換和控制的技術(shù),包括電壓、電流、頻率和波形等方面的變換

1.1電力電子技術(shù)的定義1.2電力電子技術(shù)的發(fā)展1.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用1.3.1電力電子技術(shù)在電源中的應(yīng)用1.3.2電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.3電力電子技術(shù)在可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.4電力電子技術(shù)在微電網(wǎng)中的應(yīng)用1.3.5電力電子技術(shù)在在環(huán)保系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.6電力電子技術(shù)在節(jié)能中的應(yīng)用1.1電力電子技術(shù)的定義隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，電力電子41.1電力電子技術(shù)的定義

圖1.2電力電子技術(shù)的新定義1.1電力電子技術(shù)的定義1.2電力電子技術(shù)的發(fā)展1.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用1.3.1電力電子技術(shù)在電源中的應(yīng)用1.3.2電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.3電力電子技術(shù)在可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.4電力電子技術(shù)在微電網(wǎng)中的應(yīng)用1.3.5電力電子技術(shù)在在環(huán)保系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.6電力電子技術(shù)在節(jié)能中的應(yīng)用1980年，為了使電力電子技術(shù)定義更加具體化，美國著名學(xué)者B.K.Bose教授對W.Newell的定義進(jìn)行了拓展,提出了圖1.2所示電力電子技術(shù)的新定義：1.1電力電子技術(shù)的定義圖1.2電力電子技術(shù)的新定義51.1電力電子技術(shù)的定義實際上，就其內(nèi)容而言，電力電子技術(shù)主要完成各種電能形式的變換，以電能輸入-輸出形式的變換來分，主要包括以下四種基本變換：交流-直流（AC-DC）變換：一般稱為整流，完成交流-直流變換的電力電子裝置稱為整流器（Rectifier）直流-交流（DC-AC）變換

:

一般稱為逆變，這是與整流相反的變換形式，完成直流-交流變換的電力電子裝置稱為逆變器（Inverter）交流-交流（AC-AC）變換:

主要有交流調(diào)壓和交-交變頻兩種基本形式直流-直流（DC-DC）變換:主要完成直流電壓幅值和極性的變換與調(diào)節(jié)，主要包括升壓、降壓和升-降壓變換等

1.1電力電子技術(shù)的定義1.2電力電子技術(shù)的發(fā)展1.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用1.3.1電力電子技術(shù)在電源中的應(yīng)用1.3.2電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.3電力電子技術(shù)在可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.4電力電子技術(shù)在微電網(wǎng)中的應(yīng)用1.3.5電力電子技術(shù)在在環(huán)保系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.6電力電子技術(shù)在節(jié)能中的應(yīng)用1.1電力電子技術(shù)的定義實際上，就其內(nèi)容而言，電力電子技61.2電力電子技術(shù)的發(fā)展史■電力電子技術(shù)的發(fā)展史圖1.3電力電子技術(shù)的發(fā)展史◆一般認(rèn)為，電力電子技術(shù)的誕生是以1957年美國通用電氣公司研制出第一個晶閘管為標(biāo)志的。1.2電力電子技術(shù)的發(fā)展史■電力電子技術(shù)的發(fā)展史圖1.371.2電力電子技術(shù)的發(fā)展電力電子技術(shù)起始于20世紀(jì)50年代末20世紀(jì)60年代初的硅整流器件，其發(fā)展經(jīng)歷了以低頻技術(shù)為主的傳統(tǒng)電力電子技術(shù)時期和以高頻技術(shù)為主的現(xiàn)代電力電子技術(shù)時期

在20世紀(jì)80年代末期和20世紀(jì)90年代初期以IGBT和功率MOSFET為代表發(fā)展起來的集高頻、高壓和大電流于一身的功率半導(dǎo)體復(fù)合器件，表明傳統(tǒng)電力電子技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入現(xiàn)代電力電子時代進(jìn)入20世紀(jì)90年代以來，電力電子技術(shù)進(jìn)入了一個嶄新的快速發(fā)展時期。理論分析和實驗表明：電力電子產(chǎn)品體積與重量的縮小與供電頻率的平方根成反比，因此電力電子技術(shù)高頻化是今后電力電子技術(shù)創(chuàng)新與發(fā)展的主導(dǎo)方向1.1電力電子技術(shù)的定義1.2電力電子技術(shù)的發(fā)展1.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用1.3.1電力電子技術(shù)在電源中的應(yīng)用1.3.2電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.3電力電子技術(shù)在可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.4電力電子技術(shù)在微電網(wǎng)中的應(yīng)用1.3.5電力電子技術(shù)在在環(huán)保系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.6電力電子技術(shù)在節(jié)能中的應(yīng)用1.2電力電子技術(shù)的發(fā)展電力電子技術(shù)起始于20世紀(jì)50年81.2電力電子技術(shù)的發(fā)展近年來，隨著能源危機(jī)的出現(xiàn)，電力電子技術(shù)技術(shù)在變頻調(diào)速、新能源發(fā)電等方面得到了快速發(fā)展，世界各國對電力電子技術(shù)也更加重視一方面具有自關(guān)斷能力的大功率高頻新器件及其應(yīng)用技術(shù)取得了驚人的進(jìn)步；另一方面，同微電子技術(shù)緊密結(jié)合的新一代智能化功率集成電力電子技術(shù)初露鋒芒展望未來，隨著具有高可靠性的集成電力電子模塊IPEM(IntegratedPowerElectronicModules)技術(shù)以及具有導(dǎo)通損耗小，耐壓高、高結(jié)溫等的特點的Silicon(硅)等新一代寬禁帶器件的應(yīng)用將會使電力電子技術(shù)發(fā)生新一輪革命性的變化1.1電力電子技術(shù)的定義1.2電力電子技術(shù)的發(fā)展1.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用1.3.1電力電子技術(shù)在電源中的應(yīng)用1.3.2電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.3電力電子技術(shù)在可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.4電力電子技術(shù)在微電網(wǎng)中的應(yīng)用1.3.5電力電子技術(shù)在在環(huán)保系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.6電力電子技術(shù)在節(jié)能中的應(yīng)用1.2電力電子技術(shù)的發(fā)展近年來，隨著能源危機(jī)的出現(xiàn)，電力91.2電力電子技術(shù)的發(fā)展電力電子學(xué)發(fā)展過程中的重要事件如下（最具代表性）:1803年整流器的發(fā)明1925年逆變器換流原理1965年用于高壓直流輸電應(yīng)用的晶閘管1979年功率場效應(yīng)管采用微處理器實現(xiàn)矢量控制的晶體管逆變器1987年雙向PWMRECTIFER-INVERTER1993年模糊邏輯級神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)在電力電子學(xué)及電力傳動上的應(yīng)用2000年用3電平IGCT逆變器實現(xiàn)的45MVA動態(tài)電壓補(bǔ)償器DVR1.1電力電子技術(shù)的定義1.2電力電子技術(shù)的發(fā)展1.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用1.3.1電力電子技術(shù)在電源中的應(yīng)用1.3.2電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.3電力電子技術(shù)在可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.4電力電子技術(shù)在微電網(wǎng)中的應(yīng)用1.3.5電力電子技術(shù)在在環(huán)保系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.6電力電子技術(shù)在節(jié)能中的應(yīng)用1.2電力電子技術(shù)的發(fā)展電力電子學(xué)發(fā)展過程中的重要事件如101.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用

電力電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用1.1電力電子技術(shù)的定義1.2電力電子技術(shù)的發(fā)展1.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用1.3.1電力電子技術(shù)在電源中的應(yīng)用1.3.2電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.3電力電子技術(shù)在可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.4電力電子技術(shù)在微電網(wǎng)中的應(yīng)用1.3.5電力電子技術(shù)在在環(huán)保系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.6電力電子技術(shù)在節(jié)能中的應(yīng)用1.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用電力電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用1.1電111.3.1電力電子技術(shù)在電源中的應(yīng)用現(xiàn)代電力電子技術(shù)在高質(zhì)量、高效、高可靠性的電源中起著關(guān)鍵作用，隨著電源技術(shù)的發(fā)展得到廣泛應(yīng)用：1.1電力電子技術(shù)的定義1.2電力電子技術(shù)的發(fā)展1.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用1.3.1電力電子技術(shù)在電源中的應(yīng)用1.3.2電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.3電力電子技術(shù)在可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.4電力電子技術(shù)在微電網(wǎng)中的應(yīng)用1.3.5電力電子技術(shù)在在環(huán)保系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.6電力電子技術(shù)在節(jié)能中的應(yīng)用1.3.1電力電子技術(shù)在電源中的應(yīng)用現(xiàn)代電力電子技術(shù)在高質(zhì)12通信電源圖1.4通信電源系統(tǒng)通信電源通信業(yè)的迅速發(fā)展極大的推動了通信電源的發(fā)展，高頻小型化的開關(guān)電源技術(shù)已成為現(xiàn)代通信供電系統(tǒng)的主流通信電源圖1.4通信電源系統(tǒng)通信電源通信業(yè)的迅速發(fā)展極大13不間斷電源(UPS)圖1.5具有旁路開關(guān)的UPS系統(tǒng)不間斷電源(UPS)不間斷電源(UPS)是一種廣泛應(yīng)用于計算機(jī)、通信系統(tǒng)以及要求不間斷供電場合所必須的一種高可靠、高性能的恒頻恒壓（CVCF）電源不間斷電源(UPS)圖1.5具有旁路開關(guān)的UPS系統(tǒng)不間斷14變頻器電源圖1.6電流型交—直—交PWM變頻電路

變頻器電源變頻器電源主要用于交流電機(jī)的變頻調(diào)速，是一種高性能的變頻變壓(VVVF)電源也廣泛應(yīng)用于大型風(fēng)機(jī)、水泵的節(jié)能運行以及工業(yè)裝備、電力交通、家電等中的交流調(diào)速等變頻器電源圖1.6電流型交—直—交PWM變頻電路變頻器電源151.3.2電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用電力是關(guān)系到國計民生的重要能源，隨著大功率電力電子器件技術(shù)的不斷發(fā)展，電力電子技術(shù)也將在電力系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域得到了前所未有的擴(kuò)展：發(fā)電機(jī)的靜止勵磁控制就是采用先進(jìn)的電力電子勵磁系統(tǒng)取代原有的旋轉(zhuǎn)勵磁機(jī)組靜止式離子整流器和靜止式半導(dǎo)體整流器高壓直流輸電（HVDC）技術(shù)由于HVDC具有輸送容量大、受控能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好以及與不同頻率電網(wǎng)之間易聯(lián)絡(luò)等優(yōu)勢，現(xiàn)已成為交流輸電技術(shù)的有力補(bǔ)充并得到廣泛的推廣

1.1電力電子技術(shù)的定義1.2電力電子技術(shù)的發(fā)展1.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用1.3.1電力電子技術(shù)在電源中的應(yīng)用1.3.2電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.3電力電子技術(shù)在可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.4電力電子技術(shù)在微電網(wǎng)中的應(yīng)用1.3.5電力電子技術(shù)在在環(huán)保系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.6電力電子技術(shù)在節(jié)能中的應(yīng)用1.3.2電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用電力是關(guān)系到國計民161.3.2電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

1970年世界上第一項晶閘管換流器，標(biāo)志著電力電子技術(shù)正式應(yīng)用于直流輸電直到二十世紀(jì)末，這一時期直流輸電技術(shù)是主要是基于晶閘管電網(wǎng)換流的交-直-直-交變換技術(shù)

目前,強(qiáng)迫換流技術(shù)占高壓直流輸電的主導(dǎo)地位,其結(jié)構(gòu)如圖1.7a所示:1.1電力電子技術(shù)的定義1.2電力電子技術(shù)的發(fā)展1.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用1.3.1電力電子技術(shù)在電源中的應(yīng)用1.3.2電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.3電力電子技術(shù)在可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.4電力電子技術(shù)在微電網(wǎng)中的應(yīng)用1.3.5電力電子技術(shù)在在環(huán)保系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.6電力電子技術(shù)在節(jié)能中的應(yīng)用圖1.7高壓直流輸電（HVDC）系統(tǒng)1.3.2電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用1970年世界上171.3.2電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

圖1.7高壓直流輸電（HVDC）系統(tǒng)在中低電壓直流輸電領(lǐng)域里,基于VSC(PWM電壓源換流器)的輕型直流輸電系統(tǒng)開始高速發(fā)展，并開始應(yīng)用于數(shù)十至數(shù)百公里的小型直流輸電系統(tǒng)中（如海上風(fēng)電場輸電等）其結(jié)構(gòu)如圖1.7b所示:1.1電力電子技術(shù)的定義1.2電力電子技術(shù)的發(fā)展1.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用1.3.1電力電子技術(shù)在電源中的應(yīng)用1.3.2電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.3電力電子技術(shù)在可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.4電力電子技術(shù)在微電網(wǎng)中的應(yīng)用1.3.5電力電子技術(shù)在在環(huán)保系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.6電力電子技術(shù)在節(jié)能中的應(yīng)用1.3.2電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用圖1.7高壓直181.3.2電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用柔性交流輸電(FACTS)技術(shù)它是一項基于電力電子技術(shù)與現(xiàn)代控制技術(shù)對交流輸電系統(tǒng)的阻抗、電壓及相位實施靈活快速調(diào)節(jié)的輸電技術(shù)

FACTS控制器中最關(guān)鍵的電力電子設(shè)備包括靜止同步補(bǔ)償器（STATCOM）、靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器（SSSC）及統(tǒng)一潮流控制器（UPFC）如圖1.4所示：圖1.4統(tǒng)一潮流控制器（UPFC）

1.1電力電子技術(shù)的定義1.2電力電子技術(shù)的發(fā)展1.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用1.3.1電力電子技術(shù)在電源中的應(yīng)用1.3.2電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.3電力電子技術(shù)在可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.4電力電子技術(shù)在微電網(wǎng)中的應(yīng)用1.3.5電力電子技術(shù)在在環(huán)保系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.6電力電子技術(shù)在節(jié)能中的應(yīng)用1.3.2電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用柔性交流輸電(FA191.3.2電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用用戶電力(CustomPower)技術(shù)用戶電力(CustomPower)技術(shù)或稱DFACTS技術(shù)是電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)配電環(huán)節(jié)中的應(yīng)用，是在FACTS各項成熟技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的電能質(zhì)量控制新技術(shù)同步開斷技術(shù)

同步開斷是在電壓或電流的指定相位完成電路的斷開或閉合，在理論上應(yīng)用同步開斷技術(shù)可完全避免電力系統(tǒng)的操作過電壓。這樣，由操作過電壓決定的電力設(shè)備絕緣水平可大幅度降低，由于操作引起設(shè)備(包括斷路器本身)的損壞也可大大減少1.1電力電子技術(shù)的定義1.2電力電子技術(shù)的發(fā)展1.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用1.3.1電力電子技術(shù)在電源中的應(yīng)用1.3.2電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.3電力電子技術(shù)在可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.4電力電子技術(shù)在微電網(wǎng)中的應(yīng)用1.3.5電力電子技術(shù)在在環(huán)保系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.6電力電子技術(shù)在節(jié)能中的應(yīng)用1.3.2電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用用戶電力(Cust201.3.2電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

圖1.5動態(tài)電壓恢復(fù)器（DVR)的基本結(jié)構(gòu)1.1電力電子技術(shù)的定義1.2電力電子技術(shù)的發(fā)展1.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用1.3.1電力電子技術(shù)在電源中的應(yīng)用1.3.2電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.3電力電子技術(shù)在可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.4電力電子技術(shù)在微電網(wǎng)中的應(yīng)用1.3.5電力電子技術(shù)在在環(huán)保系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.6電力電子技術(shù)在節(jié)能中的應(yīng)用動態(tài)電壓恢復(fù)器（DVR)

它是一種串聯(lián)在系統(tǒng)與負(fù)載之間用于電能質(zhì)量治理的電力電子設(shè)備采用DC-AC變換器輸出串入線路的結(jié)構(gòu)的動態(tài)電壓恢復(fù)器DVR如圖1.5所示：DVR能夠在毫秒級時間內(nèi)抑制電壓驟降、驟升、諧波、閃變等干擾，從而給負(fù)荷提供穩(wěn)定的正弦電壓1.3.2電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用圖1.5動態(tài)211.3.3電力電子技術(shù)在可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用

圖1.6具有儲能功能的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)1.1電力電子技術(shù)的定義1.2電力電子技術(shù)的發(fā)展1.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用1.3.1電力電子技術(shù)在電源中的應(yīng)用1.3.2電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.3電力電子技術(shù)在可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.4電力電子技術(shù)在微電網(wǎng)中的應(yīng)用1.3.5電力電子技術(shù)在在環(huán)保系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.6電力電子技術(shù)在節(jié)能中的應(yīng)用光伏發(fā)電系統(tǒng)光伏發(fā)電系統(tǒng)可分為獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)圖1.6是一個具有儲能的太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)示意圖其中雙向直流變換器和逆變器就是典型的電力電子變換器（DC-DC、DC-AC變換器）1.3.3電力電子技術(shù)在可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用圖1.221.3.3電力電子技術(shù)在可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電按照風(fēng)輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速是否恒定分為定轉(zhuǎn)速運行與可變速運行兩種方式．按照發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)區(qū)分，有異步發(fā)電機(jī)、同步發(fā)電機(jī)、永磁式發(fā)電機(jī)、無刷雙饋發(fā)電機(jī)和開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)等機(jī)型．風(fēng)力發(fā)電的運行方式可分為獨立運行、并網(wǎng)運行、與其它發(fā)電方式互補(bǔ)運行等。以下介紹幾類主要風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)：變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)1.1電力電子技術(shù)的定義1.2電力電子技術(shù)的發(fā)展1.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用1.3.1電力電子技術(shù)在電源中的應(yīng)用1.3.2電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.3電力電子技術(shù)在可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.4電力電子技術(shù)在微電網(wǎng)中的應(yīng)用1.3.5電力電子技術(shù)在在環(huán)保系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.6電力電子技術(shù)在節(jié)能中的應(yīng)用1.3.3電力電子技術(shù)在可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用風(fēng)力發(fā)電231.3.3電力電子技術(shù)在可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用

圖1.7異步發(fā)電機(jī)的恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)早期的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要采用以籠型異步發(fā)電機(jī)為主的恒速恒頻運行方式其基本結(jié)構(gòu)如圖1.7所示：它具有結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、成本相對較低等優(yōu)點，并網(wǎng)采用直接并網(wǎng)方式，風(fēng)力機(jī)一旦并網(wǎng)運行，其轉(zhuǎn)速基本不變?yōu)榱讼拗撇⒕W(wǎng)沖擊，可以采用軟啟動器進(jìn)行入網(wǎng)控制，而軟啟動器就是一種電力電子變換器（AC-AC）變換器1.1電力電子技術(shù)的定義1.2電力電子技術(shù)的發(fā)展1.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用1.3.1電力電子技術(shù)在電源中的應(yīng)用1.3.2電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.3電力電子技術(shù)在可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.4電力電子技術(shù)在微電網(wǎng)中的應(yīng)用1.3.5電力電子技術(shù)在在環(huán)保系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.6電力電子技術(shù)在節(jié)能中的應(yīng)用1.3.3電力電子技術(shù)在可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用圖1.241.3.3電力電子技術(shù)在可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)由于恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速固定，因此只能在某一特定風(fēng)速運行時才能達(dá)到最佳的功率運行點，當(dāng)風(fēng)速改變時風(fēng)力機(jī)就會偏離最佳功率運行點，導(dǎo)致發(fā)電量下降，另外異步風(fēng)力機(jī)組輸出的功率因數(shù)較低，一般需要電容器組進(jìn)行無功補(bǔ)償為最大限度的利用風(fēng)能，提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組性能，變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組得到了快速發(fā)展并成為風(fēng)力發(fā)電的主流在變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，由于風(fēng)力機(jī)可在大范圍的風(fēng)速變化時保持高效運行，因此高性能的電力電子變換裝置必不可少

1.1電力電子技術(shù)的定義1.2電力電子技術(shù)的發(fā)展1.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用1.3.1電力電子技術(shù)在電源中的應(yīng)用1.3.2電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.3電力電子技術(shù)在可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.4電力電子技術(shù)在微電網(wǎng)中的應(yīng)用1.3.5電力電子技術(shù)在在環(huán)保系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.6電力電子技術(shù)在節(jié)能中的應(yīng)用1.3.3電力電子技術(shù)在可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用變速恒頻251.3.3電力電子技術(shù)在可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用

圖1.8變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)目前，實現(xiàn)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電的方案有感應(yīng)發(fā)電機(jī)全功率系統(tǒng)、永磁同步直驅(qū)全功率系統(tǒng)以及異步雙饋系統(tǒng)等其中異步雙饋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1.8a所示：異步雙饋系統(tǒng)由于可采用較小功率（30%風(fēng)機(jī)功率）的電力電子變換器目前已成為變速恒頻風(fēng)力發(fā)電的主流1.1電力電子技術(shù)的定義1.2電力電子技術(shù)的發(fā)展1.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用1.3.1電力電子技術(shù)在電源中的應(yīng)用1.3.2電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.3電力電子技術(shù)在可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.4電力電子技術(shù)在微電網(wǎng)中的應(yīng)用1.3.5電力電子技術(shù)在在環(huán)保系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.6電力電子技術(shù)在節(jié)能中的應(yīng)用1.3.3電力電子技術(shù)在可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用圖1.261.3.3電力電子技術(shù)在可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用

其中感應(yīng)發(fā)電機(jī)的全功率風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)（有齒輪箱）的結(jié)構(gòu)如圖1.8b所示：在變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的電力電子變換器大都采用了發(fā)電機(jī)側(cè)變換器與電網(wǎng)側(cè)變換器“背靠背”的運行模式圖1.8變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)1.1電力電子技術(shù)的定義1.2電力電子技術(shù)的發(fā)展1.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用1.3.1電力電子技術(shù)在電源中的應(yīng)用1.3.2電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.3電力電子技術(shù)在可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.4電力電子技術(shù)在微電網(wǎng)中的應(yīng)用1.3.5電力電子技術(shù)在在環(huán)保系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.6電力電子技術(shù)在節(jié)能中的應(yīng)用1.3.3電力電子技術(shù)在可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用其中感271.3.3電力電子技術(shù)在可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用

其中永磁同步直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)（無齒輪箱）的結(jié)構(gòu)如圖1.8c所示：永磁同步直驅(qū)全功率系統(tǒng)由于采用高效發(fā)電機(jī)并且省略了齒輪箱因而是變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展方向圖1.8變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)1.1電力電子技術(shù)的定義1.2電力電子技術(shù)的發(fā)展1.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用1.3.1電力電子技術(shù)在電源中的應(yīng)用1.3.2電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.3電力電子技術(shù)在可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.4電力電子技術(shù)在微電網(wǎng)中的應(yīng)用1.3.5電力電子技術(shù)在在環(huán)保系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.6電力電子技術(shù)在節(jié)能中的應(yīng)用1.3.3電力電子技術(shù)在可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用其中永281.3.3電力電子技術(shù)在可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用燃料電池發(fā)電系統(tǒng)燃料電池是一種將持續(xù)供給的燃料和氧化劑中的化學(xué)能連續(xù)不斷地轉(zhuǎn)化為電能的電化學(xué)裝置它發(fā)電最大的優(yōu)勢是高效、潔凈，無污染、噪聲低，模塊結(jié)構(gòu)、積木性強(qiáng)、不受卡諾循環(huán)限制，能量轉(zhuǎn)換效率高，其效率可達(dá)40％～65％燃料電池并網(wǎng)發(fā)電功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1.9所示：圖1.9燃料電池發(fā)電并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)1.1電力電子技術(shù)的定義1.2電力電子技術(shù)的發(fā)展1.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用1.3.1電力電子技術(shù)在電源中的應(yīng)用1.3.2電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.3電力電子技術(shù)在可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.4電力電子技術(shù)在微電網(wǎng)中的應(yīng)用1.3.5電力電子技術(shù)在在環(huán)保系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.6電力電子技術(shù)在節(jié)能中的應(yīng)用1.3.3電力電子技術(shù)在可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用燃料電池291.3.3電力電子技術(shù)在可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用混合能源發(fā)電系統(tǒng)混合能源發(fā)電系統(tǒng)主要利用不同能源的互補(bǔ)組合，提高可再生能源的利用率。例如：利用太陽能與燃料電池也可以組成“太陽能光伏制氫儲能—燃料電池發(fā)電系統(tǒng)”，其結(jié)構(gòu)如圖1.10所示：圖1.10太陽能光伏制氫儲能-燃料電池放電系統(tǒng)1.1電力電子技術(shù)的定義1.2電力電子技術(shù)的發(fā)展1.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用1.3.1電力電子技術(shù)在電源中的應(yīng)用1.3.2電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.3電力電子技術(shù)在可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.4電力電子技術(shù)在微電網(wǎng)中的應(yīng)用1.3.5電力電子技術(shù)在在環(huán)保系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.6電力電子技術(shù)在節(jié)能中的應(yīng)用1.3.3電力電子技術(shù)在可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用混合能源301.3.4電力電子技術(shù)在微電網(wǎng)中的應(yīng)用

圖1.11微電網(wǎng)基本結(jié)構(gòu)圖1.1電力電子技術(shù)的定義1.2電力電子技術(shù)的發(fā)展1.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用1.3.1電力電子技術(shù)在電源中的應(yīng)用1.3.2電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.3電力電子技術(shù)在可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.4電力電子技術(shù)在微電網(wǎng)中的應(yīng)用1.3.5電力電子技術(shù)在在環(huán)保系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.6電力電子技術(shù)在節(jié)能中的應(yīng)用微電網(wǎng)它是一種規(guī)模較小的分散的獨立系統(tǒng)，是一種能更好地發(fā)揮分布式發(fā)電潛能的一種組織形式。一般將微電網(wǎng)中的分布式電源叫做微型電源(MicroSource)亦簡稱微源(MS)圖1.11為美國電力可靠性技術(shù)解決方案協(xié)會—CERTS定義的一個微電網(wǎng)基本結(jié)構(gòu)圖1.3.4電力電子技術(shù)在微電網(wǎng)中的應(yīng)用圖1.11微電網(wǎng)基311.3.5電力電子技術(shù)在環(huán)保系統(tǒng)中的應(yīng)用高壓靜電除塵靜電除塵是利用高壓電場的靜電力，使粉塵荷電產(chǎn)生定向運動而從氣體中分離得到凈化的方法。靜電除塵器的高壓系統(tǒng)由升壓變壓器、高壓整流器、控制元件、自動控制反饋4部分組成，如圖1.12所示:圖1.12高壓靜電除塵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1.1電力電子技術(shù)的定義1.2電力電子技術(shù)的發(fā)展1.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用1.3.1電力電子技術(shù)在電源中的應(yīng)用1.3.2電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.3電力電子技術(shù)在可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.4電力電子技術(shù)在微電網(wǎng)中的應(yīng)用1.3.5電力電子技術(shù)在在環(huán)保系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.6電力電子技術(shù)在節(jié)能中的應(yīng)用1.3.5電力電子技術(shù)在環(huán)保系統(tǒng)中的應(yīng)用高壓靜電除塵靜電321.3.5電力電子技術(shù)在環(huán)保系統(tǒng)中的應(yīng)用電解法臭氧發(fā)生器電解法臭氧發(fā)生器是利用直流電源電解含氧電解質(zhì)產(chǎn)生臭氧氣體，具有濃度高、成分純凈、在水中溶解度高的優(yōu)點。其放電器件基本構(gòu)成有：高壓電極、地電極、介電極與放電氣隙四部分

煙氣脫硫脫氮應(yīng)用煙氣脫硫脫氮技術(shù)是一項跨行業(yè)、多學(xué)科的系統(tǒng)工程離不開電力電子技術(shù)的支持,其中電子束氨法煙氣脫硫脫氮系統(tǒng)中運用的高頻高壓開關(guān)電源、高能電子加速器等都應(yīng)用了電力電子技術(shù)1.1電力電子技術(shù)的定義1.2電力電子技術(shù)的發(fā)展1.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用1.3.1電力電子技術(shù)在電源中的應(yīng)用1.3.2電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.3電力電子技術(shù)在可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.4電力電子技術(shù)在微電網(wǎng)中的應(yīng)用1.3.5電力電子技術(shù)在在環(huán)保系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.6電力電子技術(shù)在節(jié)能中的應(yīng)用1.3.5電力電子技術(shù)在環(huán)保系統(tǒng)中的應(yīng)用電解法臭氧發(fā)生器電331.3.6電力電子技術(shù)在節(jié)能中的應(yīng)用交流電動機(jī)運行節(jié)能交流電動機(jī)運行節(jié)能主要包括變頻調(diào)速節(jié)電、功率因數(shù)補(bǔ)償節(jié)電以及輕載調(diào)壓節(jié)電三種主要方式：變頻調(diào)速節(jié)電主要是利用交流變頻器根據(jù)負(fù)載特性及運行要求調(diào)節(jié)交流電動機(jī)轉(zhuǎn)速，從而實現(xiàn)節(jié)電運行功率因數(shù)補(bǔ)償節(jié)電就是采用適當(dāng)?shù)碾娏﹄娮油肚醒b置(如晶閘管投切電容器（TSC）)將補(bǔ)償電容器組直接與電動機(jī)并聯(lián)運行，以實現(xiàn)交流電動機(jī)運行時的功率因數(shù)補(bǔ)償，從而達(dá)到節(jié)電目的輕載調(diào)壓節(jié)電就是利用電力電子調(diào)壓器驅(qū)動交流電動機(jī)，當(dāng)電動機(jī)輕載運行時，通過電力電子調(diào)壓器調(diào)節(jié)電動機(jī)的定子端電壓，使之與電動機(jī)的負(fù)載率合理匹配，這樣就會降低電動機(jī)的勵磁電流，從而降低鐵耗和從電網(wǎng)吸收的無功功率，實現(xiàn)交流電動機(jī)的節(jié)電運行1.1電力電子技術(shù)的定義1.2電力電子技術(shù)的發(fā)展1.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用1.3.1電力電子技術(shù)在電源中的應(yīng)用1.3.2電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.3電力電子技術(shù)在可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.4電力電子技術(shù)在微電網(wǎng)中的應(yīng)用1.3.5電力電子技術(shù)在在環(huán)保系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.6電力電子技術(shù)在節(jié)能中的應(yīng)用1.3.6電力電子技術(shù)在節(jié)能中的應(yīng)用交流電動機(jī)運行節(jié)能341.3.6電力電子技術(shù)在節(jié)能中的應(yīng)用

圖1.13高頻無極燈的電路結(jié)構(gòu)1.1電力電子技術(shù)的定義1.2電力電子技術(shù)的發(fā)展1.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用1.3.1電力電子技術(shù)在電源中的應(yīng)用1.3.2電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.3電力電子技術(shù)在可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.4電力電子技術(shù)在微電網(wǎng)中的應(yīng)用1.3.5電力電子技術(shù)在在環(huán)保系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.6電力電子技術(shù)在節(jié)能中的應(yīng)用高效節(jié)能照明高效節(jié)能照明是指發(fā)光效率較高的電光源節(jié)能燈。它們大都利用高頻電力電子變換技術(shù)近幾年我國推廣的節(jié)能燈有：稀土熒光燈、高頻無極燈、高壓鈉燈、雙絞絲型的白熾燈等如圖1.13所示是高頻無極燈的電力電子電路結(jié)構(gòu)1.3.6電力電子技術(shù)在節(jié)能中的應(yīng)用圖1.13高頻無極351.3.6電力電子技術(shù)在節(jié)能中的應(yīng)用變頻調(diào)速節(jié)能應(yīng)用變風(fēng)量空調(diào)控制是通過利用送風(fēng)電機(jī)的變頻調(diào)速改變送入各房間的風(fēng)量來滿足房間負(fù)荷的變化，使整個空調(diào)系統(tǒng)可以隨著負(fù)荷的變化調(diào)節(jié)總送風(fēng)量，從而達(dá)到節(jié)電運行效果油田高壓注水泵系統(tǒng)的變水量控制油田注水是中國很多油田保持原油高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的重要有效措施，采用中電壓(3～10kV)、中大功率變頻調(diào)速裝置對油田注水泵用電動機(jī)實行變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，實現(xiàn)注水泵變水量控制，起到非常有效節(jié)能的效果

城市供水系統(tǒng)的流量控制城市大型水廠采用交流調(diào)速技術(shù)是節(jié)電的重要措施，利用變頻調(diào)速器對水泵電機(jī)進(jìn)行調(diào)速，即根據(jù)實際用水需求調(diào)節(jié)水量，則能在保證恒壓供水的同時實現(xiàn)了供水系統(tǒng)的節(jié)能運行1.1電力電子技術(shù)的定義1.2電力電子技術(shù)的發(fā)展1.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用1.3.1電力電子技術(shù)在電源中的應(yīng)用1.3.2電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.3電力電子技術(shù)在可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.4電力電子技術(shù)在微電網(wǎng)中的應(yīng)用1.3.5電力電子技術(shù)在在環(huán)保系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.6電力電子技術(shù)在節(jié)能中的應(yīng)用1.3.6電力電子技術(shù)在節(jié)能中的應(yīng)用變頻調(diào)速節(jié)能應(yīng)用1.1361.3.6電力電子技術(shù)在節(jié)能中的應(yīng)用圖1.14靜止無功補(bǔ)償器(SVC)典型結(jié)構(gòu)

靜止無功補(bǔ)償器(SVC)它是用以晶閘管為基本元件的固態(tài)開關(guān)替代了電氣開關(guān)，實現(xiàn)快速、頻繁地以控制電抗器和電容器的方式改變輸電系統(tǒng)的導(dǎo)納SVC可以有不同的回路結(jié)構(gòu)，按控制的對象及控制的方式不同分別稱之為晶閘管投切電容器TS