电力电子技术的发展及应用
电力电子技术的发展及应用
电力电子技术的发展及应用朱磊1侯振义1张开2（空军工程大学电讯工程学院陕西西安710077）（南京理工大学动力工程学院江苏南京210000）摘要：本文通过介绍电力电子技术的发展及应用，阐述了电力电子技术在国民经济中的重要作用，结合国家政策，描绘出我国电力电子行业的大好前景。
关键词：电力电子技术功率器件逆变能源电力电子技术，又称功率电子技术。
它主要研究各种电力电子器件，以及这些电力电子器件所构成的各种各样高效地完成对电能的变换和控制的电路或装置。
它既是电子学在强电（高电压、大电流）或电工领域的一个分支，又是电工学在弱电（低电压、大电流）或电子领域的一个分支，总之是强弱电相结合的新学科。
1 电力电子技术的发展电力电子技术的发展与功率器件的发展密切相关，1948年普通晶体管的发明引起了电子工业革命，1957年第一只晶闸管的问世，为电力电子技术的诞生奠定了基础。
1.1 电力电子技术的晶闸管时代由于大功率硅整流器能够高效率的把工频交流电转变为直流电，因此在60年代和70年代，大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得到大发展，这一时期称之为电力电子技术的晶闸管时代。
1.2 电力电子技术的逆变时代20世纪70年代，随着自关断器件的出现，电力电子技术进入了逆变时代。
七十年代出现了世界范围的能源危机，交流电机变频调速因节能效果显著而迅速发展。
在70年代到80年代，随着变频调速装置的普及，大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管(GTR)和门极可关断晶闸管(GT0)成为当时电力电子器件的主角。
这时的电力电子技术已经能够实现整流和逆变，但工作频率较低，仅局限在中低频范围内。
1.3现代电力电子时代80年代末期和90年代初期发展起来的以功率MOSFET和IGBT为代表的集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件，使以低频技术处理问题为主的传统电力电子学，向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学转变创造了条件，表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。
电力电子技术的应用研究及发展趋势
电力电子技术的应用研究及发展趋势电力电子技术是一种应用极广的技术，它涉及到包括电力系统、工业、交通、家电等领域的许多方面。
随着社会经济的发展和科技不断进步，电力电子技术的应用越发普遍，其应用领域也在不断扩大。
在这篇文章中，我将从电力电子技术的分类、应用研究和未来发展三个方面来谈谈电力电子技术的应用研究及发展趋势。
一、电力电子技术的分类电力电子技术根据其不同的功率等级、用途和原理等因素，可以分为多种不同的类别。
其中比较常见的主要有以下几种：1、直流-直流变换器直流-直流变换器可以将直流电压转换、升压或降压，常见的应用有开关电源、电动机驱动系统等。
直流-直流变换器具有简单的控制、高效率和稳定性，目前在交通、能源、石化、冶金等领域中得到了广泛的应用。
2、交流-直流变流器交流-直流变流器可以将交流电转换为直流电供电使用，常见的应用有风力发电、光伏发电等。
这种变换器具有高效、可靠和可控的特点，是现代电力系统中最重要的组成部分之一。
3、交流-交流变换器交流-交流变换器可以改变交流电的频率和电压等参数，常见的应用有电动机驱动系统、变频空调、UPS等。
交流-交流变换器在工业、家电等领域中应用广泛，目前已经成为了工业发展的关键技术之一。
二、电力电子技术的应用研究随着电力电子技术的不断发展和进步，其应用领域也在不断拓展。
在应用研究方面，电力电子技术主要有以下几个方向：1、高电压高功率应用随着电力系统的发展和能源消费增长，电力电子技术在高电压高功率领域的应用范围也在不断扩大。
高电压高功率应用主要包括超高压输电、逆变器、脉冲电源、高压直流输电等。
电力电子技术在这些领域中的应用，可以提高电力系统的可靠性、效率和稳定性，同时也可以改善电力系统的质量和环境问题。
2、新能源发电系统新能源发电系统是近年来最热门的电力电子技术应用之一。
新能源发电系统包括太阳能发电、风力发电、潮汐能发电等。
电力电子技术在新能源发电系统中的应用，可以将风、光等无法控制的能源转化为易于控制的电能，提高了整个发电系统的效率。
电力电子技术的发展与应用
电力电子技术的发展与应用电力电子技术是电气工程领域中的一个重要分支，它涉及到电力转换、控制和调节等方面的研究与应用。
随着科技的不断进步和社会的不断发展，电力电子技术在能源转换、电力传输和工业自动化等领域的应用日益广泛，对于提高能源利用效率、改善电力质量和保障电力系统的稳定运行起到了关键作用。
一、电力电子技术的发展历程电力电子技术的发展可以追溯到20世纪60年代，当时主要用于直流输电和高压直流变压器的研究。
随着功率半导体器件的发展，如晶闸管、功率MOSFET和IGBT等，电力电子技术得以迅速发展。
在20世纪80年代，随着功率半导体器件的性能不断提高，电力电子技术逐渐应用于交流输电、电力变换和电机控制等领域。
到了21世纪，随着新型功率半导体器件的出现，如SiC和GaN等，电力电子技术迎来了新的发展机遇。
二、电力电子技术的应用领域1. 可再生能源发电系统随着可再生能源的快速发展，如风能、太阳能和潮汐能等，电力电子技术在可再生能源发电系统中的应用越来越重要。
电力电子技术可以实现可再生能源的高效转换和稳定输出，提高发电系统的可靠性和稳定性。
2. 电力传输与配电系统电力电子技术在电力传输与配电系统中的应用主要包括柔性交流输电、高压直流输电和智能配电网等。
柔性交流输电技术可以提高电力系统的稳定性和可靠性，高压直流输电技术可以实现长距离大容量的电力传输，智能配电网可以实现电力系统的自动化和智能化管理。
3. 电机控制与驱动系统电力电子技术在电机控制与驱动系统中的应用主要包括变频调速技术和电力电子变压器技术等。
变频调速技术可以实现电机转速的无级调节和高效能量转换，提高电机的运行效率和控制精度。
电力电子变压器技术可以实现电力系统的电压和频率调节，提高电力系统的稳定性和可靠性。
三、电力电子技术的未来发展趋势1. 高效能量转换技术随着能源短缺和环境保护的要求，电力电子技术将继续朝着高效能量转换的方向发展。
新型功率半导体器件的应用和拓扑结构的优化将进一步提高电力电子系统的能量转换效率。
电力电子技术在电力系统中的应用及发展
电力电子技术在电力系统中的应用及发展首先，电力电子技术在电力系统中的应用非常广泛。
电力电子技术包含了各种电力电子器件和电路，如开关电源、逆变器、整流器、变频器等。
这些技术可以用于各种不同的应用，包括电力调节、变频调速、无停电切换、能量回馈等。
电力电子技术在电力系统中的应用主要有以下几个方面：1.电力调节：电力电子技术可以用来调节电力系统的电压和频率。
例如，电力电子技术可以用于调节输电线路的电压，以保证电力系统的稳定性和可靠性。
同时，它也可以用来调节电力系统的频率，以适应不同的负载条件。
2.变频调速：电力电子技术可以用于变频调速系统中，通过改变电机的供电频率来改变电机的转速。
这可以使电机在不同负载要求下，具备良好的性能特性。
变频调速系统广泛应用于工业、交通等领域。
3.无停电切换：电力电子技术可以实现无停电切换。
例如，在配电系统中，当发生故障时，电力电子技术可以实现对备用电源的无停电切换，以保证供电的连续性和可靠性。
4.能量回馈：电力电子技术可以实现能量的回馈。
例如，通过逆变器将太阳能等可再生能源转换为电能，然后回馈到电力系统中，减少对传统能源的依赖，提高能源利用效率。
除了以上应用，电力电子技术还可以用于电力系统的电力质量改善、电力系统的故障检测和故障定位等方面，为电力系统的稳定运行和安全性提供支持。
其次，电力电子技术在电力系统中的发展也非常迅速。
随着科技的不断进步和应用需求的不断增加，电力电子技术得到了广泛的研究和应用。
目前，电力电子技术正在向下列几个方向发展：1.高效率：提高电力电子设备的工作效率是当前的重要发展方向。
高效率的电力电子设备可以减少能量损失，提高能源利用效率。
2.高功率密度：提高电力电子设备的功率密度，使其在体积相同的情况下可以提供更大的功率输出。
这对于应用于空间有限的场合非常有用。
3.高可靠性：提高电力电子设备的可靠性，使其能够在恶劣的工作环境下稳定运行。
这对于电力系统的稳定性和可靠性非常重要。
电力电子技术的发展与应用
电力电子技术的发展与应用作为电气自动化的学生，我们有必要对专业课程电力电子技术做个全面的了解。
我们先对电力电子的定义做了解，再对电子电力技术的发展做大致介绍，最后综述电力电子技术的应用。
电力电子技术，是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的电子技术。
电力电子技术包括电力电子器件、电力电子设备和系统及其控制三个方面，涉及电力电子器件，电力电子设备和系统，电力电子技术在各个行业的应用。
与以信息处理为主的信息电子技术不同，电力电子技术主要用于功率（电力）变换，所变换“电力”功率的范围小到数瓦（W），大到数百兆瓦（MW）甚至吉瓦（GW）。
电力电子技术分为电力电子器件制造技术和变流技术，电力电子技术是建立在电子学、电工原理和自动控制三大学科上的新兴学科。
因它本身是大功率的电技术，又大多是为应用强电的工业服务的，故常将它归属于电工类。
电力电子技术的内容主要包括电力电子器件、电力电子电路和电力电子装置及其系统。
电力电子器件以半导体为基本材料，最常用的材料为单晶硅；它的理论基础为半导体物理学；它的工艺技术为半导体器件工艺。
近代新型电力电子器件中大量应用了微电子学的技术。
电力电子电路吸收了电子学的理论基础，根据器件的特点和电能转换的要求，又开发出许多电能转换电路。
电力电子技术的发展史：一般认为，电力电子技术的诞生是以1957年美国通用电气公司研制出第一个晶闸管为标志的。
晶闸管出现前的时期可称为电力电子技术的史前期或黎明期。
1904年出现了电子管，它能在真空中对电子流进行控制，并应用于通信和无线电，从而开启了电子技术用于电力领域的先河。
20世纪30年代到50年代，水银整流器广泛用于电化学工业、电气铁道直流变电所以及轧钢用直流电动机的传动，甚至用于直流输电。
1947年美国著名的贝尔实验室发明了晶体管，引发了电子技术的一场革命。
晶闸管时代，晶闸管由于其优越的电气性能和控制性能，使之很快就取代了水银整流器和旋转变流机组，并且其应用范围也迅速扩大。
电力电子技术的研究进展及应用
电力电子技术的研究进展及应用随着现代科学技术的迅猛发展，电力电子技术作为其中一个重要分支，在国家经济和社会发展中扮演着不可或缺的角色。
本文将从电力电子技术的定义、研究进展以及应用方面进行探讨。
一、电力电子技术的定义电力电子技术是电力系统中电能的处理与控制技术，是研究通过半导体元件实现交、直流的能量转移、传递、匹配以及电能的调节、变换、变频的新型电气工程技术，具有诸多特点，如高效、精确、可靠、无噪音、无污染等。
因此，电力电子技术是目前国家十三五规划中电力转型的核心技术之一，广泛应用于今天的工业制造、信息通讯和公共基础设施等领域。
下面将详细讲述电力电子技术的研究进展。
二、电力电子技术的研究进展随着电力电子技术的不断发展，其研究取得了丰硕的成果。
在电力电子器件、电力电子拓扑与控制、电力电子应用等方向上都有着日益丰富的研究进展。
在电力电子器件方面，功率半导体电子器件得到了长足的发展。
压缩机封装车间生产的功率半导体器件已经进入行业标准化生产，其特点是具有低损耗、高速度、高电压、大电流、高耐受放热量和温度等特点，越来越能够满足各种场合的需求。
在电力电子拓扑与控制方面，电力电子系统的拓扑结构和控制策略得到了日益完善，已经从传统的整流、逆变结构转变为集成于一体的多功能电力电子拓扑结构。
电力电子系统的控制技术不断发展，已经实现了全数字化、高速、高精度的控制。
例如，目前双向DC-DC转换器及其控制技术已经得到了广泛的应用。
新型的电气系统如智能家居、新能源分布式发电等，对于双向变换器的研究和应用成为了热点。
在电力电子应用方面，电力电子技术在新能源、半导体照明和交通运输等领域得到了广泛的应用。
其中，新能源是电力电子技术应用领域的一大亮点，电力电子技术在太阳能、风能、氢能等新能源的开发利用中发挥了巨大的作用，能够有效提高能源的利用效率。
电力电子技术的应用范围之广，使其成为了当今高新技术的代表之一。
接下来，本文将从电力电子技术应用的实际案例进行分析，探讨其在各个领域中的应用。
电力电子技术在电网中的应用及智能电网的发展
电力电子技术在电网中的应用及智能电网的发展随着社会的进步和科技的发展，电力电子技术在电网中的应用越来越广泛。
电力电子技术是将电力与电子技术相结合，用电子器件和电力设备来处理和控制电能的技术。
它在电网中的应用带来了许多好处，同时也推动了智能电网的发展。
一、电力电子技术在电网中的应用1. 柔性交流输电技术柔性交流输电技术是指利用电力电子设备来控制电流和电压的频率、幅值和相位等参数，从而实现高压交流输电线路的柔性控制。
通过柔性交流输电技术，可以有效地提高电力系统的稳定性和可靠性，减少能量损耗，并且适应不同负荷需求的变化。
2. 逆变技术逆变技术是指将直流电转换为交流电的技术。
在电网中，逆变技术广泛应用于交流-直流变流器和逆变器中。
交流-直流变流器将电网中的交流电转换为直流电，并可用于直流输电、直流电源以及电动汽车充电等领域。
而逆变器则将直流电转换为交流电，可用于太阳能发电、风能发电以及UPS电源等。
3. 无功补偿技术无功补偿是对电网中的无功功率进行控制和补偿，以提高电能的有效利用率。
电力电子技术可以通过控制电容器、电抗器等无功补偿设备的接入和切除，实现电网中无功功率的调节和平衡，提高电网的功率因数和稳定性。
二、智能电网的发展随着电力电子技术的应用，智能电网正在不断发展。
智能电网是指利用先进的通信、控制和计算技术，对电网中的各个环节进行集成和优化，实现电力系统的智能化管理和运行。
智能电网的发展有以下几个方面：1. 智能感知智能感知是指通过传感器、测量仪表等设备，实时采集和监测电网中的各种数据，包括电压、电流、功率、负荷等信息。
通过智能感知技术，可以实现电网中各个节点的数据互联互通，提高电网的可视化程度，为智能化管理提供数据支持。
2. 智能调度智能调度是指根据电网中各个节点的状态和需求，通过智能算法和优化模型，实现对电网中的电力资源进行合理分配和调度。
智能调度可以提高电网的供电可靠性和经济性，优化电能的分配和利用效率。
电力电子技术的发展与应用
电力电子技术的发展与应用电力电子技术是指利用电力电子器件和电力电子系统来转换和控制电能的技术。
随着科技的发展和人们对电力需求的不断增长，电力电子技术在能源转换、电力传输、能效提升等方面起着重要的作用。
本文将详细介绍电力电子技术的发展与应用，并分点列出相关步骤。
一、电力电子技术的发展历程1. 从早期的整流器到现代的逆变器- 20世纪初，电力电子技术主要用于电力系统中的整流器，将交流电转换成直流电；- 随着电力电子器件的发展，逆变器成为新的研究方向，可以将直流电转换成交流电。
2. 电力电子器件的发展- 二极管、晶闸管、可控硅等电力电子器件的问世，为电力电子技术的应用提供了重要基础；- 随着半导体材料和工艺的不断改进，新型电力电子器件的性能得到提升，如功率场效应管（IGBT）、金属氧化物半导体场效应管（MOSFET）等。
3. 电力电子系统的发展- 从单个电力电子器件到集成电路的应用，电力电子系统的规模不断扩大；- 电力电子技术在交通运输、工业生产、能源管理等领域得到广泛应用。
二、电力电子技术的应用1. 新能源发电系统- 光伏发电系统：光伏逆变器将光能转换成电能，并通过电网馈送；- 风力发电系统：风力逆变器将风能转换成电能，实现风电接入电网。
2. 电动交通工具- 电动汽车：电力电子技术用于电动汽车的驱动系统，实现电能转化和控制；- 城市轨道交通：地铁、轻轨等城市轨道交通系统中广泛应用电力电子技术。
3. 变频调速控制- 工业生产中的电机控制：电力电子变频器用于控制电机的转速和运行状态，提高能源利用效率和生产效率；- 家电领域：变频空调、洗衣机等家电产品通过电力电子技术实现节能和控制。
4. 电力传输与配电- 高压直流输电技术：通过高压直流逆变器实现交流与直流电能的互相转换；- 电力系统中的谐波控制：电力电子技术用于控制电网中的谐波，确保电力质量。
三、电力电子技术的应用步骤1. 系统需求分析- 根据电力应用的需求，确定需要进行能量转换和控制的电路系统。
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电力电子技术的发展及应用
作者：法官
来源：《科技风》2016年第08期
摘要：电力电子技术又被人们称之为功率电子技术，主要指的是利用电力电子器件对电能的转换和控制的技术。
现代的电力电子技术是一门以电子学和电力学为基础的交叉学科，它实现强电和弱电的相互结合，一方面它是电子学在高电流大电压等强电领域的应用，另一方面它又是电工学在低电压低电流等弱点领域的结合。
通过电力电子技术的使用能够有效地影响电能的获取、传输、变换和利用的每个环节。
关键词：电力电子技术；功率电子技术；能源
在我国的国民经济建设过程中电力的产生以及使用占据着很大的战略地位，电力电子技术的出现也就相应的成为了控制整个电力获取、传输、变换和使用的每个环节。
随着电力使用的提高，以及全球能源危机的出现以及严峻的环境问题，电力电子技术因其独有的特点展现出了不可替代的重要作用。
1 电力电子技术的发展
随着上世纪五十年代末，世界上第一支晶闸管的问世以来，电力电气技术就开始在世界的现代电气传输技术上大放异彩。
由于晶闸管的问世，使得可控流硅整装置的开发提上了日程。
随着可控流硅整装置的成功开发，电能的变换和控制从传统的旋转变流机组和静止离子变流器进入了由电力电子器件控制的变流时代。
所以总的来看电力电子技术的发展经过了晶闸管整流时代、电力电子的逆变时代、现代电力电子变频器时代这三个重要的阶段。
1）晶闸管整流时代。
上世纪五十年代末以前，经济发展所需要使用的大功率用电主要是由工频交流发电机来提供的。
但是，由于当时技术的不发达，所产生的交流电在使用的过程中总有大约20%的电能以直流的形式来进行使用的。
这20%的直流电使用的领域主要包括：电解、牵引、直流传动等领域。
但是，随着晶闸管的成功研制，以及可控流硅整装置的成功开发，使得由工频发电机产生的交流电能够被直接转化为直流电。
可控流硅整装置的大规模使用极大的促进了一些以使用直流电为基础的产业快速发展。
2）电力电子技术的逆变时代。
随着自关断器件在上世纪70年代末的成功研制以及大范围的应用，电力电子技术成功的从晶闸管整流时代进入到了电力电子技术的逆变时代。
由于上世纪70年代以后爆发世界范围内的能源危机，为了解决能源危机带来的一些经济发展问题，交流电机变频调速因节能效果显著而被迅速的关注并得到了迅猛的发展。
将直流电变成0～100Hz的交流电是整个变频调速技术的关键技术所在。
在大功率逆变过程中所使用的晶闸管以及巨型功率晶体管（GTR）和门极可关断晶闸管（GT0）快速的成为当时电力电子技术市场上的器件主要角色。
虽然能够实现直流电和交流电的相互转换，但是这种转换依旧只是存在于低频的工作范围之内，即所用的工作频率较低。
3）现代电力电子变频器时代。
随着大规模和超大规模集成电路的快速发展，为新的电力
电子技术使用时代打下了坚实的基础。
现代电力电子变频器主要是集成电路的精加工技术和高压大电流技术的有机结合。
以高频、高电压和大电流于一身的功率半导体复合器件以及以低频技术处理问题为主的传统电力电子学正在向着以高频技术处理问题为主的现代电力电子学技术转变。
在这个时期内，由于大规模集成电路的设计思想被应用到各种新型器件的设计之中去，所以各种器件正在向着复合化、模块化的方向发展。
在电子器件结构紧缩、体积变小的同时还能够使其综合各种不同部件的优点。
交流电机变频调速能够使用较高的频率离不开这些新型器件的发展使用，并且在不断的发展使用过程中，交流电机的变频调速的性能已经变得越发的成熟可靠。
2 电力电子技术的应用
随着世界科技的不断进步，人们对电力使用的要求也是越来越高，所以电力电子技术在被广泛应用的同时也就要面临相应的很大的挑战。
当下世界各地的先进工业国家正在进行由传统的“工业经济模式”向着未来的“信息经济模式”转变。
而沟通“工业经济模式”和“信息经济模式”之间的桥梁就是电力电子技术，所以电力电子技术在改造传统产业，支持高新产业的同时成为了国民经济中一个重要的参与者。
2.1 电力电子技术在再生能源发电方面的应用
随着对能源的过度开发，导致世界上不可再生能源的急剧下降，现在全球范围内已经面临严重的能源危机了。
虽然，全球范围内的不可再生资源已经被开发的很多了，但是地球上的可再生资源储量非常的巨大，而且人类对可再生资源的开发还不够充足。
所以未来电能的提供主要是以可再生能源的消耗为主。
在可再生能源的范围中风能是一个重要的可再生能源。
全球范围内的风能资源非常充分，而且风能发电是一种无污染的发电方式。
随着现代电力电子技术以及变频调速技术的迅速发展，将为风能发电的推广提供强有力的技术支撑。
随着风能发电技术的快速进步，当下的风能发电机结合了当前先进的空气动力学、机械制造学、电子技术以及微机控制技术。
当前的风力发电机其发电量已经达到传统风力发电机的20倍之多，所以现在的风力发电厂所产生的电量与常规电厂所产生的电量所差无几。
当代的电力电子技术在风力发电中的地位不可或缺，对风电机组的控制、电能的转换还是电能质量的改善都有着很多的作用。
2.2 电力电子技术在电力节能方面的应用
在当代的工业生产过程中，由于电力具有清洁、高效、稳定性好等种种因素获得了广泛的使用，成为了工业生产的第一能源支柱。
随着电力能源的广泛应用出现了一个很大的问题那就是：部分地区电力短缺现象的发生。
所以，除了要在扩宽电能生产道路上努力，也要加强电能的节约使用。
所以电力电子技术的使用，在石油资源快速枯竭的当下，对于中国能源的战略格局起着重要的作用。
2.3 电力电子技术在改造传统行业上的应用
电力电子技术是人们发明的典型的通过弱点系统来对强电系统加以控制的技术手段，是连接机器设备与计算机网络的重要桥梁。
传统的产业中存在着很多的高劳动力、工作环境恶劣的工作，通过电力电子技术的使用可以通过工业控制系统将电能转化为真正的劳动力，将工人们从传统的工作方式中解放出来。
在极大程度上节省了劳动力，提高了劳动生产效率节省了大量的人力资源。
3 总结
随着国民经济的快速发展，人们对电力的使用量以及电能的稳定性都提出了新的要求。
所以为了更好的适应经济的高速发展所带来的用电问题，必须全力做好电力电子技术的应用及发展。
为我国的经济发展提供稳定的能源供应。
作者简介：法官，男，中共党员，工程师，江西南昌人，研究方向：电子通信。