现代电力电子技术的发展及其应用

发表时间：2015-01-27T13:44:55.897Z 来源：《防护工程》2014年第11期供稿作者：孙贤波

[导读] 不难看出，电力电子技术的发展源于技术领域本身的应用需求，随着现代化电子技术和电能耗材的出现，一些陈旧的电力电子技术理应被更加先进的技术所取代

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摘要：电力电子技术是目前发展较为迅速的一门新兴学科，是高新技术产业发展的主要基础技术之一，它对于推动经济发展有着非常重要的作用，是转变传统产业升级的重要手段。本文在相关理论分析的基础上，对现代电力电子技术的发展及其应用进行了探讨。

关键词：电力电子技术发展应用前言现代电力电子技术的核心在于通过电子器件的转换来达到特定的变频和技术控制目的，以此实现节能减排的环保目标。实际技术应用领域，电力电子技术的发展也是对电源技术的提升，在此基础之上现代电力电子技术本身的自动化与智能化特征越来越明显，高频化、模块化和绿色化的电力电子技术逐渐成为一种可能。

一、电力电子技术及发展1、电力电子技术的产生电力电子技术的产生要追溯到上世纪50 年代时期，电力电子技术的产生是以晶闸管的问世为里程碑的。作为现代电力系统中的重要传动技术，电力电子技术在晶闸管的基础上可发出了可控硅整流装置，可控硅整流装置的问世，代表了电力系统传动技术的一次巨大的跨越。从此以后，电能的变换和控制正式步入了电力电子器件构成的变流器时代。所以说，-电力电子技术的产生是以可控硅整流装置为标志的。

2、电力电子技术的未来发展前景当前，电力电子技术的发展已经进入到各个领域，它在人们的生活中扮演着非常重要的角色，有着非常大的发展前景，这主要体现在以下几个方面：（1）新的材料进一步更新。随着社会经济的发展，人们生活水平越来越高，对于新材料的需求也会越来越高。同样，电力电子技术也会进一步加快研究步伐，将会扩大器件的频率研究、功率等级研究，会有效的降低器件的温度，减少器件体积，同时，成本将会大幅度下降，可以大大改进系统性能，扩大应用范围，使越来越多的领域受益；（2）改进器件和装置封装形式。在未来的发展前景中，电力电子技术将会对电力电子器件和装置形式不断进行改进，实现系统集成，减小各项生产成本，同时，通过新技术的运用使其获得更高的集成化和可靠性；（3）使用无需吸收电路并且关断延时小的集成门极换流晶闸管，这样可以有更多的器件来选择应用，特别是在一些大功率应用场合的器件选择时，选择的范围将会越来越广，给人们社会生活带来方便；（4）发展新型的全半导体变流系统。随着社会经济发展的迅速，社会在选择上越来越倾向于体积小、应用广的电子器件。因此，电力电子技术的发展将会在体积小、重量轻、损耗小、无功率的全半导体变流系统上做文章，不断加大设计力度和创新手法，满意日益增长的物质文化需要；（5）发明新型家用电器产品。随着低碳经济的提倡，人们在生活中越来越追求低碳的概念，低碳对于人们的生活有着非常重要的意义，现阶段，各种低碳产品已经逐步进入人们的视线和生活之中，新型汽车、新型电动车等低碳产品供不应求。因此，未来的电子器件的发展趋势将会进一步向家用电器延伸。

二、电力电子技术在电力系统中的应用1、电力电子技术在发电环节的应用应用电力电子技术对发电过程中的多种设备进行科学控制和管理，是电力电子技术在发电系统中的主要应用。主要包括以下几种技术:(1)励磁技术。使用静止励磁技术可以省去发电过程中的励磁机，这样不但可以提高调节速率，而且可以达到对整体的全面控制。静止励磁技术具有可靠度高、成本低、使用方便等诸多优点；(2)太阳能技术，太阳能是一种很环保的资源，发电过程中，应用太阳能电池板将太阳能转化为电能，从而可以节约大量能源；(3)变频调速技术，通过应用频率转换器，实现风机水泵的变频功能，从而降低能耗，其具有良好的应用前景。

2、电力电子技术在输电环节的应用HDVC 和HDVC Light 技术分别是直流输电技术和轻型直流输电技术的简称，这种技术具有容量大、可靠性高、便于调节等特点。

FACTS 技术是柔性交流输电技术的简称，上世纪80 年代以后问世，目前已经成为发展速度比较快的新型技术，作为电子技术和控制技术的良好融合，这种技术不但可以有效改善电能的输送状况，减少电能运输过程中的能量损耗，而且还大大提高了电力系统运行的稳定度。

3、电力电子技术在配电环节的应用在电力系统中，应用电力电子技术主要目的是提高供电可靠性和改善供电质量，这需要在配电过程中对电压、谐波、功率参数的精确控制，避免产生干扰或波动。电力电子技术在配电环节的应用，可以提高配电质量。

4、在节能环节的运用（1）变负荷电动机调速运行电动机本身挖掘节电潜力只是节电的一个方面，通过变负荷电动机的调速技术节电又是另一个方面，只有将二者结合起来，电动机节电方较完善。目前，交流调速在冶金、矿山等部门及社会生活中得到了广泛的应用。首先是风机、泵类等变负荷机械中采用调速控制代替挡风板或节流阀控制风流量和水流量具有显著的效果。国外变负荷的风机、水泵大多采用了交流调速，我国正在推广应用中。变频调速的优点是调速范围广，精度高，效率高，能实现连续无级调速。在调速过程中转差损耗小，定子、转子的铜耗也不大，节电率一般可达30%左右。其缺点主要为：成本高，产生高次谐波污染电网。

（2）减少无功损耗，提高功率因数在电气设备中，变压器和交流异步电动机等都属于感性负载，这些设备在运行时不仅消耗有功功率，而且还消耗无功功率。因此，无功电源与有功电源一样，是保证电能质量不可缺少的部分。在电力系统中应保持无功平衡，否则，将会使系统电压降低，设备破坏，功率因数下降，严惩时会引起电压崩溃，系统解裂，造成大面积停电事故。

所以，当电力网或电气设备无功容量不足时，应增装无功补偿设备，提高设备功率因数。

三、电力电子技术在电力系统应用中所产生的负面影响及解决方案1、电力电子技术在电力系统应用中产生的负面影响电力电子技术的发展掀开了科技历史的新的一页。但是，随着电力电子装置的普及，一些负面的影响也逐渐浮出水面。这些负面影响中，谐波污染谐波产生的危害最受人们的关注，这主要是因为谐波的存在会降低电能产生和传输环节的效率，进而影响到电网上的用电设备，使它们不能够正常、有序的运行，进而影响人们的生产和生活。

比如，谐波的存在会引起振动、产生噪声以及电机过热甚至烧毁等。

谐波很容易使电网上无功补偿电容器和系统中的电抗器产生谐振，从而烧毁电容器及电抗器，谐波会导致继电保护和自动装置的误动作，使自动控制系统失效：同时谐波还会对通信系统产生干扰，严重的可以导致信息丢失、通讯设备中断等。

2、发展解决方案目前，无源滤波器与有源滤波器是谐波抑制的两种主要的途径，用无源电力滤波器进行抑制谐波、补偿无功和提高电网的功率因数，但滤波效果受电力系统阻抗的影响较大，且只能消除特定次数的谐波，还可能与系统发生串、并联谐振，导致谐波放大，