文档介绍：现代电力电子变流技术
第一讲电力电子技术概论
一、电力电子技术的涵义和任务
电力电子技术的研究范围和研究内容:
电力电子器件及功率集成电路
电力电子变流技术
新型电源、节能及新能源利用、军用和太空等特种应用中的电力电子变流技术;电力电子变流器智能化技术;电力电子系统中的控制和计算机仿真、建模等。
电力电子应用技术
超大功率变流器在节能、可再生能源发电、钢铁、冶金、电力、电力牵引、舰船推进中的应用;电力电子系统信息与网络化;电力电子系统故障分析和可靠性;复杂电力电子系统稳定性和适应性等。
电力电子系统集成
电力电子模块标准化;单芯片和多芯片系统设计;电力电子集成系统的稳定性、可靠性等。
二、电力电子的发展与展望
电力电子器件的发展:
20世纪50年代晶闸管问世是电力电子技术开始的标志,之后电力电子技术的发展历史可划分为3个阶段:
1、1950---1960年,摇篮期,电力电子器件的关键技术得以完善。
2、1970---1980年末,成长期,主要电力电子器件(MOSFET、IGBT、GTO等)迅速发展,基本满足了功率变换对电力电子器件的要求。
3、1990年初至今,成熟期,基于硅材料的电压全控型器件和智能型集成功率模块技术得以完善和发展。
现代电力电子器件的发展方向:
新的器件结构、宽能带间隙的半导体器件、微电子与功率电子的结合、多芯片封装智能功率模块。
电力电子变流技术的发展:
电力电子变流技术主要实现四大基本变换:
AC/DC、 DC/DC 、 DC/AC 、 AC/AC( 同频、变频)
对电力电子装置的性能追求:
高效、高能量密度、高精度、快速响应、宽调节范围、低谐波失真、
低成本
电力电子变流技术发展的三个阶段:
1、应用二极管、晶闸管,采用不控或半控强迫换流技术;
2、应用自关断器件(GTO、BJT、MOSFET、IGBT等),普遍采用
PWM控制技术;
3、采用软开关,功率因数校正、消除谐波,考虑电磁兼容性、扩大
电压、电流、功率范围,全数字控制。(现代变流技术)
变流器的电路拓扑
常规的电路结构:单相桥、三相桥等
在研的电路拓扑:应用于各种特定场合的组合拓扑(包括多电平拓扑)
变流器的控制模式
常规控制模式:PWM、SPWM、SVPWM
针对应用对象的各种控制方法:
交流电机的矢量控制、直接转矩控制
有源滤波的瞬时无功功率理论、单周期控制理论等
现代控制理论(模糊控制、变结构控制、智能控制、神经网络控制
等)的应用
最新研究方向:
电力电子装置分布式系统控制,包括适合电力电子电路控制网络的
专用硬件和软件的研究
未来将受到关注的控制手段:非线性控制、网络控制
电力电子技术的发展方向
电力电子系统集成、标准化、模块化(包括:变流器的模块化、智能化、
标准化、电力电子芯片系统、多芯片封装模块、电力电子系统集成理论
和集成稳定性等)
三、开关变流的概念
电力电子器件——开关
电力电子电路——开关变流电路
变流原理——通过开关对变换前的电压(或电流)的分段截取,重新
组合为希望的电压(或电流)——分时分段切片组合
基本开关变流电路
1、一个开关的变流电路
2、单相桥式变流电路
3、三相桥式变流电路
开关变流电路的开关模式
1、相位控制
2、斩波控制
四、电力电子的主要应用
传统产业:电力、机械、矿冶、交通、化工、轻纺等
高新产业:航天、激光、通信、机器人等
能源的高效利用
应用例
1、可再生能源发电
风能、太阳能、生物能、地热能等转化为电能并接入电网时必须
应用电力电子技术进行调整和控制
2、分布式发电
3、电能质量控制
电力电子技术在电力系统中的应用。
发电:发电机励磁装置、电厂用电故障监测及保护装置、串补装
置、风力发电用永磁发电机变频调速装置、超大功率逆变
并网系统