1、柔性電力技術 智能電網環境下的電力電子技術應用韓民曉華北電力大學柔性電力技術研究所2011.3.22電能利用在人類能量利用中的比例？電能的利用形態？電力工程3040一百年來人類技術領域最杰出的成就？Questions!發電輸電配電用電當今世界所面臨的主要問題？Questions!能源與環境問題！電能高效、高穩定性、高品質的產生、傳輸與利用重要解決方案：電力電子技術！電力電子技術（Power Electronics)基于功率器件構成的電路與系統能夠對電能進行變換與控制的技術電能一次經過電力電子設備的比例？電力電子技術應用的功率范圍和領域？計算機、TV、調光燈變頻空調、冰箱高壓直流輸電、電氣化鐵道

2、2000：502010：75800GW50功率范圍：mWMW應用領域：身邊的電力電子技術？Questions!Scope and Applications電力系統：電能的產生、傳輸 交通運輸：電力機車、電動汽車航空航天：電源與動力系統節能與環保：照明、電機驅動工業自動化系統：電源與控制加工企業：電焊、電解、電鍍、電加熱傳統電能的產生輸配及應用現代社會對電力需求的新特點控制靈活、形式多樣的發電系統：出力動態調節的需求規模化可在生能源發電技術的發展潮流可控、安全穩定的輸電系統:電力市場發展的需求遠距離、大功率、高電壓電能傳輸的需求模式多樣、質量可控的配電系統：分布電源技術發展與應用的需求動態電能質

3、量控制的需求可控性好、高效節能的用電系統：用電設備控制特性的需求節能與環保的需求傳統電力技術應用及其局限傳統電力技術的應用：新建電力傳送線路；負荷中心建立電廠；局限：電力市場使投資風險增加；環境資源對新建線路與電廠的限制；無法應對非線性負荷的快速增長；無法應對分布電源的作用；無法滿足高電能質量的要求；AMR的效益總體發展目標：以特高壓電網為骨干網架、各級電網協調發展的堅強電網為基礎，利用先進的通信、信息和控制技術，構建以信息化、數字化、自動化、互動化為特征的自主創新、國際領先的堅強智能電網主要特征：技術上實現信息化、數字化、自動化、互動化；管理上實現集團化、集約化、精益化、標準化基本內涵：堅強

4、可靠、經濟高效、清潔環保、透明開放、友好互動基本構架：電網基礎、技術支撐、智能應用、標準規范應用環節: 發電、線路、變電、配電、用戶、調度中國智能電網的定義2022/9/1714電力電子技術是實現智能電網控制功能的執行單元柔性電力技術可對電能進行變換與調節的技術柔性電力技術概念圖ASPSAdjustable Speed Pump Storage,可變速抽水蓄能VFDVariable Frequency Drive,變頻調速技術在火電廠中的應用風力發電的功率調控太陽能發電功率變換燃料電池應用中的功率變換微型燃氣輪機發電中的功率變換發電系統的柔性化技術輸電系統的柔性化技術HVDCHigh Volt

5、age DC transmission, 高壓直流輸電UPFCUniform Power Flow Controller,統一潮流控制器TCSC Thyristor Controlled Series Compensator,晶閘管控制串聯補償SVC Static Var Compensator , 靜止無功補償器SVG Static Var Generator (STATCOM), 靜止無功發生器SMES Super-conducting Magnetic Energy Storage，超導儲能配電系統的柔性化技術A.F.Active Filter,有源電力濾波器DVRDynamic Vol

6、tage Regulator, 動態電壓調節器SCB Solid-state Circuit Breaker, 固態斷路器D-SVC Distribution Var Compensator 配網靜止無功補償器D-SVG Distribution Var Generator (STATCOM)配網靜止無功發生器HVDC light 輕型直流輸電DSMES Distribution SMES，配電系統用超導儲能用電設備的柔性化技術PQR Power Quality Regulator,電能質量調節器UPSUninterruptable Power Supply,交流不間斷電源F.C. Frequ

7、ency Converter,頻率變換器VFDVariable Frequency Drive,電機變頻調速技術EB Electronic Ballast, 照明電力電子電源 IHInduction Heating, 感應加熱短片FACTS & Custom Power電力電子器件的分類電力電子器件不可控器件(Diode)半控器件(Thyristor)全控器件電平觸發(Level triggered)IGBT MOSFET脈沖觸發(Pulse triggered)GTOSi 材料電力電子器件的發展狀況全控器件發展歷程IGCT & IEGT晶體管的關斷特性與晶閘管的導通特性相結合門極低電感設計、

8、關斷發生在變成晶體管之后無需吸收電路較IGCT導通電阻小，損耗小驅動控制更為簡單Si-SiCSi材料的 物性極限SiC結晶體構造多樣4H-SiC(4層6方體結構）能量禁制帶幅高，特別適于電力控制Si，SiC特性對照SiC材料的耐壓水平比Si材料可提高10倍；SiC耐溫水平提高23倍，這表明Si器件的通過電流的能力提高2 倍；SiC材料器件散熱設計簡單，從而SiC材料器件的綜合功率處理能力比Si材料器件可提高一個數量級；速度的提高及熱傳導性能的改善，工作頻率可以提高610倍。器件體積與損耗SiSiC1/5-1/10SOURCECONVERTERSINKDC or ACAC or DCPE con

9、verter AC /DC converter(rectifier)DC/DC converter(DC chopper)DC/AC converterAC/AC converter(VFD Cyclo-converter)電力電子電路矩陣換流器H 橋式多電平換流器波形示例單元波形移相最優開關PWM相電壓輸出到電機的線電壓模塊化多電平換流器柔性電力依賴的技術之二能量存儲技術能量緩沖能量平衡能量后備蓄能技術及其發展蓄能設備理論能量密度(Wh/kg)目前能量密度(Wh/kg)效率（%)目前壽命（充放電回數）鉛酸電池16735801500NaS電池780100872250飛輪儲能5-101.880105超級電容10385-98105超導儲能30020090107電池與飛輪儲能超導儲能(SMES)及其應用超級電容技術 電氣雙層電容蓄能抽水蓄能技術概要：抽水蓄能電站的出現與發展特點：效率，地理條件，控制方式新進展：可變速抽水蓄能調節方式定子頻率調節方式調節范圍大，容量大，造價高轉子勵磁調節方式調節范圍有限，但容量小，造價低nn2=n1=同步轉速 柔性電力依賴的技術之三信息處理技術監測控制數據傳輸與共享微控制器技術的發展處理能力的增強： 1000MI