演講人：-07電力電子基礎(chǔ)知識目錄CONTENT電力電子概述電力電子器件電力電子變換技術(shù)電力電子系統(tǒng)的控制與保護(hù)電力電子在能源領(lǐng)域的應(yīng)用電力電子技術(shù)的挑戰(zhàn)與未來發(fā)展電力電子概述電力電子技術(shù)是使用電力電子器件對電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù)。定義電力電子技術(shù)變換的電力功率范圍大，從數(shù)W到GW；電力電子器件具有高頻率、高效率和高功率密度等特點；電力電子技術(shù)可實現(xiàn)電能的變換、控制、保護(hù)和分配等功能。特點電力電子的定義與特點電力電子技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域電力系統(tǒng)用于提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和效率，如柔性交流輸電系統(tǒng)、高壓直流輸電等。電機(jī)驅(qū)動用于控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和位置，如變頻器、伺服驅(qū)動器等。新能源與可再生能源用于太陽能、風(fēng)能等可再生能源的發(fā)電和并網(wǎng)，如逆變器、風(fēng)電變流器等。交通領(lǐng)域用于電動汽車、高速鐵路等交通工具的電力驅(qū)動和控制，如電動車驅(qū)動器、軌道交通供電系統(tǒng)等。智能化與集成化電力電子系統(tǒng)越來越向智能化和集成化方向發(fā)展，可實現(xiàn)更高效、更智能的電力變換和控制。廣泛應(yīng)用與滲透電力電子技術(shù)將不斷滲透到各個行業(yè)和領(lǐng)域，為人們的生產(chǎn)和生活帶來更多便利和效益。綠色化與環(huán)保電力電子技術(shù)在新能源和可再生能源的應(yīng)用中發(fā)揮著重要作用，同時也需要關(guān)注其綠色化和環(huán)保性，減少電磁污染和噪音等不良影響。器件技術(shù)不斷創(chuàng)新新型電力電子器件不斷涌現(xiàn)，如SiC（碳化硅）器件、GaN（氮化鎵）器件等，性能更優(yōu)異，應(yīng)用更廣泛。電力電子技術(shù)的發(fā)展趨勢02電力電子器件分類按照控制類型可分為不可控器件、半控器件和全控器件；按照工作頻率可分為低頻、中頻和高頻器件。特點具有高效率、高功率密度、高可靠性、快速響應(yīng)和易于控制等優(yōu)點；同時也存在一些缺點，如過載能力較弱、對溫度敏感等。電力電子器件的分類與特點不可控器件如二極管，主要用于整流、穩(wěn)壓等電路。半控器件全控器件常見電力電子器件介紹如晶閘管，可通過控制信號控制其導(dǎo)通與關(guān)斷，廣泛應(yīng)用于可控整流、交流調(diào)壓等領(lǐng)域。如IGBT（絕緣柵雙極晶體管）、MOSFET（金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管）等，具有自關(guān)斷能力，可實現(xiàn)高頻、大功率的電力變換與控制。根據(jù)電路要求選擇合適的器件類型，同時考慮器件的電壓、電流、頻率等參數(shù)，以及散熱條件、可靠性等因素。選用原則當(dāng)電力電子器件損壞或性能下降時，需選擇合適的替換器件。替換時需注意新器件與原器件的參數(shù)匹配，以及安裝尺寸、散熱條件等方面的兼容性。替換方法電力電子器件的選用與替換03電力電子變換技術(shù)整流是將交流電轉(zhuǎn)換為直流電的過程，通過二極管等器件實現(xiàn)單向?qū)щ?，將交流電轉(zhuǎn)換為脈動直流電。整流原理單相整流電路、三相整流電路、半波整流電路、全波整流電路等。整流電路類型直流電源、電鍍、冶金等行業(yè)。整流技術(shù)應(yīng)用整流技術(shù)及其實現(xiàn)方式逆變是將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的過程，通過逆變器中的開關(guān)器件實現(xiàn)電能的轉(zhuǎn)換。逆變原理逆變電路類型逆變技術(shù)應(yīng)用單相逆變電路、三相逆變電路、半橋逆變電路、全橋逆變電路等。交流電源、電機(jī)調(diào)速、不間斷電源（UPS）等。逆變技術(shù)及其實現(xiàn)方式斬波技術(shù)應(yīng)用直流電機(jī)調(diào)速、直流電源、電力電子負(fù)載等。斬波原理斬波是將直流電轉(zhuǎn)換為另一種直流電的過程，通過開關(guān)器件對直流電進(jìn)行周期性的開通和關(guān)斷，實現(xiàn)電能的轉(zhuǎn)換和控制。斬波電路類型降壓斬波電路、升壓斬波電路、升降壓斬波電路等。斬波技術(shù)及其實現(xiàn)方式變頻原理變頻是通過改變電能的頻率來改變電機(jī)轉(zhuǎn)速或?qū)崿F(xiàn)其他控制目的的技術(shù)。變頻技術(shù)及其實現(xiàn)方式變頻電路類型交-直-交變頻電路、交-交變頻電路、直-交變頻電路等。變頻技術(shù)應(yīng)用變頻器、交流電機(jī)調(diào)速、電力節(jié)能等。其中變頻器是應(yīng)用變頻技術(shù)的主要設(shè)備，具有高效、節(jié)能、調(diào)速范圍廣等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、交通、民用等領(lǐng)域。04電力電子系統(tǒng)的控制與保護(hù)線性控制采用模擬電路或數(shù)字電路實現(xiàn)系統(tǒng)的線性控制，如PID控制等。變頻控制通過調(diào)整逆變器的工作頻率，實現(xiàn)對電動機(jī)轉(zhuǎn)速和輸出功率的調(diào)節(jié)。矢量控制基于電動機(jī)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型，通過控制電機(jī)電流的幅值和相位實現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的解耦控制。電力電子系統(tǒng)的基本控制方式電力電子系統(tǒng)的保護(hù)策略過流保護(hù)當(dāng)電流超過預(yù)設(shè)值時，通過快速切斷電源或降低輸出電壓來保護(hù)電力電子器件和負(fù)載。過壓保護(hù)當(dāng)電壓超過預(yù)設(shè)值時，通過降低輸入電壓或切斷電源來保護(hù)電力電子器件和負(fù)載。過熱保護(hù)當(dāng)電力電子器件溫度過高時，通過降低輸出功率或關(guān)閉器件來防止過熱損壞。短路保護(hù)當(dāng)負(fù)載短路時，通過快速切斷電源來防止短路電流對電力電子器件的損害。頻域分析通過系統(tǒng)的傳遞函數(shù)和頻率特性分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動態(tài)性能。時域分析通過系統(tǒng)的狀態(tài)方程和時域響應(yīng)分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動態(tài)性能。阻抗分析法通過分析電力電子系統(tǒng)的輸入阻抗和輸出阻抗，判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。仿真分析法利用電力電子仿真軟件對系統(tǒng)進(jìn)行建模和仿真分析，評估系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能指標(biāo)。電力電子系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析05電力電子在能源領(lǐng)域的應(yīng)用風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的電力電子變換將風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)出的不穩(wěn)定電壓和頻率的電能轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的電能，并輸送到電網(wǎng)。最大功率點追蹤（MPPT）無功補償與濾波風(fēng)力發(fā)電中的電力電子技術(shù)通過電力電子技術(shù)實現(xiàn)對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制，使其在不同風(fēng)速下都能運行在最大功率點上，提高發(fā)電效率。提高風(fēng)電場的功率因數(shù)，降低電網(wǎng)的無功損耗，同時進(jìn)行濾波處理，減少諧波對電網(wǎng)的污染。將太陽能電池板產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換為交流電，以供電網(wǎng)或負(fù)載使用。光伏逆變技術(shù)通過電力電子技術(shù)實現(xiàn)對太陽能發(fā)電系統(tǒng)的控制，使其在不同光照條件下都能運行在最大功率點上。太陽能發(fā)電系統(tǒng)的最大功率點追蹤（MPPT）電力電子技術(shù)可實現(xiàn)太陽能發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)的并網(wǎng)運行，也可在電網(wǎng)故障時實現(xiàn)離網(wǎng)運行，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。太陽能發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)與離網(wǎng)運行太陽能發(fā)電中的電力電子技術(shù)電動汽車中的電力電子技術(shù)電池管理與充電技術(shù)通過電力電子技術(shù)對電動汽車的電池進(jìn)行充放電管理，提高電池的使用壽命和續(xù)航里程。電機(jī)驅(qū)動與控制能量回收與制動系統(tǒng)電力電子技術(shù)可實現(xiàn)電動汽車電機(jī)的無級調(diào)速和高效運行，提高車輛的動力性能和舒適性。利用電力電子技術(shù)將電動汽車在制動或減速過程中的能量回收并儲存到電池中，提高能源利用效率。06電力電子技術(shù)的挑戰(zhàn)與未來發(fā)展能源轉(zhuǎn)型與高效利用電力電子技術(shù)在電網(wǎng)中的應(yīng)用不斷增加，如何保證電網(wǎng)的穩(wěn)定性和安全性成為重要挑戰(zhàn)。電網(wǎng)穩(wěn)定性與安全性設(shè)備智能化與集成化電力電子設(shè)備越來越復(fù)雜，如何實現(xiàn)設(shè)備的智能化和集成化，提高設(shè)備的可靠性和可維護(hù)性是一個重要問題。電力電子技術(shù)需要在新能源的開發(fā)和高效利用上發(fā)揮更大作用，以應(yīng)對能源轉(zhuǎn)型的挑戰(zhàn)。當(dāng)前電力電子技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)智能化電力電子系統(tǒng)將人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)應(yīng)用于電力電子系統(tǒng)，實現(xiàn)智能化控制和優(yōu)化管理。新型電力電子器件研發(fā)更高效、更可靠、更節(jié)能的電力電子器件，如寬禁帶半導(dǎo)體材料（SiC、GaN）等。高效電能變換技術(shù)研究更高效、更穩(wěn)定的電能變換技術(shù)，如高頻化、諧振軟開關(guān)技術(shù)等，提高電力電子設(shè)備的效率。電力電子技術(shù)的創(chuàng)新方向隨著分布式發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，電力電