现代电力电子技术的发展研究

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1.关于电力电子技术

所谓电力电子技术，即以电力作为作用对象的电子技术，是一门介于电力技术、电子技术以及控制技术之间的交叉性学科，涉及的知识领域范围较广，具有综合性特征。

1.1电力技术

此项技术的应用具有多样性，其主要利用电磁学原理来实现发电、输配电等多方面的功能，研究内容主要有发电机、电动机、输配电、变压器、电力线路等等，通过使用这些用电设备来解决电能的输送、生产以及调派问题等，因此对于电力技术而言，上述电力设备极为重要。

1.2电子技术

电子技术依赖电子学原理，是一门通过设计电子元件或设备以及创建一些具有特殊功能的电路，从而处理现实目的问题的学科，其处理对象为电子信号，常见处理方法包括：产生信号、放大信号、信号过滤、信号转译等等。此技术于上世纪初期左右问世，其后便迎来了飞速发展时期，是近现代科技进步的里程碑。

1.3控制技术

其属于一门研究各种控制过程共同规律的科学技术，主要借助外设控制设备，来让生产环节的各种参数以及受控制元素的对应工作状态能够依照预设值来进行运作。控制技术的核心研究内容为控制系统中的控制信息，即控制系统中的信息分析、变换、传送等。与电力技术和电子技术的理论基础不同，在前期发展阶段，其是以自动调节理论为理论基础，之后，随着计算机技术的深入应用，逐渐衍生出了控制理论，而这也开始成为控制技术的主要理论依据。

2.现代电力电子技术的发展

分析现代电力电子技术的发展动态可以得知，其目前主要是基于以低频模式解决问题为核心的旧式电力电子学，逐渐朝着以高频模式解决问题为核心的现代化电力电子学的目标演变。在上世纪六十年代初期，电力电子技术被研发应用，其后在不断地发展完善中相继步入整流器、逆变器、变频器三大时代，在不同的时代电力电子技术获得了不同的发展，并且也逐渐得到了广泛的应用。

2.1第一个阶段——整流器时代

此时代范围为20世纪60年代-70年代。大约在上世纪40年代晚期普通晶体管的研发成为电子工业革命的诱因，这些晶体管之后被广泛用于计算机和通信领域内的信息处理之中，此时的应用环境为小功率。直至1957年，美国人R.A.约克制成实用的晶闸管，扩展了半导体器件的功率控制范围，50年代末被用于电力电子装置，60年代以来得到迅速推广,主要应用于大功率的硅整流管和晶闸管。而功率较大的工业用电普遍为工频交流发电机生成，但是，其中有高达五分之一的电力是以直流的形式消耗使用的。而大功率硅整流器能够将工频交流电转换成直流电，因此，功率硅整流管和晶闸管的开发与应用在上世纪六、七十年代得到了很大发展，这就是电力电子技术发展的第一个时代。

2.2第二个阶段——逆变器时代

20世纪70年到80年代期间是电力电子技术的第二个阶段，又称逆变器时代。在20世纪70年代出现了世界范围的能源危机，为了节约能源，交流电机变频调速迅速发展，电力电子技术逐渐能够实现逆变。随着变频调速装置的普及与应用，门极可关断晶闸管（GTO）、大功率逆变用的晶闸管和巨型功率晶体管（GTR）逐渐成为主要的电力电子器件。上述电力电子器件也可称作全控型器件，能够用于高压直流输出、静止式无功功率动态补偿等，能够自由调节关断状态，此发展阶段的电力电子技术已经完成了整流和逆变，不过由于其工作频率不高，所以只能在中低频的范围内应用。

2.3第三个阶段——变频器时代

步入80年代，便开始了电力电子技术的第三个时代——变频器时代。在20世纪80年代初期，大规模集成电路技术进入高速发展时期，同时也使得电力电子技术逐渐发展至目前水平有了更为牢固的技术基础。首先是功率MOSFET的出现，带领中小型功率的电力电子应用技术步入高频化发展时代，而其后IGBT的研发，更加有力的推动了大中型功率电力电子技术朝着高频化发展，同时，这标志着传统的电力电子向现代电力电子的转换。新型电力电子器件具有重量轻、体积小和高效节能等特点，不仅为交流电机变频调速提供了较高的频率，而且能够使得用电设备在能源使用方面更加节约，为达成机电一体化、智能化等带来技术支持，让现代电力电子技术朝着全控化、集成化、高频化、控制技术数字化和电路形式弱电化不断发展。

3.现代电力电子技术的应用

3.1在工业领域的应用

一般而言，在工业领域的生产环节大多需要使用交直流电动机，尤其是直流电动机具有方便调速的优点，电源大多选用电力电子器件。目前，由于电力电子变频技术日趋成熟，交流电动机的调速功能现在已经发展至同直流电动机相差无几的水平，由此，交流电动机的调速技术已然在电力电子领域占据领先水平。为了在节能方面有所突破，一些在调速性能方面没有高要求的设备也渐渐应用变频技术。在电化学工业领域，直流电动机也一样获得了广泛应用，如电解设备、电镀设备均需要使用直流电动机。

3.2在智能电网中的应用

智能电网是将电网进行智能化改造，通过传感和测量技术、控制技术以及先进智能的决策管理体系的应用来运行的，现代电力电子装备在建设智能电网的过程中，有着关键性作用。在智能电网中，电力电子装备大部分采用了全控型电力电子器件、DSP全数字控制技术和各种多电平大功率变流器拓扑，这些电力电子装置的应用能够提高电网稳定性和电能质量，从而实现电网的可靠运输、经济高效、环境友好和使用安全的目标。

3.3在传统产业中的应用

应用现代电力电子技术来处理电能，能够让电能使用更为合理、应用效率更高，从而实现电能的有效节约。并且，把信息处理同功率处理加以融合，促成微电子技术和电力电子技术的一体化，经研究发现，未来绝大多数的电源均需要先通过电力电子技术处理之后再投入使用，这样便为传统型产业与现代化产业应用微电子技术的发展制造了基础条件。依托于现代电力电子技术，使得劳动环境获得大幅度改善，人们不再需要处于恶劣的环境下工作，而是进入到现代化的智能工作间，让传统产业的作业强度明显减轻，使得工作效率显著提升，从而使得传统产业获得彻底性改变。尤其是对于化石燃料电站或核电站而言，应用现代电力电子技术可以有效的使其潜在的安全风险因素与内部污染得到控制。

3.4在新能源领域的应用

随着社会的高速发展，全球的传统能源储量大量的减少，生态平衡遭到了严重破坏，环境污染问题越来越严重，发展可再生且安全环保的新能源势在必行。目前，新能源发电的方式有很多，例如：太阳能发电、水力发电、风力发电等。通常大部分可再生能源直接产生的能量是不稳定的，而且各种类型的能源要想转化成电能所需采取的方式不一，对此，在把各类能源输入电网时，必须要采用变流技术按照不同的要求对能源进行控制和调整，这一过程中的能量变换、并网控制、发电机控制和电量储备等都需要使用电力电子技术，而只有提升电力电子技术的应用水平，才能够促使国内电力能源结构得到有效改善。

3.5在国民生活的应用

我国现代电力电子技术的应用是国民生活中不可或缺的重要组成部分，不仅使人们的生活生产方式发生了翻天覆地的变化，丰富了人们的工作模式与日常生活体验，更让人们体会到了前所未有的便捷感，促使整个社会的生活质量和经济水平都得到了提升。

3.5.1电子装置电源

由于高频开关电源具有低重量、高效率、反应灵敏、体积适宜等优势，当前已经在电子装置中得到了普遍应用。而通信设备也已大部分采用全控型器件的高频开关电源，取代了直流电源，在微型计算机内部的电源和大型计算机的电源方面也全部使用高频开关电源。

3.5.2家用电器设备

在家用电器设备方面，电力电子照明电源体积小、节能且发光效率高，现在逐步取代了传统的日光灯和白炽灯。而变频空调器、电视机、家用计算机等也都需要应用现代电力电子技术。

结束语：

在科学技术不断进步中，现代电力电子技术也在迅速发展，这一技术在未来发展过程中，必将为大幅度节约电能、提高生产效率、加强环境治理和提高国民经济等做出重要贡献，这也正是电力电子技术的未来发展趋势。

作者：张斌 单位：新疆生产建设兵团第七师一二三团文体广电服务中心