电电 力力 电电 子子 技技 术术Power Electronics电电力力电电子子技技术术第第1章章 绪论绪论 123电力电子技术的定义电力电子技术的定义电力电子技术的发展电力电子技术的发展电力电子技术的应用电力电子技术的应用基本内容电电力力电电子子技技术术1.1 1.1 电力电子技术的定义电力电子技术的定义电力电子技术是在电力电子技术是在电子、电力与控制技术电子、电力与控制技术基础上发展起来基础上发展起来的一门新兴交叉学科的一门新兴交叉学科, ,被国际电工委员会被国际电工委员会( IEE) ( IEE) 命名为电命名为电力电子学力电子学( Power Electronics) ( Power Electronics) 或称为电力电子技术或称为电力电子技术 1955 年美国通用电器公司年美国通用电器公司(General Electronic Company) 发明第一个大功率发明第一个大功率5A 硅整流二极管硅整流二极管(Silicon Rectifier) ，仅在两年后的，仅在两年后的1957 年年, GE 公司又发明了全公司又发明了全世界第一个晶闸管世界第一个晶闸管(Thyristor) ,俗称俗称“可控硅可控硅” 大功率硅整流二极管以及晶闸管的发明大功率硅整流二极管以及晶闸管的发明标志着现代意义上标志着现代意义上电力电子技术的诞生电力电子技术的诞生 1.1电力电子技术的定义电力电子技术的定义1.2电力电子技术的发展电力电子技术的发展1.3电力电子技术的应用电力电子技术的应用 1.3.1电力电子技术在电源中的电力电子技术在电源中的应用应用 1.3.2电力电子技术在电力系统电力电子技术在电力系统中的应用中的应用 1.3.3电力电子技术在可再生能电力电子技术在可再生能源发电系统中的应用源发电系统中的应用 1.3.4电力电子技术在微电网中电力电子技术在微电网中的应用的应用 1.3.5电力电子技术在在环保系电力电子技术在在环保系统中的应用统中的应用 1.3.6电力电子技术在节能中的电力电子技术在节能中的应用应用back Next电电力力电电子子技技术术1.1 电力电子技术的定义电力电子技术的定义 图图1.1 1.1 电力电子技术的电力电子技术的NewellNewell定义定义1.1电力电子技术的定义电力电子技术的定义1.2电力电子技术的发展电力电子技术的发展1.3电力电子技术的应用电力电子技术的应用 1.3.1电力电子技术在电源中的电力电子技术在电源中的应用应用 1.3.2电力电子技术在电力系统电力电子技术在电力系统中的应用中的应用 1.3.3电力电子技术在可再生能电力电子技术在可再生能源发电系统中的应用源发电系统中的应用 1.3.4电力电子技术在微电网中电力电子技术在微电网中的应用的应用 1.3.5电力电子技术在在环保系电力电子技术在在环保系统中的应用统中的应用 1.3.6电力电子技术在节能中的电力电子技术在节能中的应用应用1974 年年,第第四四届届国国际际电电力力电电子子会会议议上上美美国国学学者者W.Newell首首次次提提出出了了电电力力电电子子技技术术的的定定义义,并并用用图图1.1所所示示的的“倒三角倒三角” 图形表示图形表示即即：电电力力电电子子技技术术是是由由电电子子学学、电电力力学学及及控控制学制学组成的边缘学科组成的边缘学科电电力力电电子子技技术术1.1 电力电子技术的定义电力电子技术的定义随着电力电子技术的发展，电力电子技术发展初期的随着电力电子技术的发展，电力电子技术发展初期的W.Newell定义已得到很多学者的认同定义已得到很多学者的认同美国电气和电子工程师协会的电力电子学会则将电力电子美国电气和电子工程师协会的电力电子学会则将电力电子技术定义为：技术定义为：电力电子技术是有效地使用电力半导体器件、电力电子技术是有效地使用电力半导体器件、应用电路和设计理论以及分析开发工具应用电路和设计理论以及分析开发工具,实现对电能的有实现对电能的有效变换和控制的技术效变换和控制的技术,包括电压、电流、频率和波形等方包括电压、电流、频率和波形等方面的变换面的变换 1.1电力电子技术的定义电力电子技术的定义1.2电力电子技术的发展电力电子技术的发展1.3电力电子技术的应用电力电子技术的应用 1.3.1电力电子技术在电源中的电力电子技术在电源中的应用应用 1.3.2电力电子技术在电力系统电力电子技术在电力系统中的应用中的应用 1.3.3电力电子技术在可再生能电力电子技术在可再生能源发电系统中的应用源发电系统中的应用 1.3.4电力电子技术在微电网中电力电子技术在微电网中的应用的应用 1.3.5电力电子技术在在环保系电力电子技术在在环保系统中的应用统中的应用 1.3.6电力电子技术在节能中的电力电子技术在节能中的应用应用电电力力电电子子技技术术1.1 电力电子技术的定义电力电子技术的定义 图图1.2 1.2 电力电子技术的新定义电力电子技术的新定义1.1电力电子技术的定义电力电子技术的定义1.2电力电子技术的发展电力电子技术的发展1.3电力电子技术的应用电力电子技术的应用 1.3.1电力电子技术在电源中的电力电子技术在电源中的应用应用 1.3.2电力电子技术在电力系统电力电子技术在电力系统中的应用中的应用 1.3.3电力电子技术在可再生能电力电子技术在可再生能源发电系统中的应用源发电系统中的应用 1.3.4电力电子技术在微电网中电力电子技术在微电网中的应用的应用 1.3.5电力电子技术在在环保系电力电子技术在在环保系统中的应用统中的应用 1.3.6电力电子技术在节能中的电力电子技术在节能中的应用应用1980年，为了使年，为了使电力电子技术定电力电子技术定义更加具体化，义更加具体化，美国著名学者美国著名学者B. K. Bose 教授对教授对W.Newell 的定义的定义进行了拓展进行了拓展,提出提出了图了图1.2 所示电力所示电力电子技术的新定电子技术的新定义：义： 电电力力电电子子技技术术1.1 电力电子技术的定义电力电子技术的定义实际上，就其实际上，就其内容内容而言，电力电子技术主要完成各种电能而言，电力电子技术主要完成各种电能形式的变换，以电能输入形式的变换，以电能输入-输出形式的变换来分，主要包括输出形式的变换来分，主要包括以下以下四种基本变换四种基本变换：u交流交流-直流（直流（AC-DC）变换：）变换：u直流直流-交流（交流（DC-AC）变换）变换 :u交流交流-交流（交流（AC-AC）变换）变换:u直流直流-直流（直流（DC-DC）变换）变换:1.1电力电子技术的定义电力电子技术的定义1.2电力电子技术的发展电力电子技术的发展1.3电力电子技术的应用电力电子技术的应用 1.3.1电力电子技术在电源中的电力电子技术在电源中的应用应用 1.3.2电力电子技术在电力系统电力电子技术在电力系统中的应用中的应用 1.3.3电力电子技术在可再生能电力电子技术在可再生能源发电系统中的应用源发电系统中的应用 1.3.4电力电子技术在微电网中电力电子技术在微电网中的应用的应用 1.3.5电力电子技术在在环保系电力电子技术在在环保系统中的应用统中的应用 1.3.6电力电子技术在节能中的电力电子技术在节能中的应用应用主要完成直流电压幅值和极性的变换与调节，主要包括升压、主要完成直流电压幅值和极性的变换与调节，主要包括升压、降压和升降压和升- -降压变换等降压变换等整流，完成交流整流，完成交流- -直流变换的电力电子装置称为整流器（直流变换的电力电子装置称为整流器（RectifierRectifier）逆变，这是与整流相反的变换形式，完成直流逆变，这是与整流相反的变换形式，完成直流- -交流变换的电力电子交流变换的电力电子装置称为逆变器（装置称为逆变器（InverterInverter）主要有交流调压和交主要有交流调压和交- -交变频两种基本形式交变频两种基本形式电电力力电电子子技技术术1.2 电力电子技术的发展电力电子技术的发展电力电子技术的发展史电力电子技术的发展史图图1-3 电力电子技术的发展史电力电子技术的发展史 一般认为，电力电子技术的诞生是以一般认为，电力电子技术的诞生是以19571957年年美国通用美国通用电气公司研制出第一个电气公司研制出第一个晶闸管晶闸管为标志的。为标志的。back电电力力电电子子技技术术1.2 电力电子技术的发展电力电子技术的发展电力电子技术起始于电力电子技术起始于20世纪世纪50年代末年代末20世纪世纪60年代初的年代初的硅整流器件，其发展经历了以低频技术为主的硅整流器件，其发展经历了以低频技术为主的传统电力电传统电力电子技术时期子技术时期和以高频技术为主的和以高频技术为主的现代电力电子技术时期现代电力电子技术时期 在在20世纪世纪80年代末期和年代末期和20世纪世纪90年代初期以年代初期以IGBT 和功率和功率MOSFET为代表发展起来的集高频、高压和大电流于一身为代表发展起来的集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件，的功率半导体复合器件，表明表明传统电力电子技术已经进入传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代现代电力电子时代 进入进入20世纪世纪90年代以来，电力电子技术进入了一个崭新的年代以来，电力电子技术进入了一个崭新的快速发展时期。理论分析和实验表明：电力电子产品的快速发展时期。理论分析和实验表明：电力电子产品的体体积、重量与供电频率的平方根成反比积、重量与供电频率的平方根成反比，因此电力电子技术，因此电力电子技术高频化高频化是今后电力电子技术创新与发展的主导方向是今后电力电子技术创新与发展的主导方向1.1电力电子技术的定义电力电子技术的定义1.2电力电子技术的发展电力电子技术的发展1.3电力电子技术的应用电力电子技术的应用 1.3.1电力电子技术在电源中的电力电子技术在电源中的应用应用 1.3.2电力电子技术在电力系统电力电子技术在电力系统中的应用中的应用 1.3.3电力电子技术在可再生能电力电子技术在可再生能源发电系统中的应用源发电系统中的应用 1.3.4电力电子技术在微电网中电力电子技术在微电网中的应用的应用 1.3.5电力电子技术在在环保系电力电子技术在在环保系统中的应用统中的应用 1.3.6电力电子技术在节能中的电力电子技术在节能中的应用应用电电力力电电子子技技术术1.2 电力电子技术的发展电力电子技术的发展近年来，随着能源危机的出现，电力电子技术技术在近年来，随着能源危机的出现，电力电子技术技术在变频变频调速、新能源发电调速、新能源发电等方面得到了快速发展等方面得到了快速发展: (1)具有自关断能力的大功率高频新器件及其应用技术具有自关断能力的大功率高频新器件及其应用技术取得了惊人的进步；取得了惊人的进步； (2)同微电子技术紧密结合的新一代智能化功率集成电同微电子技术紧密结合的新一代智能化功率集成电力电子技术初露锋芒力电子技术初露锋芒 展望未来，随着具有高可靠性的集成电力电子模块展望未来，随着具有高可靠性的集成电力电子模块IPEM(Integrated Power Electronic Modules)技术以及技术以及具有导通损耗小，耐压高、高结温等的特点的具有导通损耗小，耐压高、高结温等的特点的Silicon(硅硅)等新一代宽禁带器件的应用将会使电力电子技术发生新一等新一代宽禁带器件的应用将会使电力电子技术发生新一轮革命性的变化轮革命性的变化1.1电力电子技术的定义电力电子技术的定义1.2电力电子技术的发展电力电子技术的发展1.3电力电子技术的应用电力电子技术的应用 1.3.1电力电子技术在电源中的电力电子技术在电源中的应用应用 1.3.2电力电子技术在电力系统电力电子技术在电力系统中的应用中的应用 1.3.3电力电子技术在可再生能电力电子技术在可再生能源发电系统中的应用源发电系统中的应用 1.3.4电力电子技术在微电网中电力电子技术在微电网中的应用的应用 1.3.5电力电子技术在在环保系电力电子技术在在环保系统中的应用统中的应用 1.3.6电力电子技术在节能中的电力电子技术在节能中的应用应用电电力力电电子子技技术术1.2 电力电子技术的发展电力电子技术的发展电力电子学发展过程中的重要事件如下（最具代表性）电力电子学发展过程中的重要事件如下（最具代表性）:u1803年年 整流器的发明整流器的发明 u1925年年 逆变器换流原理被提出逆变器换流原理被提出 u1967年年 用于高压直流输电应用的晶闸管发明用于高压直流输电应用的晶闸管发明 u1979年年 功率场效应管采用微处理器实现矢量控制的晶体管逆变器功率场效应管采用微处理器实现矢量控制的晶体管逆变器u1987年年 双向双向PWM RECTIFER-INVERTERu1993年年 模糊逻辑级神经元网络在电力电子学及电力传动上的应用模糊逻辑级神经元网络在电力电子学及电力传动上的应用u2000年年用用3电电平平IGCT逆逆变变器器实实现现的的45MVA动动态态电电压压补补偿偿器器DVR 的完成1.1电力电子技术的定义电力电子技术的定义1.2电力电子技术的发展电力电子技术的发展1.3电力电子技术的应用电力电子技术的应用 1.3.1电力电子技术在电源中的电力电子技术在电源中的应用应用 1.3.2电力电子技术在电力系统电力电子技术在电力系统中的应用中的应用 1.3.3电力电子技术在可再生能电力电子技术在可再生能源发电系统中的应用源发电系统中的应用 1.3.4电力电子技术在微电网中电力电子技术在微电网中的应用的应用 1.3.5电力电子技术在在环保系电力电子技术在在环保系统中的应用统中的应用 1.3.6电力电子技术在节能中的电力电子技术在节能中的应用应用电电力力电电子子技技术术1.3 电力电子技术的应用电力电子技术的应用 电力电子技电力电子技术的广泛应术的广泛应用用1.1电力电子技术的定义电力电子技术的定义1.2电力电子技术的发展电力电子技术的发展1.3电力电子技术的应用电力电子技术的应用 1.3.1电力电子技术在电源中的电力电子技术在电源中的应用应用 1.3.2电力电子技术在电力系统电力电子技术在电力系统中的应用中的应用 1.3.3电力电子技术在可再生能电力电子技术在可再生能源发电系统中的应用源发电系统中的应用 1.3.4电力电子技术在微电网中电力电子技术在微电网中的应用的应用 1.3.5电力电子技术在在环保系电力电子技术在在环保系统中的应用统中的应用 1.3.6电力电子技术在节能中的电力电子技术在节能中的应用应用back电电力力电电子子技技术术电力电子技术在电源中的应用电力电子技术在电源中的应用电力电子技术在电力系统中的应用电力电子技术在电力系统中的应用电力电子技术在可再生能源发电系统中的应用电力电子技术在可再生能源发电系统中的应用电力电子技术在微电网中的应用电力电子技术在微电网中的应用电力电子技术在环保系统中的应用电力电子技术在环保系统中的应用1电力电子技术在节能中的应用电力电子技术在节能中的应用234561.3 电力电子技术的应用电力电子技术的应用电电力力电电子子技技术术 1.3.1 电力电子技术在电源中的应用现代电力电子技术在现代电力电子技术在高质量、高效、高可靠性高质量、高效、高可靠性的的电源中起着关键作用，随着电源技术的发展得到电源中起着关键作用，随着电源技术的发展得到广泛应用：广泛应用：u通通信信电电源源 通通信信业业的的迅迅速速发发展展极极大大的的推推动动了了通通信信电电源源的的发发展展，高高频频小型化的开关电源技术已成为现代通信供电系统的主流小型化的开关电源技术已成为现代通信供电系统的主流u不不间间断断电电源源(UPS)(UPS) 不不间间断断电电源源(UPS)(UPS)是是一一种种广广泛泛应应用用于于计计算算机机、通通信信系系统统以以及及要要求求不不间间断断供供电电场场合合所所必必须须的的一一种种高高可可靠靠、高高性性能能的的恒频恒压（恒频恒压（CVCFCVCF）电源）电源 u变变频频器器电电源源 变变频频器器电电源源主主要要用用于于交交流流电电机机的的变变频频调调速速，是是一一种种高高性性能能的的变变频频变变压压(VVVF)(VVVF)电电源源也也广广泛泛应应用用于于大大型型风风机机、水水泵泵的的节节能能运行以及工业装备、电力交通、家电等中的交流调速等运行以及工业装备、电力交通、家电等中的交流调速等 1.1电力电子技术的定义电力电子技术的定义1.2电力电子技术的发展电力电子技术的发展1.3电力电子技术的应用电力电子技术的应用 1.3.1电力电子技术在电源中的电力电子技术在电源中的应用应用 1.3.2电力电子技术在电力系统电力电子技术在电力系统中的应用中的应用 1.3.3电力电子技术在可再生能电力电子技术在可再生能源发电系统中的应用源发电系统中的应用 1.3.4电力电子技术在微电网中电力电子技术在微电网中的应用的应用 1.3.5电力电子技术在在环保系电力电子技术在在环保系统中的应用统中的应用 1.3.6电力电子技术在节能中的电力电子技术在节能中的应用应用back电电力力电电子子技技术术1.3.2 电力电子技术在电力系统中的应用电力是关系到国计民生的重要能源，随着大功率电电力是关系到国计民生的重要能源，随着大功率电力电子器件技术的不断发展，电力电子技术在电力力电子器件技术的不断发展，电力电子技术在电力系统的应用领域得到了前所未有的扩展：系统的应用领域得到了前所未有的扩展：u发发电电机机的的静静止止励励磁磁控控制制 就就是是采采用用先先进进的的电电力力电电子子励励磁磁系系统统取取代代原原有有的的旋旋转转励励磁磁机机组组静静止止式式离离子子整整流流器器和和静静止止式半导体整流器式半导体整流器u高高压压直直流流输输电电（HVDC）技技术术 由由于于HVDC具具有有输输送送容容量量大大、受受控控能能力力强强、稳稳定定性性好好以以及及与与不不同同频频率率电电网网之之间间易易联联络络等等优优势势，现现已已成成为为交交流流输输电电技技术术的的有有力力补补充充并并得得到到广泛的推广广泛的推广 1.1电力电子技术的定义电力电子技术的定义1.2电力电子技术的发展电力电子技术的发展1.3电力电子技术的应用电力电子技术的应用 1.3.1电力电子技术在电源中的电力电子技术在电源中的应用应用 1.3.2电力电子技术在电力系统电力电子技术在电力系统中的应用中的应用 1.3.3电力电子技术在可再生能电力电子技术在可再生能源发电系统中的应用源发电系统中的应用 1.3.4电力电子技术在微电网中电力电子技术在微电网中的应用的应用 1.3.5电力电子技术在在环保系电力电子技术在在环保系统中的应用统中的应用 1.3.6电力电子技术在节能中的电力电子技术在节能中的应用应用电电力力电电子子技技术术1.3.2 电力电子技术在电力系统中的应用 1970年世界上第一项晶闸管年世界上第一项晶闸管换流器，标志着电力电子技换流器，标志着电力电子技术术正式应用正式应用于直流输电于直流输电直到二十世纪末，这一时期直到二十世纪末，这一时期直流输电技术主要是基于晶直流输电技术主要是基于晶闸管电网换流的闸管电网换流的交交-直直-直直-交变换技术交变换技术 目前目前,强迫换流技术强迫换流技术占高压占高压直流输电的主导地位直流输电的主导地位1.1电力电子技术的定义电力电子技术的定义1.2电力电子技术的发展电力电子技术的发展1.3电力电子技术的应用电力电子技术的应用 1.3.1电力电子技术在电源中的电力电子技术在电源中的应用应用 1.3.2电力电子技术在电力系统电力电子技术在电力系统中的应用中的应用 1.3.3电力电子技术在可再生能电力电子技术在可再生能源发电系统中的应用源发电系统中的应用 1.3.4电力电子技术在微电网中电力电子技术在微电网中的应用的应用 1.3.5电力电子技术在在环保系电力电子技术在在环保系统中的应用统中的应用 1.3.6电力电子技术在节能中的电力电子技术在节能中的应用应用图图1.3 1.3 高压直流输电（高压直流输电（HVDCHVDC）系统）系统电电力力电电子子技技术术1.3.2 电力电子技术在电力系统中的应用 图图1.3 1.3 高压直流输电（高压直流输电（HVDCHVDC）系统）系统在在中低电压直流输电领域中低电压直流输电领域里，基于里，基于VSC(PWM电压源换流器电压源换流器)的轻型直流输电系统高速发展，如海上风电场输电等，其结的轻型直流输电系统高速发展，如海上风电场输电等，其结构如图构如图1.3b所示所示1.1电力电子技术的定义电力电子技术的定义1.2电力电子技术的发展电力电子技术的发展1.3电力电子技术的应用电力电子技术的应用 1.3.1电力电子技术在电源中的电力电子技术在电源中的应用应用 1.3.2电力电子技术在电力系统电力电子技术在电力系统中的应用中的应用 1.3.3电力电子技术在可再生能电力电子技术在可再生能源发电系统中的应用源发电系统中的应用 1.3.4电力电子技术在微电网中电力电子技术在微电网中的应用的应用 1.3.5电力电子技术在在环保系电力电子技术在在环保系统中的应用统中的应用 1.3.6电力电子技术在节能中的电力电子技术在节能中的应用应用电电力力电电子子技技术术1.3.2 电力电子技术在电力系统中的应用柔性交流输电柔性交流输电(FACTS)技术技术 是对交流输电系统的阻是对交流输电系统的阻抗、电压及相位实施灵活快速调节的输电技术抗、电压及相位实施灵活快速调节的输电技术 FACTS控制器中最关键的电力电子设备包括静止同步补偿器控制器中最关键的电力电子设备包括静止同步补偿器（STATCOM）、静止同步串联补偿器（）、静止同步串联补偿器（SSSC）及统一潮流控制器）及统一潮流控制器（UPFC）如图）如图1.4所示所示图图1.4 统一潮流控制器（统一潮流控制器（UPFC） 1.1电力电子技术的定义电力电子技术的定义1.2电力电子技术的发展电力电子技术的发展1.3电力电子技术的应用电力电子技术的应用 1.3.1电力电子技术在电源中的电力电子技术在电源中的应用应用 1.3.2电力电子技术在电力系统电力电子技术在电力系统中的应用中的应用 1.3.3电力电子技术在可再生能电力电子技术在可再生能源发电系统中的应用源发电系统中的应用 1.3.4电力电子技术在微电网中电力电子技术在微电网中的应用的应用 1.3.5电力电子技术在在环保系电力电子技术在在环保系统中的应用统中的应用 1.3.6电力电子技术在节能中的电力电子技术在节能中的应用应用电电力力电电子子技技术术1.3.2 电力电子技术在电力系统中的应用用户电力用户电力(Custom Power)技术技术 用户电力用户电力(Custom Power) 技术或称技术或称DFACTS技术是电力电子技术在电力系技术是电力电子技术在电力系统统配电环节配电环节中的应用，是在中的应用，是在FACTS各项成熟技术的基础各项成熟技术的基础上发展起来的电能质量控制新技术上发展起来的电能质量控制新技术 同步开断技术同步开断技术 同步开断是在电压或电流的指定相位完同步开断是在电压或电流的指定相位完成电路的断开或闭合。可降低由操作过电压决定的电力设成电路的断开或闭合。可降低由操作过电压决定的电力设备绝缘水平，减少由于操作引起的设备备绝缘水平，减少由于操作引起的设备(包括断路器本身包括断路器本身) 损坏损坏1.1电力电子技术的定义电力电子技术的定义1.2电力电子技术的发展电力电子技术的发展1.3电力电子技术的应用电力电子技术的应用 1.3.1电力电子技术在电源中的电力电子技术在电源中的应用应用 1.3.2电力电子技术在电力系统电力电子技术在电力系统中的应用中的应用 1.3.3电力电子技术在可再生能电力电子技术在可再生能源发电系统中的应用源发电系统中的应用 1.3.4电力电子技术在微电网中电力电子技术在微电网中的应用的应用 1.3.5电力电子技术在在环保系电力电子技术在在环保系统中的应用统中的应用 1.3.6电力电子技术在节能中的电力电子技术在节能中的应用应用电电力力电电子子技技术术1.3.2 电力电子技术在电力系统中的应用 图1.5 动态电压恢复器（DVR)的基本结构1.1电力电子技术的定义电力电子技术的定义1.2电力电子技术的发展电力电子技术的发展1.3电力电子技术的应用电力电子技术的应用 1.3.1电力电子技术在电源中的电力电子技术在电源中的应用应用 1.3.2电力电子技术在电力系统电力电子技术在电力系统中的应用中的应用 1.3.3电力电子技术在可再生能电力电子技术在可再生能源发电系统中的应用源发电系统中的应用 1.3.4电力电子技术在微电网中电力电子技术在微电网中的应用的应用 1.3.5电力电子技术在在环保系电力电子技术在在环保系统中的应用统中的应用 1.3.6电力电子技术在节能中的电力电子技术在节能中的应用应用动态电压恢复器（动态电压恢复器（DVR) 是是一种串联在系统与负载之间一种串联在系统与负载之间用于用于电能质量治理电能质量治理的电力电的电力电子设备子设备 图图1.5是采用是采用DC-AC变换器变换器输出串入线路的结构输出串入线路的结构 能够在毫秒级时间内抑制电压骤能够在毫秒级时间内抑制电压骤降、骤升、谐波、闪变等干扰，降、骤升、谐波、闪变等干扰，从而给负荷提供稳定的正弦电压从而给负荷提供稳定的正弦电压 back电电力力电电子子技技术术1.3.3电力电子技术在可再生能源发电系统中电力电子技术在可再生能源发电系统中 的应的应用用 图1.6 具有储能功能的光伏并网发电系统1.1电力电子技术的定义电力电子技术的定义1.2电力电子技术的发展电力电子技术的发展1.3电力电子技术的应用电力电子技术的应用 1.3.1电力电子技术在电源中的电力电子技术在电源中的应用应用 1.3.2电力电子技术在电力系统电力电子技术在电力系统中的应用中的应用 1.3.3电力电子技术在可再生能电力电子技术在可再生能源发电系统中的应用源发电系统中的应用 1.3.4电力电子技术在微电网中电力电子技术在微电网中的应用的应用 1.3.5电力电子技术在在环保系电力电子技术在在环保系统中的应用统中的应用 1.3.6电力电子技术在节能中的电力电子技术在节能中的应用应用光伏发电系统光伏发电系统 光伏发光伏发电系统可分为独立光伏发电系统可分为独立光伏发电系统和并网光伏发电系电系统和并网光伏发电系统统 其中双向直流变换器和逆其中双向直流变换器和逆变器就是典型的电力电子变器就是典型的电力电子变换器（变换器（DC-DC、DC-AC变换器）变换器）电电力力电电子子技技术术1.3.3电力电子技术在可再生能源发电系统中电力电子技术在可再生能源发电系统中 的应的应用用风力发电系统风力发电系统 风力发电按照风轮风力发电按照风轮发电机转速发电机转速是否恒是否恒定分为定转速运行与可变速运行两种方式定分为定转速运行与可变速运行两种方式 按照发按照发电机的结构电机的结构区分，有异步发电机、同步发电区分，有异步发电机、同步发电机、永磁式发电机、无刷双馈发电机和开关磁阻发电机机、永磁式发电机、无刷双馈发电机和开关磁阻发电机等机型等机型 按照按照风力发电的风力发电的运行方式运行方式可分为独立运行、并网运可分为独立运行、并网运行、与其它发电方式互补运行等。行、与其它发电方式互补运行等。主要风力发电系统主要风力发电系统： u恒恒速恒频风力发电系统速恒频风力发电系统u变速恒频风力发电系统变速恒频风力发电系统 1.1电力电子技术的定义电力电子技术的定义1.2电力电子技术的发展电力电子技术的发展1.3电力电子技术的应用电力电子技术的应用 1.3.1电力电子技术在电源中的电力电子技术在电源中的应用应用 1.3.2电力电子技术在电力系统电力电子技术在电力系统中的应用中的应用 1.3.3电力电子技术在可再生能电力电子技术在可再生能源发电系统中的应用源发电系统中的应用 1.3.4电力电子技术在微电网中电力电子技术在微电网中的应用的应用 1.3.5电力电子技术在在环保系电力电子技术在在环保系统中的应用统中的应用 1.3.6电力电子技术在节能中的电力电子技术在节能中的应用应用电电力力电电子子技技术术1.3.3电力电子技术在可再生能源发电系统中电力电子技术在可再生能源发电系统中 的应的应用用 图1.7 异步发电机的恒速恒频风力发电系统恒速恒频风力发电系统恒速恒频风力发电系统 早期主要采用以笼型异步发电机为主的恒速恒频运行方式，如图早期主要采用以笼型异步发电机为主的恒速恒频运行方式，如图1.7所示：所示：1.1电力电子技术的定义电力电子技术的定义1.2电力电子技术的发展电力电子技术的发展1.3电力电子技术的应用电力电子技术的应用 1.3.1电力电子技术在电源中的电力电子技术在电源中的应用应用 1.3.2电力电子技术在电力系统电力电子技术在电力系统中的应用中的应用 1.3.3电力电子技术在可再生能电力电子技术在可再生能源发电系统中的应用源发电系统中的应用 1.3.4电力电子技术在微电网中电力电子技术在微电网中的应用的应用 1.3.5电力电子技术在在环保系电力电子技术在在环保系统中的应用统中的应用 1.3.6电力电子技术在节能中的电力电子技术在节能中的应用应用 它具有结构简单、运行可靠、成本相对较低等优点，并网采用它具有结构简单、运行可靠、成本相对较低等优点，并网采用直接并网方式，风力机一旦并网运行，其转速基本不变直接并网方式，风力机一旦并网运行，其转速基本不变电电力力电电子子技技术术1.3.3电力电子技术在可再生能源发电系统中电力电子技术在可再生能源发电系统中 的应的应用用缺点（缺点（1）发电机转速固定，只能在某一特定风速运行时才发电机转速固定，只能在某一特定风速运行时才能达到最佳的功率运行点，当风速改变时风力机就会偏离能达到最佳的功率运行点，当风速改变时风力机就会偏离最佳功率运行点，导致发电量下降最佳功率运行点，导致发电量下降 （2）输出功率因数较低，需要电容器组进行无功补偿）输出功率因数较低，需要电容器组进行无功补偿1.1电力电子技术的定义电力电子技术的定义1.2电力电子技术的发展电力电子技术的发展1.3电力电子技术的应用电力电子技术的应用 1.3.1电力电子技术在电源中的电力电子技术在电源中的应用应用 1.3.2电力电子技术在电力系统电力电子技术在电力系统中的应用中的应用 1.3.3电力电子技术在可再生能电力电子技术在可再生能源发电系统中的应用源发电系统中的应用 1.3.4电力电子技术在微电网中电力电子技术在微电网中的应用的应用 1.3.5电力电子技术在在环保系电力电子技术在在环保系统中的应用统中的应用 1.3.6电力电子技术在节能中的电力电子技术在节能中的应用应用变速恒频风力发电系统变速恒频风力发电系统 能最大限度的利用风能，提高风力发电机组性能，已经成能最大限度的利用风能，提高风力发电机组性能，已经成为风力发电的主流。为风力发电的主流。 需高性能的电力电子变换装置，以保证风力机可在大范围需高性能的电力电子变换装置，以保证风力机可在大范围的风速变化时保持高效运行的风速变化时保持高效运行电电力力电电子子技技术术1.3.3电力电子技术在可再生能源发电系统中电力电子技术在可再生能源发电系统中 的应的应用用 图1.8 变速恒频风力发电系统实现变速恒频风力发电的方案有感应发电机全功率系统、永实现变速恒频风力发电的方案有感应发电机全功率系统、永磁同步直驱全功率系统以及异步双馈系统等磁同步直驱全功率系统以及异步双馈系统等1.1电力电子技术的定义电力电子技术的定义1.2电力电子技术的发展电力电子技术的发展1.3电力电子技术的应用电力电子技术的应用 1.3.1电力电子技术在电源中的电力电子技术在电源中的应用应用 1.3.2电力电子技术在电力系统电力电子技术在电力系统中的应用中的应用 1.3.3电力电子技术在可再生能电力电子技术在可再生能源发电系统中的应用源发电系统中的应用 1.3.4电力电子技术在微电网中电力电子技术在微电网中的应用的应用 1.3.5电力电子技术在在环保系电力电子技术在在环保系统中的应用统中的应用 1.3.6电力电子技术在节能中的电力电子技术在节能中的应用应用电电力力电电子子技技术术1.3.3电力电子技术在可再生能源发电系统中电力电子技术在可再生能源发电系统中 的应的应用用燃料电池发电系统燃料电池发电系统 燃料电池是一种将持续供给的燃料燃料电池是一种将持续供给的燃料和氧化剂中的化学能连续不断地转化为电能的电化学装置和氧化剂中的化学能连续不断地转化为电能的电化学装置 它发电最大的优势是高效、洁净，无污染、噪声低，它发电最大的优势是高效、洁净，无污染、噪声低，模块结构、积木性强、不受卡诺循环限制，能量转换效率模块结构、积木性强、不受卡诺循环限制，能量转换效率高，其效率可达高，其效率可达40 65 燃料电池并网发电功率调节系统的结构如图燃料电池并网发电功率调节系统的结构如图1.9所示所示图1.9 燃料电池发电并网发电系统1.1电力电子技术的定义电力电子技术的定义1.2电力电子技术的发展电力电子技术的发展1.3电力电子技术的应用电力电子技术的应用 1.3.1电力电子技术在电源中的电力电子技术在电源中的应用应用 1.3.2电力电子技术在电力系统电力电子技术在电力系统中的应用中的应用 1.3.3电力电子技术在可再生能电力电子技术在可再生能源发电系统中的应用源发电系统中的应用 1.3.4电力电子技术在微电网中电力电子技术在微电网中的应用的应用 1.3.5电力电子技术在在环保系电力电子技术在在环保系统中的应用统中的应用 1.3.6电力电子技术在节能中的电力电子技术在节能中的应用应用电电力力电电子子技技术术1.3.3电力电子技术在可再生能源发电系统中电力电子技术在可再生能源发电系统中 的应的应用用混合能源发电系统混合能源发电系统 利用不同能源的互补组合，提高可利用不同能源的互补组合，提高可再生能源的利用率。例如：利用太阳能与燃料电池可以组再生能源的利用率。例如：利用太阳能与燃料电池可以组成成“太阳能光伏制氢储能太阳能光伏制氢储能燃料电池发电系统燃料电池发电系统”，其结构，其结构如图如图1.10所示所示 图1.10 太阳能光伏制氢储能-燃料电池放电系统1.1电力电子技术的定义电力电子技术的定义1.2电力电子技术的发展电力电子技术的发展1.3电力电子技术的应用电力电子技术的应用 1.3.1电力电子技术在电源中的电力电子技术在电源中的应用应用 1.3.2电力电子技术在电力系统电力电子技术在电力系统中的应用中的应用 1.3.3电力电子技术在可再生能电力电子技术在可再生能源发电系统中的应用源发电系统中的应用 1.3.4电力电子技术在微电网中电力电子技术在微电网中的应用的应用 1.3.5电力电子技术在在环保系电力电子技术在在环保系统中的应用统中的应用 1.3.6电力电子技术在节能中的电力电子技术在节能中的应用应用back电电力力电电子子技技术术1.3.4电力电子技术在微电网中的应用电力电子技术在微电网中的应用 图图1.11 1.11 微电网基本结构图微电网基本结构图1.1电力电子技术的定义电力电子技术的定义1.2电力电子技术的发展电力电子技术的发展1.3电力电子技术的应用电力电子技术的应用 1.3.1电力电子技术在电源中的电力电子技术在电源中的应用应用 1.3.2电力电子技术在电力系统电力电子技术在电力系统中的应用中的应用 1.3.3电力电子技术在可再生能电力电子技术在可再生能源发电系统中的应用源发电系统中的应用 1.3.4电力电子技术在微电网中电力电子技术在微电网中的应用的应用 1.3.5电力电子技术在在环保系电力电子技术在在环保系统中的应用统中的应用 1.3.6电力电子技术在节能中的电力电子技术在节能中的应用应用微电网微电网 是一种规模较是一种规模较小的分散的独立系统，小的分散的独立系统，能更好地发挥分布式发能更好地发挥分布式发电潜能。一般将微电网电潜能。一般将微电网中的分布式电源叫做微中的分布式电源叫做微型电源型电源(MicroSource)亦简称微源亦简称微源(MS) 图图1.11为美国电力可为美国电力可靠性技术解决方案协会靠性技术解决方案协会 CERTS定义的一个定义的一个微电网基本结构图微电网基本结构图 back电电力力电电子子技技术术1.3.5电力电子技术在环保系统中的应用电力电子技术在环保系统中的应用高压静电除尘高压静电除尘 利用高压电场的静电力，使粉尘荷电产利用高压电场的静电力，使粉尘荷电产生定向运动而从气体中分离得到净化的方法。由升压变压生定向运动而从气体中分离得到净化的方法。由升压变压器、高压整流器、控制元件、自动控制反馈器、高压整流器、控制元件、自动控制反馈4部分组成，部分组成，如图如图1.12所示所示图图1.12 1.12 高压静电除尘系统结构高压静电除尘系统结构1.1电力电子技术的定义电力电子技术的定义1.2电力电子技术的发展电力电子技术的发展1.3电力电子技术的应用电力电子技术的应用 1.3.1电力电子技术在电源中的电力电子技术在电源中的应用应用 1.3.2电力电子技术在电力系统电力电子技术在电力系统中的应用中的应用 1.3.3电力电子技术在可再生能电力电子技术在可再生能源发电系统中的应用源发电系统中的应用 1.3.4电力电子技术在微电网中电力电子技术在微电网中的应用的应用 1.3.5电力电子技术在在环保系电力电子技术在在环保系统中的应用统中的应用 1.3.6电力电子技术在节能中的电力电子技术在节能中的应用应用电电力力电电子子技技术术1.3.5电力电子技术在环保系统中的应用电力电子技术在环保系统中的应用电解法臭氧发生器电解法臭氧发生器 利用利用直流电源直流电源电解含氧电解质电解含氧电解质产生臭氧气体，具有浓度高、成分纯净、在水中溶解产生臭氧气体，具有浓度高、成分纯净、在水中溶解度高的优点。度高的优点。 烟气脱硫脱氮应用烟气脱硫脱氮应用 烟气脱硫脱氮技术是一项跨行烟气脱硫脱氮技术是一项跨行业、多学科的系统工程离不开电力电子技术的支持业、多学科的系统工程离不开电力电子技术的支持,其中电子束氨法烟气脱硫脱氮系统中运用的其中电子束氨法烟气脱硫脱氮系统中运用的高频高压高频高压开关电源开关电源、高能电子加速器高能电子加速器等都应用了电力电子技术等都应用了电力电子技术 1.1电力电子技术的定义电力电子技术的定义1.2电力电子技术的发展电力电子技术的发展1.3电力电子技术的应用电力电子技术的应用 1.3.1电力电子技术在电源中的电力电子技术在电源中的应用应用 1.3.2电力电子技术在电力系统电力电子技术在电力系统中的应用中的应用 1.3.3电力电子技术在可再生能电力电子技术在可再生能源发电系统中的应用源发电系统中的应用 1.3.4电力电子技术在微电网中电力电子技术在微电网中的应用的应用 1.3.5电力电子技术在在环保系电力电子技术在在环保系统中的应用统中的应用 1.3.6电力电子技术在节能中的电力电子技术在节能中的应用应用back电电力力电电子子技技术术1.3.6 电力电子技术在节能中的应用电力电子技术在节能中的应用交流电动机运行节能交流电动机运行节能 主要包括主要包括变频调速节电、功率因数变频调速节电、功率因数补偿节电以及轻载调压节电补偿节电以及轻载调压节电三种主要方式：三种主要方式：u变变频频调调速速节节电电 主主要要是是利利用用交交流流变变频频器器根根据据负负载载特特性性及及运运行行要要求求调节交流电动机转速，从而实现节电运行调节交流电动机转速，从而实现节电运行 u功功率率因因数数补补偿偿节节电电 采采用用适适当当的的电电力力电电子子投投切切装装置置(如如晶晶闸闸管管投投切切电电容容器器（TSC）)将将补补偿偿电电容容器器组组直直接接与与电电动动机机并并联联运运行行，以以实现交流电动机运行时的功率因数补偿，从而达到节电目的实现交流电动机运行时的功率因数补偿，从而达到节电目的 u轻轻载载调调压压节节电电 利利用用电电力力电电子子调调压压器器驱驱动动交交流流电电动动机机，当当电电动动机机轻轻载载运运行行时时，通通过过电电力力电电子子调调压压器器调调节节电电动动机机的的定定子子端端电电压压，使使之之与与电电动动机机的的负负载载率率合合理理匹匹配配，会会降降低低电电动动机机的的励励磁磁电电流流，从从而而降降低低铁铁耗耗和和从从电电网网吸吸收收的的无无功功功功率率，实实现现交交流流电电动动机机的的节节电运行电运行1.1电力电子技术的定义电力电子技术的定义1.2电力电子技术的发展电力电子技术的发展1.3电力电子技术的应用电力电子技术的应用 1.3.1电力电子技术在电源中的电力电子技术在电源中的应用应用 1.3.2电力电子技术在电力系统电力电子技术在电力系统中的应用中的应用 1.3.3电力电子技术在可再生能电力电子技术在可再生能源发电系统中的应用源发电系统中的应用 1.3.4电力电子技术在微电网中电力电子技术在微电网中的应用的应用 1.3.5电力电子技术在在环保系电力电子技术在在环保系统中的应用统中的应用 1.3.6电力电子技术在节能中的电力电子技术在节能中的应用应用电电力力电电子子技技术术1.3.6 电力电子技术在节能中的应用电力电子技术在节能中的应用 图1.13 高频无极灯的电路结构1.1电力电子技术的定义电力电子技术的定义1.2电力电子技术的发展电力电子技术的发展1.3电力电子技术的应用电力电子技术的应用 1.3.1电力电子技术在电源中的电力电子技术在电源中的应用应用 1.3.2电力电子技术在电力系统电力电子技术在电力系统中的应用中的应用 1.3.3电力电子技术在可再生能电力电子技术在可再生能源发电系统中的应用源发电系统中的应用 1.3.4电力电子技术在微电网中电力电子技术在微电网中的应用的应用 1.3.5电力电子技术在在环保系电力电子技术在在环保系统中的应用统中的应用 1.3.6电力电子技术在节能中的电力电子技术在节能中的应用应用高效节能照明高效节能照明 高效节能高效节能照明是指发光效率较高的电照明是指发光效率较高的电光源节能灯。它们大都利用光源节能灯。它们大都利用高频电力电子变换技术高频电力电子变换技术 近几年我国推广的节能灯有：近几年我国推广的节能灯有：稀土荧光灯、高频无极灯、稀土荧光灯、高频无极灯、高压钠灯、双绞丝型的白炽高压钠灯、双绞丝型的白炽灯等灯等 电电力力电电子子技技术术1.3.6 电力电子技术在节能中的应用电力电子技术在节能中的应用变频调速节能应用变频调速节能应用u变变风风量量空空调调控控制制 利利用用送送风风电电机机的的变变频频调调速速改改变变送送入入各各房房间间的的风风量量来来满满足足房房间间负负荷荷的的变变化化，使使整整个个空空调调系系统统可可以以随随着着负负荷荷的的变变化调节总送风量，从而达到节电运行效果化调节总送风量，从而达到节电运行效果 u油油田田高高压压注注水水泵泵系系统统的的变变水水量量控控制制 油油田田注注水水是是中中国国很很多多油油田田保保持持原原油油高高产产稳稳产产的的重重要要有有效效措措施施，采采用用中中电电压压(310kV)、中中大大功功率率变变频频调调速速装装置置对对油油田田注注水水泵泵用用电电动动机机实实行行变变转转速速调调节节，实实现注水泵变水量控制，起到非常有效节能的效果现注水泵变水量控制，起到非常有效节能的效果u 城城市市供供水水系系统统的的流流量量控控制制 城城市市大大型型水水厂厂采采用用交交流流调调速速技技术术是是节节电电的的重重要要措措施施，利利用用变变频频调调速速器器对对水水泵泵电电机机进进行行调调速速，即即根根据据实实际际用用水水需需求求调调节节水水量量，则则能能在在保保证证恒恒压压供供水水的的同同时时实实现现了了供供水系统的节能运行水系统的节能运行1.1电力电子技术的定义电力电子技术的定义1.2电力电子技术的发展电力电子技术的发展1.3电力电子技术的应用电力电子技术的应用 1.3.1电力电子技术在电源中的电力电子技术在电源中的应用应用 1.3.2电力电子技术在电力系统电力电子技术在电力系统中的应用中的应用 1.3.3电力电子技术在可再生能电力电子技术在可再生能源发电系统中的应用源发电系统中的应用 1.3.4电力电子技术在微电网中电力电子技术在微电网中的应用的应用 1.3.5电力电子技术在在环保系电力电子技术在在环保系统中的应用统中的应用 1.3.6电力电子技术在节能中的电力电子技术在节能中的应用应用电电力力电电子子技技术术1.3.6 电力电子技术在节能中的应用电力电子技术在节能中的应用图图1.14 1.14 静止无功补偿器静止无功补偿器(SVC)(SVC)典型结构典型结构 无功补偿节能应用无功补偿节能应用 （1）静止无功补偿器）静止无功补偿器(SVC) 用以晶用以晶闸管为基本元件的固态开关替代了闸管为基本元件的固态开关替代了电气开关，实现快速、频繁地以控电气开关，实现快速、频繁地以控制电抗器和电容器的方式改变输电制电抗器和电容器的方式改变输电系统的导纳系统的导纳 图图14是基于晶闸管控制电抗器是基于晶闸管控制电抗器(TCR)的的SVC结构结构1.1电力电子技术的定义电力电子技术的定义1.2电力电子技术的发展电力电子技术的发展1.3电力电子技术的应用电力电子技术的应用 1.3.1电力电子技术在电源中的电力电子技术在电源中的应用应用 1.3.2电力电子技术在电力系统电力电子技术在电力系统中的应用中的应用 1.3.3电力电子技术在可再生能电力电子技术在可再生能源发电系统中的应用源发电系统中的应用 1.3.4电力电子技术在微电网中电力电子技术在微电网中的应用的应用 1.3.5电力电子技术在在环保系电力电子技术在在环保系统中的应用统中的应用 1.3.6电力电子技术在节能中的电力电子技术在节能中的应用应用电电力力电电子子技技术术1.3.6 电力电子技术在节能中的应用电力电子技术在节能中的应用 图1.15 电力有源滤波器(APF)的基本结构1.1电力电子技术的定义电力电子技术的定义1.2电力电子技术的发展电力电子技术的发展1.3电力电子技术的应用电力电子技术的应用 1.3.1电力电子技术在电源中的电力电子技术在电源中的应用应用 1.3.2电力电子技术在电力系统电力电子技术在电力系统中的应用中的应用 1.3.3电力电子技术在可再生能电力电子技术在可再生能源发电系统中的应用源发电系统中的应用 1.3.4电力电子技术在微电网中电力电子技术在微电网中的应用的应用 1.3.5电力电子技术在在环保系电力电子技术在在环保系统中的应用统中的应用 1.3.6电力电子技术在节能中的电力电子技术在节能中的应用应用（2）电力有源滤波器（）电力有源滤波器（APF）目目前前谐波抑制谐波抑制的一个重要趋势是采用的一个重要趋势是采用电力有源滤波器电力有源滤波器(APF)，它是一种基，它是一种基于于DC-AC变换的电力电子装置，其变换的电力电子装置，其结构如图结构如图15所示：所示：APF的基本原理是从补偿对象中检的基本原理是从补偿对象中检测出谐波电流，由补偿装置产生一测出谐波电流，由补偿装置产生一个与该谐波电流大小相等而极性相个与该谐波电流大小相等而极性相反的补偿电流而消除电网电流谐波反的补偿电流而消除电网电流谐波 back