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時間：2022-11-28 14:58:19
序論：好文章的創(chuàng)作是一個不斷探索和完善的過程，我們?yōu)槟扑]十篇電力電子范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質(zhì)，帶來更深刻的閱讀感受。
電力電子技術(shù)分為電力電子器件制造技術(shù)和交流技術(shù)（整流，逆變，斬波，變頻，變相等）兩個分支。現(xiàn)已成為現(xiàn)代電氣工程與自動化專業(yè)不可缺少的一部分。
一、電力電子學(xué)
電力電子學(xué)（Power Electronics）這一名稱是在上世紀60年代出現(xiàn)的。1974年，美國的W.Newell用一個倒三角形（如圖）對電力電子學(xué)進行了描述，認為它是由電力學(xué)、電子學(xué)和控制理論三個學(xué)科交叉而形成的。這一觀點被全世界普遍接受。“電力電子學(xué)”和“電力電子技術(shù)”是分別從學(xué)術(shù)和工程技術(shù)2個不同的角度來稱呼的。
利用電力電子器件實現(xiàn)工業(yè)規(guī)模電能變換的技術(shù)，有時也稱為功率電子技術(shù)。一般情況下，它是將一種形式的工業(yè)電能轉(zhuǎn)換成另一種形式的工業(yè)電能。例如，將交流電能變換成直流電能或?qū)⒅绷麟娔茏儞Q成交流電能；將工頻電源變換為設(shè)備所需頻率的電源；在正常交流電源中斷時，用逆變器（見電力變流器）將蓄電池的直流電能變換成工頻交流電能。應(yīng)用電力電子技術(shù)還能實現(xiàn)非電能與電能之間的轉(zhuǎn)換。例如，利用太陽電池將太陽輻射能轉(zhuǎn)換成電能。與電子技術(shù)不同，電力電子技術(shù)變換的電能是作為能源而不是作為信息傳感的載體。因此人們關(guān)注的是所能轉(zhuǎn)換的電功率。
電力電子技術(shù)是大功率的電技術(shù)，又大多是為應(yīng)用強電的工業(yè)服務(wù)的，故常將它歸屬于電工類。電力電子技術(shù)的內(nèi)容主要包括電力電子器件、電力電子電路和電力電子裝置及其系統(tǒng)。電力電子器件以半導(dǎo)體為基本材料，最常用的材料為單晶硅；它的理論基礎(chǔ)為半導(dǎo)體物理學(xué)；它的工藝技術(shù)為半導(dǎo)體器件工藝。近代新型電力電子器件中大量應(yīng)用了微電子學(xué)的技術(shù)。電力電子電路吸收了電子學(xué)的理論基礎(chǔ)，根據(jù)器件的特點和電能轉(zhuǎn)換的要求，又開發(fā)出許多電能轉(zhuǎn)換電路。這些電路中還包括各種控制、觸發(fā)、保護、顯示、信息處理、繼電接觸等二次回路及電路。利用這些電路，根據(jù)應(yīng)用對象的不同，組成了各種用途的整機，稱為電力電子裝置。這些裝置常與負載、配套設(shè)備等組成一個系統(tǒng)。電子學(xué)、電工學(xué)、自動控制、信號檢測處理等技術(shù)常在這些裝置及其系統(tǒng)中大量應(yīng)用。
二、電力電子技術(shù)的應(yīng)用作用
1、優(yōu)化電能使用。通過電力電子技術(shù)對電能的處理，使電能的使用達到合理、高效和節(jié)約，實現(xiàn)了電能使用最佳化。例如，在節(jié)電方面，針對風(fēng)機水泵、電力牽引、軋機冶煉、輕工造紙、工業(yè)窯爐、感應(yīng)加熱、電焊、化工、電解等14個方面的調(diào)查，潛在節(jié)電總量相當于1990年全國發(fā)電量的16%，所以推廣應(yīng)用電力電子技術(shù)是節(jié)能的一項戰(zhàn)略措施，一般節(jié)能效果可達10%-40%，我國已將許多裝置列入節(jié)能的推廣應(yīng)用項目。
2、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)。據(jù)發(fā)達國家預(yù)測，今后將有95%的電能要經(jīng)電力電子技術(shù)處理后再使用，即工業(yè)和民用的各種機電設(shè)備中，有95%與電力電子產(chǎn)業(yè)有關(guān)，特別是，電力電子技術(shù)是弱電控制強電的媒體，是機電設(shè)備與計算機之間的重要接口，它為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和新興產(chǎn)業(yè)采用微電子技術(shù)創(chuàng)造了條件，成為發(fā)揮計算機作用的保證和基礎(chǔ)。
3、電力電子技術(shù)高頻化和變頻技術(shù)的發(fā)展，將使機電設(shè)備突破工頻傳統(tǒng)，向高頻化方向發(fā)展。實現(xiàn)最佳工作效率，將使機電設(shè)備的體積減小幾倍、幾十倍，響應(yīng)速度達到高速化，并能適應(yīng)任何基準信號，實現(xiàn)無噪音且具有全新的功能和用途。
4、電力電子智能化的進展，在一定程度上將信息處理與功率處理合一，使微電子技術(shù)與電力電子技術(shù)一體化，其發(fā)展有可能引起電子技術(shù)的重大改革。有人甚至提出，電子學(xué)的下一項革命將發(fā)生在以工業(yè)設(shè)備和電網(wǎng)為對象的電子技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，電力電子技術(shù)將把人們帶到第二次電子革命的邊緣。
三、電力電子技術(shù)器件
02年出現(xiàn)了第一個玻璃的汞弧整流器。1910年出現(xiàn)了鐵殼汞弧整流器。用汞弧整流器代替機械式開關(guān)和換流器,這是電力電子技術(shù)的發(fā)端。1920年試制出氧化銅整流器，1923年出現(xiàn)了硒整流器。30年代，這些整流器開始大量用于電力整流裝置中。20世紀40年代末出現(xiàn)了晶體管。20世紀50年代初，晶體管向大功率化發(fā)展，同時用半導(dǎo)體單晶材料制成的大功率二極管也得到發(fā)展。1954年，瑞典通用電機公司(ASEA公司)首先將汞弧管用于高壓整流和逆變,并在±100千伏直流輸電線路上應(yīng)用，傳輸20兆瓦的電力。1956年，美國人J.莫爾制成晶閘管雛型。1957年，美國人R.A.約克制成實用的晶閘管。50年代末晶閘管被用于電力電子裝置，60年代以來得到迅速推廣,并開發(fā)出一系列派生器件,拓展了電力電子技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。 電力電子電路 隨著晶閘管應(yīng)用的推廣，開發(fā)出許多電力電子電路。
四、電力電子電路器件類別
1、將交流電能轉(zhuǎn)換成直流電能的整流電路；
2、將直流電能轉(zhuǎn)換成交流電能的逆變電路；
3、將一種形式的交流電能轉(zhuǎn)換成另一種形式的交流電能的交流變換電路；
4、將一種形式的直流電能轉(zhuǎn)換成另一種形式的直流電能的直流變換電路。這些電路都包含晶閘管，而每個晶閘管都需要相應(yīng)的觸發(fā)器。于是配合這些電力電子電路出現(xiàn)了許多的觸發(fā)控制電路。
五、電子電路器件分類
1、控制電路主要由分立的電子元件（如晶體管、二極管）組成。直到80年代后期，還用得不少。
關(guān)鍵詞：
電力電子技術(shù)；電力系統(tǒng)；應(yīng)用
1引言
作為一個具有較強專業(yè)性、綜合性和系統(tǒng)性的技術(shù)平臺，電力電子技術(shù)其涵蓋了多個領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)內(nèi)容。經(jīng)過長時間的發(fā)展和變化，其被廣泛的應(yīng)用于各個行業(yè)當中，極大幅度地推動了我國電力能源領(lǐng)域的發(fā)展。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展進步，電力系統(tǒng)中的電力電子技術(shù)的應(yīng)用范圍和深度也得到了進一步的增加。電力電子技術(shù)的應(yīng)用，提高了電力系統(tǒng)的整體工作效率和工作性能。電力電子技術(shù)應(yīng)用于電力系統(tǒng)的整個發(fā)電、配電、輸電已基本檢點的環(huán)節(jié)當中，是現(xiàn)代電力系統(tǒng)發(fā)展建設(shè)中的重點內(nèi)容。電力電子技術(shù)應(yīng)用于電力系統(tǒng)中，可以有效地提高變電控制的整體效果。我國電網(wǎng)建設(shè)工作一直在有條不紊的開展，不斷擴大的電網(wǎng)規(guī)模對于變電運行管理提出了更高的要求。通過電力電子技術(shù)的應(yīng)用，可以實現(xiàn)高效、高質(zhì)量、高精度、高性能的控制和管理，有效地降低了管理成本和工作難度，提高了系統(tǒng)運行的安全性和穩(wěn)定性。在電力系統(tǒng)運行的過程中，電力電子技術(shù)的應(yīng)用可以有效地實現(xiàn)對電力系統(tǒng)運行的實時監(jiān)控和管理，有效地提高了電力系統(tǒng)運行中的容錯效果，減少了后期管理維護的難度和成本，讓電力系統(tǒng)的運行更加可靠。電力電子技術(shù)的應(yīng)用通過結(jié)合先進的信息化管理技術(shù)，讓電力系統(tǒng)運行中的相關(guān)數(shù)據(jù)信息可以得到更加全面的收集和處理，通過計算機對相關(guān)數(shù)據(jù)進行分析處理，為管理決策的制定和計劃的編制提供科學(xué)的依據(jù)。
2電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用
第一，發(fā)電環(huán)節(jié)的應(yīng)用。電力系統(tǒng)的發(fā)電環(huán)節(jié)是一個較為復(fù)雜的綜合性系統(tǒng)，其中存在多個發(fā)電組和相關(guān)設(shè)備，設(shè)備的結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，并且整體技術(shù)含量相對較高。相關(guān)技術(shù)人員必須要具有專業(yè)的技術(shù)水平，才能完成相關(guān)設(shè)備的設(shè)計、運行、管理與維護工作。在電力系統(tǒng)的發(fā)電環(huán)節(jié)，應(yīng)用電力電子技術(shù)，可以有效地提高整個發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)備工作效率。勵磁控制是現(xiàn)階段廣為運用的發(fā)電機控制方式，其通過利用品閘管整流電路的方式來實現(xiàn)設(shè)備的連接，整個控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相對簡單，具有較高的可靠性，并且造價成本也處于一個可接受的狀態(tài)之下，性能可以有效地滿足相關(guān)技術(shù)需求。而靜止勵磁的控制方式，則通過對勵磁機進行改造，去除慣性環(huán)節(jié)，從而達到提高穩(wěn)定性和運行效果的目的。科學(xué)的整改方案，可以更好地結(jié)合電力系統(tǒng)的運行規(guī)律來實現(xiàn)控制，讓電氣工作效率得到更好的保障。變速勵磁控制的方式，主要通過變頻設(shè)備，對于發(fā)電中機組運行速度進行相應(yīng)的調(diào)節(jié)和控制，提高電力功效，讓機組的變化速率處于一個自動控制的狀態(tài)下，結(jié)合勵磁設(shè)備的控制，讓整個功率的輸出更加穩(wěn)定、高效，并最大程度地降低系統(tǒng)的功耗，其被廣泛應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電和水力發(fā)電的過程中。在發(fā)電廠發(fā)電設(shè)備中，其發(fā)電設(shè)備的用電量是客觀存在的，并且在整個設(shè)備的耗電量中占據(jù)著一個較高的比例。為了實現(xiàn)對這類能源消耗問題的有效控制，變頻器的出現(xiàn)和應(yīng)用已經(jīng)被廣泛的認可和利用。變頻器通過控制，可以對發(fā)電機機組的工作頻率進行自動調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)對能源消耗的節(jié)約。在電力電子技術(shù)不斷發(fā)展的形勢下，各類變頻技術(shù)逐漸得到了更加深入的發(fā)展，并為提高發(fā)電系統(tǒng)的工作效率，減少能耗提供了巨大的幫助。第二，輸電環(huán)節(jié)的應(yīng)用。在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的趨勢下，電力電子技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，使得越來越多的電子器件得到了生產(chǎn)和運用，為電力系統(tǒng)的發(fā)展創(chuàng)造了更多的平臺和支持。在輸電系統(tǒng)中，電力電子器件的運用，有效地對于電網(wǎng)穩(wěn)定性進行了保障，提高了電網(wǎng)運行的可靠性，讓電網(wǎng)運行發(fā)展更加安全、可靠。在當前電力系統(tǒng)的輸電環(huán)節(jié)中，直流與輕型直流輸電是較為常見的兩種方式。這種輸電方式可以有效地提高輸電的容量，并且可以靈活地進行調(diào)節(jié)與控制，輸電過程較為穩(wěn)定，并且實現(xiàn)了對長距離電力傳輸帶支持和供應(yīng)。針對于不同的電力輸送需求，可以采取不同的輸電方式，讓直流輸電技術(shù)的優(yōu)勢得到最大限度的發(fā)揮。隨著技術(shù)的進步，柔流輸電技術(shù)也逐漸受到了關(guān)注和應(yīng)用。柔流輸電技術(shù)融合了微電子、微處理、電力電子技術(shù)、控制技術(shù)以及通信技術(shù)等多方面的技術(shù)，實現(xiàn)了對交流輸電的靈活控制，讓交流電網(wǎng)的穩(wěn)定性得到了很好的保障，并有效地降低了輸電成本。柔流輸電技術(shù)通過為電網(wǎng)提供無功功率和感應(yīng)，從而達到提高輸電效率和質(zhì)量的目的。第三，配電環(huán)節(jié)的應(yīng)用。在配電環(huán)節(jié)中，有效地控制是確保電能質(zhì)量的關(guān)鍵。電能質(zhì)量的控制需要在配電過程中對于頻率、諧波、電壓等要求進行有效地滿足，并且對干擾和瞬態(tài)波動問題的干擾進行避免。現(xiàn)階段，電力電子技術(shù)應(yīng)用的過程中，基于DFACTS的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置的應(yīng)用，可以有效地對電能質(zhì)量進行保證。隨著柔流輸電系統(tǒng)的發(fā)展和成熟，配電質(zhì)量的控制方式得到了豐富和進一步的發(fā)展。DFACTS技術(shù)可以被視為縮小版的FACTS設(shè)備技術(shù)，二者工作原理、性能、結(jié)構(gòu)、功能都存在一定的相似性。隨著電力電子器件不斷發(fā)展，市場上電氣設(shè)備出現(xiàn)求過于供的現(xiàn)象，DFACTS設(shè)備市場前景廣闊，市場需求量。DFACTS設(shè)備市場介入相對容易。而且該設(shè)備的成本投入比較少，技術(shù)開發(fā)比較簡單。隨著市場不斷發(fā)展，DFACTS設(shè)備產(chǎn)品將進入高速發(fā)展狀態(tài)。
3結(jié)束語
總而言之，隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，各類新技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用，電力電子技術(shù)的發(fā)展也逐漸步入了新的階段。相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)該加強對新技術(shù)的研究和應(yīng)用，對新技術(shù)的優(yōu)勢進行充分的發(fā)揮，更好地促進電力系統(tǒng)的發(fā)展和完善，提高電力生產(chǎn)效率，為我國電力事業(yè)健康穩(wěn)定發(fā)展做出更大的貢獻。
作者：李西娟 單位：中煤邯邢技校
參考文獻:
電力電子技術(shù)的應(yīng)用能夠讓我國的民用電力設(shè)備效果得到大幅度的提升，讓我國人民的用電質(zhì)量感受到明顯的變化。如今是一個科技化的時代，所以針對一些用電量較大的工業(yè)企業(yè)來說，電力電子技術(shù)的應(yīng)用將會有助于其改造傳統(tǒng)工業(yè)的生產(chǎn)工藝，讓企業(yè)能夠?qū)⒐ぷ餍实玫竭M一步的提升，并且穩(wěn)步的邁向機電一體化的隊伍當中。
1.2智能化發(fā)展
我國的電力電子技術(shù)已經(jīng)進入到了一個相對成熟的階段，而國家的相關(guān)科研單位也開始著手在其中加入更為高端的科技手段。這種做法不僅有利于電力系統(tǒng)的向前發(fā)展，同時還會增加電力電子技術(shù)的使用范圍，讓其更加的智能化與人性化。
1.3電力電子技術(shù)的高頻化
伴隨著電力電子技術(shù)的廣泛使用，為了讓其能夠更好的為我國的電力系統(tǒng)服務(wù)，已經(jīng)開始逐漸的對傳統(tǒng)技術(shù)手段進行了突破，將運行系統(tǒng)不斷的高頻化。這樣不但節(jié)約了企業(yè)的設(shè)備占地面積，同時還從很大程度上提升了電力系統(tǒng)的運行效率。
2電力電子技術(shù)在電網(wǎng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀
2.1在發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用
發(fā)電系統(tǒng)是整個國家電網(wǎng)中的重中之重，那么電力電子技術(shù)在這個系統(tǒng)中的應(yīng)用也將起到至關(guān)重要的作用。其主要的功能為改善發(fā)電設(shè)備的運用效率以及調(diào)節(jié)運行系統(tǒng)中的功能效率等，其中包括發(fā)電機勵磁的控制、恒頻、以及水泵的調(diào)速等等。電力電子技術(shù)主要應(yīng)用的是晶閘管在勵磁中的價格、性能、結(jié)構(gòu)等優(yōu)勢，從而保證其能夠更完美的應(yīng)用與電力系統(tǒng)當中。除此之外，在風(fēng)力以及水力發(fā)電機的操控當中，電力電子技術(shù)主要依靠的是變頻電源來掌控轉(zhuǎn)子勵磁電流的轉(zhuǎn)換頻率，以保證電力能源能夠發(fā)揮出最大的有效使用功效。在我國的各大企業(yè)中，能夠制造高壓力變頻器的實屬鳳毛麟角，所以電力電子技術(shù)將有效的填補這一部分的空白。
2.2在輸電系統(tǒng)中的應(yīng)用
電力電子技術(shù)在我國電網(wǎng)的輸電系統(tǒng)中主要應(yīng)用的是柔流輸電技術(shù)，這種技術(shù)能夠?qū)㈦娏ο到y(tǒng)中的電壓、功率、相位角進行有效的控制與調(diào)節(jié)。在電力能源進行輸送的過程當中，難免會出現(xiàn)不同程度上的消耗，而這種技術(shù)的應(yīng)用將從很大程度上將其輸電能力的穩(wěn)定性進行改善。針對我國電網(wǎng)目前的情況來看，如果采取遠距離高壓直流輸電的話將會相比交流輸電降低很大一部分的損耗，因為直流輸電將避免電抗壓降的問題，并且還會降低電纜網(wǎng)線等設(shè)備的投入資金，這樣不僅能夠解決穩(wěn)定性差的問題，同時還會緩解企業(yè)的經(jīng)濟壓力。
2.3在配電系統(tǒng)中的應(yīng)用
在配電系統(tǒng)中最為重要的就是提高電力能源的質(zhì)量和供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。而這兩項是否能夠過關(guān)將取決與電壓、不對稱度以及頻率等相關(guān)因素的質(zhì)量能不能達到標準。而電力電子技術(shù)在國外的一些大企業(yè)當中也取得了比較成功的成績，并且也為企業(yè)帶去了相當可觀的經(jīng)濟收益。電力電子技術(shù)可簡稱為DFACTS技術(shù)，在配電系統(tǒng)的應(yīng)用中可以被理解為是一種控制單利能源質(zhì)量的新型技術(shù)。與此同時，由于DFACTS設(shè)備同F(xiàn)ACTS設(shè)備的功能與使用方法大致相同，所以DFACTS的設(shè)備也可以被理解為是FACTS的濃縮版本。
2.4在節(jié)能環(huán)節(jié)中的應(yīng)用
節(jié)約電能大致包括兩個方面：電動機的節(jié)電潛力和電動機的調(diào)速節(jié)電技術(shù)，這兩中節(jié)能方法有效的相結(jié)合才能夠形成一個比較完善的節(jié)能體系。就我國目前的形式來看，交流調(diào)速技術(shù)已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用到了礦山以及煉金等重金屬行業(yè)中，而在國外較發(fā)達的國家中，在水泵以及風(fēng)機等設(shè)備的運行中也都相繼的應(yīng)用了交流調(diào)速技術(shù)。
【關(guān)鍵詞】
大功率；電力電子技術(shù)；可靠供電系統(tǒng)；研究
1前言
大功率電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用，主要涉及到了電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電、配電以及用電等方面。實現(xiàn)大功率電力電子技術(shù)供電可靠性，在本文中從兩方面進行分析，第一，提升大功率電力電子技術(shù)的供電可靠性，可以通過提高工業(yè)敏感負荷的供電可靠性來實現(xiàn)；第二，將大功率的電子技術(shù)應(yīng)用于發(fā)電機勵磁系統(tǒng)中，以提升發(fā)電機的阻尼轉(zhuǎn)矩，來實現(xiàn)系統(tǒng)的動態(tài)可靠性提升。
2大功率電力系統(tǒng)可靠性供電概述
從敏感負荷角度對電力系統(tǒng)供電可靠性進行分析。實現(xiàn)供電的可靠性不僅要求電力系統(tǒng)中不能長時間斷電，還需要對電力供電系統(tǒng)的動態(tài)電壓質(zhì)量提出更高的要求。對系統(tǒng)中的電壓跌落以及電壓短時中斷的時間進行限定，在實際供電中，不同的電壓跌落中，其敏感負荷所能夠承受的電壓跌落時間存在著差異性。在一般規(guī)律下，跌落幅度越大，其敏感負荷所能夠才承受的時間越短。傳統(tǒng)的供電可靠性統(tǒng)計統(tǒng)計，只能以停電時間超過1分鐘或者5分鐘實際依據(jù)。在我國，對于自動重合閘成功或者備用電源投入成功的現(xiàn)象不能視為用戶停電，而此時敏感負荷用戶有可能遭受到一定的電力損失。那么在實際的電力系統(tǒng)供電中，提升供電的可靠性，需要從電網(wǎng)方面進行綜合考慮，以優(yōu)化的配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，改善動態(tài)帶電壓質(zhì)量[1]。
3大功率電力電子技術(shù)提高供電可靠性的應(yīng)用
3.1轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)換開關(guān)電源供電中發(fā)揮著重要的作用，在實際電力系統(tǒng)電源供電中，包含兩路或者多路的電源供電，轉(zhuǎn)換開關(guān)應(yīng)用其中，能夠?qū)崿F(xiàn)多路電源之間的相互切換。在本文中以兩路電源供電為例進行分析，當有一個電源電路在正常供電時，則另外一個線路中的電源供電就會處于備用狀態(tài)。一旦線路中出現(xiàn)線常用電源供電異常的情況時，轉(zhuǎn)換開關(guān)開始發(fā)揮作用，自動切換到被用電源線路中。以轉(zhuǎn)換開關(guān)的形式，實現(xiàn)線路正常供電，其開關(guān)投入使用成本較低，應(yīng)用廣泛[2]。
3.2動態(tài)電壓恢復(fù)器動態(tài)電壓恢復(fù)器簡稱DVR，DVR通過線路中的變壓器串聯(lián)在線路電源與敏感負荷之間。當線路正常輸電時，線路中在沒有產(chǎn)生電壓跌落的情況，DVR完全不發(fā)揮作用，其在線路中所輸出的電壓補償為0。當線路中出現(xiàn)了較大的電壓跌落時，此時，DVR就會發(fā)揮其真正的作用，DVR通過自身輸出與跌落電壓值相同的電壓補償值，來實現(xiàn)線路中的電壓補償。線路中所補償?shù)木€路電壓為額定電壓。從DVR的工作原理上進行分析，其實際的作用就是對提供線路中電壓補償，避免線路由于電壓跌落出現(xiàn)故障[3]。
3.3不間斷供電電源不間斷的供電電源，簡稱為UPS。目前，隨著科技不斷發(fā)展，UPS已經(jīng)逐漸趨向于市場化，其主要有三種類型：在線型、離線型以及在線互動型。在實現(xiàn)的UPS中，需要具有儲能單元，其中最為常見的儲能單元為的電池儲能。在線型的UPS在逆變器支持下實現(xiàn)負荷供電，實際供電與電源無關(guān)，因此在電壓質(zhì)量獲得上比較高。
3.4發(fā)電機勵磁大功率的電力電子技術(shù)在發(fā)電機勵磁中的應(yīng)用，作用突出。首先需要對發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)進行分析，發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)機端電壓的維持，合理分配多臺電發(fā)電機之間的無功功率，繼而提升電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。目前，在電力系統(tǒng)中，半導(dǎo)體勵磁是其最為主要的勵磁方式，在實際電力系統(tǒng)運行中，可以按照電源的不同，將半導(dǎo)體勵磁分為他勵和自勵。現(xiàn)行在電力企業(yè)中比較實用的就是基于勵磁電力電子裝置的三相晶閘管全橋整流器，在該整流器中采用時間常數(shù)比較小的一階慣性環(huán)節(jié)。
4微網(wǎng)可靠性供電
4.1交流微網(wǎng)結(jié)構(gòu)與特點典型的交流微網(wǎng)組成有：光伏發(fā)電、儲能電源、風(fēng)電機組以及柴油發(fā)電機組等。在以上的組成部件中，風(fēng)電以及儲能等電源，在電力電子變換器的轉(zhuǎn)換下，實現(xiàn)了對額定電壓頻率交流電的轉(zhuǎn)換，并在靜態(tài)開關(guān)的轉(zhuǎn)換下連接在微網(wǎng)母線上。交流微網(wǎng)的特點比較突出，主要表現(xiàn)在以下方面。第一，微網(wǎng)的電壓等級比較低，在實際線路中與配電網(wǎng)相連，在大功率電力系統(tǒng)的尾端；第二，容量比較小，在10KV等級的微網(wǎng)容量為數(shù)百千瓦到十兆瓦之間；第三，電流實現(xiàn)雙向流動，在微網(wǎng)結(jié)構(gòu)中為分布式的電源網(wǎng)狀，基于微網(wǎng)這樣的特點，其能夠?qū)崿F(xiàn)的功能比較多。一方面能夠?qū)崿F(xiàn)對大電網(wǎng)的功率輸送，另一方面，也能夠從大功率電網(wǎng)中吸收功率；第四，微網(wǎng)具有多種工作模式，其中比較突出的就是并網(wǎng)和離網(wǎng)兩種形式。并網(wǎng)工作形式幫助微網(wǎng)能夠在大功率電網(wǎng)中正常運行，而離網(wǎng)是指，當大電網(wǎng)出現(xiàn)故障時，微網(wǎng)能夠迅速的脫離大功率電網(wǎng)，而實現(xiàn)獨立運行。
4.2微網(wǎng)分布式電源電流保護微網(wǎng)分布式電源主要包含兩大類的電源，第一，逆變器接口電源。例如光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電以及儲能電源等。第二，傳統(tǒng)發(fā)電機接口電源。例如柴油發(fā)電機、燃汽輪機等。當微網(wǎng)分布式電源線路中出現(xiàn)故障時，以上兩種電源類型所能夠提供的短路電流存在著較大的差異。對于逆變器接口電源來說，電源線路在線路中容易受到電力電子器件等耐流能力的影響與限制，其電源所能夠提供的短路電流值不超過線路中額定電流的1.5倍。在這樣的線路背景下，該種電源類型不能夠?qū)崿F(xiàn)有力的電流保護。而對于另外一種分布式電源進行分析，當線路中發(fā)生短路時能夠利用串聯(lián)等效電抗的形式，實現(xiàn)較大短路電流的供應(yīng)，因此該種電源類型與逆變器接口分布式電源相比，具有明顯的優(yōu)勢，能夠?qū)崿F(xiàn)電流保護。
5結(jié)論
隨著電力系統(tǒng)不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)的供電可靠性逐漸受到社會所關(guān)注。因此，在本文中對大功率電力電子技術(shù)進行分析，研究大功率電力電子技術(shù)提高供電可靠性的應(yīng)用，并對微網(wǎng)可靠性供電進行詳細研究。在電力電力技術(shù)可靠性供電中的應(yīng)用研究中，分別對轉(zhuǎn)換開關(guān)、動態(tài)電壓恢復(fù)器、不間斷供電電源以及發(fā)電機勵磁等方面進行詳細研究，針對這些供電系統(tǒng)的作用論述，希望能夠為電力供電系統(tǒng)發(fā)展帶來幫助。
參考文獻：
[1]賀超.具有高可靠性的數(shù)字化大功率電力電子集成模塊研究與應(yīng)用[D].杭州:浙江大學(xué),2014.
1.電力電子技術(shù)的發(fā)展
現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展方向,是從以低頻技術(shù)處理問題為主的傳統(tǒng)電力電子學(xué),向以高頻技術(shù)處理問題為主的現(xiàn)代電力電子學(xué)方向轉(zhuǎn)變。電力電子技術(shù)起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其發(fā)展先后經(jīng)歷了整流器時代、逆變器時代和變頻器時代,并促進了電力電子技術(shù)在許多新領(lǐng)域的應(yīng)用。八十年代末期和九十年代初期發(fā)展起來的、以功率MOSFET和IGBT為代表的、集高頻、高壓和大電流于一身的功率半導(dǎo)體復(fù)合器件,表明傳統(tǒng)電力電子技術(shù)已經(jīng)進入現(xiàn)代電力電子時代。
1.1整流器時代
大功率的工業(yè)用電由工頻(50Hz)交流發(fā)電機提供,但是大約20%的電能是以直流形式消費的,其中最典型的是電解(有色金屬和化工原料需要直流電解)、牽引(電氣機車、電傳動的內(nèi)燃機車、地鐵機車、城市無軌電車等)和直流傳動(軋鋼、造紙等)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?因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶閘管的開發(fā)與應(yīng)用得以很大發(fā)展。當時國內(nèi)曾經(jīng)掀起了-股各地大辦硅整流器廠的熱潮,目前全國大大小小的制造硅整流器的半導(dǎo)體廠家就是那時的產(chǎn)物。
1.2逆變器時代
七十年代出現(xiàn)了世界范圍的能源危機,交流電機變頻惆速因節(jié)能效果顯著而迅速發(fā)展。變頻調(diào)速的關(guān)鍵技術(shù)是將直流電逆變?yōu)?~100Hz的交流電。在七十年代到八十年代,隨著變頻調(diào)速裝置的普及,大功率逆變用的晶閘管、巨型功率晶體管(GTR)和門極可關(guān)斷晶閘管(GT0)成為當時電力電子器件的主角。類似的應(yīng)用還包括高壓直流輸出,靜止式無功功率動態(tài)補償?shù)取＿@時的電力電子技術(shù)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)整流和逆變,但工作頻率較低,僅局限在中低頻范圍內(nèi)。
1.3變頻器時代
進入八十年代,大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅猛發(fā)展,為現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。將集成電路技術(shù)的精細加工技術(shù)和高壓大電流技術(shù)有機結(jié)合,出現(xiàn)了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的問世,導(dǎo)致了中小功率電源向高頻化發(fā)展,而后絕緣門極雙極晶體管(IGBT)的出現(xiàn),又為大中型功率電源向高頻發(fā)展帶來機遇。MOSFET和IGBT的相繼問世,是傳統(tǒng)的電力電子向現(xiàn)代電力電子轉(zhuǎn)化的標志。據(jù)統(tǒng)計,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半導(dǎo)體器件市場上已達到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在電力電子領(lǐng)域巳成定論。新型器件的發(fā)展不僅為交流電機變頻調(diào)速提供了較高的頻率,使其性能更加完善可靠,而且使現(xiàn)代電子技術(shù)不斷向高頻化發(fā)展,為用電設(shè)備的高效節(jié)材節(jié)能,實現(xiàn)小型輕量化,機電一體化和智能化提供了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。
2.現(xiàn)代電力電子的應(yīng)用領(lǐng)域
2.1計算機高效率綠色電源
高速發(fā)展的計算機技術(shù)帶領(lǐng)人類進入了信息社會,同時也促進了電源技術(shù)的迅速發(fā)展。八十年代,計算機全面采用了開關(guān)電源,率先完成計算機電源換代。接著開關(guān)電源技術(shù)相繼進人了電子、電器設(shè)備領(lǐng)域。
計算機技術(shù)的發(fā)展,提出綠色電腦和綠色電源。綠色電腦泛指對環(huán)境無害的個人電腦和相關(guān)產(chǎn)品，綠色電源系指與綠色電腦相關(guān)的高效省電電源,根據(jù)美國環(huán)境保護署l992年6月17日“能源之星"計劃規(guī)定,桌上型個人電腦或相關(guān)的設(shè)備,在睡眠狀態(tài)下的耗電量若小于30瓦,就符合綠色電腦的要求,提高電源效率是降低電源消耗的根本途徑。就目前效率為75%的200瓦開關(guān)電源而言,電源自身要消耗50瓦的能源。
2.2通信用高頻開關(guān)電源
通信業(yè)的迅速發(fā)展極大的推動了通信電源的發(fā)展。高頻小型化的開關(guān)電源及其技術(shù)已成為現(xiàn)代通信供電系統(tǒng)的主流。在通信領(lǐng)域中,通常將整流器稱為一次電源,而將直流-直流(DC/DC)變換器稱為二次電源。一次電源的作用是將單相或三相交流電網(wǎng)變換成標稱值為48V的直流電源。目前在程控交換機用的一次電源中,傳統(tǒng)的相控式穩(wěn)壓電源己被高頻開關(guān)電源取代,高頻開關(guān)電源(也稱為開關(guān)型整流器SMR)通過MOSFET或IGBT的高頻工作,開關(guān)頻率一般控制在50-100kHz范圍內(nèi),實現(xiàn)高效率和小型化。近幾年,開關(guān)整流器的功率容量不斷擴大,單機容量己從48V/12.5A、48V/20A擴大到48V/200A、48V/400A。
因通信設(shè)備中所用集成電路的種類繁多,其電源電壓也各不相同,在通信供電系統(tǒng)中采用高功率密度的高頻DC-DC隔離電源模塊,從中間母線電壓(一般為48V直流)變換成所需的各種直流電壓,這樣可大大減小損耗、方便維護,且安裝、增加非常方便。一般都可直接裝在標準控制板上,對二次電源的要求是高功率密度。因通信容量的不斷增加,通信電源容量也將不斷增加。
2.3直流-直流(DC/DC)變換器
DC/DC變換器將一個固定的直流電壓變換為可變的直流電壓,這種技術(shù)被廣泛應(yīng)用于無軌電車、地鐵列車、電動車的無級變速和控制,同時使上述控制獲得加速平穩(wěn)、快速響應(yīng)的性能,并同時收到節(jié)約電能的效果。用直流斬波器代替變阻器可節(jié)約電能(20~30)%。直流斬波器不僅能起調(diào)壓的作用(開關(guān)電源),同時還能起到有效地抑制電網(wǎng)側(cè)諧波電流噪聲的作用。
通信電源的二次電源DC/DC變換器已商品化,模塊采用高頻PWM技術(shù),開關(guān)頻率在500kHz左右,功率密度為5W~20W/in3。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展,要求電源模塊實現(xiàn)小型化,因此就要不斷提高開關(guān)頻率和采用新的電路拓撲結(jié)構(gòu),目前已有一些公司研制生產(chǎn)了采用零電流開關(guān)和零電壓開關(guān)技術(shù)的二次電源模塊,功率密度有較大幅度的提高。
2.4不間斷電源(UPS)
不間斷電源(UPS)是計算機、通信系統(tǒng)以及要求提供不能中斷場合所必須的一種高可靠、高性能的電源。交流市電輸入經(jīng)整流器變成直流,一部分能量給蓄電池組充電,另一部分能量經(jīng)逆變器變成交流,經(jīng)轉(zhuǎn)換開關(guān)送到負載。為了在逆變器故障時仍能向負載提供能量,另一路備用電源通過電源轉(zhuǎn)換開關(guān)來實現(xiàn)。
現(xiàn)代UPS普遍了采用脈寬調(diào)制技術(shù)和功率M0SFET、IGBT等現(xiàn)代電力電子器件,電源的噪聲得以降低,而效率和可靠性得以提高。微處理器軟硬件技術(shù)的引入,可以實現(xiàn)對UPS的智能化管理,進行遠程維護和遠程診斷。
目前在線式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS發(fā)展也很迅速,已經(jīng)有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多種規(guī)格的產(chǎn)品。
2.5變頻器電源
變頻器電源主要用于交流電機的變頻調(diào)速,其在電氣傳動系統(tǒng)中占據(jù)的地位日趨重要,已獲得巨大的節(jié)能效果。變頻器電源主電路均采用交流-直流-交流方案。工頻電源通過整流器變成固定的直流電壓,然后由大功率晶體管或IGBT組成的PWM高頻變換器,將直流電壓逆變成電壓、頻率可變的交流輸出,電源輸出波形近似于正弦波,用于驅(qū)動交流異步電動機實現(xiàn)無級調(diào)速。
國際上400kVA以下的變頻器電源系列產(chǎn)品已經(jīng)問世。八十年代初期,日本東芝公司最先將交流變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于空調(diào)器中。至1997年,其占有率已達到日本家用空調(diào)的70%以上。變頻空調(diào)具有舒適、節(jié)能等優(yōu)點。國內(nèi)于90年代初期開始研究變頻空調(diào),96年引進生產(chǎn)線生產(chǎn)變頻空調(diào)器,逐漸形成變頻空調(diào)開發(fā)生產(chǎn)熱點。預(yù)計到2000年左右將形成。變頻空調(diào)除了變頻電源外,還要求有適合于變頻調(diào)速的壓縮機電機。優(yōu)化控制策略,精選功能組件,是空調(diào)變頻電源研制的進一步發(fā)展方向。
2.6高頻逆變式整流焊機電源
高頻逆變式整流焊機電源是一種高性能、高效、省材的新型焊機電源,代表了當今焊機電源的發(fā)展方向。由于IGBT大容量模塊的商用化,這種電源更有著廣闊的應(yīng)用前景。
逆變焊機電源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)變換的方法。50Hz交流電經(jīng)全橋整流變成直流,IGBT組成的PWM高頻變換部分將直流電逆變成20kHz的高頻矩形波,經(jīng)高頻變壓器耦合,整流濾波后成為穩(wěn)定的直流,供電弧使用。
由于焊機電源的工作條件惡劣,頻繁的處于短路、燃弧、開路交替變化之中,因此高頻逆變式整流焊機電源的工作可靠性問題成為最關(guān)鍵的問題,也是用戶最關(guān)心的問題。采用微處理器做為脈沖寬度調(diào)制(PWM)的相關(guān)控制器,通過對多參數(shù)、多信息的提取與分析,達到預(yù)知系統(tǒng)各種工作狀態(tài)的目的,進而提前對系統(tǒng)做出調(diào)整和處理,解決了目前大功率IGBT逆變電源可靠性。
國外逆變焊機已可做到額定焊接電流300A,負載持續(xù)率60%,全載電壓60~75V,電流調(diào)節(jié)范圍5~300A,重量29kg。
2.7大功率開關(guān)型高壓直流電源
大功率開關(guān)型高壓直流電源廣泛應(yīng)用于靜電除塵、水質(zhì)改良、醫(yī)用X光機和CT機等大型設(shè)備。電壓高達50~l59kV,電流達到0.5A以上,功率可達100kW。
自從70年代開始,日本的一些公司開始采用逆變技術(shù),將市電整流后逆變?yōu)?kHz左右的中頻,然后升壓。進入80年代,高頻開關(guān)電源技術(shù)迅速發(fā)展。德國西門子公司采用功率晶體管做主開關(guān)元件,將電源的開關(guān)頻率提高到20kHz以上。并將干式變壓器技術(shù)成功的應(yīng)用于高頻高壓電源,取消了高壓變壓器油箱,使變壓器系統(tǒng)的體積進一步減小。
國內(nèi)對靜電除塵高壓直流電源進行了研制,市電經(jīng)整流變?yōu)橹绷?采用全橋零電流開關(guān)串聯(lián)諧振逆變電路將直流電壓逆變?yōu)楦哳l電壓,然后由高頻變壓器升壓,最后整流為直流高壓。在電阻負載條件下,輸出直流電壓達到55kV,電流達到15mA,工作頻率為25.6kHz。
2.8電力有源濾波器
傳統(tǒng)的交流-直流(AC-DC)變換器在投運時,將向電網(wǎng)注入大量的諧波電流,引起諧波損耗和干擾,同時還出現(xiàn)裝置網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)惡化的現(xiàn)象,即所謂“電力公害”,例如,不可控整流加電容濾波時,網(wǎng)側(cè)三次諧波含量可達(70~80)%,網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)僅有0.5~0.6。
電力有源濾波器是一種能夠動態(tài)抑制諧波的新型電力電子裝置,能克服傳統(tǒng)LC濾波器的不足,是一種很有發(fā)展前途的諧波抑制手段。濾波器由橋式開關(guān)功率變換器和具體控制電路構(gòu)成。與傳統(tǒng)開關(guān)電源的區(qū)別是:(l)不僅反饋輸出電壓,還反饋輸入平均電流;(2)電流環(huán)基準信號為電壓環(huán)誤差信號與全波整流電壓取樣信號之乘積。
2.9分布式開關(guān)電源供電系統(tǒng)
分布式電源供電系統(tǒng)采用小功率模塊和大規(guī)模控制集成電路作基本部件,利用最新理論和技術(shù)成果,組成積木式、智能化的大功率供電電源,從而使強電與弱電緊密結(jié)合,降低大功率元器件、大功率裝置(集中式)的研制壓力,提高生產(chǎn)效率。
八十年代初期,對分布式高頻開關(guān)電源系統(tǒng)的研究基本集中在變換器并聯(lián)技術(shù)的研究上。八十年代中后期,隨著高頻功率變換技術(shù)的迅述發(fā)展，各種變換器拓撲結(jié)構(gòu)相繼出現(xiàn),結(jié)合大規(guī)模集成電路和功率元器件技術(shù),使中小功率裝置的集成成為可能,從而迅速地推動了分布式高頻開關(guān)電源系統(tǒng)研究的展開。自八十年代后期開始,這一方向已成為國際電力電子學(xué)界的研究熱點,論文數(shù)量逐年增加，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大。
分布供電方式具有節(jié)能、可靠、高效、經(jīng)濟和維護方便等優(yōu)點。已被大型計算機、通信設(shè)備、航空航天、工業(yè)控制等系統(tǒng)逐漸采納,也是超高速型集成電路的低電壓電源(3.3V)的最為理想的供電方式。在大功率場合,如電鍍、電解電源、電力機車牽引電源、中頻感應(yīng)加熱電源、電動機驅(qū)動電源等領(lǐng)域也有廣闊的應(yīng)用前景。
3.高頻開關(guān)電源的發(fā)展趨勢
在電力電子技術(shù)的應(yīng)用及各種電源系統(tǒng)中，開關(guān)電源技術(shù)均處于核心地位。對于大型電解電鍍電源,傳統(tǒng)的電路非常龐大而笨重,如果采用高頓開關(guān)電源技術(shù),其體積和重量都會大幅度下降,而且可極大提高電源利用效率、節(jié)省材料、降低成本。在電動汽車和變頻傳動中,更是離不開開關(guān)電源技術(shù)，通過開關(guān)電源改變用電頻率,從而達到近于理想的負載匹配和驅(qū)動控制。高頻開關(guān)電源技術(shù),更是各種大功率開關(guān)電源(逆變焊機、通訊電源、高頻加熱電源、激光器電源、電力操作電源等)的核心技術(shù)。
3.1高頻化
理論分析和實踐經(jīng)驗表明,電氣產(chǎn)品的變壓器、電感和電容的體積重量與供電頻率的平方根成反比。所以當我們把頻率從工頻50Hz提高到20kHz,提高400倍的話,用電設(shè)備的體積重量大體下降至工頻設(shè)計的5~l0%。無論是逆變式整流焊機,還是通訊電源用的開關(guān)式整流器,都是基于這一原理。同樣,傳統(tǒng)“整流行業(yè)”的電鍍、電解、電加工、充電、浮充電、電力合閘用等各種直流電源也可以根據(jù)這一原理進行改造,成為“開關(guān)變換類電源”,其主要材料可以節(jié)約90%或更高,還可節(jié)電30%或更多。由于功率電子器件工作頻率上限的逐步提高,促使許多原來采用電子管的傳統(tǒng)高頻設(shè)備固態(tài)化,帶來顯著節(jié)能、節(jié)水、節(jié)約材料的經(jīng)濟效益,更可體現(xiàn)技術(shù)含量的價值。
3.2模塊化
模塊化有兩方面的含義,其一是指功率器件的模塊化,其二是指電源單元的模塊化。我們常見的器件模塊,含有一單元、兩單元、六單元直至七單元,包括開關(guān)器件和與之反并聯(lián)的續(xù)流二極管,實質(zhì)上都屬于“標準”功率模塊(SPM)。近年,有些公司把開關(guān)器件的驅(qū)動保護電路也裝到功率模塊中去,構(gòu)成了“智能化”功率模塊(IPM),不但縮小了整機的體積,更方便了整機的設(shè)計制造。實際上,由于頻率的不斷提高,致使引線寄生電感、寄生電容的影響愈加嚴重,對器件造成更大的電應(yīng)力(表現(xiàn)為過電壓、過電流毛刺)。為了提高系統(tǒng)的可靠性,有些制造商開發(fā)了“用戶專用”功率模塊(ASPM),它把一臺整機的幾乎所有硬件都以芯片的形式安裝到一個模塊中,使元器件之間不再有傳統(tǒng)的引線連接,這樣的模塊經(jīng)過嚴格、合理的熱、電、機械方面的設(shè)計,達到優(yōu)化完美的境地。它類似于微電子中的用戶專用集成電路(ASIC)。只要把控制軟件寫入該模塊中的微處理器芯片,再把整個模塊固定在相應(yīng)的散熱器上,就構(gòu)成一臺新型的開關(guān)電源裝置。由此可見,模塊化的目的不僅在于使用方便,縮小整機體積,更重要的是取消傳統(tǒng)連線,把寄生參數(shù)降到最小,從而把器件承受的電應(yīng)力降至最低,提高系統(tǒng)的可靠性。另外,大功率的開關(guān)電源,由于器件容量的限制和增加冗余提高可靠性方面的考慮,一般采用多個獨立的模塊單元并聯(lián)工作,采用均流技術(shù),所有模塊共同分擔(dān)負載電流,一旦其中某個模塊失效,其它模塊再平均分擔(dān)負載電流。這樣,不但提高了功率容量,在有限的器件容量的情況下滿足了大電流輸出的要求,而且通過增加相對整個系統(tǒng)來說功率很小的冗余電源模塊,極大的提高系統(tǒng)可靠性,即使萬一出現(xiàn)單模塊故障,也不會影響系統(tǒng)的正常工作,而且為修復(fù)提供充分的時間。
3.3數(shù)字化
在傳統(tǒng)功率電子技術(shù)中,控制部分是按模擬信號來設(shè)計和工作的。在六、七十年代,電力電子技術(shù)完全是建立在模擬電路基礎(chǔ)上的。但是,現(xiàn)在數(shù)字式信號、數(shù)字電路顯得越來越重要,數(shù)字信號處理技術(shù)日趨完善成熟,顯示出越來越多的優(yōu)點:便于計算機處理控制、避免模擬信號的畸變失真、減小雜散信號的干擾(提高抗干擾能力)、便于軟件包調(diào)試和遙感遙測遙調(diào),也便于自診斷、容錯等技術(shù)的植入。所以,在八、九十年代,對于各類電路和系統(tǒng)的設(shè)計來說,模擬技術(shù)還是有用的,特別是:諸如印制版的布圖、電磁兼容(EMC)問題以及功率因數(shù)修正(PFC)等問題的解決,離不開模擬技術(shù)的知識,但是對于智能化的開關(guān)電源,需要用計算機控制時,數(shù)字化技術(shù)就離不開了。
3.4綠色化
一、電力電子技術(shù)的內(nèi)容、特點和發(fā)展趨勢
1.1電力電子技術(shù)的內(nèi)容和特點。電力電子技術(shù)是將電子技術(shù)應(yīng)用在電力領(lǐng)域，實現(xiàn)電力系統(tǒng)的智能電網(wǎng)化，也是集電力、電子技術(shù)和控制為一體的綜合領(lǐng)域。其主要研究的是電力變換等內(nèi)容，電力的變換是為了人們能夠更加方便、有效的使用電能，為人們的生活提供更好的服務(wù)。電力電子技術(shù)與傳統(tǒng)的電子技術(shù)相比較擁有對電流和電壓更強的承受能力，也具有更大的功率。然而在大功率下，一些元器件本身會出現(xiàn)器件發(fā)熱、效率降低、功耗增加等情況，為了解決類似情況，元器件自身都采用開關(guān)的形式，這種運行形式是電力電子器件在電力電子技術(shù)中使用和運行的最大特點。1.2電力電子技術(shù)的發(fā)展趨勢。電力電子技術(shù)一共分為制造技術(shù)和變流技術(shù)兩個部分。器件的制造技術(shù)是將器件內(nèi)的控制、驅(qū)動等功能進行集成，形成集成電路，并降低功耗，是電力電子技術(shù)的一個未來發(fā)展方向[1]。在上個世紀八十年代，整流電路在電子電力技術(shù)當中占有主導(dǎo)地位，但是隨著自關(guān)斷等元器件的出現(xiàn)與應(yīng)用，電力電子技術(shù)中出現(xiàn)了很多新式的電路。而電力電子技術(shù)當中的控制功能對電力電子技術(shù)的發(fā)展起很大的促進作用，使電力電子技術(shù)中的控制系統(tǒng)得到了前所未有的發(fā)展，并取得了巨大的成果。目前，電力電子技術(shù)的控制功能，逐漸由傳統(tǒng)的模擬控制轉(zhuǎn)變?yōu)樾滦偷臄?shù)字控制，這樣轉(zhuǎn)變也是控制系統(tǒng)在電力電子技術(shù)中的一個未來發(fā)展的方向。
二、電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用
2.1電力電子技術(shù)在發(fā)電過程中的應(yīng)用。改變電力系統(tǒng)中元器件的運行方式是電力電子技術(shù)對電力系統(tǒng)改變的主要目的。在發(fā)電過程當中，主要設(shè)計的元器件包括水力發(fā)電機、發(fā)電廠水泵、太陽能控制軟件等。在水力發(fā)電過程中，水流的流量等方面決定著發(fā)電機的效率，水利發(fā)電機的轉(zhuǎn)速是隨著水流的變化而發(fā)生變化的，所以保持恒定的輸出功率，是電力電子技術(shù)提高水利發(fā)電機運行效率的重要手段。發(fā)電廠風(fēng)機水泵是發(fā)電廠用于發(fā)電的主要元器件，其效率決定著發(fā)電的電量，而傳統(tǒng)的水泵具有耗電量高、運行效率低等缺點，利用電力電子技術(shù)對水泵進行變速，可使其降低能耗、提高效率。太陽能新型的、可持續(xù)的能源，使用電力電子技術(shù)建立太陽能控制系統(tǒng)，讓太陽能進行直流和交變電流的轉(zhuǎn)化，從而實現(xiàn)發(fā)電，利用太陽能發(fā)電對人類的未來進行可持續(xù)發(fā)展有著重要的貢獻。2.2電力電子技術(shù)在輸電過程中的應(yīng)用。在輸電過程中，其輸出方式分為直流輸電、輕型直流輸電和柔流輸電技術(shù)三種方式。直流輸電方式的主要優(yōu)點包括輸電量大、輸電穩(wěn)定和調(diào)節(jié)控制方便等。在遠距離的輸電過程中，直流輸電方式具有很大的優(yōu)勢[2]。但隨著科學(xué)水平的提高，直流輸電方式得到了很大的改進和提高，輸電方式產(chǎn)生了新的變化，而新的輸電方式便是輕型直流輸電方式。輕型直流輸電能夠解決很多直流輸電當中遇到的困難與阻礙（比如向無交流電源進行輸電）。輕型直流輸電使用的是由IGBI等電子元件組成的，利用脈寬調(diào)制技術(shù)進行逆變的輸電方式，是一種新的科學(xué)技術(shù)。柔流技術(shù)形成于二十世紀八十年代末，其主要的優(yōu)點是對交流輸電的控制，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。它不僅可以增強交流電在輸出過程中的穩(wěn)定性，還能夠降低輸出能耗，為交流輸電提高質(zhì)量和效率。
總結(jié)
綜上所訴，電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中起著十分重要的作用，它能夠為電力系統(tǒng)的正常運行提供重要的保障，并提高電力系統(tǒng)的效率、降低能耗。也為其未來發(fā)展起到促進的作用。本文就電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)當中的發(fā)電和輸電過程進行了簡單的分析和研究，希望能夠?qū)ο肓私夂脱芯窟@方面內(nèi)容的人們起到一定的作用。
參考文獻
在我國發(fā)電廠中，發(fā)電多是靜止勵磁系統(tǒng)。使用過程中，勵磁機繁重且耗能巨大，電力電子技術(shù)的發(fā)展便可大大緩解這個問題，可以代替勵磁機中的勵磁環(huán)節(jié)，使發(fā)電過程變得更便捷且耗能少，易操作，方便控制。同時，電力電子技術(shù)在變頻控制上同樣起到很大作用。發(fā)電廠中發(fā)出的電能頻率多為波動的，而民用的交流電頻率要在220V為峰值進行使用，傳統(tǒng)的變壓方式多為變電站的中轉(zhuǎn)，而電力電子技術(shù)可以簡化這個環(huán)節(jié)，使電流更適合民用電的使用。電力電子技術(shù)在發(fā)電過程中的優(yōu)勢對一些新能源發(fā)電同樣適用，如廣泛使用的風(fēng)力發(fā)電、水利發(fā)電等，都離不開電力電子技術(shù)來正常運行。
1.2電力電子技術(shù)在電力傳輸過程中的應(yīng)用
電力電子技術(shù)在傳輸線路上的應(yīng)用有很多，其中主要以柔流電技術(shù)、高壓直流電技術(shù)以及靜止無功補償器技術(shù)上，以線路傳輸過程中的高壓直流電技術(shù)為例，說明在電力傳輸過程中電力電子技術(shù)的重要作用。在沒有這種技術(shù)的時候，對于高壓直流電的傳送，在傳送過程中需加有若干變壓器來完成，這不僅增加了傳送電過程中的成本，還使工作的程序變得復(fù)雜，而電力電子技術(shù)的廣泛使用，尤其是晶管換流閥在高壓直流電傳送過程中的使用，使電壓變得可以自動化控制，節(jié)約成本，減少了傳送過程中的工序，而且準確性、安全性和可控性都比傳統(tǒng)的傳送方法高得多。
1.3電力電子技術(shù)在電力使用過程中的應(yīng)用
電力電子技術(shù)不僅能在電力產(chǎn)生、傳送過程中有廣泛的應(yīng)用，還能保證在使用過程中帶給使用者的便捷。回想我們家中的電力配備，保證安全的是一個全自動的電表，其實在這其中便應(yīng)用到電力電子技術(shù)，它可以增強對電流、電壓的可控性，自動感應(yīng)到電力的強度，進行調(diào)控，保證了家庭用電的安全性。同時，在一些大型工廠、單位等，用電量較大，對電力的穩(wěn)定性要求很高，配有電力電子技術(shù)可以使在配電過程中，電流變得更加穩(wěn)定，避免各種不穩(wěn)定的波動帶來的不良影響。
2電力電子技術(shù)對于電力系統(tǒng)的其他應(yīng)用
2.1節(jié)約能源
通過電力電子技術(shù)的應(yīng)用，可以對電能進行綜合處理，使電能能夠最大限度的發(fā)揮出來，并且能夠應(yīng)用得更加合理、高效，真正做到節(jié)約能源。例如，在一些造紙廠、冶煉廠等，可以根據(jù)工廠的性質(zhì)和對電能的具體需求，利用電力電子技術(shù)，能夠?qū)㈦娔茏詣踊倪M行合理的分配，使耗電量大、功率大的場所能夠達到要求，而對于一些對電量要求不大的地方可以適當?shù)倪M行節(jié)省。據(jù)調(diào)查顯示，2000年的大型工廠的節(jié)電量相當于1990年發(fā)電的15%，截止到今年，全國又將14個項目列入節(jié)電推廣項目中，可見，電力電子技術(shù)在資源的節(jié)約中起到了很大的作用。
大功率，高電壓的電力電子設(shè)備都是有數(shù)量較多的單個性能參數(shù)一致的功率器件經(jīng)過并聯(lián)、串聯(lián)、串聯(lián)后再并聯(lián)等方式組合而成。
1.1多個功率器件并聯(lián)時自愈工作原理多個功率器件并聯(lián)時如圖1所示，并聯(lián)于功率器件勻流電阻兩端的光電隔離開關(guān)輸出信號會同步于功率器件的開斷工作狀態(tài)，該信號與同步觸發(fā)脈沖器的輸出信號進行比較。這兩個信號如果同步則比較器不輸出，如果不同步則比較器輸出控制命令，令與該功率器件串聯(lián)的斷路開關(guān)斷開，自動斷開故障的功率器件，同時通過顯示控制總線向顯示控制屏發(fā)出顯示該功率器件故障的指示信息。
1.2多個功率器件串聯(lián)時自愈工作原理多個功率器件串聯(lián)時如圖2所示，并聯(lián)于功率器件的光電隔離開關(guān)的輸出信號會同步于功率器件的開斷工作狀態(tài)，該信號與同步觸發(fā)脈沖器的輸出信號進行比較。這兩個信號如果同步，則比較器不輸出，如果不同步則輸出控制命令，令與該功率器件并聯(lián)的旁路開關(guān)閉合，自動短路掉故障的功率器件，同時通過顯示控制總線向顯示控制屏發(fā)出顯示該功率器件故障的指示信息。
2應(yīng)用實例
以串聯(lián)諧振耐壓試驗設(shè)備的變頻電源為例進行試驗測試，變頻電源的輸出采用大功率高耐壓多只IGBT器件并聯(lián)后組成橋式輸出電路。變頻電源的技術(shù)參數(shù)為：額定輸出功率:100kW；額定輸入電壓：三相380V±12%50Hz；輸出電壓：0～350V連續(xù)可調(diào)，輸出電壓不穩(wěn)定度≤1%；額定輸出電流：286A。圖3為橋式輸出四分之一橋臂的部分電路，QA11和QA21為輸出功率器件IGBT；KA11和KA21分別為QA11和QA21功率器件的自動剔除的高速繼電器；RA11和RA21為功率器件的勻流電阻；AI1為功率器件的驅(qū)動輸入信號端；AO11和AO21為對應(yīng)功率器件異常后輸出指示信號端，高電平為異常；UA11和UA21為比較器；OUTA為橋臂輸出端。電路工作原理為，比較器UA11和UA21始終比較輸入端1和2的信號，若這兩個電平信號始終同步則，它的輸出端3處于低電平，繼電器KA11和KA21不動作，功率器件QA11和QA21全部正常工作；若某個功率器件擊穿或開路，該路對應(yīng)的比較器1和2路的輸入端將會不同步，此時比較器輸出端3將輸出高電平，驅(qū)動該路繼電器閉合，切斷了該功率器件電源回路，同時使繼電器自保持，且輸出一個高電平報警信號，其余的功率器件由于電路設(shè)計時都具有比較大的冗余，能夠繼續(xù)工作，能夠確保試驗過程繼續(xù)進行下去，直到試驗工作全面完成。實現(xiàn)了預(yù)知故障，提高了電力電子設(shè)備工作可靠性。對于串聯(lián)的功率器件可以采用類似的方法進行單個功率器件損壞后自動剔除。
從有源電力濾波器的構(gòu)成來看，有源電力濾波器主要采用了電源供電的方式，對電力系統(tǒng)中的諧波進行補償，其優(yōu)點是能夠進行動態(tài)補償，與傳統(tǒng)的固定補償方法相比具有明顯的優(yōu)勢。由此可見，有源電力濾波器在無功補償方面可以得到重要應(yīng)用。
1.2有源電力濾波器能夠保持電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行
由于有源電力濾波器能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)中的大小和頻率都變化的諧波進行無功補償，因此可以保證電力系統(tǒng)中的諧波處于穩(wěn)定狀態(tài)。基于這一優(yōu)點，有源電力濾波器在電力系統(tǒng)中得到了重要應(yīng)用，保證了電力系統(tǒng)能夠長時間穩(wěn)定運行，提高了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
2電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，產(chǎn)生了靜止同步補償器裝置
2.1靜止同步補償器可以當作無功電流源使用
從靜止同步補償器的構(gòu)成以及其功能設(shè)定來看，靜止同步補償器屬于無功電流源的重要類型，其電流的變化主要隨著負荷電流而發(fā)生變化，對補償電力系統(tǒng)電流損失，提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性具有重要作用。
2.2靜止同步補償器對電力系統(tǒng)的補償效果比較明顯
由于靜止同步補償器屬于無功電流源，并且其補償電流處于變化狀態(tài)，這樣的無功電流源對電力系統(tǒng)的補償效果相對明顯一些。從這一應(yīng)用來看，靜止同步補償器對電力系統(tǒng)補償起到了重要作用。
2.3靜止同步補償器的無功電流可以隨時進行控制
從靜止同步補償器的實際使用來看，無功電流并不是一成不變的，而是根據(jù)電力系統(tǒng)的實際需要進行不斷變化的，其可控性是靜止同步補償器區(qū)別與其他補償器的重要特點，為此，我們應(yīng)認識到靜止同步補償器的可控性優(yōu)勢。
3電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，催生了動態(tài)電壓恢復(fù)器
通過對電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用進行分析后可知，動態(tài)電壓恢復(fù)器是基于電力電子技術(shù)的重要裝置，在電力系統(tǒng)中取得了積極的應(yīng)用效果，對滿足電力系統(tǒng)運行需要，提高電力系統(tǒng)運行質(zhì)量起到了重要的促進作用。結(jié)合動態(tài)電壓恢復(fù)器的實際使用，動態(tài)電壓恢復(fù)器的特點主要表現(xiàn)在以下幾個方面：
3.1動態(tài)電壓恢復(fù)器可以認為是動態(tài)受控的電壓源
動態(tài)電壓恢復(fù)器在整個配電系統(tǒng)中起著電壓源的作用，可以通過一些控制方法和手段減少能量消耗，減輕其對電壓的不良影響，避免了電壓跌落、電壓不平衡及諧波等的產(chǎn)生。
3.2動態(tài)電壓恢復(fù)器可以消除負荷電壓對電壓系統(tǒng)的影響
在電力系統(tǒng)運行過程中，負荷電壓容易對電壓系統(tǒng)造成不利影響，應(yīng)用了動態(tài)電壓恢復(fù)器之后，可以提高電壓的穩(wěn)定性，保證電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定運行，充分滿足電力系統(tǒng)運行需要，使電力系統(tǒng)在整體運行效果上達到預(yù)期目標，穩(wěn)定了電壓系統(tǒng)。
3.3動態(tài)電壓恢復(fù)器可以補償電壓跌落
當直流側(cè)能量通過從系統(tǒng)整流獲得時，在系統(tǒng)側(cè)即使發(fā)生單相故障，其它兩相仍可以提供電能來維持DVR的正常運行，補償長期的電壓跌落也成為可能。而動態(tài)電壓恢復(fù)器可以有效地防止因電壓跌落造成的系統(tǒng)故障，延長了設(shè)備使用壽命。基于動態(tài)電壓恢復(fù)器的特點，在電力系統(tǒng)運行過程中，動態(tài)電壓恢復(fù)器的應(yīng)用，可以有效解決電壓跌落問題，并在電壓跌落過程中進行及時的補償，保證電力系統(tǒng)在運行中的穩(wěn)定性滿足實際要求，由此可見，動態(tài)電壓恢復(fù)器對補償電壓跌落具有較為明顯的效果。
2電子電力技術(shù)分類及在電力系統(tǒng)中的可實際應(yīng)用領(lǐng)域
電力電子技術(shù)包括電力電子器件的制作技術(shù)和變流技術(shù)兩個大類，應(yīng)用領(lǐng)域?qū)挘瑥V泛用于交通運輸、電力系統(tǒng)、電子裝置電源、新能源等，在家用電器、變頻空調(diào)、工業(yè)設(shè)備中預(yù)防電源間斷的UPS應(yīng)用、航天飛行器等領(lǐng)域也有應(yīng)用實踐的區(qū)域。具體來看，家用節(jié)能燈、變頻空調(diào)、電視音響、洗衣機、微波爐等都是采用電力電子技術(shù)。電力電子技術(shù)應(yīng)用廣泛，其在工業(yè)及科技發(fā)展方面的作用也十分突出，下文針對兩個不同應(yīng)用方面提出一點看法
2.1社會供電系統(tǒng)應(yīng)用
傳統(tǒng)的電力供量已無法滿足現(xiàn)代需求量，不僅要開發(fā)資源，技術(shù)的開發(fā)更具主要性。提高能源的使用效率，需要電力技術(shù)的實踐，而電力電子產(chǎn)品相配套使用，能夠提高安全指數(shù)，經(jīng)濟節(jié)能，體現(xiàn)生態(tài)化，經(jīng)濟高效化的現(xiàn)代化精神，使現(xiàn)代技術(shù)與環(huán)境高效統(tǒng)一。據(jù)資料表明，新能源發(fā)電在未來幾十年，總量將增加幾倍，隨著太陽能、生物質(zhì)能、風(fēng)能發(fā)電成本的大幅度下降，將增加競爭力。然而二次能源的運用仍有一定的局限性，如，太陽能發(fā)電需要解決發(fā)電時間的局限性，風(fēng)力發(fā)電需要解決土地資源利用的矛盾，只要在技術(shù)上有新突破，克服局限性，將對人類社會造就巨大福祉，科研人員更應(yīng)該看清實際應(yīng)用的具體要求進行探究。
2.2遠距離輸電應(yīng)用
直流輸電（HVDC）和輕型直流輸電（HVDCLight）技術(shù)相比較，直流輸電具有輸電容量大、穩(wěn)定性好、控制調(diào)節(jié)靈活等優(yōu)點。1970年世界上第一項晶閘管換流器，標志著電力電子技術(shù)正式應(yīng)用于直流輸電。之后世界上新建的直流輸電工程均采用晶閘管換流閥。FACTS技術(shù)是一項基于電力電子技術(shù)與現(xiàn)代控制技術(shù)對交流輸電系統(tǒng)的阻抗、電壓及相位實施靈活快速調(diào)節(jié)的輸電技術(shù)，可實現(xiàn)對交流輸電功率潮流的靈活控制，大幅度提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定水平。20世紀90年代以來，國外在研究開發(fā)的基礎(chǔ)上開始將FACTS技術(shù)用于實際電力系統(tǒng)工程。其輸出無功的大小，裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，成本較低。諸如此類，通過技術(shù)之間的比較探討才能進行更高效地實踐。
3對技術(shù)化的應(yīng)用提出意見和發(fā)展指引
3.1針對發(fā)展過程的某些具體狀況
進行專題探討，如諧波污染，針對解決方案進行研究，對無源濾波器與有源濾波器兩種治理方式進行比較：無源電力濾波器，用無源電力濾波器進行抑制諧波、補償無功和提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，但濾波效果受電力系統(tǒng)阻抗的影響較大，與無源電力濾波器相比，有源電力濾波器具有更大的優(yōu)勢，有源電力濾波器可以補償各次諧波，還可同時補償無功功率、抑制閃變、調(diào)節(jié)和平衡三相不平衡電壓，濾波特性不受系統(tǒng)阻抗和頻率的影響，可消除與電網(wǎng)阻抗發(fā)生串、并聯(lián)諧振的危險。
3.2注重生態(tài)化的科技研究，節(jié)能
是電力電子技術(shù)應(yīng)用未來發(fā)展的重要領(lǐng)域。進行電機系統(tǒng)的節(jié)能是趨勢所需，據(jù)資料表明，按照國家計劃，今5年內(nèi)，將投500億元，爭取年節(jié)電達到1000億kWh，作為國民經(jīng)濟行業(yè)主力設(shè)備電動機系統(tǒng)的調(diào)速節(jié)能，存在巨大的需求。未來10年，對經(jīng)濟型調(diào)速裝置的開發(fā)、變頻調(diào)速，城市交通系統(tǒng)，磁懸浮列車異步電動機的變頻調(diào)速，電動汽車起動和穩(wěn)定運行，要求有大量技術(shù)施用。
