電力電子技術第1章電力電子變換和控制技術導論劉健武漢工程大學電氣信息學院電氣教研室電話/p>

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page1of81武漢工程大學電氣信息學院電力電子技術課程總體介紹：第5學期，共計64個學時，講授學時50學時“電力電子技術”是電氣工程類專業的專業基礎課程前期課程：電路、模電、數電，控制理論，微機原理本次課程內容：學科的形成、基本元件、變換電路，以及控制方法第1章電力電子變換和控制技術導論Chapter1PowerElectronicConversionandControlTechnologyIntroduction

1.1電力電子學科的形成1.1Theformationofpowerelectronicsdiscipline

人類文明、科學技術發展的產物18世紀第一次技術革命（18世紀中期-19世紀）：以牛頓力學建立、蒸汽機發明為主要標志。蒸汽機取代自然力成為主要動力。M.Faraday,1791-1869第二次技術革命（19世紀末-20世紀初）：以交流發電機、變壓器、電動機、遠距離輸電，以及有線電、無線電通信技術為主要標志。電動機取代蒸汽機成為機械的原動力。A.Einstein,1879-1955第三次技術革命：（20世紀40-60年代）以原子能、電子計算機、空間技術和生物工程的發明與應用為主要標志。是科學進步與技術開發的緊密結合19世紀20世紀21世紀1904年：電子管出現1947年：晶體管發明1957年：晶閘管發明電力電子技術概念提出與學科形成。J.Watt,1736-1819電力電子技術：

空白但是各項基礎學科與理論已逐漸成熟70年代：電力晶體管，電力場效應管80年代：絕緣門極雙極型晶體管。IGBT1.1電力電子學科的形成（續）1.1Theformationofpowerelectronicsdiscipline

第1章電力電子變換和控制技術導論電力電子技術與各個學科之間的關系：電子學：器件應用，電子電路，電路基礎理論與分析方法。電氣工程：電力技術，電力設備，電力網絡?？刂萍夹g：相輔相成，互為支持。電力電子技術未來的發展：

能源的開發、高效利用是人類社會科學技術發展永恒的追求，電力電子技術作為電能變換的重要手段之一，勢必也會不斷發展、壯大、完善。1、電力器件2、變換電路3、控制技術國內外電力工業發展概況及前景

國外情況：我國電力工業歷史上的第一：火電1882年上海電氣公司11.63kW水電1912年云南石龍壩2×240kW核電1991年浙江秦山300MW火電1875年法國巴黎北火車站1882年美國紐約的珍珠街電廠6臺，共計670kW水電1878年諾森伯蘭郡，英國核電1954年前蘇聯奧布靈斯克核電站5000kW，2002年關閉我國電力工業的世界第一：水電三峽電站32臺，70萬kW輸電特高壓輸電交流：1100kV直流：±800kV抽水蓄能廣州抽水蓄能電廠8臺，30萬kW直流交流J.P.MorganGeorgeWestinghouse愛迪生特斯拉三峽大壩（175米）三門峽水電站的警示第1章電力電子變換和控制技術導論1.2半導體電力器件1.2PowerSemiconductorDevices要求：1、掌握工作原理、開關特性、驅動電路、保護與吸收電路、串并聯技術2、了解各種主流器件的生產廠家、型號、價格不控器件：電力二極管（伏安特性、基本應用）半控器件：通過控制信號可控制其導通，而不能控制其關斷的器件晶閘管(SCR）及其派生器件（工作原理、主要特性參數、開通條件）全控器件：通過控制信號既可以控制其導通，又可以控制其關斷的電力電子器件被稱為全控型器件。門極可關斷晶閘管（GTO）,場效應晶體管（MOSFET）,絕緣門極雙極型晶體管（IGBT）（工作原理、主要特性參數、開通條件）第1章電力電子變換和控制技術導論1.3變換類型與變換電路1.3Conversion

TypesandCircuits要求：1、熟練掌握四大類型的變流電路的工作原理、波形分析與計算方法2、了解各種變換電路的主要功能與應用場合電源可分為兩類：一是直流，頻率f=0；二是交流，頻率f≠0直流—直流（斬波電路）：降壓（Buck），升壓（Boost）交流—直流（整流電路）：單相整流，三相整流（全控、半控型）直流—交流（逆變電路）：單相逆變，三相逆變，多電平，大容量交流—交流（交流斬波，變頻電路）：單相交流，三相交流基本的變換類型與變換電路交流電動、直流發電機組實現交流—直流變換交流變頻、變壓發電機組實現交流——交流電壓、頻率變換D1D3D2D4D1，D4D2，D3D1，D4D2，D3整流電路元件、結構、波形逆變電路元件、結構、波形180°導通120°導通PWM系統層面的控制：

直接給定（PI，PID)，自適應，模糊控制，多目標等針對特定目標的裝置頂層控制技術：

異步電機調速：矢量控制，直接轉矩控制，恒壓頻比控制

電能質量方面：無功與電壓補償（下垂控制），諧波（滯環控制）裝置底層脈寬控制技術：SPWM，SVPWM等經典控制理論的幾個重要人物：Maxwell（1831～1879）物理與數學家

1868年，Maxwell發表論文“論調節器”1877年，在劍橋做評委，發現了Routh，他的論文解決了五次以上多項式的穩定性判定的難題

E.J.Routh（1831~1907）數學家A.Hurwitz（1859~1919）數學家1895年，A.Hurwitz解決電廠汽輪機調速系統的穩定性H.Nyquist（1889~1976）博士、電氣工程師

H.W.Bode（1905~1982）工程師、科學家系統穩定性的幾何判據N.Wiener（1894~1964）美國數學家1948年發表《控制論》，控制學科奠基人Afamouschildprodigy

11歲，塔夫茨大學14歲，哈佛大學研究生。18歲，哈佛大學數理邏輯博士學位。物理、無線電、生物、哲學。1.4脈寬控制技術1.4PWMControlTechnologyPulseWidthModulation

第1章電力電子變換和控制技術導論要求：1、熟練掌握PWM，SPWM，SVPWM，SHEPWM的理論基礎與實現方法2、了解各種變換電路的主要功能與應用場合脈寬調制技術的理論基礎：沖量等效原理、典型控制電路、控制方法基本的PWM開關控制：直流降壓、直流升壓、四象限變換。SPWM:單極性PWM控制，雙極性PWM控制的原理（以單相為基礎）

同步調制、異步調制；提高直流電壓利用率、減小諧波。SVPWM（空間矢量PWM）：等效空間矢量計算、開關狀態變換。SHEPWM（特點消諧PWM）：原理，計算公式。1.5實驗環節1.5Experimentalpart

第1章電力電子變換和控制技術導論要求：1、正確使用示波器及相關電子儀器，并根據圖紙完成主電路接線2、能夠正確讀取實驗數據、分析數據，驗證相關定理與結論3、正確書寫實驗報告電力電子技術在發電系統中的應用第1章電力電子變換和控制技術導論1、同步發電機勵磁控制；2、雙饋風力發電機交流勵磁控制，無刷雙饋風力發電機交流勵磁控制，可變速抽水蓄能機組的交流勵磁控制，可變速水輪發電機的交流勵磁控制；3、永磁直驅風力發電全功率交直交變換器；4、光伏發電并網逆變器；電力電子技術在輸電系統中的應用第1章電力電子變換和控制技術導論1、并聯補償控制SVC（靜止無功補償器），SVG（靜止無功發生器），STATCOM（靜止同步補償器）2、串聯補償控制3、電壓和相角調節4、復合控制TSSC（晶閘管投切串聯電容器），TCSC（可控串聯補償器），SSSC（靜止同步串聯補償器），NGH（次同步諧振阻尼器）TCVR（晶閘管控制的電壓調節器）TCPAR（晶閘管控制的相角調節器）UPFC（統一潮流控制器）IPFC（線間潮流控制器）5、直流輸電高壓HVDC，輕型直流輸電HVDC—Light電力電子技術在配電系統中的應用第1章電力電子變換和控制技術導論1、D-SVC；2、D-SVG（D-STATCOM）；3、有源電力濾波器APF（并聯）；4、動態電壓調節器（恢復器）DVR（串聯）；5、統一電能質量控制器UPQC；6、三相負荷平衡控制；7、雙電源快速切換（備用電源自動投入）；1、高壓（中壓）變頻器，（燃氣輪機、抽水蓄能電機、大型同步電動機等）同步電機的啟動：靜態變頻SFC（staticfrequencyconvertersystem）；2、電力拖動、電動汽車快速充電；3、UPS電源、開關電源；4、中頻感應加熱；5、高頻電除塵；電力電子技術在用電環節中的應用第1章電力電子變換和控制技術導論電力電子技術在儲能系統中的應用第1章電力電子變換和控制技術導論1、風光儲互補微網；2、電動汽車；3、保安電源；4、超導儲能，蓄電池儲能，飛輪儲能；課程參考書：1、陳堅．電力電子學——電力電子變換和控制技術.（第二版）2、王兆安，黃俊．電力電子技術.3