電力電子技術的發(fā)展與應用現狀分析

【摘要】現代電力電子技術是以高新技術知識為基礎的一種知識密集型技術，電力電子技術與微電子技術的結合已成為當今技術發(fā)展的主流，電力電子的應用，使用電效率大大提高，在電機傳動中應用，具有巨大節(jié)能效益，在電子系統(tǒng)中應用，提高了供電質量，使供用電系統(tǒng)發(fā)生變革性的變化。

【關鍵詞】電子；技術；應用；發(fā)展；分析

電力電子技術是研究采用電力電子器件實現對電能的控制和變換的科學，是介于電氣勤務員三大主要領域—電力，電子和控制之間的交叉學科，在電力，工業(yè)，交通，航空航天等領域具有廣泛的應用。電力電子技術的應用已經深入到工業(yè)生產和社會生活的各個方面，成為傳統(tǒng)產業(yè)和高新技術領域不可缺少的關鍵技術，可以有效地節(jié)約能源。

1.我國電力工業(yè)面臨的挑戰(zhàn)

（1）電力供需矛盾難以根本緩解。按照統(tǒng)計分析，每個國家的人均GDP與人均的能耗有十分密切的相關關系。我國要在下世紀中葉達到中等發(fā)達國家水平，人均用電水平的增長是不可避免的。人口增長和現代化進程使用我國對電子表力需求不斷增加，按照規(guī)劃，2050年我國發(fā)電裝機應超過15億千瓦，比現有的裝機凈增13億千瓦以上，按常規(guī)格化的發(fā)展模式幾乎不可能達到這個目標，除非尋求新的發(fā)展途徑。

（2）有限資源的制約日趨嚴重。我國去年已成為石油進口國，不能指望靠石油發(fā)電。水電可發(fā)容量不足3.7億千瓦，在相當長的時期內煤碳仍是主要的一次能源，但燃煤生產的環(huán)境污染的治理是一個極為困難的問題，此外，煤炭基地資源短缺是我國發(fā)展水電的又一重要制約因素。

（3）對電網可靠性和電能質量要求不斷提高。20世紀電力系統(tǒng)發(fā)展的特征常以“大機組、大電網、高電壓”來描述。近二十年的世界各國的經驗表明，在下世紀，這個趨勢不會再繼續(xù)下去，研究表明，機組的單機容量和交流輸電電壓等級的發(fā)展已出現飽和趨勢，單機容量120MW和電壓等級800KV已達到由電網可靠性決定的極限。盡管現代電網的設計運行技術近年取得了長足發(fā)展，但仍不能完全避免大電網的瓦解事故的發(fā)生。近幾年內，世界上的達電網事故仍有發(fā)生，有時還造成了災難性的后果。

2.電力電子技術的發(fā)展概述

（1）整流器時代。大功率的工業(yè)用電由工頻交流發(fā)電機提供，但是大約20%的電能是以直流形式消費的，其中最典型的電解，牽，直流傳動等大三領域。大功率硅整流器能夠高效率地把工頻交流電轉變?yōu)橹绷麟姡虼嗽诹甏推呤甏蠊β使枵鞴芎途чl管的開發(fā)與應用是以很大發(fā)展，當時國內曾經掀起了一股各地大辦硅整流器廠的熱潮，目前全國大小的制造硅整流器的半導體廠家就是那時的產物。

（2）變頻器時代。進入八十年代，大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路技術的迅猛發(fā)展，為現代電力電子技術的發(fā)展奠定了基礎，將集成電路技術的精細加工技術和高壓大電流技術有機結合，出現了一批全新的全控制功率器件，首先是功率MOSFET的問世，導致了中小功率電源向高頻化發(fā)展，而后絕緣門極雙極晶體管（IGBT）的出現，又為大中型功率電源向高頻發(fā)展帶來機遇。MOSFET和IGBT的相繼問世，是傳統(tǒng)的電力電子向現代電力電子轉化的標志。據統(tǒng)計，到1995年底下，功率MOSFET和GTR在功率半導體器件市場上已達到平分秋色的地步，而用IGBT代替GTR在電力電子領域已成定論，新型器件的發(fā)展不僅為交流電機變頻調速提供了較高的頻率，使其性能更加完善可靠，而且僅現代電子技術不斷向高頻化發(fā)展，為用電設備的高效節(jié)材節(jié)能，實現小型輕量化，機電一體化和智能化提供了重要的技術基礎。

3.電力電子技術的應用

（1）一般工業(yè)。工業(yè)中大量應用各種交直流電動機。直流電動機有良好的調速性能，給其供電的可控整流電源或直流斬波電源都是電力電子裝置。近年來，由于電力電子變頻技術的迅速發(fā)展，使得交流電機的高速速性能可與直流電機相媲美，交流調速技術大量應用并占據主導地位。大至數千KW的各種軋網機，小到幾百W的數控機床的伺服電機，以及礦山牽引等場合都廣泛采用電力電子交流調速技術，一些對調速性能要求不高的大型鼓風機等近年來也采用了變頻裝置，以達到節(jié)能的目的。

（2）交通運輸。電氣化鐵道中廣泛采用電力電子技術，電氣機車中的直流機車中采用整流裝置，交流機車采用變頻裝置。直流斬波器也廣泛用于鐵道車輛。在未來的磁懸浮列車中，電力電子技術更是一項關鍵技術，除牽引電機傳動外，車輛中的各種輔助電源也都離不開電子技術，電動汽車的電機靠電力電子裝置進行電力變換和驅動控制，其蓄電池的充電也離不開電力電子裝置，一臺高級汽車中需要許多控制電機，它們也要靠變頻器和斬波器驅動并控制，飛機，船舶需要很多不同要求的電源，因此航空和航海都離不開電力電子技術，如果把電梯也算做交通運輸，那么它也需要電力電子技術，以前的電梯大都采用直流調速系統(tǒng)，而近年來交流變頻器調速已成為主流。

4.電子電力技術關鍵技術在電力方面的應用

（1）智能電網應用的關鍵技術。采用電子傳感技術，對電子表網用戶端，電網設備，電網運行狀況進行適時監(jiān)控，確保智能電網穩(wěn)定性與經濟性，以便實現電力資源最大利用率，增強電網運營的高效低耗。在智能電網中采用先進的電子電力裝置，諸如故障電流限制器，人性化交流輸電設備，儲能控制裝置，智能保護設備等，這些裝置與其它技術相結合，保障了智能化電網的可靠性。采用系統(tǒng)控制技術，能夠對電網故障作出快速診斷并根據專家系統(tǒng)對電網診斷結果給出處理方案，控制系統(tǒng)從電網相關設備采集數據信息，通過系統(tǒng)運算確定電網的運行是否正常，藉此實現配電，變電自動化，繼電的自適應保護，電網智能化等功效。

（2）電力系統(tǒng)中的太赫茲技術。在電力系統(tǒng)中，電纜通常埋于地下，故障查找非常麻煩，采用太赫茲探測器能夠透射探測碳板，塑料，沙塵等，還能探測厚墻，干燥土層等，可以突破傳統(tǒng)探測技術的10米極限，目前亟待研制便攜式太赫茲探測器，可以利用太赫茲波的敏感性查找隨時查找電纜的損壞情況和無破損故障。

（3）竊電行為給供電企業(yè)造成了極大的經濟損失。而查處竊電者需要時間和程序，給竊電者銷毀證據提供了機會，使竊電行為難以舉證，供電企業(yè)在證據不足的情況下，不敢貿然查處竊電行為，導致竊電行為不能及時受到懲處，供電企業(yè)查處竊電的技術不足，不能查處較為隱蔽的竊電手段，導致企業(yè)損失慘重，采用太赫茲技術進行竊電監(jiān)測，可以實現遠距離線損監(jiān)控，竊電取證舉證功能，有效防止竊電行為。

5.結束語

電力電子技術的應用范圍十分廣泛，從人類對宇宙和大自然的探索，到國民經濟的各個領域，再到我們的衣食住行，到處都能感受到電力電子技術的存在和巨大魅力，這也激發(fā)了一代又一代的學者和工程技術人員學習，研究電力電子技術并使其飛速發(fā)展，電力電子裝置提供給負載的是各種不同的直流電源，恒頻交流電源和變頻交流電源，因此也可以說，電力電子技術研究的也就是電源技術，電力電子技術對節(jié)省電能有重要意義。

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