华北电力大新能源发电技术课件00绪论

新能源发电技术电气与电子工程学院

声明本课件是在参考业内人士的课件、讲义等大量文档的基础上制作完成的，借用了一些文档中的插图或数据，由于参考文档较多，不再一一列出，在此向所有参考文档的作者或原创者表示感谢！主要参考书目风力发电系统的功率变换与控制。BinWu等著，卫三民等译。机械工业出版社。双馈感应电机在风力发电中的建模与控制。GonzaloAbad等著，胡家兵等译。机械工业出版社。并网双馈异步风力发电机运行控制。贺益康、胡家兵、LieXU著。中国电力出版社，2012.4。新能源转换与控制技术。惠晶、方光辉。机械工业出版社，2008.2风力发电机组的控制技术,第二版。叶杭冶。机械工业出版社，2006.1光伏与风力发电系统并网变换器。RemusTeodorescu等著，周克亮等译。机械工业出版社。太阳能光伏并网发电及其逆变控制。张兴、曹仁贤等著。机械工业出版社。太阳能光伏发电及其控制。赵争鸣，刘建政，孙晓瑛等。科学出版社，2005辅助参考书目电力电子技术，第四版。王兆安，黄俊。机械工业出版社，2007.6电力拖动自动控制系统，第三版。陈伯时。机械工业出版社，2004.7风力发电中的电力电子变流技术。李建林，徐洪华，机械工业出版社，2008.102011.5.3绪

论2011.5.3目录能源的概念、分类与利用历史能源与可持续发展战略新能源的发展现状与趋势能量转换系统与新能源发电形式新能源发电的电力变换技术绪论2011.5.3能源的概念能源的分类能源利用历史Ⅰ:

能源的概念、分类与利用历史2011.5.3一.能源的概念Ⅰ:能源的概念、分类与利用历史

资源能源2011.5.3Ⅰ:

能源的概念、分类与利用历史——资源——在一定时期和地点，在一定条件下具有开发价值、能够满足或提高人类当前和未来生存和生活状况的自然因素和条件，

称为资源。包括气候资源、水资源、矿物资源、生物资源、能源，等等。——能源——能源就是能够向人类提供某种形式能量的自然资源及其转换物，即能量的源泉，包括所有的燃料、流水、阳光、地热、风等，通过适当的转换手段可使其为人类生产和生活提供所需的能量。例如煤和石油等化石能源燃烧时提供热能，流水和风力可以提供机械能，太阳的辐射可转化为热能或电能。2011.5.3Ⅰ:

能源的概念、分类与利用历史——能源的属性——(1)能流密度即在单位空间或单位面积内，能够从某种能源获得的功率。化石燃料与核燃料的能流密度大，各种可再生能源的能流密度一般都比较小。能量密度太小，则不利于开发利用，因为经济性太差。标准煤：各种燃料的热值是不同的，在统计能源的生产和消费时，常定义一种假想的标准燃料，即标准煤。标准煤的热值为2.9×104kJ/kg。各种燃料均可按平均发热量折算成标准煤。2011.5.3Ⅰ:能源的概念、分类与利用历史——能源的属性——(2)开发费用和设备造价化石能源与核燃料，探、采、加工、运输，需投入大量人力、物力。发电设备单位容量的初期投资较小。可再生能源，开发费用主要是开发能源的一次性投资，设备造价比较高；而运营费用很低。(3)存储的可能性与供能的连续性化石燃料都比较容易存储，也便于连续供应。太阳能、风能等可再生能源则不易保存，

能量供应也可能有波动性和间断性。2011.5.3Ⅰ:

能源的概念、分类与利用历史——能源的属性——(4)运输费用与损耗运输过程本身也要投资并消耗能源，远距离运输的成本和损耗会影响能源的使用。太阳能、风能、地热能难以运输。化石燃料可以运输，但要考虑运输的成本和耗能。(5)对环境的影响化石燃料燃烧过程中会排放CO2等温室气体，甚至还有一些有毒的或腐蚀性物质，对环境影响较大。核燃料有放射性污染及废料处理的问题。可再生能源大多对环境的影响较小。2011.5.3Ⅰ:

能源的概念、分类与利用历史——能源的属性——(6)蕴藏量化石燃料等非再生能源，蕴藏量是有限的，总有用完的时候。太阳能、风能等可再生能源，可以循环使用，不断的得到补充，即使每年更新的数量有限，长期来看，也是无穷无尽的。(7)能源品位能源品味反映的是能源利用的方便程度。一般来说，二次能源要比一次能源品味高。能直接变成机械能和电能的能源（如水力和风能），要比那些必须先经过热利用环节的能源（如化石燃料）的品位高。2011.5.3二.能源的分类Ⅰ:

能源的概念、分类与利用历史能源种类很多，通常按其形态特征或转换与应用的层次等标准分类，具有多种分类方法2011.5.3Ⅰ:1.1能源的概念、分类与利用历史1.一次能源和二次能源（按形成条件）以天然形态存在于在自然界中，可直接取得而不需改变其基本形态的能源，称为一次能源。简单说，一次能源就是自然界中现成存在的天然能源。如煤炭、石油，及风能、地热能等。为了满足生产和生活的需要，有些能源通常需要经过加工进行直接或间接的转换才能使用。由一次能源经加工转换而获得的另一种形态的能源，称为二次能源。如沼气、酒精、汽油，以及蒸汽、氢能等。电能是最重要的二次能源。2011.5.3Ⅰ:能源的概念、分类与利用历史自然界中一次能源的初始来源，大致有三种情况：①来自地球以外天体（主要是太阳）的能量，例如能以光和热的形式直接利用的太阳能，以化石或生物体等物质形式存储的能量，以风、水流、波浪等形式体现的能量；②来自地球内部的能源，主要是核能和地热能；③地球与其他天体相互作用产生的能量，例如月亮、太阳引力变化形成的海洋潮汐能。2011.5.3Ⅰ:能源的概念、分类与利用历史2.常规能源与新能源（按发展应用状况）常规能源是指在当前的技术水平和利用条件下，已被人们广泛应用了较长时间的能源，现阶段主要是指煤炭、石油、天然气、水能、核（裂变）能。这类能源，使用较普遍，技术较成熟。新能源是指由于技术、经济或能源品质等因素而未能大规模使用的能源，如太阳能、风能、海洋能、地热、生物质、氢能等。这类能源，已经开始或即将被人们推广利用，但目前还没有被大规模使用，有的甚至还处于研发或试用阶段。2011.5.3Ⅰ:能源的概念、分类与利用历史常规能源和新能源的分类是相对的，不同历史时期会变化，这取决于应用历史和使用规模。例如在1950年代，核(裂变)能属于新能源，现在有些国家已把它被归为常规能源。有些能源虽然应用的历史很长，但正经历着利用方式的变革，而那些较有发展前途的新型应用方式尚不成熟或规模还小，也被归为新能源。在中国，新能源指除常规化石能源和大中型水力发电、核裂变发电之外的一次能源。2011.5.3Ⅰ:能源的概念、分类与利用历史新能源及主要特征新能源：技术上可行；经济上合理；环境和社会可以接受；能确保供应和替代常规化石能源的可持续发展能源体系。包含两方面：新能源体系：可再生能源(风能、太阳能、生物质能、水能、海洋能)和地热能、氢能、核能新能源利用技术：高效利用能源、资源综合利用、替代能源、节能等新技术2011.5.3Ⅰ:能源的概念、分类与利用历史“新”与“旧”的区别“新”与传统的“旧”能源利用方式和能源系统相对立。“旧”：以化石燃料为主的传统能源利用形态；只强调转换端效率，不注重能源需求侧的综合效率；只强调经济效益，不注重资源、环境代价的传统理念。“新”：①高效利用能源；②资源综合利用；③可再生能源；④替代能源；⑤节能。

2011.5.3Ⅰ:能源的概念、分类与利用历史3.非再生能源和可再生能源（按循环恢复能力）非再生能源，也叫不可再生能源，用完后不可重新生成（至少在短期内无法恢复），总有枯竭的一天。如化石燃料和核燃料均为非再生能源。据估计，按照现有的探明储量和开采程度，地球上的化石燃料最多还可使用几百年。可再生能源，可以循环使用，能够有规律地不断得到补充，没有使用期限，也不会因长期使用而减少。如太阳能、水能、风能、海洋能、地热能和生物质能，均为可再生能源。2011.5.3Ⅰ:能源的概念、分类与利用历史4.含能体能源和过程性能源(按能源存在和转移形式)含能体能源是指包含着能量的物质或实体。例如化石燃料、核燃料、生物质、地热水和地热蒸汽，等等。这类能源可以直接储存和运输。过程性能源是指随着物质运动而产生、并且仅以运动过程的形式存在的能源。如风、水、海潮、波浪、地热等。这类能源无法直接储存和运输。2011.5.3Ⅰ:能源的概念、分类与利用历史5.清洁能源和非清洁能源(按环境污染程度)清洁能源是指对环境没有污染或污染较小的能源，

有时也叫绿色能源。如太阳能,风能,海洋能；垃圾发电、沼气等。非清洁能源是指可能对环境造成较大污染的能源，例如煤炭等化石燃料。清洁与非清洁能源的划分也是相对的。2011.5.3Ⅰ:能源的概念、分类与利用历史一次能源可再生能源非再生能源来自地球以外天体的能量来自地球内部的能量来自地球与其他天体相互作用产生的能量二次能源2011.5.3Ⅰ:能源的概念、分类与利用历史2011.5.3Ⅰ:

能源的概念、分类与利用历史三.能源的利用历史人类利用能源的历史，也就是人类认识和征服自然的历史2011.5.3Ⅰ:能源的概念、分类与利用历史柴草时期煤炭时期石油时期常规能源向新能源的过渡2011.5.3Ⅰ:能源的概念、分类与利用历史1.天然能源的原始利用几十万年以前人类学会了用火，在漫长的岁月里，一直以柴草为生活能量的主要来源，燃火用于烧饭、取暖和照明。后来逐渐学会将畜力、风力、水力等自然动力用于生产和交通运输。这种初级形式的能源利用直到19世纪中期都没有太大突破。在1860年的世界能源消费结构中，薪柴和农作物秸秆仍占能源消费总量的73.8%。2011.5.3Ⅰ:能源的概念、分类与利用历史2.煤炭2000多年以前人类就知道煤炭可以作为燃料。14世纪的中国、17世纪的英国采煤业都已相当发达，但煤炭长期未能在世界能源消费结构中占据主导地位。18世纪70年代，英国的瓦特发明以煤炭作燃料的蒸汽机。蒸汽机的广泛应用使煤炭迅速成为第二代主体能源。煤炭在世界一次能源消费结构中所占的比重，从1860年的25％，上升到1920年的62％。2011.5.3Ⅰ:能源的概念、分类与利用历史3.石油人类很早就发现了石油，《汉书》、《梦溪笔谈》有描述。直到19世纪，石油工业才逐渐兴起。1854年，美国宾夕法尼亚州打出了世界上第一口油井，是现代石油工业的开端。1886年德国人本茨和戴姆勒研制出第一辆以汽油为燃料、由内燃机驱动的汽车，进入大规模使用石油的汽车时代。石油和天然气逐渐取代煤炭，在世界能源消费构成中占据主要地位。1965年，在世界能源消费结构中，石油首次超过煤炭占居首位，成为第三代主体能源。到1979年，石油所占的比重达到54%，相当于煤炭的三倍。2011.5.3Ⅰ:

能源的概念、分类与利用历史4.电力1881年，美国建成世界上第一个发电站，同时还研制出电灯等实用的用电设备。从此以后，电力的应用领域越来越广，发展规模也越来越大，人类社会逐步进入电气化时代。石油、煤炭、天然气等化石燃料被转换成更加便于输送和利用的电能，进一步推动工业革命，带来了巨大的技术进步。2011.5.3Ⅰ:能源的概念、分类与利用历史5.核能和可再生能源1942年美国建立世界上第一座核反应堆，1954年前苏联建成世界第一座发电的反应堆并正式启用，1956年美国的核电站投入运行，核能利用迅速发展起来，在世界能源结构中占据重要位置。到20世纪90年代，核能发电所提供的电力占全世界发电总量的17%左右。进入21世纪以来，太阳能、风能、海洋能、生物质能等可再生新能源发展很快，并且逐渐走向成熟和规模化，所占的比重也有望大幅度提高，为人类解决能源和环保问题开辟了新的天地。2011.5.3Ⅰ:能源的概念、分类与利用历史热能（最成熟的利用方式）电能（最广泛的利用方式）氢能（最期待的利用方式）2011.5.3Ⅱ:能源与可持续发展战略常规能源对环境的影响我国的能源格局与结构可持续发展战略2011.5.3Ⅱ:能源与可持续发展战略一.常规能源对环境的影响大气污染、酸雨、温室效应…，常规能源对环境具有多方面的巨大影响。2011.5.3Ⅱ:能源与可持续发展战略一.常规能源对环境的影响1.大气污染化石燃料的利用过程会产生CO、SO2、NOx等有害气体，不仅能导致生态系统的破坏，还会直接损害人体健康。在很多国家和地区，因大气污染造成的直接和间接损失已经相当严重。2.酸雨SO2、NOx等污染物，经大气传输，在一定条件下形成酸雨，危害农作物和森林生态系统，破坏水生生态系统，腐蚀材料，造成重大经济损失。酸雨还导致地区气候改变。2011.5.3Ⅱ:能源与可持续发展战略一.常规能源对环境的影响3.温室效应大气中CO2的浓度增加，地表平均温度将上升，尤其在极地，结果可能导致海平面上升，将给许多国家造成严重的经济和社会影响。由于大量化石能源的燃烧，大气中CO2浓度不断增加。2011.5.3Ⅱ:能源与可持续发展战略一.常规能源对环境的影响4.其它影响若再考虑能源开采、运输和加工过程中的不良影响，

则造成损失将更为严重。如煤炭开采会有人员伤亡和土地塌陷。核能的利用虽然不会产生上述污染物，但存在核废料问题。世界范围内的核能利用，将产生成千上万吨的核废料。如果不能妥善处理，放射性的危害或风险将持续几百年。2011.5.3Ⅱ:能源与可持续发展战略二.我国的能源格局与结构煤多油少、效率低下、污染严重、人均能源严重不足是我国能源格局的基本特点2011.5.3Ⅱ:能源与可持续发展战略二.我国的能源格局与结构

1.煤多油少

我国是世界上最大煤炭生产和消费国，占世界煤产量的1/4。煤多油少是中国能源储存结构的基本特点，这种结构到今后20年，甚至到本世纪中叶，我以煤为主的能源结构将不会改变。在能源生产与消费中，以煤炭为主要能源直接进行燃烧，因燃烧工艺落后，燃烧不充分，造成环境污染严重、效率低下、浪费惊人。2011.5.3Ⅱ:能源与可持续发展战略二.我国的能源格局与结构2011.5.3Ⅱ:能源与可持续发展战略二.我国的能源格局与结构中国与世界一次能源消费结构比较（2004年）

（美国数据为2001年）2011.5.3年份占能源消费总量的比重/%煤炭石油天然气水电、核电、风电198072.220.73.14198575.817.12.24.9199076.216.62.15.1199574.617.51.86.1200067.823.22.46.7200166.722.92.67.9200266.323.42.67.7200368.422.22.66.820046822.32.67.1200569.1212.87.1200669.420.437.2中国一次能源消费结构2011.5.3Ⅱ:能源与可持续发展战略二.我国的能源格局与结构

2.石油安全预计到2020年我国石油的对外依存程度将达到60%。我国的能源安全尤其是石油安全问题日趋严峻。

3.煤烟型污染严重煤烟型污染给生态环境带来严重的问题，占大气污染的70%以上。新能源开发与替代、煤炭燃烧污染控制技术、煤炭深度加工技术、先进火力发电技术必须推广、重视。2011.5.3Ⅱ:能源与可持续发展战略二.我国的能源格局与结构

4.人均能源资源不足

中国是一个能源大国，在能源结构中煤炭储量最为丰富，仅次于俄罗斯、美国。但是，中国又是一个能源贫国，中国的人均能源资源占有量为全世界人均水平的1/2，仅为美国人均水平的1/10。

2011.5.3Ⅱ:能源与可持续发展战略三.可持续发展战略发展新能源是可持续发展战略的基本要求和关键内容。2011.5.3Ⅱ:能源与可持续发展战略三.可持续发展战略1.可持续发展战略的提出世界人口从1900年到目前，净增加了2倍多，而能源消耗增加了16倍，说明人类对能源的依赖越来越强烈。目前化石能源在世界能源消费结构中所占的比重仍然很高。如果没有新的替代能源充分发展，按目前的消耗情况估算，

21世纪人类又将面临着新的能源危机。另一方面，人类大量使用化石燃料，环境污染日益严重，生态平衡惨遭破坏，直接危及人类的生存和发展。2011.5.3Ⅱ:能源与可持续发展战略世界和中国主要常规能源储量预测2011.5.3Ⅱ:能源与可持续发展战略世界和中国主要可再生能源的可开采量（亿千瓦）2011.5.3Ⅱ:能源与可持续发展战略各种能源年消耗占世界能源总消耗量的比例2011.5.3Ⅱ:能源与可持续发展战略三.可持续发展战略联合国世界环境与发展委员会完成调查报告《我们共同的未来》，提出了可持续发展概念。这一概念及其构想在1992年联合国环境与发展大会上得到世界一百多个国家的认同。可持续发展就是“满足当代人的需求，又不损害子孙后代满足其需求能力的发展”。2011.5.3Ⅱ:能源与可持续发展战略三.可持续发展战略2.新能源战略与政策美国：2007年，布什总统签署新的能源法案，资助可再生能源的

研究和开发。2009年，奥巴马政府提出能源新政，大力发展清洁能源，

每年拨款……，鼓励可再生能源利用。欧洲：1997年可再生能源发展白皮书。2000年能源安全绿皮书。2003生物液体燃料发展规划，2005年生物质能发展行动计划。2006

建立欧洲可持续、可竞争、安全的能源战略绿皮书。2011.5.3Ⅱ:能源与可持续发展战略三.可持续发展战略2.新能源战略与政策1995年《电力法》明确宣布，国家鼓励和支持利用可再生能源和清洁能源来发电。强调指出，农村利用太阳能、风能、地热能、生物质能和其他能源进行农村电力建设，增加农村电力供应，将得到国家的支持和鼓励。1997年《节约能源法》再次肯定了新能源对于节能减排、改善环境的重要战略作用和地位。一些地方政府也制定并出台了关于新能源和可再生能源的法律、法规和条例。2011.5.3Ⅱ:能源与可持续发展战略三.可持续发展战略2.新能源战略与政策

在2006年初，我国正式颁布了《可再生能源法》，即将陆续出台一系列鼓励政策与配套措施。这标志着可再生能源的利用已进入法制化、规范化和可持续发展的新阶段，并将迸发超前的活力，为中国能源事业的发展、为国民经济与社会事业的繁荣再添辉煌。未来，我国将以水电、沼气发电、秸杆发电、太阳能供热等常规清洁能源转换成熟技术和风电、光伏发电、燃料电池、微燃机组热——电联产分布供电等具有大规模发展潜力的新技术为重点。

2011.5.3Ⅱ:能源与可持续发展战略三.可持续发展战略2.新能源战略与政策国家中长期发展规划，特别提到风电等可再生能源：通过大规模开发，促进技术进步和产业发展，实现设备制造国产化，尽快使风电具有市场竞争力；在沿海地区和“三北”地区建设大型和特大型风电场,在其他地区，因地制宜发展中小型风电场。2011.5.3Ⅱ:能源与可持续发展战略2009年《新能源产业振兴规划(草案)》提出新能源发电2020年的装机目标：风电……亿千瓦，太阳能发电……万千瓦。胡锦涛总书记“大力推进节能减排，积极开发新能源，这是贯彻落实科学发展观、促进经济社会可持续发展的重大举措”。温家宝总理在人大十一届三次政府工作报告中明确指出：“要积极应对气候变化。大力开发低碳技术，推广高效节能技术，积极发展新能源和可再生能源，加强智能电网建设”。三.可持续发展战略2.新能源战略与政策2011.5.3Ⅱ:能源与可持续发展战略2011.5.3浙江江厦潮汐电站（装机3200千瓦）西藏羊八井地热二分场青海天峻县生格乡7千瓦太阳能光伏电站浙江临海括苍山风电场33台600千瓦风电机组国内可再生能源应用实例2011.5.3Ⅲ:

新能源的发展现状与趋势概述风电光伏生物质发电海洋能发电地热发电2011.5.3Ⅲ:

新能源的发展现状与趋势一.概述2013年底，全球可再生能源发电装机总量达到15.6亿千瓦，比2012年增加8.5%，其中水电新增4000万千瓦，增长4%，总装机达到10亿千瓦；风电新增3500万千瓦，增长了12%,总发电装机3.18亿千瓦；光伏发电新增约3900万千瓦，增长39%，累计容量达1.39亿千瓦。根据《2014年国际可再生能源发展报告》，截至2013年底，2013年底全国发电设备容量将达到12.3亿千瓦左右，其中可再生能源装机3.6亿千瓦，占比30%左右，可再生能源发电量占全球所有发电量的22.1%，其中水电发电量占全球总发电量的16.4%。2011.5.3Ⅲ:

新能源的发展现状与趋势2007年初，欧盟提出的发展目标要求到2020年，可再生能源消费占到全部能源消费的20％，可再生能源发电量占到全部发电量的30％。美国、日本、澳大利亚、印度、巴西等国也制定了明确的可再生能源发展目标，引导可再生能源的发展。国家发改委已制定公布的2020可再生能源目标规定，可再生能源发电到2020年占电力总消费的比例为15%。最近几年来，大多数可再生能源技术快速发展，产业规模、经济性和市场化程度逐年提高，预计在2010－2020年间，大多数可再生能源技术可具有市场竞争力，在2020年以后将会有更快的发展，并逐步成为主导能源。2011.5.3Ⅲ:新能源的发展现状与趋势我国未来电力装机构成分析

发电类别20202050GW%GW%煤电56959.260028.6天然气发电606.31808.6核电363.830014.3水电25023.632015.2其中小水电808.41004.8风电202.130014.3生物质发电202.12009.5太阳光电10.12009.5其它再生能源发电20.90.9总计95110021201002011.5.3Ⅲ:新能源的发展现状与趋势目前我国主要发电方式的成本比较（民族证券研发中心）

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新能源的发展现状与趋势二.风电据全球风能理事会《2014全球风电装机统计数据》显示，2014年全球新增风电装机容量达到51477兆瓦，实现了44%的年增长，创历史新高。这也表明全球风电从近两年来的缓速增长中全面恢复。中国2014年新增装机容量2335.05万千瓦，比2013年增长45.1%，累计装机容量1.1476339亿千瓦，比2013年新增25.5.%，由于中国的强劲表现，亚洲也成为全球风电装机最多的区域，年新增装机容量26161兆瓦。2011.5.3Ⅲ:新能源的发展现状与趋势二.风电欧洲风电装机2014年实现了小幅增长，新增风电装机容量达到12820兆瓦。在北美洲，美国风电在2013年的低谷后开始回暖，年新增风电装机达到4854兆瓦。风电回暖的征兆正越来越明显。2011.5.3Ⅲ:新能源的发展现状与趋势二.风电从2005年开始，中国的风电总装机连续5年实现翻番。2009年，中国以2580万千瓦的总累计装机容量超过德国，成为世界第二，但与排名第一的美国仍有近1000万千瓦的差距。截至2010年底，中国全年风力发电新增装机达1600万千瓦，累计装机容量达到4182.7万千瓦，首次超过美国，跃居世界第一。《中国风电发展报告2010》预测：2020年，中国风电累计装机可以达到2。3亿千瓦，相当于13个三峡电站；总发电量可以达到4649亿千瓦时，相当于取代200个火电厂。2011.5.3Ⅲ:

新能源的发展现状与趋势二.风电“十二五”将加快海上风电投资，预计2020年海上风电装机容量将超过3200万千瓦。

上网瓶颈是风电发展的最大障碍，也是急需解决的问题，我国电网“十二五”期间风电并网目标是9000万千瓦。日本核电危机后，我国核电政策偏紧，水电的规划目标已经被充分挖掘，风电和光伏是最有可能弥补核电缺位的清洁能源，风电与光伏将“临危受命”，得到更大的发展空间。2011.5.3Ⅲ:

新能源的发展现状与趋势全球风电累计装机容量

全球风电装机的区域分布

全球风电新增装机容量全球风电新增装机容量2011.5.3Ⅲ:新能源的发展现状与趋势我国的风电装机情况

全球风电累计装机前十（2013）2011.5.3Ⅲ:

新能源的发展现状与趋势2011.5.3Ⅲ:

新能源的发展现状与趋势三.光伏世界光伏产业在过去10年每年以30-40%的速度增长，2013年全球光伏发电实现历史性突破，新增容量约3900万千瓦，首次超过风电，同比增长39%，累计容量达1.39亿千瓦。。光伏发电在亚洲实现了突破，成为全球最大光伏市场。其中，中国市场新增1130万千瓦；日本受福岛事故的影响，新增市场容量达690万千瓦，同比增长306%。。

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新能源的发展现状与趋势三.光伏欧洲光伏工业协会（EPIA）预计，全球2014年光伏装机容量单年可突破30吉瓦。其中，德国是全球最大的太阳能国家，占全球市场的43%，西班牙装机容量已经到达4MW以上。2011.5.3Ⅲ:

新能源的发展现状与趋势三.光伏根据《可再生能源中长期发展规划》，到2020年，我国将力争使太阳能发电装机容量达到1.8GW，到2050年将达到600GW。2011.5.3Ⅲ:

新能源的发展现状与趋势2011.5.3Ⅲ:

新能源的发展现状与趋势四.生物质发电在“生物质技术路线图”中，美国计划到2020年，生物燃油取代全国燃油消费量的10%，生物基产品取代石化原料制品的25%。到2050年，生物质能源占总能耗的50%。欧盟委员会在“欧盟能源发展战略绿皮书”中指出，2015年生物质能将由目前占总能源消费量的2%左右提高到15%，到2020年生物质燃料将替代20%的化石燃料。2020-2050年，生物质将逐渐成为主要能源之一。2011.5.3Ⅲ:

新能源的发展现状与趋势四.生物质发电截至2013年底，全球生物质发电装机容量8800万千瓦，较2012年增长了6%，发电量约4050亿千瓦时，约占全球发电量的1.4%。有关资料显示，到2020年，西方工业国家15%的电力将来自生物质发电，2011.5.3Ⅲ:

新能源的发展现状与趋势四.生物质发电根据《新兴能源产业发展规划》，预计到2020年，中国生物质能发电装机将达到3000万千瓦。最近还有券商研究所认为，到2020年，生物质发电装机将超预期，有可能达到1亿千瓦，总投资将达6000亿元。2011.5.3Ⅲ:

新能源的发展现状与趋势四.生物质发电全球生物质发电累计装机规模中国生物质发电累计装机规模2011.5.3Ⅲ:

新能源的发展现状与趋势四.生物质发电2011.5.3Ⅲ:

新能源的发展现状与趋势四.生物质发电2011.5.3Ⅲ:

新能源的发展现状与趋势五.海洋能发电英国从70年代以来，鼓励发展包括海洋能在内的多种可再生能源，加强了对海洋能源的开发利用，把波浪发电研究放在新能源开发的首位。日本在海洋能开发利用方面十分活跃，成立了海洋能转移委员会，在海洋热能发电系统和换热器技术上领先于美国，取得了举世瞩目的成就。美国1979年在夏威夷岛西部沿岸海域建成一座温差发电装置，其额定功率50kW，净出力18.5kW，是世界上首次从海洋温差能获得具有实用意义的电力。2011.5.3Ⅲ:

新能源的发展现状与趋势五.海洋能发电法国早在60年代就投入巨资建造了至今仍是世界上容量最大的潮汐发电站，装机容量24万kW，年发电量5亿kWH的朗斯潮汐电站。欧洲海洋能协会出炉了一个新的2050年欧洲海洋能发展路线图。路线图中清晰地指出，到2050年，欧洲的波浪能和潮汐能发电可以满足欧洲15%的能源需求。2011.5.3Ⅲ:

新能源的发展现状与趋势五.海洋能发电我国潮汐能的蕴藏量是非常丰富的，至少约有1．9亿多千瓦，占世界总蕴藏量的15％左右，可供开发的年发电量达800多亿度。其中，渤海3000万千瓦，黄海5500万千瓦，东海7400万千瓦，南海4000万千瓦。钱塘江的潮汐能约在700万千瓦以上，著名的钱塘江大潮，潮差高达9米，如用来发电，发电能力几乎等于三门峡水电站的50％。2011.5.3Ⅲ:

新能源的发展现状与趋势五.海洋能发电中国海洋石油总公司、华能集团公司、大唐集团公司、国电龙源集团公司等国内常规能源集团公司已开始关注海洋能，并且杭州和广州已创立了三家参与海洋能开发的民营公司。海洋能开发预期在2-3年内建成海岛多能互补独立供电系统（l00kW级）1-2个，3-5年内建成l00kW级的波浪能和潮流能实用化电站，10年内研建中型（万千瓦级）潮汐电站1-2座。2020年前我国海洋能开发的总装机容量有望达到或超过20万kW。2011.5.3Ⅲ:

新能源的发展现状与趋势2011.5.3Ⅲ:

新能源的发展现状与趋势五.地热发电西藏年那曲地热电站2011.5.3Ⅳ:

能量转换系统与新能源发电方式能量转换系统新能源发电方式2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式一.能量转换系统各种能量形式通过一定的设备和系统实现相互转换，能量转换过程及转换设备是能量转换技术的核心内容。华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式一.能量转换系统华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式1.

能量转换过程与设备能源能源形态转换过程转换机械或系统石油、煤炭、天然气等矿物燃料氢和酒精等二次能源化学能热能化学能热能机械能化学能热能机械能电能化学能电能热能化学能电能炉子、燃烧器各种热力发动机热机、发电机，磁流体发电，EGD发电（压电效应）热力发电，热电子发电燃料电池华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式能源能源形态转换过程转换机械或系统水力、风力、潮汐、海流、波浪太阳能机械能机械能机械能机械能电能光能热能光能热能机械能电能光能热能电能光能电能光能化学能光能生物能电磁波电能水车、风车。水轮机——发电机，波力发电、风力发电、潮汐发电、海流发电热水器，采暖、制冷、光化学反应，太阳灶太阳热发动机太阳热发电热力发电，热电子发电光电池、光化学电池光化学反应（水分解）光合成华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式能源能源形态转换过程转换机械或系统核能核分裂热能机械能电能核分裂热能核分裂热能电能核分裂电磁能电能核聚变热能机械能电能电能光（激光）热能电能热能聚变核发电，磁流体发电核能炼钢热力发电，热电子发电光电池核聚变发电1.

能量转换过程与设备华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式2.热能的产生

燃料燃烧核能转换太阳能转换地热电能转换华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式2.热能的产生华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式2.热能的产生燃烧设备锅炉工业炉窑化学能

热能华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式3.机械能的产生华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式3.机械能的产生热机效率内燃机

——往复运动热机燃气轮机

——外燃式热机蒸汽轮机

——将蒸汽热能转换为机械功的热机燃烧室发电机燃料空气废气华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式3.机械能的产生华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式4.电能的产生机械能发电机华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式4.电能的产生机电转换发电机涡轮机华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式4.电能的产生热电转换磁流体发电热电偶温差发电热电子发电华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式4.电能的产生化电转化－电化学电池燃料电池

燃料电池是一种将氢和氧的化学能通过电极反应直接转换成电能的装置。用于电动自行车的金属储氢装置2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式二.新能源发电方式新能源发电是最重要的新能源开发方式，包括风电、光伏、燃料电池发电、生物质发电、海洋能发电……华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式1.新能源发电概述

从能量转换过程的角度来看，新能源发电包括两大环节：能量转换环节（一次能源—电能）

通过发电装置将一种形式的能量变换为电能，如太阳能转换为电能、风能转换为电能电能形态变换环节（粗电—精电）

通过电力电子装置改变电能的幅值、频率、波形等形态，将发电装置发出的原始电能形态转换为符合用户需要或满足并网要求的电能形态。

新能源发电的两个环节并重。与新能源发电不同，常规能源发电（火电、大水电、核电）则侧重于第一个环节。华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式常规发电系统结构新能源发电系统典型结构华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式1.新能源发电概述

新能源发电技术的特点能量转换形式的多样化

新能源种类很多，对应的能量转换形式就很多，如风能—电能、太阳能—电能、地热能—电能。电能形态及功率控制的灵活性

由于能量转换形式的多样性，发电装置发出的电能形态各异，既有交流电也有直流电，因此需要各类电能形态变换技术，例如AC-DC、DC-DC、DC-AC、AC-AC等电力变换技术。由于大多数新能源的不稳定性和间歇性，需要强大和灵活的功率解耦控制技术。华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式四大基本变换电路AC-DC变换电路(整流)DC-DC变换电路（斩波）DC-AC变换电路（逆变）AC-AC变换电路（变频、变压）组合变换电路AC-DC-AC变换电路DC-AC-DC变换电路AC-DC-DC-AC变换电路AC-DC-AC-DC变换电路输出输入直流交流交流整流交流电力控制变频、变相直流直流斩波逆变华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式发电技术能源种类内燃机发电技术石化能源燃气轮机发电技术微型燃气轮机发电技术常规的燃油发电机发电技术燃料电池发电技术太阳能发电技术可再生能源风力发电技术小水利发电技术生物质发电技术氢能发电技术二次能源垃圾发电技术一般废弃物地热发电技术地球内部热核反应华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式二.新能源发电方式2.风力发电系统水平轴式垂直轴式

从能量转换的角度来看，风力发电机组包括两大部分：风力机:

由它将风能转换为机械能；发电机:

由它将机械能转换为电能。风力机在结构型式上分水平轴式与垂直轴式。华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式风力发电系统是将风能转换为电能，由机械、电气及控制３大系统组合构成。包括风轮（风力机）、发电机、变速器及有关控制器和储能装置。

2风力发电系统华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式2.风力发电系统独立运行的风力发电机组

又称离网式风力发电机组，是把风力发电机组输出的电能经蓄电池蓄能，再供应用户使用。华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式储能方式：蓄电池蓄能(主要）

——在风力发电系统中，多采用铅酸蓄电池和碱性蓄电池作为存储电能的装置。抽水蓄能——地形条件合适压缩空气储能飞轮储能电解水制氢储能华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式海岛上的独立运行风力发电机华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式并网运行的风力发电机组恒速恒频方式

——风力发电机组的转速不随风速的波动而变化，始终维持恒转速运转，从而输出恒定额定频率的交流电。采用笼形异步发电机。恒速恒频风电机组华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式恒速发电的特点：电气系统简单，可适合于在野外缺少维护的环境下工作。转速不变，输出功率和转速的控制全靠倾角控制完成，要求倾角控制响应快，动作次数多，调节机构易疲劳损坏；强阵风来时，转速不变，机械承受应力大，要求坚固，所以又称“刚性”风力发电。适用于小功率风电系统，通常不大于600kW。华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式并网运行的风力发电机组变速恒频方式

——风力发电机组的转速随风速的波动作变速运行，但仍输出恒定频率的交流电。直驱式变速风电机组双馈式变速风电机组华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式直驱式风力发电机双馈式风力发电机华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式变速发电的特点：在不同风速下，涡轮机都工作在最高效率点，提高效率10%；减小发电机电磁转矩脉动和机械承受的应力，减轻机械强度要求，又称“弹性”风力发电；电磁转矩脉动小，发出电力的波动小，提高发电质量；在强风来时倾角控制器才工作，对倾角控制的响应速度大大降低、动作次数显著减少、机构寿命得以延长。适用于大功率发电场合，通常大于1000kW。华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式二.新能源发电方式3.光伏发电系统

光伏发电是指利用光伏电池板将太阳光辐射能量转换为电能的直接发电形式，典型的光伏发电系统是由光伏阵列、蓄电池组、控制器、电力电子变换器、负载等构成。

华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式光伏发电系统的构成

光伏阵列

实际的光伏发电系统根据用户需求，将若干个光伏电池组件经串并联排列组成光伏阵列，满足光伏发电系统输出电压和电流的需要。光伏电池组件的串联，要求所串联组件具有相同的电流容量；光伏电池的并联，要求所并联组件具有相同的电压等级。

1个光伏电池额定输出电压大约为0.45V.

华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式光伏发电系统的构成蓄电池组作为电能存储环节，通过充电控制器实现对蓄电池组的充放电（太阳能电池阵列――蓄电池组的充电、蓄电池组――负载的放电）双向变换控制。电力电子变换器电力电子变换器实现DC－AC或DC－DC电能变换，是光伏发电系统的关键部分。

华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式光伏发电系统的构成

控制器

光伏发电系统中的控制器实现系统的总体控制。功能包括：太阳能最大功率点控制（MPPT）蓄电池充放电控制光伏直流输电升降压变换控制逆变器控制等负载

终端电能消耗设备，通过消耗电能作功，将电能再次转换成其他形式的能量。

华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式光伏发电系统的分类

按电力系统终端供电模式分为孤立光伏发电系统和并网光伏发电系统。独立光伏发电系统

——独立用户安装的为自身供电的小型光伏发电系统华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式光伏发电系统的分类

光伏并网系统

由太阳能电池阵列、变换器（斩波器、逆变器）和控制器组成。华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式二.新能源发电方式4.燃料电池发电系统分类：固定式的燃料电池汽车专用移动式燃料电池特点：低噪声；变换效率高，对环境的污染几乎为零；体积小，使用方便；能使用多种燃料发电，可以代替火力发电。

华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式燃料电池发电系统结构燃料供给燃料处理器(汽油或甲烷)燃料电池堆DC-DC变换器DC-AC变换器220V/50Hz负载热管理余热回收蓄电池燃料电池控制器－空气管理－燃料管理－传感器电源变换控制器中央动力控制单元·H2并网运行Q华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式燃料重整系统――将得到的燃料转化为燃料电池能使用的以氢为主要成分的转换系统；空气供应系统――可以使用电动机驱动的送风机或空气压缩机；DC/AC变换系统――直流到交流的逆变装置；排热回收系统――用于回收燃料电池发电时产生的热能；控制系统――燃料电池发电时的起动、停止、运行、外接负载等的控制装置；剩余气体循环系统――在高温燃料电池发电装置中，由于燃料电池排热温度高，因此安装可以使用蒸汽轮机与燃气轮机剩余气体的循环系统。

华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式燃料电池的分类按电解质性质分：碱性燃料电池（AlkalineFuelCell－AFC）质子交换膜燃料电池（ProtonExchangeMembraneFuelCell－PEMFC）磷酸燃料电池（PhosphoricAcidFuelCell－PAFC）熔融碳酸盐燃料电池（MoltenCarbonateFuelCell－MCFC）固态氧化物燃料电池（SolidOxideFuelCell－SOFC）按工作温度分：低温燃料电池（AFC、PEMFC、PAFC）高温燃料电池（MCFC、SOFC）按开发早晚顺序：把PAFC称为第一代燃料电池；把MCFC称为第二代燃料电池；把SOFC称为第三代燃料电池。Ⅳ:华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式二.新能源发电方式5.微型燃气轮机发电系统微型燃气轮机（Microturbine）是一类新近发展起来的小型热力发动机，其单机功率范围为25～300kW，基本技术特征是采用径流式叶轮机械（向心式透平和离心式压气机）以及回热循环。提供清洁、可靠、高质量、多用途、小型分布式发电及热电联供的最佳方式。微型燃气轮机发电技术有可能掀起“电源小型分散化”的技术革新热潮，从而成为21世纪能源技术的主流。

华北电力大学电气与电子工程学院刘其辉2011.5.3Ⅳ:能量转换系统与新能源发电方式微燃气轮机发电系统结构2011.5.3本章目录概述AC-DC变流电路DC-DC变流电路DC-AC变流电路AC-AC变流电路组合变流电路新能源发电中的电力变换电路Ⅴ:新能源发电的电力变换技术2011.5.3一.概述电力电子变换是光伏发电系统中的关键技术，其基础是电力电子变流技术。Ⅴ:新能源发电的电力变换技术2011.5.31.引言

电力变换在新能源发电及电力系统中起着举足轻重的作用。以风电、光伏为代表的新能源具有间歇性和不稳定性的特点，由新能源得到的电能通常不能直接供用户使用或进行并网，必须通过电力电子变换技术进行电能形态变换和潮流控制才能成为终端消费电能。电力电子技术——使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术，即应用于电力领域的电子技术。电力电子技术应用范围非常广，涉及能源、工业、交通、电力、航空等多个领域，其变换的“电力”，可大到数百MW甚至GW，也可小到数W甚至mW级。电力电子技术的两大分支：电力电子器件制造技术变流技术（电力电子器件应用技术）Ⅴ:新能源发电的电力变换技术2011.5.3电力电子学电子学电力学控制理论连续、离散

电路、器件静止器、旋转电机图：描述电力电子学的倒三角形电力电子学(PowerElectronics)名称60年代出现；1974年，美国的W.Newell用倒三角形对电力电子学进行了描述，被全世界普遍接受；是一门与电力、电子、控制密切相关的交叉学科。Ⅴ:新能源发电的电力变换技术2011.5.3晶闸管问世，(公元元年)

IGBT出现功率集成器件晶闸管时代水银（汞弧）整流器时代电子管问世全控型器件迅速发展史前期（黎明期）19041930194719571970198019902000t(年)晶体管诞生图：电力电子技术发展历史Ⅴ:新能源发电的电力变换技术2011.5.3控制电路检测电路驱动电路RL主电路V1V2电力电子系统：由控制电路、驱动电路、检测电路以及以电力电子器件为核心的主电路组成图：电力电子系统的构成Ⅴ:新能源发电的电力变换技术2011.5.32.电力电子器件电力电子器件的概念及特征电力电子器件（powerelectronicdevice）——可直接用于处理电能的主电路中，实现电能的变换或控制的电子器件。电力电子器件的特征：能处理电功率的大小，即承受电压和电流的能力，是最重要的参数。电力电子器件一般都工作在开关状态。实用中，电力电子器件往往需要由信息电子电路来控制。为保证不致于因损耗散发的热量导致器件温度过高而损坏，不仅在器件封装上讲究散热设计，在其工作时一般都要安装散热器。

Ⅴ:新能源发电的电力变换技术2011.5.3电力电子器件的类型按照器件能够被控制电路信号所控制的程度，分为三类：不控器件不能用控制信号来控制其通断,因此也就不需要驱动电路。只有两个端子，器件的通和断是由其在主电路中承受的电压和电流决定的。如:电力二极管（PowerDiode）。半控器件通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断，器件的关断由其在主电路中承受的电压和电流决定。如：晶闸管（Thyristor）及其大部分派生器件。全控器件通过控制信号既可控制其导通又可控制其关断。如：绝缘栅双极晶体管（IGBT），电力场效应晶体管（电力MOSFET）门极可关断晶闸管（GTO）。Ⅴ:新能源发电的电力变换技术2011.5.3按照驱动电路加在器件控制端和公共端之间信号的性质，分为两类：电流驱动型通过从控制端注入或者抽出电流来实现导通或者关断的控制，如:晶闸管、GTO。电压驱动型仅通过在控制端和公共端之间施加一定的电压信号就可实现导通或者关断的控制，如IGBT、MOSFET。按器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况分为三类：单极型器件由一种载流子参与导电的器件双极型器件由电子和空穴两种载流子参与导电的器件。复合型器件Ⅴ:新能源发电的电力变换技术2011.5.3图：电力电子器件分类“树”

Ⅴ:新能源发电的电力变换技术2011.5.3图：电力二极管、晶闸管、IGBT及功率模块Ⅴ:新能源发电的电力变换技术2011.5.33.电力电子变流技术概念用电力电子器件构成电力变换电路和对其进行控制的技术，以及构成电力电子装置和电力电子系统的技术。是电力电子技术的核心，其理论基础是电路理论。电力形态及其变换电能有两种形态：直流、交流。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。交流电形态参数：幅值、频率、相位直流电形态参数：幅值电力形态变换：将一种形态电能变换为另外一种形态电能，包括：交流变直流、直流变交流、直流变直流、交流变交流。Ⅴ:新能源发电的电力变换技术2011.5.3

输出输入直流交流交流整流交流电力控制变频、变相直流直流斩波逆变电力变换的种类及其变流技术

Ⅴ:新能源发电的电力变换技术2011.5.3Ⅴ:新能源发电的电力变换技术2011.5.3四大基本变换电路AC-DC变换电路(整流)DC-DC变换电路（斩波）DC-AC变换电路（逆变）AC-AC变换电路（变频、变压）组合变换电路AC-DC-AC变换电路DC-AC-DC变换电路AC-DC-DC-AC变换电路AC-DC-AC-DC变换电路Ⅴ:新能源发电的电力变换技术2011.5.3二.AC-DC变流电路整流器（AC-DC变换器）是电力电子电路中出现最早的一种，它的作用是将交流电能变为直流电能。Ⅴ:新能源发电的电力变换技术2011.5.31.整流器的类型二极管不控整流电路单相半波不控整流电路单相全波不控整流电路单相桥式不控整流电路三相半波不控整流电路三相桥式不控整流电路晶闸管相控整流电路单相半波不控整流电路单相全波不控整流电路单相桥式不控整流电路三相半波不控整流电路三相桥式不控整流电路PWM整流电路（斩控整流电路）单相半桥PWM整流电路单相全桥PWM整流电路三相桥式PWM整流电路Ⅴ:新能源发电的电力变换技术大功率及多重化整流电路双反星型可控整流电路多重化整流电路并联型串联型按照直流侧滤波及储能元件的不同，整流电路又可分为电压型和电流型。名称输出电压型输出电流型单相半波单相全波表

常用二极管整流器的主要形式Ⅴ:新能源发电的电力变换技术2.二极管不控整流电路拓扑单相桥式三相半波三相桥式续表Ⅴ:新能源发电的电力变换技术名称输出电压型输出电流型单相半波单相全波单相桥式半控表

常用晶闸管整流器的主要形式Ⅴ:新能源发电的电力变换技术3.晶闸管相控整流电路拓扑单相桥式全控三相半波三相桥式半控三相桥式全控续表Ⅴ:新能源发电的电力变换技术名称输出电压型输出电流型单相半桥单相全桥三相桥式表

常用PWM整流器的主要形式Ⅴ:新能源发电的电力变换技术4.PWM整流电路拓扑名称输出电流型双反星型可控整流电路并联型多重化整流电路串联型多重化整流电路表

大功率及多重化整流电路Ⅴ:新能源发电的电力变换技术4.大功率及多重化整流电路拓扑2011.5.3三.DC-DC变流电路直流斩波器（DC-DC变换器）对直流电能进行变换，实现电压匹配或对蓄电池的充放电控制。Ⅴ:新能源发电的电力变换技术2011.5.31.直流斩波器的类型基本斩波电路降压斩波电路（BUCKCHOPPER）升压斩波电路(BOOSTCHOPPER)升降压斩波电路Cuk斩波电路Sepic斩波电路Zeta斩波电路复合斩波电路和多相多重斩波电路电流可逆型斩波电路桥式斩波电路多相多重斩波电路隔离型斩波电路正激型反激型半桥型全桥型推挽型Ⅴ:新能源发电的电力变换技术2011.5.32.降压斩波电路图

降压斩波电路的原理图及波形a）电路图b）电流连续时的波形c）电流断续时的波形

◆电路分析

☞使用一个全控型器件V，图中为IGBT，若采用晶闸管，需设置使晶闸管关断的辅助电路。

☞设置了续流二极管VD，在V关断时给负载中电感电流提供通道。☞主要用于电子电路的供电电源，也可拖动直流电动机或带蓄电池负载等，后两种情况下负载中均会出现反电动势，如图中Em所示。

◆工作原理

☞t=0时刻驱动V导通，电源E向负载供电，负载电压uo=E，负载电流io按指数曲线上升。

☞

t=t1时控制V关断，二极管VD续流，负载电压uo近似为零，负载电流呈指数曲线下降，通常串接较大电感L使负载电流连续且脉动小。

Ⅴ:新能源发电的电力变换技术2011.5.33.升压斩波电路0iGE0ioI1a)b)图

升压斩波电路及其工作波形a）电路图b）波形

◆工作原理

☞假设L和C值很大。

☞V处于通态时，电源E向电感L充电，电流恒定I1，电容C向负载R供电，输出电压Uo恒定。

☞V处于断态时，电源E和电感L同时向电容C充电，并向负载提供能量。

◆基本的数量关系

☞当电路工作于稳态时，一个周期T中电感L积蓄的能量与释放的能量相等，即

化简得

上式中的

Ⅴ:新能源发电的电力变换技术2011.5.33.升降斩波电路图

升降压斩波电路及其波形a）电路图b）波形

◆工作原理

☞V导通时，电源E经V向L供电使其贮能，此时电流为i1，同时C维持输出电压恒定并向负载R供电。

☞V关断时，L的能量向负载释放，电流为i2，负载电压极性为上负下正，与电源电压极性相反，该电路也称作反极性斩波电路。◆基本的数量关系

otb)oti1i2tontoffILILⅤ:新能源发电的电力变换技术2011.5.34.Cuk斩波电路图Cuk斩波电路及其等效电路a）电路图b）等效电路

◆工作原理

☞V导通时，E—L1—V回路和R—L2—C—V回路分别流过电流。

☞V关断时，E—L1—C—VD回路和R—L2—VD回路分别流过电流。

☞输出电压的极性与电源电压极性相反。◆基本的数量关系

Ⅴ:新能源发电的电力变换技术2011.5.35.

Sepic斩波电路和Zeta斩波电路图Sepic斩波电路

图Zeta斩波电路

■两种电路具有相同的输入输出关系，Sepic电路中，电源电流连续但负载电流断续，有利于输入滤波，反之，Zeta电路的电源电流断续而负载电流连续；两种电路输出电压为正极性的。

Ⅴ:新能源发电的电力变换技术2011.5.36.可逆斩波电路（复合斩波电路）图

电流可逆斩波电路及其波形a）电路图b）波形

◆电路结构

☞V1和VD1构成降压斩波电路，电动机为电动运行，工作于第1象限。

☞V2和VD2构成升压斩波电路，电动机作再生制动运行，工作于第2象限。

☞必须防止V1和V2同时导通而导致电源短路。◆工作过程

☞两种工作情况：只作降压斩波器运行和只作升压斩波器运行。

☞第3种工作方式：一个周期内交替地作为降压斩波电路和升压斩波电路工作。☞第3种工作方式下，当一种斩波电路电流断续而为零时，使另一个斩波电路工作，让电流反方向流过，这样电动机电枢回路总有电流流过。

☞一个周期内，电流不断，响应很快。

电流可逆斩波电路Ⅴ:新能源发电的电力变换技术2011.5.36.可逆斩波电路（复合斩波电路）桥式可逆斩波电路图

桥式可逆斩波电路

■桥式可逆斩