電力電子技術(shù)的發(fā)展及應用

朱苑祺

浙江工業(yè)大學信息學院,浙江杭州 310023

電力電子技術(shù)是電力電子領域中一門新興電子技術(shù)廣泛應用技術(shù)，電力電子技術(shù)是使用一些電力電子類器件進行適時電能控制及電能的變換類的技術(shù)。電力電子技術(shù)變換出的“電力”功率范圍很大，可達到GW 級及以上，小到W 級及以下，電力電子技術(shù)是主要用來電力的變換，近年來電力電子技術(shù)在實際生活中得到了廣泛應用，例如新能源發(fā)電、智能電網(wǎng)、電力牽引。

1 電力電子技術(shù)的發(fā)展

電力電子學的發(fā)展歷程表明，電力電子方面某種新器件的問世，會對整個電力電子技術(shù)領域產(chǎn)生重要影響。1946 年晶體管誕生之后，逐步形成了固體電子學，電力電子學受此影響逐步發(fā)展建立起來。電力電子技術(shù)相關(guān)裝置和器件的發(fā)展是相輔相成、互相促進的。裝置依賴于器件，新的器件出現(xiàn)能開拓許多新的應用領域，做出新的裝置；應用中出現(xiàn)的問題又對器件提出新的要求，推動新器件的研制。例如，只有半控型器件時，它用于整流比較成熟，所制作的整流器性能良好，但用于逆變器便帶來技術(shù)上的復雜和體積龐大、成本昂貴等問題，而當自關(guān)斷型器件出現(xiàn)后，這些問題就比較容易解決。而且新的電力電子器件和變換技術(shù)仍在不斷出現(xiàn)，它們的應用領域也日益廣泛。

2 電力電子技術(shù)的重要作用

電力電子技術(shù)在國民經(jīng)濟和科學技術(shù)的發(fā)展中正在并將要發(fā)揮越來越重要的作用。

2.1 提高和改善電能質(zhì)量

在現(xiàn)代文明社會中電力是主要的動力源。由電廠發(fā)出送上電網(wǎng)的交流電(稱為市電)一般電壓和頻率穩(wěn)定波形為正弦，但用戶使用的設備常使電網(wǎng)無功損耗增加；加上一些自然和人為因素，常招致電壓跌落閃變、瞬時停電等，大量非線性故障負載的使用，使電網(wǎng)中出現(xiàn)各次有害的諧波波形，使電網(wǎng)發(fā)生嚴重畸變，已成為電網(wǎng)的一種公害，而采用由電力電子器件構(gòu)成的各種控制器和補償器則可有效地提高和改善電能質(zhì)量。近年致力研究的柔性交流輸電系統(tǒng)就是為了實現(xiàn)這一目標。至于建造經(jīng)濟性和技術(shù)性均優(yōu)越的直流輸電，將交流變?yōu)橹绷鬟h距離輸送再變換為交流市電，更是離不開電力電子技術(shù)。

2.2 優(yōu)化電能使用

優(yōu)化電能的處理裝置，力求電能的使用目標達到合理、高效、節(jié)約，實現(xiàn)電能最佳化發(fā)展。例如，在節(jié)電節(jié)能方面，針對電力牽引、風機水泵、軋機冶煉、工業(yè)窯爐、輕工造紙、感應加熱、化工電焊等方面的調(diào)查，一般情況下節(jié)能效果可以達到10%～40%，國家已將許多節(jié)能節(jié)電的項目推廣試用。例如作為與物質(zhì)生產(chǎn)息息相關(guān)、以功率處理為對象的電力電子技術(shù)正成為緩解人類所面臨的能源危機、資源危機和環(huán)境危機威脅的重要技術(shù)手段之一。

2.3 改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和發(fā)展機電一體化等新興產(chǎn)業(yè)

特別是電力電子變頻技術(shù)及高頻化技術(shù)的進一步發(fā)展，使機電設備將傳統(tǒng)的工頻技術(shù)突破，轉(zhuǎn)向高頻化發(fā)展。使機電設備體積減小了幾倍甚至幾十倍，趨向高速化響應速度，并實現(xiàn)無噪音方向發(fā)展，從而實現(xiàn)最佳工作效率，提高了全新的用途及功能。

3 電力電子技術(shù)在現(xiàn)實中的應用

3.1 新能源發(fā)電

地球上的石油及煤炭儲量不斷在減少，環(huán)境污染在加劇，因此生態(tài)平衡的發(fā)展受到破壞。為了進一步緩解生態(tài)平衡的局面，當今的各國對新能源的使用引起重視。目前新能源發(fā)電方式不一，例如，風能發(fā)電、海水發(fā)電、潮汐發(fā)電、太陽能發(fā)電地熱能發(fā)電、核聚變能發(fā)電等等。其中，太陽能光伏發(fā)電在上海世博會的開展上已得到投入使用，效果良好。此技術(shù)是目前我國規(guī)模最大、電力電子光伏型發(fā)電項目，同時也是世博會歷史上發(fā)電技術(shù)中太陽能發(fā)電的最大規(guī)模投入應用。

3.2 智能電網(wǎng)

智能電網(wǎng)，即是電網(wǎng)智能化，是建立在高速雙向集成通信的網(wǎng)絡基礎上，經(jīng)過領先的傳感測量技術(shù)、操控方法及領先的系統(tǒng)決策技術(shù)的運用，可實現(xiàn)電網(wǎng)的經(jīng)濟、可靠、高效、安全性的發(fā)展方向。從實際層面來看，當今的智能電網(wǎng)雖比以前的更安全高效，但智能化程度并沒有進一步的提高，因此智能電網(wǎng)仍是當前發(fā)展的必然趨勢。智能電表是智能電網(wǎng)體系中的核心部分，依附于智能電表，電力行業(yè)相關(guān)部門可以了解到所有時間用戶使用電能多少的具體情況。方便于電力機構(gòu)根據(jù)居民的用電量來制定差異化的電費定價，協(xié)助用戶優(yōu)化電費開銷及整體電能消耗。當今的智能化電網(wǎng)技術(shù)處于快速發(fā)展的階段，其中風能發(fā)電、太陽能發(fā)電是智能化電網(wǎng)發(fā)電的重要組成部分。

3.3 電力牽引

電力牽引是利用電能驅(qū)動動力為基礎的軌道牽引技術(shù)。電力牽引電能來源由電力系統(tǒng)、發(fā)電廠等來提供，整個流程為：變電所電力系統(tǒng)發(fā)電、逐級降壓、直流電變頻為交流電、接觸網(wǎng)等電力電子技術(shù)供電于電力機車組。能量轉(zhuǎn)化過程為：電能（電力機車、動車牽引電動機等設備)轉(zhuǎn)換成為機械能，驅(qū)動電動車組、城市軌道組、交通電動車輛組的正常運行。實現(xiàn)電力牽引主要由電源、牽引變電所、動車組等環(huán)節(jié)構(gòu)成的電力系統(tǒng)來完成。

電力牽引需要增加供電系統(tǒng)裝置系統(tǒng)，這是電力牽引的一個缺點，電力電子技術(shù)的電力牽引，其一次性的投資費用高于其它的動力牽引的投資費用。除此之外，電動機車的電力整流裝置在供電線路上會產(chǎn)生負電流及不同頻率的諧波，這對電電子電力系統(tǒng)的安全運行方面有一定的影響。諧波的存在及高電壓接觸面網(wǎng)及電力系統(tǒng)的回流網(wǎng)絡信息不對稱，將對最接近平行的電力系統(tǒng)、線路產(chǎn)生不同諧波的干擾信息，進而有可能導致通信的質(zhì)量和人身安全方面的影響。因此，電力電子技術(shù)在今后發(fā)展過程中，應優(yōu)先考慮運用先進的技術(shù)手段來扼殺電力電子牽引技術(shù)方面的缺點，使電力電子牽引技術(shù)趨向合理化發(fā)展。

總之，隨著科技的發(fā)展。電力電子技術(shù)的現(xiàn)實應用越來越廣泛，電力電子技術(shù)的生態(tài)平衡及環(huán)境上的問題和電力能源危機方面具有獨特的特點，發(fā)揮著重要的作用，并且其運用潛力是無限大的。

[1]王新河，許建新.現(xiàn)代電力電子技術(shù)的應用是今后發(fā)展的必然趨勢[J].治黃科技信息，2011(3).