電力電子技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用

導(dǎo)語：電力電子技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：創(chuàng)新與發(fā)展是當(dāng)今時(shí)代的主題，電力電子技術(shù)正隨著創(chuàng)新發(fā)展的潮流，在促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)體向綠色華、數(shù)字化轉(zhuǎn)變及改善人民生活質(zhì)量方面發(fā)揮著獨(dú)特而重要的作用。本文按時(shí)間順序?qū)﹄娏﹄娮蛹夹g(shù)的發(fā)展和應(yīng)用做了淺析，并對電力電子技術(shù)的發(fā)展方向做了展望。正確認(rèn)識當(dāng)前我國電力電子技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用現(xiàn)狀，對電力電子技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。

關(guān)鍵詞：電力電子技術(shù)；發(fā)展；應(yīng)用；電力電子器件

電力電子技術(shù)是結(jié)合電子技術(shù)、電力技術(shù)和控制技術(shù)而衍生出來的。主要功能是利用電力電子器件完成電能變換和控制的技術(shù)[1]，電力電子技術(shù)的實(shí)用性非常強(qiáng)，都可以完成小到1W以下，大到GW以上的電力轉(zhuǎn)換?，F(xiàn)在我們生活各個地方幾乎都有電力電子技術(shù)的身影，我國目前電能總量的30%是利用電力電子技術(shù)進(jìn)行控制和轉(zhuǎn)換的。

1電子電力技術(shù)的發(fā)展

20世紀(jì)50年代末，硅整流器的誕生催發(fā)了電力電子技術(shù)的出現(xiàn)，電力電子技術(shù)從發(fā)展過程上看，由開始的整流器時(shí)代，過渡到逆變器時(shí)代，一直到如今的變頻器時(shí)代已經(jīng)是電力電子技術(shù)經(jīng)歷的第三次變革。電力電子技術(shù)的發(fā)展趨勢也是逐步向高頻率、高電壓、大電流、高集成度發(fā)向發(fā)展。當(dāng)今的電力電子技術(shù)已經(jīng)全面進(jìn)入到現(xiàn)代電力電子時(shí)代，可以說電力電子技術(shù)的發(fā)展是我國科技發(fā)展的一個縮影。1.1整流器時(shí)代。1957年，電力電子技術(shù)伴隨著第一個工業(yè)用晶閘管的誕生，正式從技術(shù)層面被人類發(fā)現(xiàn)。電子電力技術(shù)發(fā)展的初期，工業(yè)用電大多數(shù)是由發(fā)電廠50HZ的交流電提供的，但是其中的20%是以直流電形式消費(fèi)出去的，主要用于化學(xué)電解、動力牽引等[2]。在當(dāng)時(shí)，大功率硅整流管是實(shí)現(xiàn)這一切的基石。因?yàn)榇蠊β使枵鞴芸梢砸院芨叩男拾?0HZ的交流電轉(zhuǎn)化為直流電，這個用途使中國的大功率硅晶體管和晶閘管快速發(fā)展。1.2逆變器時(shí)代。整流器在把交流電轉(zhuǎn)換成直流電方面做的很好，但是如果希望把直流電逆變成交流電，整流器就無能為力了。20世紀(jì)70年代的能源危機(jī)，加速了大功率逆變用的晶閘管、巨型功率晶體管、門極關(guān)斷晶閘管這三種電子電力器件的誕生。它們可以將直流電逆變?yōu)榈皖l的交流電（0～100HZ）。這時(shí)電子電力技術(shù)已經(jīng)可以很輕松的進(jìn)行整流和逆變了，但是也只限于頻率較低的交流電。1.3變頻器時(shí)代在變頻器時(shí)代中首先出現(xiàn)的便是功率MOSFET了，它的出現(xiàn)成功地解決了中小功率電源向高頻方向的發(fā)展問題。接著出現(xiàn)的是絕緣柵雙晶體管（IGBT)，IGBT的出現(xiàn)讓大中功率電源有了向高頻方向發(fā)展的空間。功率MOSFET和IGBT的問世標(biāo)志人類正式進(jìn)入現(xiàn)代電子電力（表1）。

2電子電力技術(shù)的應(yīng)用

電力電子技術(shù)因其在技術(shù)方面的獨(dú)特優(yōu)勢，在電源、智能電網(wǎng)、新能源發(fā)電等方面都有顯著應(yīng)用。2.1在一般電源方面：不間斷電源做為一種高可靠性、高性能電源，現(xiàn)在已經(jīng)是是計(jì)算機(jī)、通訊系統(tǒng)以及要求提供不能中斷場合所必需配備的電源，有的已經(jīng)被寫入到標(biāo)準(zhǔn)中強(qiáng)制執(zhí)行。現(xiàn)代不間斷電源因?yàn)椴捎昧嗣}寬調(diào)制技術(shù)和現(xiàn)代電力電子器件（功率MOSFET、IGBT等），電池的噪音得到較大幅度的降低，而在效率和可靠性方面又有提升。2.2在專用電源方面的應(yīng)用主要有兩種：高頻逆變式整流焊接機(jī)電源及大功率開關(guān)型高壓直流電源。2.2.1逆變焊接機(jī)電源大都采用交流—直流—交流—直流變換的方法。但焊接機(jī)電源工作在頻繁短路、燃弧、開路交替變化之中，工作環(huán)境惡劣，所以電源的可靠性不好控制。如果可以預(yù)知系統(tǒng)的工作狀態(tài)，提前對相關(guān)硬件及電路做調(diào)整和處理，可以大大提高大功率IGBT的可靠性。而采用微處理器作為脈沖寬度調(diào)制的控制器就可實(shí)現(xiàn)上訴效果。2.2.2大功率開關(guān)型高壓直流電源一般在大型設(shè)備中應(yīng)用較廣，如醫(yī)用X光機(jī)、CT機(jī)、水質(zhì)改良機(jī)、靜電除塵設(shè)備等。2.3智能電網(wǎng)正在成為我國電網(wǎng)的發(fā)展方向，大容量電力電子技術(shù)是智能電網(wǎng)的核心技術(shù)之一。在變換器設(shè)計(jì)和分析中采用大功率全控型電力電子器件為核心的技術(shù)及相關(guān)組合式電力電子技術(shù)都成為當(dāng)今前沿技術(shù)。2.4在新能源發(fā)電中采用電子電力技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)為：由于風(fēng)能、太陽能都隨天氣情況有很大變化，在實(shí)地應(yīng)用時(shí)一次能源供給隨機(jī)性較大；這就要求電網(wǎng)側(cè)輸出電能質(zhì)量高，同時(shí)具有低電壓穿越和孤島保護(hù)功能。并網(wǎng)發(fā)電要求高，電網(wǎng)側(cè)要求電能波動小，諧波小等技術(shù)指標(biāo)給電力電子技術(shù)也提出了更高的控制要求。2.5電力電子技術(shù)在電力牽引中主要應(yīng)用是基于大容量電力電子變換及其控制技術(shù)，目前在電力牽引中的電力電子變換器我國目前也正在逐步以國產(chǎn)代替進(jìn)口，電力牽引在去進(jìn)口化方面一直走在前沿。電子電力技術(shù)在電力牽引中，主要發(fā)展方向有：對設(shè)備實(shí)施精準(zhǔn)控制、發(fā)展集成技術(shù)和冷卻技術(shù)、提高電子電力轉(zhuǎn)換器的效率和功率密度、保證設(shè)備的可靠運(yùn)行。2.6智能開關(guān)技術(shù)主要是閉合或切斷指定位置的電流電壓，在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用就是有效的保護(hù)過流、預(yù)防漏電問題，保證電力系統(tǒng)運(yùn)行安全穩(wěn)定。智能開關(guān)技術(shù)還可以讓電氣設(shè)備等儀器不受嚴(yán)重?fù)p耗，保護(hù)電器設(shè)備。

3我國電力電子技術(shù)存在的不足

3.1我國電力電子產(chǎn)品目前主要以中低端產(chǎn)品為主，缺乏自主研發(fā)生產(chǎn)的高端產(chǎn)品。高端產(chǎn)品許多都關(guān)系到國民經(jīng)濟(jì)命脈和國家安全，正是在這些關(guān)鍵領(lǐng)域，國外均是對我國在技術(shù)和軟硬件控制方面實(shí)行技術(shù)封鎖。這也大大限制了我國高端電力電子產(chǎn)品的發(fā)展。3.2我國電力電子產(chǎn)業(yè)鏈有待發(fā)展和完善，我國的一些電力企業(yè)雖然在一些發(fā)面取得了一些技術(shù)上的突破，但是因?yàn)檎麄€產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展不夠完善，單一方面的技術(shù)突破無法凝聚成合力，也不能有效的把先進(jìn)技術(shù)轉(zhuǎn)變成行業(yè)競爭力。3.3我國目前大功率變流器制造水平較低、缺乏重大工程經(jīng)驗(yàn)的相關(guān)積累，目前幾乎全部高性能大功率變流裝置都要依靠進(jìn)口，我國的制造水平在一定程度上制約了電力電子技術(shù)在大功率方向的發(fā)展。3.4電力電子應(yīng)用基礎(chǔ)研究方面做的還不夠，我國的許多原本做基礎(chǔ)研究的機(jī)構(gòu)由于經(jīng)費(fèi)、轉(zhuǎn)制等方面的原因，把大部分的研究力量轉(zhuǎn)向?yàn)楫a(chǎn)品試制和開發(fā)。在這個方面應(yīng)加大投入力度，轉(zhuǎn)變觀念。

4電力電子技術(shù)的發(fā)展方向

4.1模塊化。電力電子技術(shù)的模塊化包括功率器件的模塊化和電源單元的模塊化。4.2高頻化。由電力電子技術(shù)的發(fā)展歷程中的逆變器時(shí)代和變頻器時(shí)代就可以看出電子電力技術(shù)在向著高頻化的方向發(fā)展。逆變器時(shí)代只可以將直流電轉(zhuǎn)化為0～100HZ的交流電，變頻器時(shí)代就已經(jīng)向更高的頻率方向發(fā)展了。4.3綠色化。綠色化也是全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主題，而電力電子技術(shù)的綠色化主要包括：顯著節(jié)電即發(fā)電容量的節(jié)約同時(shí)電力電子產(chǎn)品不能對電網(wǎng)產(chǎn)生污染。4.4數(shù)字化。變流電路控制技術(shù)的發(fā)展方向是數(shù)字化，用數(shù)字控制代替?zhèn)鹘y(tǒng)的模擬控制已經(jīng)成為必然的發(fā)展趨勢。結(jié)束語電力電子技術(shù)對我國的經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步做出了獨(dú)特而重要的貢獻(xiàn)，我國電力電子技術(shù)雖然在一定層面還是處在落后階段，但發(fā)展的趨勢和潛力都十分巨大。隨著科學(xué)的發(fā)展和進(jìn)步，電力電子技術(shù)會有更高更好的發(fā)展，更好地為我國現(xiàn)代化建設(shè)服務(wù)。

參考文獻(xiàn)

[1]步鐵征.電子技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢分析[J].城市建設(shè)理論研究(電子版),2017(8):293.

[2]陳磊,歐家祥,張秋雁,袁旭峰,胡晟,游菲,石果.電力電子變壓器研究綜述[J].電網(wǎng)與清潔能源,2015(12):36-42.

作者:張洵浩 單位:黑龍江省鶴崗市第一中學(xué)