武汉工程大学电力电子技术课件(第一章)

电力电子技术第1章电力电子变换和控制技术导论刘健武汉工程大学电气信息学院电气教研室电话/p>

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page1of81武汉工程大学电气信息学院电力电子技术课程总体介绍：第5学期，共计64个学时，讲授学时50学时“电力电子技术”是电气工程类专业的专业基础课程前期课程：电路、模电、数电，控制理论，微机原理本次课程内容：学科的形成、基本元件、变换电路，以及控制方法第1章电力电子变换和控制技术导论Chapter1PowerElectronicConversionandControlTechnologyIntroduction

1.1电力电子学科的形成1.1Theformationofpowerelectronicsdiscipline

人类文明、科学技术发展的产物18世纪第一次技术革命（18世纪中期-19世纪）：以牛顿力学建立、蒸汽机发明为主要标志。蒸汽机取代自然力成为主要动力。M.Faraday,1791-1869第二次技术革命（19世纪末-20世纪初）：以交流发电机、变压器、电动机、远距离输电，以及有线电、无线电通信技术为主要标志。电动机取代蒸汽机成为机械的原动力。A.Einstein,1879-1955第三次技术革命：（20世纪40-60年代）以原子能、电子计算机、空间技术和生物工程的发明与应用为主要标志。是科学进步与技术开发的紧密结合19世纪20世纪21世纪1904年：电子管出现1947年：晶体管发明1957年：晶闸管发明电力电子技术概念提出与学科形成。J.Watt,1736-1819电力电子技术：

空白但是各项基础学科与理论已逐渐成熟70年代：电力晶体管，电力场效应管80年代：绝缘门极双极型晶体管。IGBT1.1电力电子学科的形成（续）1.1Theformationofpowerelectronicsdiscipline

第1章电力电子变换和控制技术导论电力电子技术与各个学科之间的关系：电子学：器件应用，电子电路，电路基础理论与分析方法。电气工程：电力技术，电力设备，电力网络。控制技术：相辅相成，互为支持。电力电子技术未来的发展：

能源的开发、高效利用是人类社会科学技术发展永恒的追求，电力电子技术作为电能变换的重要手段之一，势必也会不断发展、壮大、完善。1、电力器件2、变换电路3、控制技术国内外电力工业发展概况及前景

国外情况：我国电力工业历史上的第一：火电1882年上海电气公司11.63kW水电1912年云南石龙坝2×240kW核电1991年浙江秦山300MW火电1875年法国巴黎北火车站1882年美国纽约的珍珠街电厂6台，共计670kW水电1878年诺森伯兰郡，英国核电1954年前苏联奥布灵斯克核电站5000kW，2002年关闭我国电力工业的世界第一：水电三峡电站32台，70万kW输电特高压输电交流：1100kV直流：±800kV抽水蓄能广州抽水蓄能电厂8台，30万kW直流交流J.P.MorganGeorgeWestinghouse爱迪生特斯拉三峡大坝（175米）三门峡水电站的警示第1章电力电子变换和控制技术导论1.2半导体电力器件1.2PowerSemiconductorDevices要求：1、掌握工作原理、开关特性、驱动电路、保护与吸收电路、串并联技术2、了解各种主流器件的生产厂家、型号、价格不控器件：电力二极管（伏安特性、基本应用）半控器件：通过控制信号可控制其导通，而不能控制其关断的器件晶闸管(SCR）及其派生器件（工作原理、主要特性参数、开通条件）全控器件：通过控制信号既可以控制其导通，又可以控制其关断的电力电子器件被称为全控型器件。门极可关断晶闸管（GTO）,场效应晶体管（MOSFET）,绝缘门极双极型晶体管（IGBT）（工作原理、主要特性参数、开通条件）第1章电力电子变换和控制技术导论1.3变换类型与变换电路1.3Conversion

TypesandCircuits要求：1、熟练掌握四大类型的变流电路的工作原理、波形分析与计算方法2、了解各种变换电路的主要功能与应用场合电源可分为两类：一是直流，频率f=0；二是交流，频率f≠0直流—直流（斩波电路）：降压（Buck），升压（Boost）交流—直流（整流电路）：单相整流，三相整流（全控、半控型）直流—交流（逆变电路）：单相逆变，三相逆变，多电平，大容量交流—交流（交流斩波，变频电路）：单相交流，三相交流基本的变换类型与变换电路交流电动、直流发电机组实现交流—直流变换交流变频、变压发电机组实现交流——交流电压、频率变换D1D3D2D4D1，D4D2，D3D1，D4D2，D3整流电路元件、结构、波形逆变电路元件、结构、波形180°导通120°导通PWM系统层面的控制：

直接给定（PI，PID)，自适应，模糊控制，多目标等针对特定目标的装置顶层控制技术：

异步电机调速：矢量控制，直接转矩控制，恒压频比控制

电能质量方面：无功与电压补偿（下垂控制），谐波（滞环控制）装置底层脉宽控制技术：SPWM，SVPWM等经典控制理论的几个重要人物：Maxwell（1831～1879）物理与数学家

1868年，Maxwell发表论文“论调节器”1877年，在剑桥做评委，发现了Routh，他的论文解决了五次以上多项式的稳定性判定的难题

E.J.Routh（1831~1907）数学家A.Hurwitz（1859~1919）数学家1895年，A.Hurwitz解决电厂汽轮机调速系统的稳定性H.Nyquist（1889~1976）博士、电气工程师

H.W.Bode（1905~1982）工程师、科学家系统稳定性的几何判据N.Wiener（1894~1964）美国数学家1948年发表《控制论》，控制学科奠基人Afamouschildprodigy

11岁，塔夫茨大学14岁，哈佛大学研究生。18岁，哈佛大学数理逻辑博士学位。物理、无线电、生物、哲学。1.4脉宽控制技术1.4PWMControlTechnologyPulseWidthModulation

第1章电力电子变换和控制技术导论要求：1、熟练掌握PWM，SPWM，SVPWM，SHEPWM的理论基础与实现方法2、了解各种变换电路的主要功能与应用场合脉宽调制技术的理论基础：冲量等效原理、典型控制电路、控制方法基本的PWM开关控制：直流降压、直流升压、四象限变换。SPWM:单极性PWM控制，双极性PWM控制的原理（以单相为基础）

同步调制、异步调制；提高直流电压利用率、减小谐波。SVPWM（空间矢量PWM）：等效空间矢量计算、开关状态变换。SHEPWM（特点消谐PWM）：原理，计算公式。1.5实验环节1.5Experimentalpart

第1章电力电子变换和控制技术导论要求：1、正确使用示波器及相关电子仪器，并根据图纸完成主电路接线2、能够正确读取实验数据、分析数据，验证相关定理与结论3、正确书写实验报告电力电子技术在发电系统中的应用第1章电力电子变换和控制技术导论1、同步发电机励磁控制；2、双馈风力发电机交流励磁控制，无刷双馈风力发电机交流励磁控制，可变速抽水蓄能机组的交流励磁控制，可变速水轮发电机的交流励磁控制；3、永磁直驱风力发电全功率交直交变换器；4、光伏发电并网逆变器；电力电子技术在输电系统中的应用第1章电力电子变换和控制技术导论1、并联补偿控制SVC（静止无功补偿器），SVG（静止无功发生器），STATCOM（静止同步补偿器）2、串联补偿控制3、电压和相角调节4、复合控制TSSC（晶闸管投切串联电容器），TCSC（可控串联补偿器），SSSC（静止同步串联补偿器），NGH（次同步谐振阻尼器）TCVR（晶闸管控制的电压调节器）TCPAR（晶闸管控制的相角调节器）UPFC（统一潮流控制器）IPFC（线间潮流控制器）5、直流输电高压HVDC，轻型直流输电HVDC—Light电力电子技术在配电系统中的应用第1章电力电子变换和控制技术导论1、D-SVC；2、D-SVG（D-STATCOM）；3、有源电力滤波器APF（并联）；4、动态电压调节器（恢复器）DVR（串联）；5、统一电能质量控制器UPQC；6、三相负荷平衡控制；7、双电源快速切换（备用电源自动投入）；1、高压（中压）变频器，（燃气轮机、抽水蓄能电机、大型同步电动机等）同步电机的启动：静态变频SFC（staticfrequencyconvertersystem）；2、电力拖动、电动汽车快速充电；3、UPS电源、开关电源；4、中频感应加热；5、高频电除尘；电力电子技术在用电环节中的应用第1章电力电子变换和控制技术导论电力电子技术在储能系统中的应用第1章电力电子变换和控制技术导论1、风光储互补微网；2、电动汽车；3、保安电源；4、超导储能，蓄电池储能，飞轮储能；课程参考书：1、陈坚．电力电子学——电力电子变换和控制技术.（第二版）2、王兆安，黄俊．电力电子技术.3