電力電子技術論文

我國電力電子技術的現狀及應用

摘要：電力電子技術在國民經濟與人民日常生活中正發揮越來越重要的作用。本文通過對電力電子技術的描述,闡述了電力電子技術在我國的發展現狀;對我國電力電子技術在大氣污染治理、節能環保、電力系統及國民生活等等中的應用做了較詳細的研究;對我國電力電子系統的發展進行了展望,得出電力電子技術不僅是國民經濟支柱產業的重要組成部分,也是未來技術的發展趨勢之一。

一、電力電子技術概述

1、電力電子技術的含義

電力電子技術是利用電力電子器件對電能進行變換和控制且應用於電力領域的電子技術，它是一門新興學科。電力電子技術功率強大、可供諸如電力系統那樣大的電流以及高電壓場合應用，它與傳統的電子技術相比，其特殊之處是因為它能夠通過大電流和承受高電壓，而且還有在大功率情況下，器件發熱、運行效率的問題。電力電子技術分為兩個分支：電力電子器件製造技術和交流技術。

2、電力電子技術的地位和作用

電力電子技術至今誕生近50年，特別是近年來更是取得了突飛猛進的發展，已經形成十分完整的科學體系和理論。信息技術的發展造就了信息時代“弱電控制強電”電力電子技術的.實現是人類社會的第二次電子革命。由於將來工業高度自動化，計算技術、電力電子技術以及自動控制技術將會成為三種最重要的技術。

二、電力電子技術的發展

1、整流器時代

大功率的工業用電由工頻(50Hz)交流發電機提供，但是大約20%的電能是以直流形式消費的，其中最典型的是電解，牽引，和直流傳動三大領域。大功率硅整流器能夠高效率地把工頻交流電轉變為直流電。

2、逆變器時代

世界範圍的能源危機出現在七十年代，由於交流電機變頻調速節能效果顯著而迅速得到發展。將直流電逆變為0-100Hz的交流電是變頻調速的關鍵技術。隨着變頻調速裝置的普及，當時電力電子器件的主角是大功率逆變用的晶閘管、巨型功率晶體管和門極可關斷晶閘管，類似的應用還包括高壓直流輸出，靜止式無功功率動態補償等。

3、變頻器時代

進入八十年代，出現了一批全新的全控型功率器件、首先是功率MOSFET的問世，致使中小功率電源向高頻化發展，而後又出現了絕緣門極雙極晶體管，又為大中型功率電源向高頻發展提供了機遇。新型器件的發展不僅使交流電機變頻調速提高了頻率，使其性能更加完善可靠，而且也使現代電子技術不斷向高頻化發展，為用電設備提供了重要的技術基礎，那就是高效節材節能，實現小型輕量化，機電一體化和智能化。

三、電力電子技術的應用

1、電力拖動

隨着電力電子技術的發展，交流調速的水平已經取得了巨大的進步，在很多應用場合直流調速已經逐步被取代，尤其是在大功率應用場合更是顯示出其優勢。同時，根據不同的調速特性要求，開關磁阻調速，無換向器直流調速，內饋調速等，也有一些應用的場合。這種技術的產生為交流電機的調速運行奠定了技術基礎。

2、交流輸配電系統(FACTS)

目前，FACTS已經發展成為有十多類產品的大家族，主要分為兩大類，一類是針對電網的污染而設計的功率因數校正和諧波治理裝置，另一類是針對高壓直流輸電(HVDC)而設計的直流輸電裝置。濾波裝置的發展從最早用機械開關投切電感和電容來吸收或者發出無功，發展到基於現代電力電子技術為基礎的濾波裝置。

超導技術在近期不斷的發展，使得電力有源濾波裝置的發展又進入了一個新的階段。超導就是利用一定工藝製成的材料，在一定的外部條件作用下，使它的電阻值降得很低。因此，為了大大減少電路的損耗，可以利用超導儲能。超導儲能還具備響應快，聯繫方便，可隨意控制有功和無功等優點。

對於大容量遠距離輸電來説HVDC技術具有很強的經濟性，並具備交流輸電所沒有的優越性。經過多年的改革及發展，雖然我國的電網建設已經比較成熟，但是類似三峽這樣一些大的發電站的建成並逐漸投產，對我國的電網輸電能力及輸電安全性還是新的挑戰，直流輸電以它優越的特性在三峽向華東電網輸電的任務中發揮了重大作用。

3、應用電源系統

應用電源系統主要指的是直流電源，電焊機，脈衝電源，UPS電源，穩壓電源等等。這些應用也是電力市場的主要用户之一。開關電源技術隨着電力電子技術的發展也得到了促進和發展。其高頻化工作的特點也帶來了很多優點，如：隔離變壓器小型化，開關噪聲高頻化等，使得開關電源的體積，重量，噪聲等大大減少。同時，軟開關技術的發展，帶有源濾波整流器的發展，以及N+1宂餘的設計思想，都使得應用電源的發展水平不斷提升。

4、分佈電力能源

近年來，小水力，風力，太陽能等再生能源得到了越來越廣泛地開發和利用。然而，要能夠使這些分佈散，功率小，電壓等級多樣的電站併網運行，就使得電力電子技術的併網研究就顯得十分重要。目前雖然國內外已經有很多學者在從事這方面的工作，但是發展的水平還相對比較低。

四、電力電子技術發展前景

1、標準化。

根據情況，從業者在不斷完善行業標準，並且在產品研製過程中嚴格貫徹執行相關的標準。

2、大容量化。

高壓和大電流的產品市場需求量比較大，但是由於電力電子器件發展水平的限制，這方面的進展還很不理想。

3、高性能化。

電力電子技術的發展雖然比較迅速，並且在許多領域都開始大規模的應用和推廣，但是在控制性能的改善上還需要作大量的研究工作。

4、高可靠性。

安全問題歷來就是電力系統一個很值得重視的問題，如果電力電子設備本身就不可靠，那麼很可能在實際應用中會給電力系統的安全運行帶來隱患。

5、無污染化。

目前，電力電子設備對電網的污染已經成了公認的問題。由於電力電子設備發展的落後性，致使很多設備產生的污染，需要別的設備去進行治理，這屬於被動型的，因此，主動型(自身治理自身)的發展也成為了一個趨勢。