电力基础电路 1

现代电力电子电路·ModernPowerElectronicsCircuit第1章绪论目录1.1电力电子技术的定义1.2电力电子电路1.3电力电子技术的应用电力电子技术的定义电力电子技术：采用半导体功率器件及电感、电容、变压器等无源元件对电能的电压、电流、频率和波形等进行高效变换的技术。1957年，美国通用电气（GE）公司研制出世界上第一款商业化晶闸管［Thyristor，又称可控硅整流器（SiliconControlledRectifier,SCR），简称可控硅］产品，通常将它称为电力电子技术的诞生标志。1947年，美国贝尔实验发明了晶体管（Transistor），首次实现了通过半导体器件用弱电控制强电。电力电子技术的定义1973年6月，在美国召开的IEEE电力电子专家会议（PowerElectronicsSpecialistsConference,PESC）上，美国西屋（Westinghouse）电气公司的WillaimE.Newell博士首次给出了电力电子技术的定义，即电力电子技术是电子、电力和控制的交叉，并用倒三角进行表示。WilliamE.Newell博士给出的电力电子技术定义电力电子技术的定义2013年，国际著名电力电子专家李泽元教授在“OnaFutureforPowerElectronics”一文中指出，电力电子技术是多学科的交叉，包括功率器件、功率变换电路、控制理论、无源元件、封装、电磁环境影响、热管理、加工制造等。

李泽元教授给出的电力电子技术涉及的学科电力电子电路电力电子电路是电力电子技术的重要研究内容之一，一般是指由功率半导体器件和无源元件构成的各种电路拓扑，包括空间上的线路连接关系和时间上的开关组合关系。在半导体功率器件出现之前，已有了多种电路：1899年的美国专利介绍了一种使用电解槽构成的整流电路电力电子电路1899年的美国专利介绍了一种使用电解槽构成的整流电路交流发电机直流电动机电解槽单相半波整流电路两个单相半波整流反并联全桥整流电路电力电子电路汞弧整流器组成的单相全波整流电路单相半波整流电路两个单相半波整流反并联全桥整流电路汞弧整流器，又称水银整流器，是由美国发明家彼得·库珀·休伊特于1902年发明。其结构为真空容器内含水银阴极与铁/石墨阳极，通过汞蒸气电弧放电实现单向导电性，阳极电压正时电弧自持放电形成电流通路，电压反向时电弧熄灭。电力电子电路处于工作状态中的汞弧整流器单相半波整流电路两个单相半波整流反并联全桥整流电路电力电子电路汞弧整流器科普（本视频来源于网络，仅作教学使用。）单相半波整流电路两个单相半波整流反并联全桥整流电路电力电子电路1932年英国专利介绍的放电管构成的逆变电路其及工作波形单相半波整流电路两个单相半波整流反并联全桥整流电路电力电子电路单相半波整流电路两个单相半波整流反并联全桥整流电路针对晶闸管半控问题而提出的摩尔根斩波电路（如图晶闸管可用于Buck电路）电力电子电路20世纪80年代发明了众多AC/DC和DC/DC电路拓扑，出现了如有源钳位DC/DC变换器、全桥移相软开关变换器、单相/三相功率因数校正变换器等电路拓扑。20世纪90年代以来高压大容量的需求推动了多电平变流技术的发展，如中点钳位三电平变流器、级联多电平变流器等。21世纪，节能环保的要求拉动了新能源和电动汽车的需求，出现了H5/HERIC等新型光伏逆变电路、电力电子变压器、直流变压器等。本教材将着重介绍近二十年发展的部分典型电路拓扑及其控制策略。电力电子技术的应用电力电子技术的广泛应用电力电子技术的应用1、新能源发电工频隔离型逆变器并网系统示意图非隔离型逆变器并网系统示意图隔离型逆变器实现了电气隔离，具有较高的安全性，但体积大，质量重、效率低。非隔离型逆变器体积小、成本低、效率高，但没有电气隔离，需要解决漏电流问题，将在第2章中介绍。

电力电子技术的应用1、新能源发电………=/=±35kV820V=/==/==/~光伏直流升压汇集并网方案，可有效避免传统交流汇集并网的谐波谐振、同步振荡等电能质量和稳定性问题。大功率中压直流升压变换器作为光伏直流汇集并网的核心装备，将在第3章介绍。大功率中压直流升压变换器电力电子技术的应用2、柔性交直流输电目前，柔性直流输电工程基本都采用模块化多电平换流器（ModularMultilevelConverter,MMC）拓扑，MMC拓扑的工作原理及调制策略将在第4章进行介绍。我国张北四端柔性直流电网示意图电力电子技术的应用3、柔性交直流配电优点

•价格相对便宜

•高鲁棒性/可靠性

•高效率(98.5%...99.2%额定条件下)缺点

•负载下电压有落差

•空载下损耗大

•对谐波敏感

•对不平衡负载敏感

•无过载保护

•火灾隐患（特别是油变）

•环境问题

•不可控

•体积较大•无直流输出

传统工频变压器电力电子变压器电力电子技术的应用3、柔性交直流配电电力电子变压器（又称固态变压器），是指采用器件及中高频变压器实现的具有但不限于传统变压器功能的电力电子变流装置，除实现传统变压器的基本功能外，还可实现无功补偿、谐波治理等诸多功能，将在第5章进行介绍。50/60HzTransformerPowerElectronicsTransformer电力电子技术的应用3、柔性交直流配电连接中压直流配电网与低压直流配电网的直流变压器（DCTransformer，DCT），将在第6章进行介绍。直流配电网络MVDCVSC-MVDC中等距离中等容量光伏电站风电厂交流电网交流变电站交流电网低压直流配用电系统数据中心直流充电桩直流负荷分布式能源储能装置LVDC低压交流负荷张北、同里、东莞、连岛等交直流配电网示范工程。直流变压器电力电子技术的应用4、高品质用电LED灯发光效率更高，耗电量只有白炽灯的六分之一，因此推广LED照明对于我国节能减排具有重要意义。关于LED驱动器技术将在第7章进行介绍。电力电子技术的应用4、高品质用电第8章主要介绍无线电能传输技术，包括松耦合变压器建模、基本补偿网络以及多参数补偿拓扑，重点分析系统的输入输出特性。典型IPT系统结构电力电子技术的应用4、高品质用电在第8章进行介绍。双向直流变换器在电动汽车、微电网等场合得到应用。其中，双有源桥（DualActiveBridge，DAB）变换器因拓扑结构对称、易实现软开关等特性受到了广泛研究，关于DAB变换器电路及控制策略将在第9章进行介绍。电力电子技术的应用4、高品质用电磁元件可实现能量变换与电气隔离，其损耗和体积等可占系统