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1、会计学1柔性柔性(ru xn)电力技术电力技术第一页，共48页。电能电能(dinnng)利用在人类能量利用利用在人类能量利用中的比例？中的比例？电能的利用电能的利用(lyng)形态？形态？电力工程3040一百年来人类技术一百年来人类技术(jsh)领域领域最杰出的成就？最杰出的成就？发电输电配电用电第1页/共48页第二页，共48页。当今世界所当今世界所面临的主要面临的主要(zhyo)问题？问题？能源与环境(hunjng)问题！电能高效、高稳定性、高品质的产生、传输(chun sh)与利用重要解决方案：电力电子技术！第2页/共48页第三页，共48页。电力电子电力电子(dinz)技术（技术（Powe
2、r Electronics)基于功率器件构成的基于功率器件构成的电路电路(dinl)与系统与系统能够对电能进行变换与控制的技术能够对电能进行变换与控制的技术第3页/共48页第四页，共48页。电能一次经过电力电子电能一次经过电力电子设备设备(shbi)的比例？的比例？电力电子电力电子(dinz)技术应用的技术应用的功率范围和领域？功率范围和领域？计算机、TV、调光灯变频空调、冰箱高压直流输电(shdin)、电气化铁道2000：502010：75800GW50功率范围：mWMW应用领域：身边的电力电子技术？身边的电力电子技术？第4页/共48页第五页，共48页。电力电子电力电子(dinz)技术的应用
3、领技术的应用领域域 电力电子器件技术电力电子器件技术(jsh)(jsh)的应用的应用电力系统(din l x tn)产业、交通领域GTOIGBTMOSFET晶闸管100M10M1M 100k10k1k 100101001k10k100k1M控制容量（VA）工作频率（Hz）信息处理领域第5页/共48页第六页，共48页。Scope and Applicationsn n电力系统(din l x tn)：电能的产生、传输 n n交通运输：电力机车、电动汽车n n航空航天：电源与动力系统n n节能与环保：照明、电机驱动n n工业自动化系统：电源与控制n n加工企业：电焊、电解、电镀、电加热第6页/共4
4、8页第七页，共48页。传统电能传统电能传统电能传统电能(dinnng)(dinnng)的产生输配及的产生输配及的产生输配及的产生输配及应用应用应用应用第7页/共48页第八页，共48页。传统的电力系统传统的电力系统传统的电力系统传统的电力系统(din l x(din l x t t n n)特点特点特点特点n n发、供、用必需同时完成n n各机组必需严格同步n n潮流只能由系统阻抗决定n n供电模式(msh)单一n n电能质量只能实现静态调节n n负载电力调节特性差n n负载电能利用效率低第8页/共48页第九页，共48页。现代社会现代社会现代社会现代社会(shhu)(shhu)对电力需求的新对电
5、力需求的新对电力需求的新对电力需求的新特点特点特点特点n n控制灵活、形式多样的发电系统：控制灵活、形式多样的发电系统：n n出力动态调节的需求出力动态调节的需求n n规模化可在生能源发电技术的发展规模化可在生能源发电技术的发展n n潮流可控、安全稳定的输电潮流可控、安全稳定的输电(shdin)(shdin)系统系统:n n电力市场发展的需求电力市场发展的需求n n远距离、大功率、高电压电能传输的需求远距离、大功率、高电压电能传输的需求n n模式多样、质量可控的配电系统：模式多样、质量可控的配电系统：n n分布电源技术发展与应用的需求分布电源技术发展与应用的需求n n动态电能质量控制的需求动态
6、电能质量控制的需求n n可控性好、高效节能的用电系统：可控性好、高效节能的用电系统：n n用电设备控制特性的需求用电设备控制特性的需求n n节能与环保的需求节能与环保的需求第9页/共48页第十页，共48页。传统电力技术应用传统电力技术应用传统电力技术应用传统电力技术应用(yngyng)(yngyng)及其局及其局及其局及其局限限限限n n传统电力技术的应用：传统电力技术的应用：n n新建电力传送线路；新建电力传送线路；n n负荷中心建立电厂；负荷中心建立电厂；n n局限：局限：n n电力市场使投资风险增加；电力市场使投资风险增加；n n环境资源对新建线路与电厂的限制环境资源对新建线路与电厂的限
7、制(xinzh)(xinzh)；n n无法应对非线性负荷的快速增长；无法应对非线性负荷的快速增长；n n无法应对分布电源的作用；无法应对分布电源的作用；n n无法满足高电能质量的要求；无法满足高电能质量的要求；第10页/共48页第十一页，共48页。第11页/共48页第十二页，共48页。国外智能国外智能国外智能国外智能国外智能国外智能(zh nn(zh nn(zh nn )电网研究概电网研究概电网研究概电网研究概电网研究概电网研究概况况况况况况驱动(q dn)因素 美国美国美国美国:年美加大停电后，美年美加大停电后，美年美加大停电后，美年美加大停电后，美国电力行业决心国电力行业决心国电力行业决心
8、国电力行业决心(juxn)(juxn)利用信利用信利用信利用信息技术对陈旧老化的电力设施进息技术对陈旧老化的电力设施进息技术对陈旧老化的电力设施进息技术对陈旧老化的电力设施进行彻底改造，开展智能电网研究，行彻底改造，开展智能电网研究，行彻底改造，开展智能电网研究，行彻底改造，开展智能电网研究，以期建设满足智能控制、智能管以期建设满足智能控制、智能管以期建设满足智能控制、智能管以期建设满足智能控制、智能管理、智能分析为特征的灵活应变理、智能分析为特征的灵活应变理、智能分析为特征的灵活应变理、智能分析为特征的灵活应变的智能电网的智能电网的智能电网的智能电网.(.(加州：加州：加州：加州：R E-R
9、 E-2010:20%,2020:33%,2010:20%,2020:33%,如达不到，如达不到，如达不到，如达不到，罚款高达罚款高达罚款高达罚款高达$10-55/MWh)$10-55/MWh)欧洲欧洲:发展智能电网也有其独特的发发展智能电网也有其独特的发发展智能电网也有其独特的发发展智能电网也有其独特的发展背景，欧洲智能电网的兴起主展背景，欧洲智能电网的兴起主展背景，欧洲智能电网的兴起主展背景，欧洲智能电网的兴起主要是大力开发可再生能源、清洁要是大力开发可再生能源、清洁要是大力开发可再生能源、清洁要是大力开发可再生能源、清洁能源，以及电力需求趋于饱和后能源，以及电力需求趋于饱和后能源，以及电
10、力需求趋于饱和后能源，以及电力需求趋于饱和后提高供电可靠性和电能质量等需提高供电可靠性和电能质量等需提高供电可靠性和电能质量等需提高供电可靠性和电能质量等需求所决定的。求所决定的。求所决定的。求所决定的。第12页/共48页第十三页，共48页。AMR的效益的效益(xioy)n n总体发展目标总体发展目标(mbio)(mbio)：以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展：以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强电网为基础，利用先进的通信、信息和控制技术，构建以信息化、的坚强电网为基础，利用先进的通信、信息和控制技术，构建以信息化、数字化、自动化、互动化为特征的自主创新、国际领先的坚强智能电网
11、数字化、自动化、互动化为特征的自主创新、国际领先的坚强智能电网n n主要特征：技术上实现信息化、数字化、自动化、互动化；管理上实现主要特征：技术上实现信息化、数字化、自动化、互动化；管理上实现集团化、集约化、精益化、标准化集团化、集约化、精益化、标准化n n基本内涵：坚强可靠、经济高效、清洁环保、透明开放、友好互动基本内涵：坚强可靠、经济高效、清洁环保、透明开放、友好互动n n基本构架：电网基础、技术支撑、智能应用、标准规范基本构架：电网基础、技术支撑、智能应用、标准规范n n应用环节应用环节:发电、线路、变电、配电、用户、调度发电、线路、变电、配电、用户、调度中国智能电网的定义2023/2/
12、2614第13页/共48页第十四页，共48页。电力电子技术(jsh)是实现智能电网控制功能的执行单元柔性电力技术可对电能(dinnng)进行变换与调节的技术第14页/共48页第十五页，共48页。智能电网智能电网(dinwng)控制技术的控制技术的构成构成第15页/共48页第十六页，共48页。柔性电力柔性电力柔性电力柔性电力(dinl)(dinl)技术概念图技术概念图技术概念图技术概念图第16页/共48页第十七页，共48页。n nASPSAdjustable Speed Pump Storage,可变速抽水蓄能n nVFDVariable Frequency Drive,变频调速技术在火电厂中的
13、应用n n风力发电的功率(gngl)调控n n太阳能发电功率(gngl)变换n n燃料电池应用中的功率(gngl)变换n n微型燃气轮机发电中的功率(gngl)变换发电发电发电发电(fdin)(fdin)系统的柔性化技术系统的柔性化技术系统的柔性化技术系统的柔性化技术第17页/共48页第十八页，共48页。输电系统输电系统输电系统输电系统(xt(xt ng)ng)的柔性化技术的柔性化技术的柔性化技术的柔性化技术HVDCHigh Voltage DC transmission,高压直流输电UPFCUniform Power Flow Controller,统一潮流控制(kngzh)器TCSC Th
14、yristor Controlled Series Compensator,晶闸管控制(kngzh)串联补偿SVC Static Var Compensator,静止无功补偿器SVG Static Var Generator(STATCOM),静止无功发生器SMES Super-conducting Magnetic Energy Storage，超导储能第18页/共48页第十九页，共48页。配电配电配电配电(pi din)(pi din)系统的柔性化技术系统的柔性化技术系统的柔性化技术系统的柔性化技术A.F.Active Filter,有源电力滤波器DVRDynamic Voltage Re
15、gulator,动态电压调节器SCB Solid-state Circuit Breaker,固态断路器D-SVC Distribution Var Compensator 配网静止无功补偿器D-SVG Distribution Var Generator(STATCOM)配网静止无功发生器HVDC light 轻型直流输电(shdin)DSMES Distribution SMES，配电系统用超导储能第19页/共48页第二十页，共48页。用电设备用电设备用电设备用电设备(shbi)(shbi)的柔性化技术的柔性化技术的柔性化技术的柔性化技术PQR Power Quality Regulato
16、r,电能质量调节器UPSUninterruptable Power Supply,交流不间断电源F.C.Frequency Converter,频率变换器VFDVariable Frequency Drive,电机(dinj)变频调速技术EB Electronic Ballast,照明电力电子电源 IHInduction Heating,感应加热第20页/共48页第二十一页，共48页。短片短片(dun pin)FACTS&Custom Power第21页/共48页第二十二页，共48页。电力电力(dinl)电子技术的三个电子技术的三个层面层面PE器件(qjin)PE电路(dinl)PE系统第22
17、页/共48页第二十三页，共48页。电力电力(dinl)电子器件的分类电子器件的分类第23页/共48页第二十四页，共48页。Si Si 材料电力电子器件的发展材料电力电子器件的发展(fzhn)(fzhn)状况状况第24页/共48页第二十五页，共48页。光触发光触发光触发光触发(chf)(chf)晶闸管晶闸管晶闸管晶闸管 LTT LTT新型光敏区新型门射极结构优化质子辐射(fsh)技术8kV/3.6kA LTT:导通压降：2.7V触发(chf)功率：8mWdv/dt:3000V/sdi/dt:300A/s第25页/共48页第二十六页，共48页。全控器件全控器件全控器件全控器件(qjin)(qjin
18、)发展历程发展历程发展历程发展历程第26页/共48页第二十七页，共48页。IGCT&IEGTIGCT&IEGTIGCT&IEGTIGCT&IEGTn n晶体管的关断特性与晶闸管的晶体管的关断特性与晶闸管的导通特性相结合导通特性相结合n n门极低电感设计门极低电感设计(shj)(shj)、关、关断发生在变成晶体管之后断发生在变成晶体管之后n n无需吸收电路无需吸收电路n较IGCT导通电阻小，损耗(snho)小n驱动控制更为简单第27页/共48页第二十八页，共48页。Si-SiCSi材料的 物性(w xn)极限SiC结晶体构造多样4H-SiC(4层6方体结构）能量(nngling)禁制带幅高，特别
19、适于电力控制第28页/共48页第二十九页，共48页。Si，SiC特性(txng)对照SiC材料的耐压水平比Si材料可提高10倍；SiC耐温水平提高23倍，这表明Si器件的通过电流的能力提高2倍；SiC材料器件散热设计简单，从而(cngr)SiC材料器件的综合功率处理能力比Si材料器件可提高一个数量级；速度的提高及热传导性能的改善，工作频率可以提高610倍。第29页/共48页第三十页，共48页。器件(qjin)体积与损耗SiSiC1/5-1/10第30页/共48页第三十一页，共48页。SOURCECONVERTERSINKDCorACACorDC电力(dinl)电子电路第31页/共48页第三十二
20、页，共48页。矩阵(jzhn)换流器第32页/共48页第三十三页，共48页。H桥式多电平(dinpn)换流器第33页/共48页第三十四页，共48页。波形波形波形波形(b xn(b xn)示例示例示例示例单元波形移相最优开关PWM相电压输出到电机的线电压第34页/共48页第三十五页，共48页。模块化多电平(dinpn)换流器第35页/共48页第三十六页，共48页。柔性电力柔性电力柔性电力柔性电力(dinl)(dinl)(dinl)(dinl)依赖的技术之二依赖的技术之二依赖的技术之二依赖的技术之二能量(nngling)存储技术能量缓冲能量平衡(pnghng)能量后备第36页/共48页第三十七页，
21、共48页。蓄能技术(jsh)及其发展蓄能设备理论能量密度(Wh/kg)目前能量密度(Wh/kg)效率（%)目前寿命（充放电回数）铅酸电池16735801500NaS电池780100872250飞轮储能5-101.880105超级电容10385-98105超导储能30020090107第37页/共48页第三十八页，共48页。电池(dinch)与飞轮储能第38页/共48页第三十九页，共48页。超导储能超导储能超导储能超导储能(ch nn)(SMES)(ch nn)(SMES)(ch nn)(SMES)(ch nn)(SMES)及其应用及其应用及其应用及其应用第39页/共48页第四十页，共48页。超
22、级电容技术超级电容技术超级电容技术超级电容技术(jsh)(jsh)(jsh)(jsh)电气双层电容蓄能电气双层电容蓄能电气双层电容蓄能电气双层电容蓄能第40页/共48页第四十一页，共48页。抽水抽水(chu shu)蓄能技术蓄能技术概要：抽水蓄能电站的出现与发展特点：效率(xio l)，地理条件，控制方式新进展：可变速抽水蓄能第41页/共48页第四十二页，共48页。调节调节调节调节(tioji)(tioji)方式方式方式方式定子频率调节方式调节范围大，容量大，造价高转子励磁(l c)调节方式调节范围有限，但容量小，造价低nn2=n1=同步(tngb)转速 第42页/共48页第四十三页，共48页
23、。柔性电力依赖柔性电力依赖柔性电力依赖柔性电力依赖(yli)(yli)(yli)(yli)的技术之三的技术之三的技术之三的技术之三信息处理技术信息处理技术(jsh)(jsh)监测(jin c)控制数据传输与共享第43页/共48页第四十四页，共48页。微控制器技术(jsh)的发展处理能力的增强：1000MIPS资源的扩充：PWM嵌入式操作系统：RTOS硬件与软件的通融：CPLD第44页/共48页第四十五页，共48页。片上系统(xtng)SOPC软件硬件化：高可靠性并行处理：实现高速度现场(xinchng)可编程：高度灵活性CPLDFPGA第45页/共48页第四十六页，共48页。网络网络网络网络(w(w nglu)nglu)技术的发展技术的发展技术的发展技术的发展单片机网络(wnglu)技术：LONWORKS局域网络(wnglu)技术：LANWORKS广域网络(wnglu)技术：INTERNET媒介(miji)多样化协议规范化第46页/共48页第四十七页，共48页。智慧与力量智慧与力量(l ling)的结合的结合第47页/共48页第四十八页，共48页。