大容量電力電子技術與應用分析

何芳明 廣州粵嵌通信科技股份有限公司

大容量電力電子技術與應用分析

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大容量電力電子技術屬于新型電子技術，最早誕生于上世紀60年代的美國，實現了電力學、電子學與控制理論的融合，在多個領域都有著廣泛的應用。本文闡述了大容量電力電子技術的基礎理論，并針對具體的應用與發展展望進行闡述。

大容量電力電子技術 理論 應用

在科學技術的發展與進步下，我國的電子技術水平也得到了顯著提升，電子技術在生活的各個領域都有所應用，任何電器的正常使用都需要應用電力，正是由于電力電子技術的支持，國民經濟才能得到飛速發展。近些年來，在新能源發電、智能電網、電力牽引、電氣節能的高速發展下，各個領域對于大容量電力電子技術的要求越來越高，如何實現相關產業的智能化、自動化、節能化、機電一體化，成為業界重點關注的問題。

1 大容量電力電子技術的基礎理論

大容量電力電子技術是基于電子電路、電力電子器件等學科基礎上發展而來，其主要的設計和控制方式就是集中參數、理想開關與信號脈寬調制，長期以來，由于多種因素的影響，大容量電力電子技術存在瞬態過程不清晰、器件模型過于理想化的問題。為了解決這一難題，國家在政策、資金和技術上予以了大量的支持，對于促進電力電子學科的發展起著積極的效用。

近幾年來，我國針對“大容量特定電力電子技術”、“大容量電力電子系統電磁瞬態過程”進行了深入的研究，并從瞬態換流回路、電磁能量變換以及系統可靠性角度來提出了新的研究模式，深入分析了關于大功率器件開關瞬態模型、分布雜散參數、拓撲結構線性化問題等，成功建立了關于集中參數、器件與裝置、分布式參數、控制主回路的定量模型，提出了大容量電力電子技術研究的新思路，這對于促進相關領域的發展有著積極的作用和價值。

2 大容量電力電子技術的應用

2.1 大容量電力電子技術在電氣節能中的應用

將大容量電力電子技術應用在大型風機水泵中，可以有效降低能耗，并具有高可靠性與高性價比的優勢，目前常用的多為組合式電力電子變換器，如H級橋聯型多電平變換器，通過H橋單元的級聯，能夠輸出高電壓，提高輸出功率，憑借其高冗余程度、結構模塊化、容易實現高壓多電平的優勢，H級橋聯型多電平變換器成為現階段應用最為廣泛的一種多電平拓撲結構。實踐顯示，容量與電壓呈正比，容量越大，大容量電力電子的技術水平也會更高，具體需要根據實際需求來合理選用。我國在關于風機水泵節能高壓變頻器的研究與應用上，已經達到國際先進水平，憑借優良的可靠性與性價比，得到了越來越多用戶的認可，市場占有率也呈逐年上升趨勢。

2.2 大容量電力電子技術在電力牽引中的應用

將大容量電力電子技術應用在電力牽引中，可以有效改善電力電子變換器的功率，滿足精準控制的要求，保證系統運行的可靠性與安全性，就現階段的研究來看，大功率電力電子器件變換器是研究主流，具有代表性的就是絕緣柵雙極型晶體管與集成門極換流晶閘管。在我國自主研發的六軸和諧貨運電力機車中，就應用了6500V/600A絕緣柵雙極型晶體管元件，應用這一元件，單軸功率達到了1600kW，機車總功率有9600kW，達到了國際領先水平。

2.3 大容量電力電子技術在智能電網中的應用

智能電網是下一階段我國電網發展的主要方向，隨著我國特高壓輸電網的大力建設，固態斷路器、靜止無功補償器、固態變壓器、有源濾波器、靜止同步補償器、動態電壓恢復器等大容量電力電子技術也得到了廣泛應用。以柔性直流輸電為例，其中，核心器件就是大功率全控型大容量電力電子技術，拓撲則應用了模塊化多電平變化器，變換器是由不同的功率模塊構成，每一個功率模塊，都有特定的橋臂與直流電容，模塊的結構簡單，如果要增加電平，只要調整基本單元即可滿足要求。

3 關于大容量電力電子技術的發展展望

我國大容量電力電子技術的發展已經有近60年的歷史，取得了顯著的進展，但是由于我國原本的基礎水平薄弱，加之財力有限，現有的發展水平還無法滿足我國經濟的發展需求，綜合來看，我國的大容量電力電子產品多為中低端產品，高端產品的設計、研發、生產與發達國家還有一定的距離，我國許多研究院、研究所乃至高校，由于轉制、經費來源等方面的原因，將大部分研究力量從應用基礎研究轉向產品試制、開發，而忽視了電力電子技術應用基礎的研究，目前我國的核心功率半導體器件，依然以進口為主，且從產業鏈方面來看，我國的大容量電力電子技術產業鏈還需要進一步完善，提高產業競爭力。為此，我國需要以現有的理論研究為基礎，重點發展新的理論、概念、方法，將理論成果融合到產品中，推動關鍵技術的發展，重點開展關于柔性直流輸電基礎理論的研究，隨著相關理論研究的深入下，我國的大容量電力電子技術將會迎來更好的前景。

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