電力電子新技術論文

　　電力電子這門技術發展迅速，現在已經可以對電能直接進行高效的控制，對電能進行變換，還可以對電力系統進行電量調整。小編為大家整理的，希望你們喜歡。

　　篇一

　　淺議電力電子技術

　　摘要：電力電子技術是一門新興的應用於電力領域的電子技術，就是使用電力電子器件***如閘流體，GTO，IGBT等***對電能進行變換和控制的技術。電力電子技術所變換的“電力”功率可大到數百MW甚至GW，也可以小到數W甚至1W以下，和以資訊處理為主的資訊電子技術不同電力電子技術主要用於電力變換。

　　關鍵詞：電力;電子技術;電力電子

　　電力電子技術分為電力電子器件製造技術和交流技術***整流，逆變，斬波，變頻，變相等***兩個分支。現已成為現代電氣工程與自動化專業不可缺少的一部分。

　　一、電力電子學

　　電力電子學***Power Electronics***這一名稱是在上世紀60年代出現的。1974年，美國的W.Newell用一個倒三角形***如圖***對電力電子學進行了描述，認為它是由電力學、電子學和控制理論三個學科交叉而形成的。這一觀點被全世界普遍接受。“電力電子學”和“電力電子技術”是分別從學術和工程技術2個不同的角度來稱呼的。

　　利用電力電子器件實現工業規模電能變換的技術，有時也稱為功率電子技術。一般情況下，它是將一種形式的工業電能轉換成另一種形式的工業電能。例如，將交流電能變換成直流電能或將直流電能變換成交流電能;將工頻電源變換為裝置所需頻率的電源;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。應用電力電子技術還能實現非電能與電能之間的轉換。例如，利用太陽電池將太陽輻射能轉換成電能。與電子技術不同，電力電子技術變換的電能是作為能源而不是作為資訊感測的載體。因此人們關注的是所能轉換的電功率。

　　電力電子技術是大功率的電技術，又大多是為應用強電的工業服務的，故常將它歸屬於電工類。電力電子技術的內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。電力電子器件以半導體為基本材料，最常用的材料為單晶矽;它的理論基礎為半導體物理學;它的工藝技術為半導體器件工藝。近代新型電力電子器件中大量應用了微電子學的技術。電力電子電路吸收了電子學的理論基礎，根據器件的特點和電能轉換的要求，又開發出許多電能轉換電路。這些電路中還包括各種控制、觸發、保護、顯示、資訊處理、繼電接觸等二次迴路及外圍電路。利用這些電路，根據應用物件的不同，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、配套裝置等組成一個系統。電子學、電工學、自動控制、訊號檢測處理等技術常在這些裝置及其系統中大量應用。

　　二、電力電子技術的應用作用

　　1、優化電能使用。通過電力電子技術對電能的處理，使電能的使用達到合理、高效和節約，實現了電能使用最佳化。例如，在節電方面，針對風機水泵、電力牽引、軋機冶煉、輕工造紙、工業窯爐、感應加熱、電焊、化工、電解等14個方面的調查，潛在節電總量相當於1990年全國發電量的16%，所以推廣應用電力電子技術是節能的一項戰略措施，一般節能效果可達10%-40%，我國已將許多裝置列入節能的推廣應用專案。

　　2、改造傳統產業和發展機電一體化等新興產業。據發達國家預測，今後將有95%的電能要經電力電子技術處理後再使用，即工業和民用的各種機電裝置中，有95%與電力電子產業有關，特別是，電力電子技術是弱電控制強電的媒體，是機電裝置與計算機之間的重要介面，它為傳統產業和新興產業採用微電子技術創造了條件，成為發揮計算機作用的保證和基礎。

　　3、電力電子技術高頻化和變頻技術的發展，將使機電裝置突破工頻傳統，向高頻化方向發展。實現最佳工作效率，將使機電裝置的體積減小几倍、幾十倍，響應速度達到高速化，並能適應任何基準訊號，實現無噪音且具有全新的功能和用途。

　　4、電力電子智慧化的進展，在一定程度上將資訊處理與功率處理合一，使微電子技術與電力電子技術一體化，其發展有可能引起電子技術的重大改革。有人甚至提出，電子學的下一項革命將發生在以工業裝置和電網為物件的電子技術應用領域，電力電子技術將把人們帶到第二次電子革命的邊緣。

　　三、電力電子技術器件

　　02年出現了第一個玻璃的汞弧整流器。1910年出現了鐵殼汞弧整流器。用汞弧整流器代替機械式開關和換流器,這是電力電子技術的發端。1920年試製出氧化銅整流器，1923年出現了硒整流器。30年代，這些整流器開始大量用於電力整流裝置中。20世紀40年代末出現了電晶體。20世紀50年代初，電晶體向大功率化發展，同時用半導體單晶材料製成的大功率二極體也得到發展。1954年，瑞典通用電機公司***ASEA公司***首先將汞弧管用於高壓整流和逆變,並在±100千伏直流輸電線路上應用，傳輸20兆瓦的電力。1956年，美國人J.莫爾製成閘流體雛型。1957年，美國人R.A.約克製成實用的閘流體。50年代末閘流體被用於電力電子裝置，60年代以來得到迅速推廣,並開發出一系列派生器件,拓展了電力電子技術的應用領域。 電力電子電路 隨著閘流體應用的推廣，開發出許多電力電子電路。

　　四、電力電子電路器件類別

　　1、將交流電能轉換成直流電能的整流電路;

　　2、將直流電能轉換成交流電能的逆變電路;

　　3、將一種形式的交流電能轉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。這些電路都包含閘流體，而每個閘流體都需要相應的觸發器。於是配合這些電力電子電路出現了許多的觸發控制電路。

　　五、電子電路器件分類

　　1、控制電路主要由分立的電子元件***如電晶體、二極體***組成。直到80年代後期，還用得不少。

　　2、由積體電路組成。自從1958年美國出現了世界上第一個積體電路以來，發展異常迅速。它應用到電力電子裝置的控制電路中,使其結構緊湊,功能和可靠性得到提高。

　　3、由微機進行控制。

　　70年代以來，由於微機的發展使電力電子裝置進一步朝實現智慧化的方向進步。 電力電子裝置 隨著電力電子電路的發展和完善，由閘流體組成的許多型別的電力電子裝置不斷出現。如大功率的電解電源、焊接電源、電鍍用的直流電源;直流和交流牽引、直流傳動、交流串級調速、變頻調速等傳動用電源;勵磁、無功靜止補償、諧波補償等電力系統用的電力電子裝置;低頻、中頻、高頻電源等各種非工頻電源，尤其是感應加熱的中高頻電源;不停電電源、交流穩壓電源等各種工業用電力電子電源;各種調壓器等等。這些電力電子裝置,與傳統的電動機-發電機組比，有較高的電效率***以容量10千瓦至數百千瓦、頻率為1000赫的電動機-發電機組為例,在額定負載下,效率η=80%，並隨負載減小而顯著降低,若用閘流體電源,η≥92%,且隨負載變化不大***，因此，有明顯的節能效果。電力電子裝置是靜止式裝置，佔地面積小，重量輕，安裝方便***以焊接電源為例,與旋轉焊機相比，重量減輕80%,節能15%***。同時，電力電子裝置往往對頻率、電壓等的調節比較容易，響應快，功能多，自動化程度高，因此用於工業上不但明顯節能，還往往能提高生產率和產品質量，節省原材料，並常能改善工作環境。但電力電子裝置大多為電子開關式裝置，它往往對電網和負載產生諧波干擾，有時還對周圍環境引起一定的高頻干擾，這是在設計這些裝置和系統時必須妥善解決的。

　　篇二

　　電力電子技術在電力系統中的應用

　　摘要：隨著現代科技的發展，電子技術在各個行業中都獲得了廣泛的應用，並且發揮了重要作用，給人們的生產與生活帶來極大的便利。同樣電力電子技術應用於電力系統中，也取得了一定的成效，為電力系統的發展提供了技術支援，促進了電力系統的發展。

　　關鍵詞：電力電子技術;電力系統;發展;應用

　　中圖分類號：F470.6 文獻標識碼：A

　　電力電子技術是電子技術的主要內容之一，除了電力電子技術，還有資訊電子技術。現代電子技術主要是用電子器件進行設計的，以電子學原理為基礎，進而製造一些特定功能的電路，可以為解決實際問題提供科學的依據的一項高科技電子技術。該項技術主要應用在電力領域，是以功率半導體器件、電路技術、現代控制等技術為支撐的技術平臺新技術，主要是建立在電工原理學科、電子學等學科的理論基礎上。

　　一、電力電子技術的發展

　　電力電子技術智慧化的飛速發展：主要是可以將電子資訊和器具的功率處理合二為一，將微電子技術和電力電子技術能夠進行一體化。很多人指出：工業裝置領域和電網領域是電子學下一步的重要應用範疇，該技術可以將人類帶到第二次電子革命的前沿。

　　在大型電解電鍍電源中，用高頻開關電源與用傳統的電源相比更具有優越性，傳統的顯得很笨重;而新技術的應用可以大幅度的降低其重量。此應用，還可以節省材料、降低成本，更為重要的是，使得電源的利用效率得到極大的提高。各種較大功率的開關電源的核心技術為高頻開關電源技術;各大功率開關電源主要包括通訊電源、電力操作電源等。

　　二、電力電子技術的應用

　　自上個世紀末，提出柔性交流輸電***FACTS***的概念後，電力電子技術在電力系統中的應用技術得到了全社會的極大關注，多種裝置陸續呈現，其中較為成功的是在電力系統的大功率直流輸電***HVDC***中得到廣泛應用的電力電子技術。

　　1.在發電環節中的應用

　　在電力系統中，包括髮電環節在內的多種裝置，是將來應用該技術的主要環節，主要是進行改善和應用這些裝置。

　　***1***大型發電機的靜止勵磁具有安全性高、結構簡單和成本廉價等優點，其控制靜止勵磁是採用的閘管整流並自勵方式，此方式在各行業的大電力系統得到廣泛採用。因為勵磁機的中間慣性部分被去掉了，所以具備快速性調節效能，可以產生良好控制效果和充分發揮其效能。

　　***2***風力和水力發電機的變速恆頻勵磁。電力的輸出功率大小主要受水流量和水頭壓力控制。在水頭變化較大時，機組最優的轉速也會跟著發生變化。風力發電的有效功率主要是和風速的三次方有關係，是正比關係，風車捕捉最大風能的轉速隨風速而變化。要使機組變速執行，取得最大的有效功率，可以通過改變轉子勵磁電流的頻率，使其與轉子轉速、輸出的頻率恆定。該應用的核心技術主要是變頻電源。

　　發電廠中的風機水泵可是實現變頻調速調整，一般而言，發電廠的用電率都保持著在8%左右，它的總耗電量在整個裝置耗電量中佔到65%，整體執行效率非常低。裝置一般使用高壓變頻器或者是低壓變頻器，該變頻器實現相互轉化，達到電氣使用效果，進而實現了風機水泵的變頻調速。

　　2.在節電方面的應用

　　***1***變負荷電動機調速執行。電動機節電主要是表現在兩個方面：一個是電動機本身挖掘節電潛力;另一個是通過變負荷電動機的調速技術。只有將二者結合起來，才使得電動機節電方面變得較完善。交流調速目前在礦山和冶金等行業的電力系統中應用較為廣泛。

　　***2***減少無功損耗，提高功率因數。

　　在電氣裝置中，其器具包括變壓器在內的主要裝置都是屬於感性負載。他們在執行時，不但消耗電氣裝置的有功功率，還消耗它的無功功率。無功電源和有功電源是一樣的，是用來保證電能質量的重要環節。所以，當電氣裝置中的無用功的容量比較小時，應該增裝無功補償裝置，從而使得裝置功率因數得到很大的提高。

　　3.在輸電環節中的應用

　　***1***通訊用高頻開關電源。通訊業的進步和飛速發展，在很大程度上推動了通訊電源的高速發展。在通訊技術中，一次電源通常為整流器，而二次電源為直流—直流變換器。在通訊裝置中，電源電壓不同，積體電路的種類也多;因此，在通訊供電系統中，從中間母線電壓，將變換成所需的各種各樣的直流電壓，這樣才可以減小損耗，能較為方便的增加和安裝裝置。

　　***2***直流-直流***DC/DC***變換器。DC/DC變換器是一個將固定的直流電壓轉換成可以變動的直流電壓，在地鐵列車和無軌電車無級變速的控制上該技術已經成功的應用了，同時使上述控制獲得加速平穩、快速響應的效能。將直流斬波器用來代替變阻器，可以節約電能達到30%左右，效果很好。直流斬波器不僅可以起到能夠調節電壓的作用***如開關電源***，而且還可以對電網側諧波電流噪聲進行有效地控制和抑制，使調節和控制效果取得了明顯的進步。

　　***3***直流輸電技術。直流輸電、輕型直流輸電技術具有很多優點：有較大的輸電容量，能靈活的進行調節和控制，並且穩定效能極好等。同時，電壓直流輸電所具有的的獨特優勢是：可以利用海底電纜輸電;並能進行遠距離輸電;還可以將不同頻率系統進行聯網。在上個世紀七十年代，電力電子技術正式應用在直流輸電上，起源於世界上第一個閘流體換流器的誕生。從那往後，在生產實踐中所用到的直流輸電工程基本上都是用的閘流體換流閥。

　　4.在配電環節中的應用

　　目前，能否進行可靠性供電，到底如何進行加強和提高電能質量，是現在配電系統中所需要迫切解決的問題，要抑制各種瞬態的波動和干擾才可以使電能質量得到控制，同時還要滿足頻率和諧波以及電壓的不對稱度的要求。使用者電力技術***DFACTS***是在柔性交流輸電技術***FACTS***的各項技術成熟以後，在此基礎上發展起來的，並能對電能質量進行控制的一項新技術;它是現代控制技術和電力電子技術在配電系統中的主要應用。由於DFACTS裝置其原理、結構、功能與FACTS比較相似，成本投入少，技術開發較簡單，根據市場的需求，其使用範圍會逐漸廣泛，再加上電力電子器件價格越來越廉價，可以預計DFACTS裝置產品將快速進入一個高速發展的階段。

　　5.改造傳統產業和發展機電一體化等新興產業

　　根據世界上較為發達的國家進行的預測和判斷，今後將有百分之九十以上的電能需要利用電力電子技術進行處理之後，才可以進行使用。電力電子技術與百分之九十五的現代的工業以及各種民用的機電裝置有很大的關係。特別指出的是，電力電子技術是一個用弱電來控制強電的載體，同樣也是計算機技術與機電裝置之間進行介面的重要瓶頸。該技術可以為傳統產業和新興產業將來採用微電子技術創造有利的條件和強大的技術支援，還可以為將來充分發揮計算機技術的優勢奠定強有力的技術條件和基礎。

　　三、結語

　　綜上所述，電力系統是電力電子技術主要應用的一個方向。在已有研究成果的基礎上，使得該技術應用和執行投入逐漸加大。只有在不斷改善該技術應用經濟性的情況下，才有可能在電力系統中大規模推廣這項技術，大幅度提高電力系統的穩定水平，從而產生巨大的經濟效益和社會效益。

　　參考文獻：

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