電力電子技術在新能源中的應用

李偉偉+張俊峰

【摘 要】隨著經濟的快速發展和社會的全面進步，我國能源供應和環境污染相對。火力發電的排放SO2和CO2，汽車尾氣等占據城市空氣污染的重要因素。因此，新能源的開發與利用迫在眉睫，而在新能源的利用中，電力電子技術起著重要作用。電力電子技術作為發電方面的關鍵技術關系著新能源發電技術的發展，且推動著整個社會的發展和進步。對此，本文在分析新能源發展狀況的基拙上，簡要分析了電力電子技術的應用現狀，及其在新能源領域的應用。

【關鍵詞】電力電子技術；新能源；開發；利用

1. 引言

隨著社會經濟的快速發展，各種能源消耗速度極大，能源短缺已成為社會生產發展過程中亟待解決的問題。隨著近些年來的新能源開發和利用，為解決能源短缺問題提供新的道路，而電力電子技術在新能源的開發利用中起重要作用。對此，本文通過對電力電子技術分析、電力電子技術在新能源領域的應用等方面進行分析。

2 .電力電子技術的概述分析

電力電子技術，即功率電子技術，主要是應用于電力領域的電子技術，能夠使用電力電子器件對電能進行變換和控制的電子技術。電力電子技術主要涉及了電力電子器件、電力電子設備和系統及其控制方面。

電力電子技術將各種能源高效率地變換成為高質量的電能，采用電子信息技術改造傳統產業的有效技術途徑。電力電子技術具有高效、節能、省材特點，對我國經濟發展具有重要作用，是現代科學、工業和國防的重要支撐技術。

電力電子技術的基本功能包括：整流（交流變成直流）、逆變（直流變成交流）、斬波（直流變成直流）、變頻（改變供電頻率）、開關和智能控制等。主要是使電網的工頻電能最終轉換成不同性質、不同用途的電能，以適應千變萬化的用電裝置的不同需要。

3 .電力電子器件的發展分析

新的電力電子的裝置與應用，促進了電力電子器件的發展。

3.1 關于功率二極管

大功率的工業用電由工頻（50Hz）交流發電機提供，但是大約20%的電能主要以直流形式消費的，其中涉及的電解、牽引和直流傳動等領域。功率二極管是上世紀六十年代開始發展起來的；今天，在現代電力電子裝置中仍然扮演著重要的角色，除了大功率工頻整流的基本功能之外，功率二極管還日益肩負著高頻整流、續流、隔離、箝位、吸收等越來越多的功能。

3.2 晶閘管方面

在大功率和特大功率的工業應用中，晶閘管以其耐壓高、電流大、通態壓降小、通態功耗低等優勢被廣泛應用，是這一領域的主力器件，英杰電氣在高壓大功率晶閘管的應用方面有十幾年的應用案例與經驗積累。

3.3 絕緣柵雙極晶體管（IGBT）與功率場效應管（MOSFET）

隨著大規模和超大規模集成電路技術的迅猛發展，為現代電力電子技術的發展奠定了基礎，將集成電路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型功率器件，如功率MOSFET的問世，引發中小功率電源向高頻化發展，MOSFET和IGBT的相繼問世，是傳統的電力電子向現代電力電子轉化的標志。英杰電氣緊隨時代潮流，依靠該類器件開發出綠色高效的電力電子裝置。

4 .電力電子技術在新能源的應用分析

電力電子技術是實現節能環保和提高人民生活質量的重要技術手段之一，在現階段國家“發展新能源”和“節能減排”基本國策的過程中起重要作用。

4.1 有關水力發電方面

水是生命的源泉，以著名的三峽水電站為標志的大批水電站的建立推進了我國經濟的發展。這一創新，降低了對媒體等不可再生能源的消耗，創造性的為人類尋找可再生能源并加以利用的道路提供了方向。在水利發電的基礎上，一系列電力電子技術在新能源的開發利用中得到創新。

4.2 風力發電方面

風具有清潔、可再生、儲量大的特點，風能則成為能夠被高效利用的低碳能源。風力發電技術的出現，能夠有效減少二氧化碳的排放量、減緩全球氣候變暖，為我們保護環境、節約能源、減少資金成本帶來突破性進展。有利于緩解能源危機和供電壓力，隨著風電技術的不斷發展和完善，風力發電組等產品的數量和質量逐漸增多增強，在價格和效用上自然也會更具優勢，具有改善生態環境的重要作用。

4.3 太陽能發電

在大自然賜予地球的能源中，太陽能是取之不盡、用之不竭的清潔能源之一，陽光是人類賴以生存的因素之一，世間萬物離開了太陽就難以繼續維持生命。據統計，我國2/3以上國土面積的年 日照時間在2200h以上，年輻射總量在502萬kJ/m2以上，為太陽能的利用創造了豐富的資源和有利條件。

目前太陽能在利用中，主要采用：太陽能光電技術、太陽能光熱技術和太陽能光伏發電技術。這些技術的產生和發展，對新能源的開發利用起到巨大作用。太陽能電池是電力電子技術在新能源領域的應用中的典型案例。

將光能直接轉換成電能的過程是光伏效應。把光能轉換成為電能的能量轉換器，就是太陽能電池。太陽能電池也同晶體管一樣，是由半導體組成的。光伏發電系統分為獨立光伏發電系統和并網光伏發電系統。完全依靠太陽電池供電的光伏系統，系統中太陽電池方陣受光照時發出的電力是唯一的能量來源。獨立光伏系統是直聯系統，發出的直流電力直接供給負載使用，中間沒有儲能設備，負載只在有光照時才能工作。這種系統有太陽能水泵、太陽能風帽、太陽能路燈等。并網光伏發電系統：太陽電池方陣發出的直流電力經過逆變器變換成交流電，且與電網并聯并向電網輸送電力的光伏發電系統。

在光伏系統中太陽能電池、蓄電池、控制器，都離不開電力電子技術，在太陽能到電能的轉換中，電力電子技術發揮著重要的作用。

5 .電力電子技術的應用效果分析

開發新能源，電力電子器件的應用和先進的控制技術是關鍵。將最新的電力電子技術、控制技術應用于新能源系統中，提高新能源的效率和電力變換質量、降低新能源成本，使得清潔可再生能源逐步替代傳統的化石燃料，以改善人類生存的環境，提高人們的生活水平，具有重大的經濟效益和社會價值。

5.1 節能效果明顯

電力電子技術具有節能的效果，現階段我國的能源總產量中，煤炭占67%、石油占22.7%、其余大多來自水電等發電方式。將電力電子技術應用在新能源系統中，發展風能、光伏等清潔能源，節能效果非常明顯，能有效改變我國以煤炭為主的能源結構。

5.2 綠色可靠性

采用全新電力電子裝置，如有源電力濾波器（APF）或PWM整流器，實現接近1的功率因數和接近0的諧波含量，實現對電網的零污染。

若采用電力電子器件開發無觸點開關等，不但可大大降低用電設備的起停沖擊能耗，還可延長設備的使用壽命，充分體現了電力電子裝置的可靠性。

5.3 精確控制自動化

新型電力電子系統采用數字控制技術，以實現快速、高精度、靈活、多功能、智能化的控制和人機界面和通訊等功能。可以方便、快速地升級，實現多值/多波形程序控制。此外，數字系統可以采用同一套硬件控制電路，組合成不同的軟件模塊，以選擇不同的控制策略、控制參數。

6. 結論

新能源的開發和利用是我國現代行業的一種發展趨勢，而電力電子技術在其中發揮著重要的作用。新能源發電系統給電力電子技術提供新的方向，為從事可再生發電能源系統的研究提供新思路。

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