電力電子在電氣工程中的應(yīng)用

鄭璐

摘 要 將電力電子技術(shù)合理、有效的應(yīng)用于電氣工程，電氣工程的工作效率將會(huì)得到很大提高。本文分析了電力電子技術(shù)發(fā)展的歷程，并針對(duì)電力電子技術(shù)的優(yōu)勢(shì)對(duì)其在電氣工程中的應(yīng)用進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞 電力電子技術(shù) 電氣工程 應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

一、電力電子技術(shù)的發(fā)展

電力電子技術(shù)起始于20世紀(jì)五十年代末硅整流器的發(fā)展，到九十年代低頻、低功率可控硅已經(jīng)不能滿足工業(yè)需求，以MOSFET、IGBT為代表的功率半導(dǎo)體復(fù)合器件開始應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)。電力電子技術(shù)發(fā)展先后經(jīng)歷了整流器時(shí)代、逆變器時(shí)代和變頻器時(shí)代，高頻、高壓和大電流的復(fù)合器件現(xiàn)已經(jīng)成為應(yīng)用的主流。

（一）整流器時(shí)代

五十年代末，主要工作為集中研究如何將工頻交流電轉(zhuǎn)換為直流電，因此大功率硅整流管和晶閘管的開發(fā)與應(yīng)用得到較大突破，電力電子技術(shù)的基礎(chǔ)逐漸建立，并逐漸進(jìn)入到晶閘管整流時(shí)代。

（二）逆變器時(shí)代

七十年代，為適應(yīng)能源危機(jī)，具有節(jié)能效果的交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速迅速發(fā)展，如何高效的將直流電逆變?yōu)榻涣麟姵蔀橹饕芯抗ぷ?，在這一時(shí)期，變頻調(diào)速技術(shù)發(fā)展迅速。八十年代，門極可關(guān)斷晶閘管（GTO）、巨型功率晶體管（GTR）得到普遍的應(yīng)用。逆變器時(shí)代的電氣電子技術(shù)已經(jīng)可以完成工作頻率較低的整流及逆變工作。

（三）變頻器時(shí)代

八十年代，大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路技術(shù)掀起了電力電子技術(shù)的新浪潮，功率M0SFET及絕緣門極雙極晶體管（IGBT）相繼進(jìn)入市場(chǎng)，標(biāo)志著電力電子技術(shù)邁進(jìn)現(xiàn)代化。新型器件的推廣，使現(xiàn)代電力電子技術(shù)逐漸應(yīng)用于更高頻、更節(jié)能、更可靠的工作場(chǎng)合，為人們?nèi)粘Ｉ顒?chuàng)造了極大的便利。

二、電力電子技術(shù)在電氣工程中的優(yōu)勢(shì)

（一）電力電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化

通過弱電控制強(qiáng)電是電力電子技術(shù)優(yōu)勢(shì)，大部分電能需要經(jīng)過電力電子技術(shù)的處理之后才投放到各種機(jī)電設(shè)備。電力電子器件與智能控制、模糊控制等領(lǐng)域相融合，使系統(tǒng)向智能化方向不斷發(fā)展，改造了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)并發(fā)展了機(jī)電一體化等新型產(chǎn)業(yè)，促使電力電子技術(shù)擴(kuò)大應(yīng)用范圍。

（二）電力電子技術(shù)可以改善系統(tǒng)性能

1.電力電子技術(shù)可以使電能使用更加合理、經(jīng)濟(jì)，實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能。

2.電力電子技術(shù)應(yīng)用于電氣工程，操作方式簡單，減少了工作時(shí)間，使工作效率得以巨大提高。

3.電力電子技術(shù)的出現(xiàn)，使工頻轉(zhuǎn)換為直流電，直流電逆變?yōu)?-100HZ的交流電，實(shí)現(xiàn)低頻和高頻之間的相互轉(zhuǎn)化。機(jī)電設(shè)備的體積減小，響應(yīng)速度變快，并可以實(shí)現(xiàn)無噪音。

（三）電力電子技術(shù)增加社會(huì)及經(jīng)濟(jì)效益

電力電子技術(shù)可以提高電子器件和電氣工程的電能轉(zhuǎn)化效率，優(yōu)化了電能的使用，節(jié)約能源，并且可以使提供的電能供更加安全、穩(wěn)定、可靠，對(duì)社會(huì)效益及經(jīng)濟(jì)效益具有重大意義。

三、電氣工程中電力電子技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

（一）有源電力濾波器

有源電力濾波器本質(zhì)相當(dāng)于一種變頻器，通過給予反相補(bǔ)償電流來有效抑制諧波電流。主要由指令電流檢測(cè)電路和補(bǔ)償電流發(fā)生電路構(gòu)成，檢測(cè)電路分離出諧波電流分量和基波電流分量，利用反極性相互抵消，最終只保留基波電流，PWM逆變器為電力有源濾波器主電路常用器件，可有減少電網(wǎng)阻抗值。

（二）靜止無功補(bǔ)償裝置

靜止無功補(bǔ)償裝置可以對(duì)電力系統(tǒng)中負(fù)載的沖擊進(jìn)行無功補(bǔ)償，從而提高電力系統(tǒng)及其負(fù)載的功率因數(shù)，減少了有功功率損耗，使電力系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性、可靠性進(jìn)一步優(yōu)化，電力系統(tǒng)更加經(jīng)濟(jì)化運(yùn)行，同時(shí)，在一定程度上維持電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定性。

（三）高壓直流輸電技術(shù)

高壓直流輸電是將從發(fā)電廠發(fā)出的交流電整流后轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姡賹⒄骱蟮闹绷麟娸斔秃头峙浣o各用戶端，用戶端再利用電子換流器逆變?yōu)榻涣麟娺M(jìn)而使用。采用高壓直流輸電技術(shù)，可以極大地降低電能在傳輸過程中的損耗，且對(duì)于輸電線路要求不高，在保證線路安全運(yùn)行的同時(shí)，也能夠最大程度的減少投資。因此在建設(shè)輸電線路時(shí)，高壓直流輸電技術(shù)是大容量長距離輸電、異步聯(lián)網(wǎng)輸電等方面的主要技術(shù)手段。

（四）節(jié)能用電

1.調(diào)速變負(fù)荷風(fēng)機(jī)

我國交流調(diào)速技術(shù)相較于一些發(fā)達(dá)國家還有些落后，但我國正在逐步發(fā)展，交流調(diào)速效果顯著有較廣的調(diào)速范圍、較高的精度等優(yōu)勢(shì)，但是技術(shù)要求較高，投資需求較大，且高次諧波污染問題不易消除。

2.在配電系統(tǒng)中的應(yīng)用

電力電子技術(shù)在配電系統(tǒng)中的應(yīng)用主要在監(jiān)控和管理方面，當(dāng)操作人員操作出現(xiàn)失誤時(shí)，系統(tǒng)可以立即指出錯(cuò)誤并即時(shí)修正，使得配電工作安全可靠進(jìn)行，提供更加智能化人性化服務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉婉旭，王春北，趙可.電力電子技術(shù)在電氣工程中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟(jì)和信息化，2018，8（14）：73- 74.

[2]王芳.電力電子技術(shù)在電氣工程中的應(yīng)用[J].電子世界，2017（14）：51+53.