电力电子技术的发展及应用

朱苑祺

浙江工业大学信息学院,浙江杭州 310023

电力电子技术是电力电子领域中一门新兴电子技术广泛应用技术，电力电子技术是使用一些电力电子类器件进行适时电能控制及电能的变换类的技术。电力电子技术变换出的“电力”功率范围很大，可达到GW 级及以上，小到W 级及以下，电力电子技术是主要用来电力的变换，近年来电力电子技术在实际生活中得到了广泛应用，例如新能源发电、智能电网、电力牵引。

1 电力电子技术的发展

电力电子学的发展历程表明，电力电子方面某种新器件的问世，会对整个电力电子技术领域产生重要影响。1946 年晶体管诞生之后，逐步形成了固体电子学，电力电子学受此影响逐步发展建立起来。电力电子技术相关装置和器件的发展是相辅相成、互相促进的。装置依赖于器件，新的器件出现能开拓许多新的应用领域，做出新的装置；应用中出现的问题又对器件提出新的要求，推动新器件的研制。例如，只有半控型器件时，它用于整流比较成熟，所制作的整流器性能良好，但用于逆变器便带来技术上的复杂和体积庞大、成本昂贵等问题，而当自关断型器件出现后，这些问题就比较容易解决。而且新的电力电子器件和变换技术仍在不断出现，它们的应用领域也日益广泛。

2 电力电子技术的重要作用

电力电子技术在国民经济和科学技术的发展中正在并将要发挥越来越重要的作用。

2.1 提高和改善电能质量

在现代文明社会中电力是主要的动力源。由电厂发出送上电网的交流电(称为市电)一般电压和频率稳定波形为正弦，但用户使用的设备常使电网无功损耗增加；加上一些自然和人为因素，常招致电压跌落闪变、瞬时停电等，大量非线性故障负载的使用，使电网中出现各次有害的谐波波形，使电网发生严重畸变，已成为电网的一种公害，而采用由电力电子器件构成的各种控制器和补偿器则可有效地提高和改善电能质量。近年致力研究的柔性交流输电系统就是为了实现这一目标。至于建造经济性和技术性均优越的直流输电，将交流变为直流远距离输送再变换为交流市电，更是离不开电力电子技术。

2.2 优化电能使用

优化电能的处理装置，力求电能的使用目标达到合理、高效、节约，实现电能最佳化发展。例如，在节电节能方面，针对电力牵引、风机水泵、轧机冶炼、工业窑炉、轻工造纸、感应加热、化工电焊等方面的调查，一般情况下节能效果可以达到10%～40%，国家已将许多节能节电的项目推广试用。例如作为与物质生产息息相关、以功率处理为对象的电力电子技术正成为缓解人类所面临的能源危机、资源危机和环境危机威胁的重要技术手段之一。

2.3 改造传统产业和发展机电一体化等新兴产业

特别是电力电子变频技术及高频化技术的进一步发展，使机电设备将传统的工频技术突破，转向高频化发展。使机电设备体积减小了几倍甚至几十倍，趋向高速化响应速度，并实现无噪音方向发展，从而实现最佳工作效率，提高了全新的用途及功能。

3 电力电子技术在现实中的应用

3.1 新能源发电

地球上的石油及煤炭储量不断在减少，环境污染在加剧，因此生态平衡的发展受到破坏。为了进一步缓解生态平衡的局面，当今的各国对新能源的使用引起重视。目前新能源发电方式不一，例如，风能发电、海水发电、潮汐发电、太阳能发电地热能发电、核聚变能发电等等。其中，太阳能光伏发电在上海世博会的开展上已得到投入使用，效果良好。此技术是目前我国规模最大、电力电子光伏型发电项目，同时也是世博会历史上发电技术中太阳能发电的最大规模投入应用。

3.2 智能电网

智能电网，即是电网智能化，是建立在高速双向集成通信的网络基础上，经过领先的传感测量技术、操控方法及领先的系统决策技术的运用，可实现电网的经济、可靠、高效、安全性的发展方向。从实际层面来看，当今的智能电网虽比以前的更安全高效，但智能化程度并没有进一步的提高，因此智能电网仍是当前发展的必然趋势。智能电表是智能电网体系中的核心部分，依附于智能电表，电力行业相关部门可以了解到所有时间用户使用电能多少的具体情况。方便于电力机构根据居民的用电量来制定差异化的电费定价，协助用户优化电费开销及整体电能消耗。当今的智能化电网技术处于快速发展的阶段，其中风能发电、太阳能发电是智能化电网发电的重要组成部分。

3.3 电力牵引

电力牵引是利用电能驱动动力为基础的轨道牵引技术。电力牵引电能来源由电力系统、发电厂等来提供，整个流程为：变电所电力系统发电、逐级降压、直流电变频为交流电、接触网等电力电子技术供电于电力机车组。能量转化过程为：电能（电力机车、动车牵引电动机等设备)转换成为机械能，驱动电动车组、城市轨道组、交通电动车辆组的正常运行。实现电力牵引主要由电源、牵引变电所、动车组等环节构成的电力系统来完成。

电力牵引需要增加供电系统装置系统，这是电力牵引的一个缺点，电力电子技术的电力牵引，其一次性的投资费用高于其它的动力牵引的投资费用。除此之外，电动机车的电力整流装置在供电线路上会产生负电流及不同频率的谐波，这对电电子电力系统的安全运行方面有一定的影响。谐波的存在及高电压接触面网及电力系统的回流网络信息不对称，将对最接近平行的电力系统、线路产生不同谐波的干扰信息，进而有可能导致通信的质量和人身安全方面的影响。因此，电力电子技术在今后发展过程中，应优先考虑运用先进的技术手段来扼杀电力电子牵引技术方面的缺点，使电力电子牵引技术趋向合理化发展。

总之，随着科技的发展。电力电子技术的现实应用越来越广泛，电力电子技术的生态平衡及环境上的问题和电力能源危机方面具有独特的特点，发挥着重要的作用，并且其运用潜力是无限大的。

[1]王新河，许建新.现代电力电子技术的应用是今后发展的必然趋势[J].治黄科技信息，2011(3).