展望电力电子学科的未来.pptx

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1、展望电展望电力电子学科的未来力电子学科的未来徐德鸿徐德鸿浙江大学浙江大学20082008年年4 4月月1212日日目目 录录传统角色传统角色新新角色角色两极化两极化电力电子器件演化与收敛电力电子器件演化与收敛电力电子教学内容的革新电力电子教学内容的革新总结总结传统角色新角色新角色:节约能源节约资源开发新能源电力环境的治理(电能质量稳定性可控制性输送能力)环境保护传统角色:电能的高效率变换为计算机通讯自动化装置仪表工业装置提供高质量交流或直流电源运动的高效率、精密、快速的控制,满足工业过程要求22242140300247010002000300040005000600080 81828384 8

2、5 86878889 90 91 929394 9596 9798 99 00 01020304 05Energy consumptionEnergy consumption010002000300040005000600070008000GDPGDP（Bil.RMB，）Total Energy（Mil Tce）Coal（Mil Tce）Oil（Mil T）GDP vs 能耗能耗electricity（10Bil kWh）1980198519851990 19801990 19901995 19952000 20002005GDP increase10.71%7.87%9.28%12.00%7

3、.97%9.50%Energy increase4.93%5.18%5.06%5.85%1.74%9.90%Energy rate/GDP rate0.460.660.540.490.221.04节约能源：节约能源：我国能源消耗情况我国能源消耗情况2001 到2005 间年均能耗增长率10%是1980 到 2000间的两倍全社会年能耗:2000:14 亿吨标准煤 2005:22亿吨标准煤原油进口:2000:7300万吨 2006:1.69 亿吨 电力装机:2000:3.2 亿 kW 2006:6.2亿 kW2001年后年后,能源形势发展急升能源形势发展急升GDP(万亿万亿 RMB)Ref.ye

4、ar 2000Energy consume(亿吨标煤亿吨标煤)GDP/person(RMB)Energy/万万元元(Tce)20051822140621.2120102625195680.972010年年:单位单位GDP的能耗减少的能耗减少20%节约能源：节约能源：十一五节能规划十一五节能规划70%节能基于调整产业结构30%节能依靠科技节能改造的投资:8000亿矿产、钢铁制造、水泥制造电厂、宾馆、公共设施节约能源：节约能源：电能节省电能节省Source:ZVEI,Siemens,CEMEP,CPES,EPA,NRDC我国电能消耗占能源消耗我国电能消耗占能源消耗0%,0%,因此节约电具有重要的意

5、义因此节约电具有重要的意义 负荷分类负荷分类预期节能预期节能Power supply:-stand-by,-active,-ComputingEC-BallastDaylight dimmingHID,LED,Factory autom.Process engineering,Heavy industry,Light industry,Transportation:Train,Bus,Car,Home appliance:Fridge,WM,HVAC80+/90+Electronic control90%1%1%25%30%25%40%InformationCommunicationConsu

6、mer24%Lighting21%Motor control55%-stand-by-activeVariable Speed Drive(VSD)VSD+Reverse EnergyVSD节约资源节约资源铜、钢材的原材料的价格攀升高频变压器替代工频变压器,无源元件的小型化，UPS非50Hz电动机MoreSi,lesscopperandiron我国可再生能源中长期发展规划我国可再生能源中长期发展规划到2010年，可再生能源消费总量的比重达到10%，2020年达到15%。年份年份发电类型发电类型20102020风电（万风电（万kW）5003000光伏发电（万光伏发电（万kW）30180生物质发电

7、（万生物质发电（万kW）5503000水电水电(亿亿kW)1.93开发新能源开发新能源2000200520202050中国非水新能源规划中国电力科学研究院非水能的可再生能源发电非水能的可再生能源发电:风能、太阳能与生物质能风能、太阳能与生物质能n n20062006年世界新增装机容量年世界新增装机容量1519.71519.7万万kWkW，累计装机容量，累计装机容量7430.67430.6万万kWkWn我国联网风电场总装机2005年为126.4万kW，2006年达到258.8万kW，年增长率104%；n我国规划2020年达3000万kW，乐观估计2050年可达数亿kW规模。风力发电我国联网风电场

8、总装机世界风力发电发展迅速!光伏发电光伏发电全球PV发电装机累计容量 各国的市场分额（2007）市场分布 2006 2001-2006，世界PV产业年均增长率为41%年200420102020累计装机容量（kW)6.5万30万180万分布式发电 3万12万(40%)70万(40%)我国光伏规划我国光伏规划市场预测Competitiveness between electricity generating costs for PV and utility prices lIn Spain,where PV installations produce up to 1800 kWh/(kWp*a),

9、PV electricity can be produced for approx.0.20/kWh,so that the electricity is as expensive as utility peak power.lIn Germany PV plants produce only around 900 kWh/(kWp*a).Therefore PV power will be as expensive as utility peak power in 2020.光伏发电价格光伏发电价格西班牙德国单晶硅效率:1215%单位面积峰值功率:120Wp/m2价格.40-50元/Wp光伏

10、电池分类光伏电池分类多晶硅效率:1012%单位面积峰值功率:100Wp/m2价格.30-40元/Wp非晶硅效率:%单位面积峰值功率:50Wp/m2价格.50-60元/Wp可以卷折薄膜型PV市场分额,2003 薄膜型光伏电池薄膜型光伏电池l传统PV生产过程为高能耗,成本降低已趋于饱和l国际上看好薄膜型光伏电池Amultijunctiondeviceisastackofindividualsingle-junctioncellsindescendingorderofbandgap(Eg).Thetopcellcapturesthehigh-energyphotonsandpassestherest

11、ofthephotonsontobeabsorbed传统服务对象传统服务对象电能的产生传输分配应用l由于主要器件为，二极管，为整流性器件,决定整流方式应用l直流电源、电解、发电机励磁、直流电机调速l比较成功逆变应用为感应加热电源,l少量应用于交流调速（cycleconverter).l少量应用无功补偿（TSC,TCR,SVC),HVDC主要服务于用电整流应用为主流。80、90年代的电力电子技术教科书1/2介绍整流用电用电未来服务对象未来服务对象未来电能的产生传输分配应用服务于电能产生传输分配应用全过程提高电力系统的可控性，实现电力系统高效、经济、稳定、安全的运行电能质量:APFDVRSVC稳定

12、性:SVCSVG可控制性输送能力:HVDCUPFCTCSC电力环境的治理电力环境的治理环境保护环境保护京都议定书COP3的缔约国（2005生效）2007年G8（Group of Eight）会议指定2050年减排50%第二排放国措施：措施：扩大再生能源应用比例扩大再生能源应用比例发展新能源发展新能源节能技术的应用节能技术的应用PowerElectronicsKeytech.CO2andNOxreduction汽车与石油汽车与石油从1957年新中国的第一辆汽车正式生产下线1992年中国汽车产量突破100万辆 2006年，中国汽车产量为728万辆。已超过德国，居世界第三位 2007年我国原油消费量

13、约为.46亿吨，同比增长7.3。原油对外依存度达到46。国际油价突破$1001.0 x 0.32 x 0.92 x 0.80 x 0.90 =0.211100 miles per barrelTEXACO1.0 x 0.87 x 0.95 x 0.16 =0.13670 miles per barrelSource:EPRI电动汽车电动汽车vs.汽油车汽油车能量利用率能量利用率 EV:Gas V=1:0.6 EV:Gas V=1:0.6电气化铁道和城市轨道交通电气化铁道和城市轨道交通30%电气化铁道2004 2020投资约20000亿Drives,auxiliary power supply,

14、SVC,APF 铁道部科技部：“高铁行动计划”交通电气化是必有之路 石油瓶颈、能源安全汽车平民化社会发展，电动汽车是唯一道路环境保护城市交通问题解决：轨道交通+电动汽车+智能交通管理两极化发展微型化：短、小、轻、薄到功率集成模块（IPEM）巨型化：巨型化：高压、大功率化Source:PSMA12W/cc=1cubic inch=16.4 cubic cm微型化巨型化（巨型化（MW-GW)微型化：功率集成模块（IPEM）SOC电源变换器IC技术Pol电源模块有源元件集成无源元件集成封装技术热设计SOPDiscrete ComponentsPassive PEBBEMI Filter Active

15、 PEBBFrontview巨型化：电力的发、输、配、用全过程巨型化：电力的发、输、配、用全过程19991999年年瑞瑞典典HVDCHVDC，70kM70kM，容容量量为为50MW/65MVA,50MW/65MVA,直直流流80KV80KV，2.5kV2.5kV压压接接式式IGBTIGBT串联串联轻型轻型HVDCHVDC输电输电2.8MVA GTO2.8MVA GTO水冷牵引逆变器 1.2MVA IGBT1.2MVA IGBT水冷牵引逆变器 15 MVA变流器3250kW/6kV3250kW/6kV高压变频调速系统高压变频调速系统电力电子器件演化与收敛高压大容量化，光驱动高压大容量化，光驱动昔

16、日的自关断器件的骄子，如今走到尽头昔日的自关断器件的骄子，如今走到尽头MOSFETIGBTGTOIGCTGTRSCR小功率电源世界的小功率电源世界的骄子骄子，最快的固体开关，最快的固体开关最具实力扩张主义者，高压化、高频化与低压降技术最具实力扩张主义者，高压化、高频化与低压降技术GTO的改良派，企图改变岌岌可危局面的改良派，企图改变岌岌可危局面岌岌可危，面临挑战者岌岌可危，面临挑战者IGBT感想感想收敛到收敛到MOSFET 和和IGBT？传统电力电子教学以电路及其相移控制、调制控制为核心传统电力电子教学以电路及其相移控制、调制控制为核心系统为核心系统为核心光伏电池特性光伏电池特性燃料电池燃料电

17、池风力发电机特性风力发电机特性蓄电池蓄电池电网特性电网特性传动特性传动特性系统分析、模型、控制系统分析、模型、控制系统仿真、设计系统仿真、设计电、磁、机、热多物理的电、磁、机、热多物理的仿真仿真系统的能量管理系统的能量管理电能质量电能质量传热学传热学电磁兼容电磁兼容电力电子电路电力电子电路电力电子系统技术电力电子系统技术电力电子与电力传动学科教学内容的革新电力电子与电力传动学科教学内容的革新总总 结结我们正处于电力电子技术高增长拐点，应适时地革我们正处于电力电子技术高增长拐点，应适时地革新人才培养计划、学科方向的布局和投入，以促进电力新人才培养计划、学科方向的布局和投入，以促进电力电子技术的发展和更广泛的应用，造福人类！电子技术的发展和更广泛的应用，造福人类！ThankThank