1、第一讲电力电子技术概述及其在智能电网中的应用简介 1ppt课件第一节 电力电子技术概述2ppt课件1 什么是电力电子技术3ppt课件1.1 电力电子与信息电子模拟电子技术电子技术信息电子技术电力电子技术数字电子技术4ppt课件1.1 电力电子与信息电子IEEEIEEE给出电力电子技术的定义：给出电力电子技术的定义：Power electronics is the Power electronics is the technology associated with technology associated with the efficient conversion, the efficien
2、t conversion, control and conditioning of control and conditioning of electric power by static electric power by static means from its available means from its available input form into the desired input form into the desired electrical output form.electrical output form. 当今世界电力能源的使用约占总能源的40%40%。而电能
3、中有。而电能中有40%40%需需要经过电力电子设备的变换才能要经过电力电子设备的变换才能被使用。被使用。5ppt课件1.2 两大分支6ppt课件1.2 两大分支 电力交流和直流两种 从公用电网直接得到的是交流，从蓄电池和干电池得到的是直流。 交流变直流、直流变交流、直流变直流、交流变交流表1 电力变换的种类逆变直流斩波直流交流电力控制变频、变相整流交流交流直流输出 输入7ppt课件1.3 与相关学科的关系电力电力电子学电子学电子学电子学电力学电力学控制控制理论理论连续、离散 电路、器件静止器、旋转电机图1 描述电力电子学的倒三角形8ppt课件1.3 与相关学科的关系9ppt课件1.3 与相关学
4、科的关系10ppt课件1.3 与相关学科的关系控制理论广泛用于电力电子系统中。电力电子技术是弱电控制强电的技术， 是弱电和强电的接口；控制理论是这种接口的有力纽带。电力电子装置是自动化技术的基础元件和 重要支撑技术。11ppt课件1.4 地位和未来12ppt课件2 电力电子技术的发展史13ppt课件2 电力电子技术的发展史电力电子技术的发展史是以电力电子器件的发展史为纲的。晶闸管问世，(“公元元年”)IGBT及功率集成器件出现和发展时代晶闸管时代水银（汞弧）整流器时代电子管问世全控型器件迅速发展时期史前期（黎明期）1904193019471957197019801990 2000t(年)晶体管
5、诞生14ppt课件电力电子技术发展方向集成化集成化模块化模块化智能化智能化高频化高频化不断提高装置效率不断提高装置效率不断拓展电压应用范围不断拓展电压应用范围15ppt课件3 电力电子技术的应用一般工业一般工业：交通运输交通运输：电力系统电力系统：电子装置电源电子装置电源：家用电器家用电器：其他其他：16ppt课件3 电力电子技术的应用轧钢机数控机床冶金工业电解铝1 1）一般工业）一般工业17ppt课件3 电力电子技术的应用2）交通运输交通运输18ppt课件3 电力电子技术的应用3）电力系统电力系统高压直流装置HVDC柔性交流输电FACTS19ppt课件3 电力电子技术的应用4）电子装置用电源
6、电子装置用电源程控交换机微型计算机20ppt课件3 电力电子技术的应用5 5）家用电器）家用电器21ppt课件3 电力电子技术的应用6 6）其他）其他大型计算机的UPS新型能源22ppt课件3 电力电子技术的应用23ppt课件4 习 题1. 什么是电力电子技术? 它有几个组成部分? 电力电子技术的基础与核心分别是什么？2. 变流电路有哪几种形式，各自功能是什么？3. 简述电力电子技术的主要应用领域。24ppt课件第二节 电力电子技术在智能电网中的应用及原理 1、智能电网的发展概况 2、发电环节 3、输电环节 4、配电环节 5、储能技术 6、结语25ppt课件美国智能电网发展里程碑2001200
7、32004DOE与 NETL合作发起了“现代电网(MGI)”研究,The Modern Grid Initiative : a Vision for the modern grid. Mar. 2007. NETL200520092030EPRI开始“Intelligrid”(智能电网）研究布什总统要求美国能源部（DOE）致力于电网现代化，DOE发布“Grid 2030”DOE启动电网智能化(GridWise）项目之后，研究机构、信息服务商和设备制造商与电力企业合作，纷纷推出自己的智能电网方案和实践奥巴马将智能电网提升为美国国家战略年份国外智能电网研究概况26ppt课件欧洲智能电网发展里程碑成
8、立“智能电网(SmartGrids)欧洲技术论坛”提出智能电网愿景，制定（1）欧洲未来电网的远景和策略（2）战略性研究议程战略部署文件报告20052006各国开展自己的智能电网建设探索,应对21世纪的各种挑战和机遇年份国外智能电网研究概况（3）The SDDStrategicDeploymentDocument（1）European Smartagrids Technology Platform ：Vision and Strategy for Europes Electricity Networks of the Future 欧洲智能电网技术平台：欧洲未来电网的远景和策略（2）Strate
9、gic Research Agenda for Europes Electricity Network of the future 欧洲未来电网的战略研究议程战略部署文件27ppt课件28ppt课件智能电网的定义29ppt课件智能电网的定义30ppt课件智能电网的定义31ppt课件智能电网的定义我们对智能电网的定义： 我国坚强智能电网是以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强网架为基础，以信息通信平台为支撑，具有信息化、自动化、互动化为特征，包含电力系统各个环节，覆盖所有电压等级，实现“电力流、信息流、业务流”的高度一体化融合的现代电网。32ppt课件实现智能电网的关键技术实现智能电网的
10、关键技术实现智能电网的关键技术智能计量技术传感与通信技术分析与辅助决策技术 可视化展现与操作33ppt课件智能电网的构成与作用34ppt课件大功率电力电子技术发电环节可再生能源发电大规模接入高压直流输电、柔性交流输电用户电力技术改善电能质量储能技术大功率电力电子技术在智能电网中的应用35ppt课件2 电力电子在发电环节的应用 大规模风力发电 太阳能发电 发电厂风机水泵的变频调速36ppt课件 风力发电原理2.1 风力发电能量变换的过程风的动能先被风力机的桨叶捕获并转换为机械能；再经过一个含齿轮箱（增速）的机械传动系统传递给发电机；发电机实现机械能到电能的转换；由于风速是变化的，发电机直接出来的
11、电能在幅值和频率上都与电网不同，不能够直接被用户使用，需要一个功率变换装置；功率变换装置一方面实现与电网的接口，另一方面可以实现风力发电机的控制。目前风力发电系统产品多为690V，需要一个变压器升压到电网电压(一般35kV 以上)37ppt课件2.1 风力发电风力发电原理图38ppt课件双馈感应发电机系统双馈感应发电机系统 双馈风电机组的定子直接接入电网，转子通过部分功率变频器接入电网，根据风力机转速的变化，在转子中通以变频交流的励磁电流，实现发电机组的有功和无功的解耦控制，使风电机组具有变速运行的特性，提高风电机组的风能转换效率。39ppt课件风轮机直接驱动的同步发电机系统风轮机直接驱动的同
12、步发电机系统 基于永磁同步发电机的变速风电机组通过全功率变频器接入电网，由于变频器的解耦控制，使变速同步风电机组与电网完全解耦，其特性完全取决于变频器的控制系统和控制策略。40ppt课件2.2 太阳光发电太阳光发电 光伏电池是利用某些半导体物质在太阳光的照射条件下，在p型和n型晶结两端产生电动势，将光能直接转化成电能的装置。41ppt课件太阳能光伏发电的优点太阳能光伏发电的优点 太阳能取之不尽，用之不竭，照射到地球上的太阳能要比人类消耗的能量大6000倍。只要在美国阳光丰富的西南部沙漠地区，建立一个面积为100mile100mile的巨型光伏电站，所发电力可以满足全美国的用电需要. 太阳能发电
13、安全可靠，不会遭受能源危机或燃料市场不稳定的冲击. 太阳能随处可得，可就近供电，不必长距离输送，因而避免了输电线路等电能损失. 太阳能不用燃料，运行成本很小. 太阳能发电没有运动部件，不易损坏，维护简单. 太阳能发电不产生任何废弃物，没有污染、噪声等公害，对环境无不良影响，是理想的清洁能源.42ppt课件太阳能光伏发电并网系统光伏发电由光伏阵列、控制器、逆变器、蓄电池组等部分组成。光伏阵列所发的电力为直流电，除特殊用电负荷外，均需通过逆变器将直流电变换为交流电。并网光伏发电系统主要以电流源形式并网，其输出电流的相位跟踪电网电压相位变化，同时调整输出电流幅值大小，使光伏发电系统注入电网的功率最大
14、。为了弥补光伏发电功率的波动，还需要通过控制器实现蓄电池组的双向充放电控制，以保证向负荷实现平稳供电。43ppt课件大规模光伏并网系统44ppt课件2.3 发电厂风机水泵的变频调速 发电厂的厂用电平均为8%，其中风机水泵耗电量约占辅机设备总耗电量的65%，且运行效率低。 在发电厂的节能降耗中，主要死采用低压或高压变频器，实现风机水泵的变频调速，可以达到节能30%的效果。45ppt课件3 电力电子在输电环节的应用1高压直流输电（HVDC）2基于电压源换流器（VSC）的柔性直流输电3柔性交流输电（FACTS）46ppt课件3.1 高压直流输电（HVDC） 优点： 输电容量大、稳定性好、控制调节灵活
15、等 远距离输电、海底电缆输电及不同频率系统的联网 应用 1970年世界上第一项晶闸管换流阀试验工程在瑞典建成。47ppt课件3.2 基于电压源换流器（VSC）的柔性直流输电 电压源（Voltage Sourced Converter, VSC) 和柔性直流输电（HVDC） 以VSC和脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation,PWM）技术为基础，采用IGBT等可关断电力电子器件组成换流器，应用脉宽调制技术进行无源逆变，解决了用直流输电向无交流电源的负荷点送电的问题，大幅度简化设备，降低电价，可用于孤岛供电、城市配电网增容改造、交流系统间互联和大规模风力发电场并网等。应用 世界上
16、第一个采用IGBT构成电压源换流器的柔性直流输电工业试验工程于1997年投入运行。48ppt课件3.3 柔性交流输电（FACTS） FACTS概念提出于80年代后期。 利用电力电子技术与现代控制技术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，可实现对交流输电功率潮流的灵活控制，大幅度提高电力系统的稳定水平。 应用SVC 通过晶闸管控制电容器组的投切来调节输出无功的大小、设备结构简单、控制方便、成本较低。STATCOM（美国/日本/中国）TCSC（德国/美国）UPFC（美国）49ppt课件现有的FACTS设备50ppt课件4 电力电子在配电环节的应用 1988年 美国的N.G.H
17、ingorani博士提出“用户电力技术”(Custom Power Technology)，又称为DFCTS。将大功率电力电机技术和配电自动化技术综合起来，以用户对电力可靠性和电能质量要求为依据，为用户提供其特定要求的电力供应技术1根据用户需要求，实现平以系统谐波、消除电压闪变和不对称、补偿功率因数和负荷波动等功能。251ppt课件DFACTS设备52ppt课件智能万用变压器除传统变压器的功能外，可向用户提供可选择的服务项目直流或400Hz的电力单相到三相的转换调压谐波过滤智能万用变压器（IUT），由多级逆变器组成。改善系统运行效益、消除危险的液体介质（变压器油），减小重量尺寸、内置传感器实现
18、远方通讯，远程监控等。53ppt课件5 储能技术 可再生能源发电大规模接入电网，随机性和波动性对电网调度和安全稳定提出严峻挑战 要求电网具有较强的调节能力，大规模集中式储能技术和V2G等分布式储能技术储能技术已被视为电网运行过程中的重要组成部分。系统中引入储能环节后，可以有效地实现需求侧管理，消除昼夜间峰谷差，平滑负荷，不仅可以更有效地利用电力设备，降低供电成本，还可以促进可再生能源的应用，也可作为提高系统运行稳定性、调整频率、补偿负荷波动的一种手段。储能技术的应用必将在传统的电力系统设计、规划、调度、控制等方面带来重大变革。54ppt课件大规模储能技术发展现状 物理储能包括抽水蓄能、压缩空气
19、储能和飞轮储能； 电磁储能包括超导、超级电容和高能密度电容储能； 电化学储能包括铅酸、镍氢、镍镉、锂离子、钠硫和液流等电池储能； 相变储能包括冰蓄冷储能等。到目前为止，人们已经探索和开发了多种形式的电能存储方式，按照其具体方式可分为物理、电磁、电化学和相变储能四大类型。55ppt课件各种储能技术及应用特点56ppt课件各种储能技术及应用特点57ppt课件V2G技术（Vehicle to Grid）电动汽车大规模车在电池的分布式储能系统 在电价低廉时充电，当电网需要时将电池中储存的电能反馈给电网。 通过实时电价和智能电表来实现智能充放电管理。应用我国出台了新能源汽车发展规划，每购置一台电动汽车可
20、以获国家财政3000元补贴。正在研究充电站系里标准。奥运会充电站、世博会充电站、世博园V2G示范项目。58ppt课件6 结语 提升电网资源，优化配置能力 FACTS技术在现有设备不做重大改动的条件下可以充分发挥电网的输电能力，有效缓解我国能源和负荷分布不均的矛盾 提高电网安全稳定运行水平 FACTS和DFACTS相对于传统输配电方案具有更快的响应速度、更好的可控性和更强的控制功能，为实现智能输电网的快速、连续、灵活控制提供了最有效的手段 提高清洁能源并网运行控制能力 风力发电和光伏发电并网百年六七具有软并网、软解列、有功与无功解耦控制和电能质量控制等多重功能，大规模集中式储能和V2G式分布式储能为消纳更多的可再生能源提供了保障59ppt课件 提高电网服务能力 保障不同特征电力用户可以可靠接入和方便使用电能，通过低压变流器和低成本储能相结合，实现电能在分布式发电单元和电网之间的双向流动，用户可以低储高卖，获取一定经济效益。 城市配电网增容改造 VSC-HVDC采用地埋式电缆，不影响市容，不产生电磁干扰，适合长距离电力传输，可能成为未来城市增容的最佳方案。60ppt课件谢谢！祝大家国庆快乐！61ppt课件
