電力電子技術(shù)論文
我國(guó)電力電子技術(shù)的現(xiàn)狀及應(yīng)用
摘要：電力電子技術(shù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)與人民日常生活中正發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。本文通過(guò)對(duì)電力電子技術(shù)的描述,闡述了電力電子技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展現(xiàn)狀;對(duì)我國(guó)電力電子技術(shù)在大氣污染治理、節(jié)能環(huán)保、電力系統(tǒng)及國(guó)民生活等等中的應(yīng)用做了較詳細(xì)的研究;對(duì)我國(guó)電力電子系統(tǒng)的發(fā)展進(jìn)行了展望,得出電力電子技術(shù)不僅是國(guó)民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)的重要組成部分,也是未來(lái)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)之一。
一、電力電子技術(shù)概述
1、電力電子技術(shù)的含義
電力電子技術(shù)是利用電力電子器件對(duì)電能進(jìn)行變換和控制且應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)，它是一門新興學(xué)科。電力電子技術(shù)功率強(qiáng)大、可供諸如電力系統(tǒng)那樣大的電流以及高電壓場(chǎng)合應(yīng)用，它與傳統(tǒng)的電子技術(shù)相比，其特殊之處是因?yàn)樗軌蛲ㄟ^(guò)大電流和承受高電壓，而且還有在大功率情況下，器件發(fā)熱、運(yùn)行效率的問(wèn)題。電力電子技術(shù)分為兩個(gè)分支：電力電子器件制造技術(shù)和交流技術(shù)。
2、電力電子技術(shù)的地位和作用
電力電子技術(shù)至今誕生近50年，特別是近年來(lái)更是取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，已經(jīng)形成十分完整的科學(xué)體系和理論。信息技術(shù)的發(fā)展造就了信息時(shí)代“弱電控制強(qiáng)電”電力電子技術(shù)的實(shí)現(xiàn)是人類社會(huì)的第二次電子革命。由于將來(lái)工業(yè)高度自動(dòng)化，計(jì)算技術(shù)、電力電子技術(shù)以及自動(dòng)控制技術(shù)將會(huì)成為三種最重要的技術(shù)。
二、電力電子技術(shù)的發(fā)展
1、整流器時(shí)代
大功率的工業(yè)用電由工頻(50Hz)交流發(fā)電機(jī)提供，但是大約20%的電能是以直流形式消費(fèi)的，其中最典型的是電解，牽引，和直流傳動(dòng)三大領(lǐng)域。大功率硅整流器能夠高效率地把工頻交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姟?/p>
2、逆變器時(shí)代
世界范圍的能源危機(jī)出現(xiàn)在七十年代，由于交流電機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能效果顯著而迅速得到發(fā)展。將直流電逆變?yōu)?-100Hz的交流電是變頻調(diào)速的關(guān)鍵技術(shù)。隨著變頻調(diào)速裝置的普及，當(dāng)時(shí)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(guān)斷晶閘管，類似的應(yīng)用還包括高壓直流輸出，靜止式無(wú)功功率動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)取?/p>
3、變頻器時(shí)代
進(jìn)入八十年代，出現(xiàn)了一批全新的全控型功率器件、首先是功率MOSFET的問(wèn)世，致使中小功率電源向高頻化發(fā)展，而后又出現(xiàn)了絕緣門極雙極晶體管，又為大中型功率電源向高頻發(fā)展提供了機(jī)遇。新型器件的發(fā)展不僅使交流電機(jī)變頻調(diào)速提高了頻率，使其性能更加完善可靠，而且也使現(xiàn)代電子技術(shù)不斷向高頻化發(fā)展，為用電設(shè)備提供了重要的技術(shù)基礎(chǔ)，那就是高效節(jié)材節(jié)能，實(shí)現(xiàn)小型輕量化，機(jī)電一體化和智能化。
三、電力電子技術(shù)的應(yīng)用
1、電力拖動(dòng)
隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，交流調(diào)速的水平已經(jīng)取得了巨大的進(jìn)步，在很多應(yīng)用場(chǎng)合直流調(diào)速已經(jīng)逐步被取代，尤其是在大功率應(yīng)用場(chǎng)合更是顯示出其優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，根據(jù)不同的調(diào)速特性要求，開(kāi)關(guān)磁阻調(diào)速，無(wú)換向器直流調(diào)速，內(nèi)饋調(diào)速等，也有一些應(yīng)用的場(chǎng)合。這種技術(shù)的產(chǎn)生為交流電機(jī)的調(diào)速運(yùn)行奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。
2、交流輸配電系統(tǒng)(FACTS)
目前，F(xiàn)ACTS已經(jīng)發(fā)展成為有十多類產(chǎn)品的大家族，主要分為兩大類，一類是針對(duì)電網(wǎng)的污染而設(shè)計(jì)的功率因數(shù)校正和諧波治理裝置，另一類是針對(duì)高壓直流輸電(HVDC)而設(shè)計(jì)的直流輸電裝置。濾波裝置的發(fā)展從最早用機(jī)械開(kāi)關(guān)投切電感和電容來(lái)吸收或者發(fā)出無(wú)功，發(fā)展到基于現(xiàn)代電力電子技術(shù)為基礎(chǔ)的濾波裝置。
超導(dǎo)技術(shù)在近期不斷的發(fā)展，使得電力有源濾波裝置的發(fā)展又進(jìn)入了一個(gè)新的階段。超導(dǎo)就是利用一定工藝制成的材料，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(dǎo)儲(chǔ)能。超導(dǎo)儲(chǔ)能還具備響應(yīng)快，聯(lián)系方便，可隨意控制有功和無(wú)功等優(yōu)點(diǎn)。
對(duì)于大容量遠(yuǎn)距離輸電來(lái)說(shuō)HVDC技術(shù)具有很強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性，并具備交流輸電所沒(méi)有的優(yōu)越性。經(jīng)過(guò)多年的改革及發(fā)展，雖然我國(guó)的電網(wǎng)建設(shè)已經(jīng)比較成熟，但是類似三峽這樣一些大的發(fā)電站的建成并逐漸投產(chǎn)，對(duì)我國(guó)的電網(wǎng)輸電能力及輸電安全性還是新的挑戰(zhàn)，直流輸電以它優(yōu)越的特性在三峽向華東電網(wǎng)輸電的任務(wù)中發(fā)揮了重大作用。
3、應(yīng)用電源系統(tǒng)
應(yīng)用電源系統(tǒng)主要指的是直流電源，電焊機(jī)，脈沖電源，UPS電源，穩(wěn)壓電源等等。這些應(yīng)用也是電力市場(chǎng)的主要用戶之一。開(kāi)關(guān)電源技術(shù)隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展也得到了促進(jìn)和發(fā)展。其高頻化工作的特點(diǎn)也帶來(lái)了很多優(yōu)點(diǎn)，如：隔離變壓器小型化，開(kāi)關(guān)噪聲高頻化等，使得開(kāi)關(guān)電源的體積，重量，噪聲等大大減少。同時(shí)，軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的發(fā)展，帶有源濾波整流器的發(fā)展，以及N+1冗余的設(shè)計(jì)思想，都使得應(yīng)用電源的發(fā)展水平不斷提升。
4、分布電力能源
近年來(lái)，小水力，風(fēng)力，太陽(yáng)能等再生能源得到了越來(lái)越廣泛地開(kāi)發(fā)和利用。然而，要能夠使這些分布散，功率小，電壓等級(jí)多樣的電站并網(wǎng)運(yùn)行，就使得電力電子技術(shù)的并網(wǎng)研究就顯得十分重要。目前雖然國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有很多學(xué)者在從事這方面的工作，但是發(fā)展的水平還相對(duì)比較低。
四、電力電子技術(shù)發(fā)展前景
1、標(biāo)準(zhǔn)化。
根據(jù)情況，從業(yè)者在不斷完善行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并且在產(chǎn)品研制過(guò)程中嚴(yán)格貫徹執(zhí)行相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。
2、大容量化。
高壓和大電流的產(chǎn)品市場(chǎng)需求量比較大，但是由于電力電子器件發(fā)展水平的限制，這方面的進(jìn)展還很不理想。
3、高性能化。
電力電子技術(shù)的發(fā)展雖然比較迅速，并且在許多領(lǐng)域都開(kāi)始大規(guī)模的應(yīng)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(wèn)題歷來(lái)就是電力系統(tǒng)一個(gè)很值得重視的問(wèn)題，如果電力電子設(shè)備本身就不可靠，那么很可能在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)給電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行帶來(lái)隱患。
5、無(wú)污染化。
目前，電力電子設(shè)備對(duì)電網(wǎng)的污染已經(jīng)成了公認(rèn)的問(wèn)題。由于電力電子設(shè)備發(fā)展的落后性，致使很多設(shè)備產(chǎn)生的污染，需要?jiǎng)e的設(shè)備去進(jìn)行治理，這屬于被動(dòng)型的，因此，主動(dòng)型(自身治理自身)的發(fā)展也成為了一個(gè)趨勢(shì)。
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