分布式发电L2ReviewofPE

1、电力电子技术（Power Electronics)基于功率器件构成的基于功率器件构成的电路与系统电路与系统能够对电能进行变换与控制的技术能够对电能进行变换与控制的技术Smart Electric!一个简单的分压器设计一个简单的分压器设计r re es si is st ta an nc ce e d di iv vi id de er re em mi it tt te er r f fo ol ll lo ow we er rs sw wi it tc ch h m mo od de e v vo ol lt ta ag ge e d di iv vi id de er rD De es s

2、i ig ge en n a a 5 5- -v vo ol lt ts s D DC C p po ow we er r s su up pp pl ly y f fr ro om m 1 12 2 b ba at tt te er ry yPoor regulationLow efficiencyGood regulationLower efficiencyExcellent regulationHigh efficiency电力电子技术的应用领域 电力电子器件技术的应用电力电子器件技术的应用 电力系统 产业、交通领域 GTO IGBT MOSFET 晶闸管 100M 10M 1M 100

3、k 10k 1k 100 10 100 1k 10k 100 k 1M 控制容量（VA） 工作频率（Hz ） 信息处理领域 智能电网控制技术的构成电力电子技术是实现智能电网控制功能的执行单元电力电子技术在电力系统中的应用柔性电力技术nASPSAdjustable Speed Pump Storage,可变速抽水蓄能nVFDVariable Frequency Drive,变频调速技术在火电厂中的应用n风力发电的功率调控n太阳能发电功率变换n燃料电池应用中的功率变换n微型燃气轮机发电中的功率变换发电系统的电力电子技术输电系统的电力电子技术HVDCHigh Voltage DC transmiss

4、ion, 高压直流输电UPFCUniform Power Flow Controller,统一潮流控制器TCSC Thyristor Controlled Series Compensator,晶闸管控制串联补偿SVC Static Var Compensator , 静止无功补偿器SVG Static Var Generator (STATCOM), 静止无功发生器SMES Super-conducting Magnetic Energy Storage，超导储能配电系统的电力电子技术A.F.Active Filter,有源电力滤波器DVRDynamic Voltage Regulator,

5、 动态电压调节器SCB Solid-state Circuit Breaker, 固态断路器D-SVC Distribution Var Compensator 配网静止无功补偿器D-SVG Distribution Var Generator (STATCOM)配网静止无功发生器DSMES Distribution SMES，配电系统用超导储能用电设备的电力电子技术PQR Power Quality Regulator,电能质量调节器UPSUninterruptable Power Supply,交流不间断电源F.C. Frequency Converter,频率变换器VFDVariable

6、 Frequency Drive,电机变频调速技术EB Electronic Ballast, 照明电力电子电源 IHInduction Heating, 感应加热分布式电源与电力电子技术发电设备通过电力电子换流器并网：光伏发电、风力发电、MGT、燃料电池储能设备通过电力电子换流器联网：各类电池、飞轮储能、超级电容、SMES含分布式电源电网的电能质量控制：DSVC、DSVG、DVR、APF电力电子技术的三个层面PE 器件PE 电路PE系统电力电子器件的分类电力电子器件不可控器件(Diode)半控器件(Thyristor)全控器件电平触发(Level triggered)IGBT MOSFET脉

7、冲触发(Pulse triggered)GTOSi 材料电力电子器件的发展状况光触发晶闸管 LTT新型光敏区新型门射极结构优化质子辐射技术8kV/3.6kA LTT:_导通压降：2.7V_触发功率：8mW_dv/dt : 3000V/s_di/dt: 300A/ s全控器件发展历程IGCT & IEGTn晶体管的关断特性与晶闸管的导通特性相结合n门极低电感设计、关断发生在变成晶体管之后n无需吸收电路n较IGCT导通电阻小，损耗小n驱动控制更为简单Si-SiCSi材料的 物性极限SiC结晶体构造多样4H-SiC(4层6方体结构）能量禁制带幅高，特别适于电力控制Si，SiC特性对照SiC材料的耐压

8、水平比Si材料可提高10倍；SiC耐温水平提高23倍，这表明Si器件的通过电流的能力提高2 倍；SiC材料器件散热设计简单，从而SiC材料器件的综合功率处理能力比Si材料器件可提高一个数量级；速度的提高及热传导性能的改善，工作频率可以提高610倍。器件体积与损耗SiSiC1/5-1/10SOURCECONVERTERSINKDC or ACAC or DCPE converter AC /DC converter(rectifier)DC/DC converter(DC chopper)DC/AC converterAC/AC converter(VFD Cyclo-converter)电力电

9、子电路单相整流：滤波电容负载整流电路特性与负载的关系输出电压输入电流三相全波整流电路：滤波电容负载整流电路特性与负载的关系输出电压输入电流单相相控整流1221122cos()cos222 2coscos()20.9cos()cos()sdssddssdsdssLIVL IVVDPFV IL IIV三相相控整流112221122cos()cos233 2coscos()coscos()31.35cos()cos()sdlls ddss ds dssLIVL IVVDPFV IL IIVB B u u c c k k C C o o n n v v e e r rt te e r rs s t t

10、e e p p - - d d o o w w n n c c h h o o p p p p e e r rB B o o o o s s t t C C o o n n v v e e r rt te e r rs s t te e p p - - u u p p c c h h o o p p p p e e r rB B u u c c k k - - B B o o o o s s t t C C o o n n v v e e r rt te e r r( ( C C u u k k c c o o n n v v e e r rt te e r r) )s s t te e p

11、p - - u u p p / / s s t te e p p - - d d o o w w n nF F u u l ll l- - b b r ri id d g g e e c c o o n n v v e e r rt te e r r/ / i is s o o l la a t te e d d c c o o n n v v e e r rt te e r rM M a a i i n n O O b b j j e e c c t t i i v v e e s sDC/DC 变换器的分类BUCK 变换器Buck 变换器的基本关系式Voltage transfer rat

12、io?Peak-peak ripple current ?Boundary current for CCM?DVVTsovv)1 (DDLTVISSLP)1 (2DDLTVISSOBDevice stress?LTVIIVVSSoSWSsw8maxmaxBOOST 变换器Boost 变换器的基本关系式Voltage transfer ratio?Peak-peak ripple current ?Boundary current for CCM?DVVTsovv11DLTVISSLP)12DDLTVISSOB（Peak voltage and peak current?LTVIIVVSSoSW

13、osw2maxmaxBUCK-BOOST 变换器Buck-Boost 变换器的基本关系式Voltage transfer ratio?Peak-peak ripple current ?Boundary current for CCM?DDVVTsovv1DLTVISSLP)1 (2DDLTVISSOBPeak voltage and peak current?LTVIIVVVSSoSWoSsw2maxmax全桥变换器全桥变换器12 DTvv逆变器的分类无源逆变单相三相方波PWM脉冲方波脉冲PWM单相逆变电路Copyright 2003 by John Wiley & Sons, Inc.Ch

14、apter 8 Switch-Mode DC-Sinusoidal AC Inverters方波及脉冲逆变方式 Phase shift allows voltage cancellation to synthesize a 1-Phase sinusoidal output单相方波逆变器的基本关系式Voltage transfer ratio?Output voltage THD ?Third harmonic factor ?9003. 02/41sssovvVVVVT4834. 0182VTHD3/113VVPeak voltage and peak current?oSWSswIIVVm

15、axmax2单相逆变器PWM 波形示例单相 SPWM 逆变器21aVVTsovvOutput waveform rms?Output voltage THD?Harmonic number other than fundamental?1,3,5,.k 1,2,3,.j where)2(kpjn41a2saVCopyright 2003 by John Wiley & Sons, Inc.Chapter 8 Switch-Mode DC-Sinusoidal AC Inverters三相逆变电路 Three inverter legs; capacitor mid-point is ficti

16、tious 三相 方波逆变器Voltage transfer ratio?7797. 03*21*2/41sssovvVVVVTOutput voltage rms?ssoVVV8165. 032Voltage THD?20.8165()10.31080.7797lTHD 三相PWM波形示例0.61234):(max aTvv3*21*2电压损失？单相 on-off AC 斩波器Voltage transfer ratio?DVVTsrmsormsvvPower factor?1cosDpf 单相延迟触发 AC斩波器Voltage transfer ratio?22sin)(2srmsormsvvVVTPower factor and THD?Simulation!周波变换器应用示