關于現(xiàn)代電力電子技術(shù)應用的相關研究

冷海濱

摘 要：電力電子技術(shù)是當前發(fā)展較為迅速的基礎學科，是高新技術(shù)發(fā)展主要應用的基礎技術(shù)，推動經(jīng)濟的發(fā)展，使傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級轉(zhuǎn)變，因此本文便對現(xiàn)代電力電子技術(shù)進行分析，對其中的電子技術(shù)的研究內(nèi)容及發(fā)展歷程進行敘述，并對未來的發(fā)展進行分析。

關鍵詞：現(xiàn)代電力 電子應用 相關研究

中圖分類號：TM1-4 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）03（b）-0028-02

電力電子技術(shù)的發(fā)展主要經(jīng)過3個時代，整流器時代、逆變器時代以及變頻器時代，目前此技術(shù)的應用范圍，正在逐步擴大，并且對國民生活產(chǎn)生的影響也在增加，因此，本文對電力電子技術(shù)的應用方向以及發(fā)展歷程進行分析探討。

1 電力電子技術(shù)

電力電子技術(shù)是以電力為處理對象，對電能進行控制和轉(zhuǎn)換，主要的方式為利用電力電子器件，是一門將三大電氣工程技術(shù)領域交叉綜合的學科，即電子、電力、控制，在電力電子技術(shù)中包括多種學科相互綜合、相互滲透。

1.1 電力技術(shù)

發(fā)電、配電、輸電以及電力應用的科學技術(shù)都是電力技術(shù)中包含的，也就是說電力技術(shù)主要是指利用電磁學的基本原理處理發(fā)電、配電等一系列操作的應用技術(shù)，電磁學是電力技術(shù)的理論基礎[1]。

1.2 電子技術(shù)

電子技術(shù)屬于電子器件的一種，最早出現(xiàn)的電子器件為電子管，然后逐步發(fā)展為晶體管，是應用于電子電路以及電子設備中的基礎原件，與電力技術(shù)相同，電子技術(shù)的主要基礎技術(shù)為電磁學，電子技術(shù)所針對的主要內(nèi)容為電子器件。

1.3 控制技術(shù)

控制技術(shù)指的是通過額外的裝置，使工業(yè)成產(chǎn)所使用的機械設備可以按照既定的工作參數(shù)進行運行，控制技術(shù)是一種研究與控制共存的系統(tǒng)，主要的研發(fā)內(nèi)容為控制系統(tǒng)的信息分析以及轉(zhuǎn)變，控制技術(shù)的發(fā)展基礎理論為自動調(diào)節(jié)，隨著科學技術(shù)的進步，計算機技術(shù)的廣泛應用，控制技術(shù)的主要發(fā)展方向變?yōu)榭刂评碚摗?/p>

2 電力電子技術(shù)的發(fā)展

2.1 整流器時代

20世紀中期，普通晶體管的研發(fā)使電子工業(yè)進入革命，進入整流器時代。半導體器件，首先被應用于低頻率產(chǎn)業(yè)中通信以及信息處理的計算機，然后美國通用電氣公司將用于工業(yè)的普通晶閘管研發(fā)出來，可以通過電腦進行控制與變換，逐步邁入電力半導體器件組成的變流器時代，電力電子大功率的工業(yè)用電設設備是由50Hz交流發(fā)電機提供的，其中最為典型的應用便是電機牽引以及直流、傳動三大領域。

2.2 逆變器時代

20世紀出現(xiàn)全球范圍的能源危機，而交流電由于其本身節(jié)能效果較為明顯，因此得到非常快速的發(fā)展。變頻調(diào)速技術(shù)是將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌l率的交流電。隨著變頻調(diào)速裝置的應用，大功率逆變用的晶閘管以及門極可關斷等晶閘管成為主要使用的電力電子器件，這些器件可以實現(xiàn)自動關斷，屬于第二代電力電子器件，電子技術(shù)已經(jīng)初步實現(xiàn)整流以及逆變，但是由于工作效率較低，因此只可在中低頻率范圍內(nèi)工作。

2.3 變頻器時代

在步入20世紀80年代后，大規(guī)模以及超大規(guī)模集成電器已經(jīng)成為主要的發(fā)展趨勢，為以后的電力電子技術(shù)的研究方向奠定了基礎，全控型功率器件指的是將集成電路技術(shù)以及與精細加工等技術(shù)結(jié)合在一起，實現(xiàn)大規(guī)模的控制。在功率MOSFET被研發(fā)出來后，使電力電子技術(shù)向高頻邁進，然后絕緣柵極雙極管的出現(xiàn)，為電力電子技術(shù)的高頻發(fā)展提供新的機遇，MOSEET和IGBT的研發(fā)，使電力電子技術(shù)又傳統(tǒng)向現(xiàn)代電力電子轉(zhuǎn)變，MOSFET以及GTR功率半導體器件，已經(jīng)成為市場中主要流通的半導體，新型器件的研發(fā)以及應用為交流典籍變頻調(diào)速提供理論基礎，使其本身的優(yōu)勢得到充分的體現(xiàn)，使電子技術(shù)向高頻邁進，實現(xiàn)電子技術(shù)的高頻化以及全控化，使電子設備可以高效的工作，節(jié)約能源，實現(xiàn)機電一體化以及智能化[2]。

3 電力電子技術(shù)的應用

3.1 電氣節(jié)能領域

節(jié)能是當前社會及未來社會發(fā)展的必然歷程，電氣節(jié)能主要包括以下幾個方面變頻調(diào)速、有源濾波以及電能質(zhì)量控制等，以目前情況來看，電器節(jié)能的主要研究方向為變頻調(diào)速，變頻調(diào)速是當前工業(yè)企業(yè)節(jié)能發(fā)展的主要方向，也是未來主要的發(fā)展趨勢，三大節(jié)能因素會進一步的促進電機變頻調(diào)速行業(yè)的發(fā)展主要體現(xiàn)為以下3個方面。

（1）變頻產(chǎn)品，由于技術(shù)上的升級，所以應用范圍也會不斷擴展，隨著技術(shù)的日益更新，企業(yè)所投資的成本也會得到控制，節(jié)約企業(yè)投入成本。

（2）調(diào)速節(jié)能的效果十分明顯，具有巨大的社會效益，因此可以使企業(yè)生產(chǎn)的積極性得到促進。

（3）對于一些消耗能源可能較大的企業(yè)，國家也會進一步的調(diào)控，采取一切的措施減少企業(yè)能源消耗，避免資源浪費的現(xiàn)象，提高社會經(jīng)濟效益[4]。

3.2 新能源發(fā)電領域

目前社會處于高速發(fā)展的狀態(tài)中，人們所消耗的資源也在逐漸增多，并且全球的石油儲量及煤炭儲量正在減少，在傳統(tǒng)能源大量減少的同時，生態(tài)界的平衡也遭到了嚴重破壞，環(huán)境污染問題已經(jīng)成為當前最為嚴重的問題之一，因此新能源的發(fā)展勢在必行，在目前新能源發(fā)電的方式有很多，例如：太陽能發(fā)電、風力發(fā)電等，其中太陽能發(fā)電已經(jīng)在上海世博會中得到展示，對未來新能源的開發(fā)利用具有非常好的借鑒意義。在上海世博會當中，出現(xiàn)了太陽能發(fā)電技術(shù)是目前我國應用規(guī)模最大應用最為廣泛的新能源發(fā)電技術(shù)之一，也可以理解為新能源發(fā)電已經(jīng)離我們越來越近[5]。

3.3 電力牽引的應用

電力牽引是一種通過電腦為動力的軌道運輸提供牽引動力的機制。這種機制是以發(fā)電機作為電源，然后通過牽引變電使用電力系統(tǒng)受電，通過降壓等一系列操作形成交流電源，然后通過接觸網(wǎng)，為動車組供電。以電動機車為例，在動車內(nèi)的牽引動力可以將電能轉(zhuǎn)化為機械能，使鐵路列車正常運行，為居民的日常生活交通出行提供便利，但是目前電力牽引技術(shù)也存在一些不足，主要的不足之處在供電系統(tǒng)裝置上，其造價與其他牽引力行駛裝置要高，并且在電力機車運行的同時會產(chǎn)生高次諧波與負序電流，諧波會對高壓接觸網(wǎng)以及回收網(wǎng)產(chǎn)生影響導致不對稱，也可以對不平行接近的電信線路產(chǎn)生干擾電壓，對電力系統(tǒng)的安全運行產(chǎn)生影響[6]。

3.4 智能電網(wǎng)

智能電網(wǎng)的主要目的便是將電網(wǎng)進行智能改造，此項技術(shù)是建立在高速雙向通信網(wǎng)絡的基礎上的。在正式運行時，可以通過高端的傳感技術(shù)、測量技術(shù)、控制技術(shù)等，使電網(wǎng)可以可靠運輸，實現(xiàn)高效、經(jīng)濟性強的應用目標。從社會的角度來看，為滿足社會的發(fā)展，需要使電網(wǎng)更加安全、更加高效，但是當前電網(wǎng)智能化程度仍然處于較低的狀態(tài)。因此，在未來的電力電子應用發(fā)展中，智能電網(wǎng)的研究是必須經(jīng)歷的發(fā)展環(huán)節(jié)。智能電網(wǎng)的核心為智能電表，智能電表可以使電力機構(gòu)了解用戶每個時間段的用電量，然后根據(jù)用戶的用電特點，進行針對性的供電服務，滿足社會需求[7]。

4 電力電子技術(shù)的未來發(fā)展

目前電力電子技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)滲透到多個領域，并且在居民的日常生活中扮演極其重要的角色，其發(fā)展前景十分巨大，未來發(fā)展主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

（1）新材料的研發(fā)，在社會經(jīng)濟進步的同時，為滿足國民日常生活，需要加強新材料的研發(fā)，所以電視電子技術(shù)也需要加快研究速度，對電子元件的頻率進行擴展，提高功率等級，降低器件的溫度以及體積，便于使用，將成本控制，提高系統(tǒng)性能，將應用范圍進一步擴大，可以被多個領域應用[8]。

（2）改變器件的裝置封裝形式，在未來發(fā)展中電力電子技術(shù)會對裝置形式不斷進行提升，實現(xiàn)工作系統(tǒng)的集成，減少生產(chǎn)成本，技術(shù)的研發(fā)也可以使系統(tǒng)的集成可靠性得到提升[9]。

（3）不需要吸收電路并且關斷延時小的集成門極換流晶閘管，這樣可以選擇更多的器件，在大功率應用時，選擇的范圍會越來廣，為居民的社會生活提供便利。

（4）開發(fā)新型全半導體變流系統(tǒng)，在社會經(jīng)濟逐步提高的同時，社會中選擇的變流系統(tǒng)需要具有體積小，重量輕，損耗少的特點，需要在設計以及創(chuàng)新上加大創(chuàng)新，提高物質(zhì)文化的需求。

（5）新型家用電器的研發(fā)，目前隨著低碳理念的提出，人們在日常生活中，對低碳的要求越來越高，并且低碳理念在居民的日常生活中得到充分體現(xiàn)，新型汽車以及新型低碳產(chǎn)品供不應求[10]。

5 結(jié)語

電力電子技術(shù)是應用于電力領域的電子技術(shù)，并且在電力領域中具有非常重要的作用，通過電力電子器件，使電腦進行轉(zhuǎn)變實現(xiàn)控制，在目前的發(fā)展趨勢下，電力電子技術(shù)也可以看作是一門使電子元件工作功率更為強大的技術(shù)，與傳統(tǒng)電子技術(shù)相比，電力電子技術(shù)的發(fā)展模式發(fā)生改變，并且出現(xiàn)很多的優(yōu)勢以及功能，例如：可以承受較大的電流以及電壓，在保證大功率輸出的情況下，對電子器件發(fā)熱問題以及運行效率不足的問題進行改善，為電力事業(yè)的發(fā)展提供技術(shù)基礎

參考文獻

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