電力電子與新能源技術(shù)2023/5/27電力電子與新能源技術(shù)綠色電源與低碳經(jīng)濟(jì)大功率中、高壓變頻技術(shù)

及應(yīng)用風(fēng)力發(fā)電及并網(wǎng)技術(shù)新型微電網(wǎng)電力電子與新能源技術(shù)綠色電源與低碳經(jīng)濟(jì)電力電子與新能源技術(shù)面臨的問題能源短缺——化學(xué)燃料屬于不可再生性能源，能源問題成為阻礙發(fā)展的重要障礙環(huán)境污染——傳統(tǒng)的能源利用方式給今天人類的生活環(huán)境造成了大量的污染；氣候變化——煤炭等化石燃料排放的溫室氣體對(duì)氣候變化造成巨大影響。電力電子與新能源技術(shù)出路與對(duì)策發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)，走可持續(xù)發(fā)展道路。電力電子與新能源技術(shù)節(jié)能:努力推進(jìn)節(jié)能和科學(xué)用能提高能源利用效率，減少化石能源消耗，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。采用變頻調(diào)速減少風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載的電能損耗。提高用電裝置的功率因數(shù)，或采用功率因數(shù)補(bǔ)償裝置。采用新材料、新技術(shù)提高電源與電器設(shè)備的效率。電力電子與新能源技術(shù)節(jié)能:努力推進(jìn)節(jié)能和科學(xué)用能電力電子與新能源技術(shù)可再生能源的開發(fā)利用大力開發(fā)可再生能源和新能源隨著全球石油煤炭等資源的耗盡，人們必須在礦物能源沒有用完的有限時(shí)間內(nèi)找到可以替代的新能源和動(dòng)力裝置。因此，人們多年來一直在努力尋找能源利用效率高、不污染環(huán)境并可以再生的新能源及其利用方式。電力電子與新能源技術(shù)綠色能源太陽能電池風(fēng)力發(fā)電潮汐、地?zé)岚l(fā)電燃料電池各種高效無污染電源電力電子與新能源技術(shù)海上風(fēng)電場電力電子與新能源技術(shù)光伏太陽能電池電力電子與新能源技術(shù)新型電網(wǎng)電力電子與新能源技術(shù)綠色電源技術(shù)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排電力電子與新能源技術(shù)新能源驅(qū)動(dòng)交通工具電力電子與新能源技術(shù)大功率中、高壓變頻技術(shù)

及應(yīng)用電力電子與新能源技術(shù)低壓交流變頻調(diào)速低壓交流變頻調(diào)速日益成熟：主回路：交-直-交方案逆變：IGBT（絕緣柵極雙極型晶體管）或Power-MOSFET器件，兩電平結(jié)構(gòu)，SPWM或SVPWM整流：不可控整流或PWM整流電力電子與新能源技術(shù)低壓交流變頻調(diào)速低壓交流變頻調(diào)速日益成熟：控制方案：電壓頻率協(xié)調(diào)控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制應(yīng)用：所有低壓電機(jī)驅(qū)動(dòng)而需要調(diào)速的對(duì)象電力電子與新能源技術(shù)中、高壓交流變頻調(diào)速低壓變頻調(diào)速提供了技術(shù)的積累器件的發(fā)展：HV-IGBT、IGCT、IECT電壓等級(jí)：中壓3000V，高壓6000V以上主回路結(jié)構(gòu)：交-交變頻、交-直-交兩電平或三電平、交-直-交級(jí)聯(lián)型單元串聯(lián)多電平應(yīng)用：高壓水泵、風(fēng)機(jī)，軌道交通電力牽引，船舶主傳動(dòng)，大型軋機(jī)主傳動(dòng)等電力電子與新能源技術(shù)電力電子器件SCR（晶閘管）：2500A/8000V，4500A/6000VHV-IGBT（高壓IGBT）：4000A/4500VIGCT（集成門極晶閘管）：6000A/6000VIECT（注入增強(qiáng)型IGBT）：4000A/4500V電力電子與新能源技術(shù)新型電力電子器件新型電力電子器件：開關(guān)頻率高，容量大，性能更優(yōu)碳化硅（SiC）：肖特基二極管已商業(yè)化，可開關(guān)器件尚處于實(shí)驗(yàn)室階段氮化鎵（GaN）高頻性能更佳，尚未見成熟的產(chǎn)品面世電力電子與新能源技術(shù)高壓變頻器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

交-交變頻交-直-交兩電平或三電平交-直-交級(jí)聯(lián)型單元串聯(lián)多電平電力電子與新能源技術(shù)交-交變頻交-交變頻主回路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)電力電子與新能源技術(shù)交-交變頻主要特征能量雙向流動(dòng)，可四象限運(yùn)行選用SCR作為功率器件，一般為36個(gè)輸出功率：5000KW—20000KW輸出頻率：1/3~1/2電源頻率輸出電壓：3000V電力電子與新能源技術(shù)交-交變頻不足之處電網(wǎng)則諧波電流較大，功率因數(shù)低輸出電壓、電流諧波分量大調(diào)速范圍小需要濾波與無功補(bǔ)償電力電子與新能源技術(shù)交-交變頻的應(yīng)用軋機(jī)主傳動(dòng)、船舶電力推進(jìn)、球磨機(jī)和水泥回轉(zhuǎn)窯，一般采用矢量控制典型產(chǎn)品：Siemens公司此方案比較成熟，為早期產(chǎn)品，面臨被取代的處境電力電子與新能源技術(shù)不可控整流交-直-交兩電平變頻單管結(jié)構(gòu)，不可控整流，SVPWM，與普通的低壓變頻期無本質(zhì)區(qū)別，只是器件電壓等級(jí)較高。電力電子與新能源技術(shù)多管直接串聯(lián)的兩電平變頻器電力電子與新能源技術(shù)多管直接串聯(lián)的兩電平變頻器優(yōu)點(diǎn)：利用較為成熟的低壓變頻器的電路拓?fù)浜涂刂撇呗?。難點(diǎn)：串聯(lián)開關(guān)管需要?jiǎng)?、靜態(tài)均壓，因此對(duì)驅(qū)動(dòng)、控制電路的要求也大大提高，還需要解決dv/dt、抗共模電壓技術(shù)、正弦波濾波技術(shù)等問題。應(yīng)用：高壓風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載電力電子與新能源技術(shù)不可控整流交-直-交兩電平變頻能量單向流動(dòng)，不能四象限運(yùn)行選用IGBT等功率器件輸出頻率：范圍較大單管結(jié)構(gòu)輸出電壓：1200V多管結(jié)構(gòu)輸出電壓：3000~6000V電力電子與新能源技術(shù)不可控整流交-直-交兩電平變頻不足之處電網(wǎng)則諧波電流較大，功率因數(shù)低輸出電壓、電流諧波分量大dv/dt較大電力電子與新能源技術(shù)可控整流交-直-交兩電平變頻可控整流，SVPWM電力電子與新能源技術(shù)可控整流交-直-交兩電平變頻能量雙向流動(dòng)，四象限運(yùn)行電網(wǎng)則諧波小，功率因數(shù)可控選用IGBT、IGCT或IECT等功率器件輸出頻率：范圍較大輸出電壓：1200V應(yīng)用：高性能調(diào)速系統(tǒng)，軌道交通牽引電力電子與新能源技術(shù)交-直-交三電平變頻避免了器件直接串聯(lián)的動(dòng)態(tài)均壓問題。輸出電壓的電平數(shù)增加，每個(gè)電平幅值相對(duì)降低，由整個(gè)直流母線電壓降為一半直流母線電壓，在同等開關(guān)頻率的前提下，可改善輸出波形質(zhì)量，dv/dt下降。整流部分可以是可控整流，也可以是不可控整流電力電子與新能源技術(shù)可控整流三電平變頻器電力電子與新能源技術(shù)可控整流三電平變頻器能量雙向流動(dòng)，四象限運(yùn)行電網(wǎng)則諧波小，功率因數(shù)可控選用IGBT、IGCT或IECT等功率器件輸出頻率：范圍較大輸出電壓：3000V應(yīng)用：軋機(jī)主傳動(dòng)，電力牽引，船舶推進(jìn)等高性能四象限運(yùn)行調(diào)速系統(tǒng)電力電子與新能源技術(shù)可控整流三電平變頻器零點(diǎn)漂移問題采用雙直流電源可以抑制電力電子與新能源技術(shù)多相電機(jī)蘭州電機(jī)廠五相電機(jī)器件的并聯(lián)改為橋臂的并聯(lián)電力電子與新能源技術(shù)三電平變頻器并聯(lián)寶鋼某軋機(jī)主傳動(dòng)，3000V，9000kW，雙繞組同步電動(dòng)機(jī)，采用兩個(gè)三電平變頻器供電矢量控制電力電子與新能源技術(shù)三電平變頻器串聯(lián)定子繞組打開，兩套3kV三相三電平逆變器串聯(lián)電力電子與新能源技術(shù)飛跨電容鉗位型多電平變頻器用飛跨電容取代鉗位二極管，雖省去了大量的二極管，但又引入了不少電容。對(duì)高壓系統(tǒng)而言，電容體積大、成本高、封裝難。電力電子與新能源技術(shù)交-直-交級(jí)聯(lián)型單元串聯(lián)多電平變頻器電力電子與新能源技術(shù)交-直-交級(jí)聯(lián)型單元串聯(lián)多電平變頻器POWERCELLB1POWERCELLA1POWERCELLC1POWERCELLA2POWERCELLB2POWERCELLC2POWERCELLC3POWERCELLB3POWERCELLA3高壓電機(jī)CENTRALCONTROLSYSTEMTYPICALPOWERCELLLOCALCONTROLS三相高壓輸入三相變壓變頻高壓輸出FIBEROPTICS集成一體式變壓器電力電子與新能源技術(shù)級(jí)聯(lián)型多電平電路結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)直流側(cè)采用相互分離的直流母線供電，不存在電壓均衡問題；結(jié)構(gòu)簡單清晰，控制方法相對(duì)簡單，可分別對(duì)每級(jí)進(jìn)行PWM控制；無需鉗位二極管或鉗位電容，易于模塊化封裝。單元模塊化為實(shí)際安裝、使用、維護(hù)方便。當(dāng)H橋出現(xiàn)故障，可將其旁路，余下的單元可以繼續(xù)工作。電力電子與新能源技術(shù)級(jí)聯(lián)型多電平電路結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)輸出電壓、電流諧波分量小dv/dt較小不存在中間直流電壓中性點(diǎn)偏移問題。電源側(cè)選用特制的變壓器，可減小電流諧波，改善功率因數(shù)電力電子與新能源技術(shù)級(jí)聯(lián)型多電平電路結(jié)構(gòu)存在的缺點(diǎn)電路的每個(gè)基本單元都要用一個(gè)獨(dú)立的直流電源來實(shí)現(xiàn)鉗位功能。使用單獨(dú)的直流電源可以使電路的各個(gè)單元彼此隔離，從而解決單元級(jí)聯(lián)時(shí)的動(dòng)態(tài)均壓和電壓鉗位問題，但隨著電平數(shù)增加，直流電源數(shù)也將大量增加。電力電子與新能源技術(shù)級(jí)聯(lián)型多電平電路結(jié)構(gòu)存在的缺點(diǎn)一般采用不可控整流，無法實(shí)現(xiàn)能量回饋及四象限運(yùn)行，只適用于風(fēng)機(jī)、水泵等一般不要求四象限運(yùn)行的設(shè)備。需要特制的變壓器電力電子與新能源技術(shù)大功率高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速開環(huán)型電壓頻率協(xié)調(diào)控制，適用于動(dòng)態(tài)性能要求不高的風(fēng)機(jī)、水泵類負(fù)載轉(zhuǎn)速閉環(huán)矢量控制或直接轉(zhuǎn)矩控制，適用與軋機(jī)主傳動(dòng)、軌道交通電力牽引、船舶電力推進(jìn)等動(dòng)態(tài)性能要求高的調(diào)速系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)速計(jì)算方法的無速度傳感器控制系統(tǒng)，性能介于上述兩種之間電力電子與新能源技術(shù)結(jié)論低壓變頻技術(shù)的發(fā)展與成熟，為大功率高壓變頻調(diào)速積累了經(jīng)驗(yàn)高壓、大電流電力電子器件的產(chǎn)生，為大功率高壓變頻調(diào)速提供了可能大功率高壓變頻調(diào)速具有廣闊的應(yīng)用前景和市場電力電子與新能源技術(shù)風(fēng)力發(fā)電及并網(wǎng)技術(shù)電力電子與新能源技術(shù)主要內(nèi)容風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)運(yùn)行的現(xiàn)狀風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)方式存在問題及應(yīng)對(duì)策略新型微電網(wǎng)電力電子與新能源技術(shù)風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)運(yùn)行的現(xiàn)狀新疆達(dá)坂城風(fēng)力發(fā)電廠電力電子與新能源技術(shù)全球風(fēng)電裝機(jī)容量持續(xù)增長截至2011年底，全球風(fēng)電裝機(jī)容量2.38億千瓦，同比增長20%。排名前五位中國、美國、德國、西班牙、印度風(fēng)電裝機(jī)容量均超過1500萬千瓦，合計(jì)占全球風(fēng)電總裝機(jī)的比重達(dá)到74%。我國占據(jù)首位。數(shù)據(jù)來源：GWECGlobalWindReport2011電力電子與新能源技術(shù)我國風(fēng)電行業(yè)2006年，我國風(fēng)力發(fā)電發(fā)展的預(yù)測目標(biāo)電力電子與新能源技術(shù)我國風(fēng)電行業(yè)數(shù)據(jù)來源：水規(guī)院《2011年度中國風(fēng)電建設(shè)統(tǒng)計(jì)評(píng)價(jià)報(bào)告》“十一五”期間，風(fēng)電裝機(jī)容量快速增長，年均增速接近100%，風(fēng)電開始進(jìn)入規(guī)?；l(fā)展階段。截至2011年底，中國風(fēng)電并網(wǎng)容量達(dá)到4784萬千瓦，比2005年增長36倍。風(fēng)電并網(wǎng)容量（萬千瓦）電力電子與新能源技術(shù)我國風(fēng)電行業(yè)國家電網(wǎng)公司經(jīng)營區(qū)內(nèi)風(fēng)電并網(wǎng)容量年均增速達(dá)到97.65%。2011年達(dá)到4394萬千瓦，同比增加1568萬千瓦，增長55%，比2006年增長25倍。電力電子與新能源技術(shù)我國風(fēng)電行業(yè)2011年分區(qū)風(fēng)電并網(wǎng)容量東北、華北、西北地區(qū)分別為1518、1678、830萬千瓦。占全國風(fēng)電并網(wǎng)容量的比例達(dá)到85%。電力電子與新能源技術(shù)風(fēng)電并網(wǎng)容量快速增長排名前十位的省區(qū)風(fēng)電并網(wǎng)容量合計(jì)3889萬千瓦，約占風(fēng)電并網(wǎng)總?cè)萘康?6%。電力電子與新能源技術(shù)風(fēng)電并網(wǎng)容量快速增長2011年，我國風(fēng)電發(fā)電量715億千瓦時(shí)，同比增加225億千萬時(shí)。數(shù)據(jù)來源：水規(guī)院《2011年度中國風(fēng)電建設(shè)統(tǒng)計(jì)評(píng)價(jià)報(bào)告》電力電子與新能源技術(shù)風(fēng)電并網(wǎng)容量快速增長電力電子與新能源技術(shù)風(fēng)電并網(wǎng)容量快速增長2011年，全國風(fēng)電設(shè)備平均利用小時(shí)數(shù)約1928小時(shí)，比2010年減少169小時(shí)。2011年主要省區(qū)風(fēng)電發(fā)電利用小時(shí)數(shù)電力電子與新能源技術(shù)大中型風(fēng)電場2011年底，10萬千瓦及以上風(fēng)電場219座，比年初增加77座，總?cè)萘?087萬千瓦增長到3464萬千瓦，容量占比從68%提高到82%。電力電子與新能源技術(shù)風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)方式內(nèi)蒙古風(fēng)力發(fā)電廠電力電子與新能源技術(shù)風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)運(yùn)行交流勵(lì)磁雙饋?zhàn)兯俸泐l發(fā)電電力電子與新能源技術(shù)風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)運(yùn)行無刷雙饋發(fā)電機(jī)變速恒頻發(fā)電電力電子與新能源技術(shù)風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)運(yùn)行直驅(qū)式永磁同步發(fā)電機(jī)變速恒頻發(fā)電電力電子與新能源技術(shù)風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)高壓發(fā)電機(jī)、全功率變換器、變壓器并網(wǎng)電力電子與新能源技術(shù)風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)發(fā)電單元并聯(lián)，變壓器并網(wǎng)電力電子與新能源技術(shù)風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)串聯(lián)單元電力電子與新能源技術(shù)風(fēng)電接入電網(wǎng)等級(jí)接入750千伏的并網(wǎng)風(fēng)電項(xiàng)目個(gè)數(shù)和容量分別占1%和1%；接入330千伏分別占2%和7%；接入220千伏電壓等級(jí)分別占30%和42%；接入110千伏分別占46%和38%；接入66千伏電壓等級(jí)分別占21%和11%。電力電子與新能源技術(shù)存在問題及應(yīng)對(duì)策略海上風(fēng)電場電力電子與新能源技術(shù)風(fēng)電脫網(wǎng)事故電力電子與新能源技術(shù)風(fēng)電脫網(wǎng)事故事故主要原因：并網(wǎng)風(fēng)電場設(shè)備質(zhì)量不良以及風(fēng)機(jī)不具備低電壓和高電壓穿越能力所致。電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的問題日益突出。電力電子與新能源技術(shù)存在問題及應(yīng)對(duì)措施1風(fēng)電出力變動(dòng)性顯著影響電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)功率平衡。需要電力系統(tǒng)配置與風(fēng)電接入規(guī)模相適應(yīng)的快速靈活調(diào)節(jié)電源（包括抽水蓄能、多年調(diào)節(jié)性能水電站、燃油燃?xì)鈾C(jī)組等），充分發(fā)揮靈活調(diào)節(jié)電源的快速啟停優(yōu)勢，參與系統(tǒng)調(diào)峰、調(diào)頻和調(diào)壓，保障電網(wǎng)安全，降低電力系統(tǒng)接納風(fēng)電所面臨的技術(shù)困難，支撐大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)發(fā)電和利用。風(fēng)電并網(wǎng)與電源結(jié)構(gòu)不合理電力電子與新能源技術(shù)存在問題及應(yīng)對(duì)措施2由于電網(wǎng)送出工程與風(fēng)電項(xiàng)目核準(zhǔn)不同步、建設(shè)工期不匹配，受當(dāng)?shù)仉娏ο到y(tǒng)消納能力和外送能力的限制，已出現(xiàn)不同程度的棄風(fēng)情況，迫切要求風(fēng)電項(xiàng)目和配套電網(wǎng)送出工程同步核準(zhǔn)、同步建設(shè)和同步投產(chǎn)。風(fēng)電開發(fā)與電網(wǎng)送出工程的統(tǒng)籌建設(shè)電力電子與新能源技術(shù)存在問題及應(yīng)對(duì)措施3風(fēng)電出力具有隨機(jī)性、波動(dòng)性、反調(diào)峰性、高峰時(shí)段保證容量低等特點(diǎn)，大規(guī)模間歇性電源接入電網(wǎng)，不僅將對(duì)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來影響，并且顯著影響電力系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，體現(xiàn)在遠(yuǎn)距離、大容量送出風(fēng)電的輸電成本、為保障高峰電力可靠供應(yīng)而增加的容量充裕性成本，以及保障電網(wǎng)實(shí)時(shí)平衡而發(fā)生的額外平衡成本的大幅增加。風(fēng)電接入增加電力系統(tǒng)的并網(wǎng)成本，引起新的利益矛盾電力電子與新能源技術(shù)存在問題及應(yīng)對(duì)措施4需求側(cè)響應(yīng)相對(duì)滯后，負(fù)荷需求剛性，尚沒有真正建立起電力需求與電價(jià)的響應(yīng)和聯(lián)動(dòng)機(jī)制，用電結(jié)構(gòu)短時(shí)期內(nèi)難以改觀。迫切需要調(diào)整電價(jià)機(jī)制，建立峰谷分時(shí)電價(jià)等靈活電價(jià)機(jī)制，提高需求側(cè)響應(yīng)激勵(lì)，改善需求結(jié)構(gòu)，鼓勵(lì)風(fēng)電供熱等多樣化利用途徑，促進(jìn)風(fēng)電低谷消納。風(fēng)電消納的需求側(cè)管理電力電子與新能源技術(shù)存在問題及應(yīng)對(duì)措施5由于我國風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系和檢測認(rèn)證工作相對(duì)滯后，風(fēng)電場整體技術(shù)水平不夠高。隨著近幾年風(fēng)電并網(wǎng)容量的快速增長，在高速發(fā)展過程中留下的安全隱患已經(jīng)逐步暴露，且呈現(xiàn)集中爆發(fā)態(tài)勢。風(fēng)電并網(wǎng)的電網(wǎng)安全問題電力電子與新能源技術(shù)存在問題及應(yīng)對(duì)措施5對(duì)電源出力的有效控制來實(shí)現(xiàn)對(duì)瞬間變化的負(fù)荷需求的響應(yīng)，電源的可控、在控是保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的基本技術(shù)要求。因此，風(fēng)電實(shí)現(xiàn)規(guī)模化并網(wǎng)發(fā)電，融入電力系統(tǒng)運(yùn)行，嚴(yán)格的并網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和管理規(guī)范是基本前提。需要加快并網(wǎng)檢測能力建設(shè)，更需要進(jìn)一