电力电子技术在新能源中的应用

2017-10-31李伟伟张俊峰

大陆桥视野·下 2017年11期

李伟伟+张俊峰

【摘要】随着经济的快速发展和社会的全面进步，我国能源供应和环境污染相对。火力发电的排放SO2和CO2，汽车尾气等占据城市空气污染的重要因素。因此，新能源的开发与利用迫在眉睫，而在新能源的利用中，电力电子技术起着重要作用。电力电子技术作为发电方面的关键技术关系着新能源发电技术的发展，且推动着整个社会的发展和进步。对此，本文在分析新能源发展状况的基拙上，简要分析了电力电子技术的应用现状，及其在新能源领域的应用。

【关键词】电力电子技术；新能源；开发；利用

1. 引言

随着社会经济的快速发展，各种能源消耗速度极大，能源短缺已成为社会生产发展过程中亟待解决的问题。随着近些年来的新能源开发和利用，为解决能源短缺问题提供新的道路，而电力电子技术在新能源的开发利用中起重要作用。对此，本文通过对电力电子技术分析、电力电子技术在新能源领域的应用等方面进行分析。

2 .电力电子技术的概述分析

电力电子技术，即功率电子技术，主要是应用于电力领域的电子技术，能够使用电力电子器件对电能进行变换和控制的电子技术。电力电子技术主要涉及了电力电子器件、电力电子设备和系统及其控制方面。

电力电子技术将各种能源高效率地变换成为高质量的电能，采用电子信息技术改造传统产业的有效技术途径。电力电子技术具有高效、节能、省材特点，对我国经济发展具有重要作用，是现代科学、工业和国防的重要支撑技术。

电力电子技术的基本功能包括：整流（交流变成直流）、逆变（直流变成交流）、斩波（直流变成直流）、变频（改变供电频率）、开关和智能控制等。主要是使电网的工频电能最终转换成不同性质、不同用途的电能，以适应千变万化的用电装置的不同需要。

3 .电力电子器件的发展分析

新的电力电子的装置与应用，促进了电力电子器件的发展。

3.1 关于功率二极管

大功率的工业用电由工频（50Hz）交流发电机提供，但是大约20%的电能主要以直流形式消费的，其中涉及的电解、牵引和直流传动等领域。功率二极管是上世纪六十年代开始发展起来的；今天，在现代电力电子装置中仍然扮演着重要的角色，除了大功率工频整流的基本功能之外，功率二极管还日益肩负着高频整流、续流、隔离、箝位、吸收等越来越多的功能。

3.2 晶闸管方面

在大功率和特大功率的工业应用中，晶闸管以其耐压高、电流大、通态压降小、通态功耗低等优势被广泛应用，是这一领域的主力器件，英杰电气在高压大功率晶闸管的应用方面有十几年的应用案例与经验积累。

3.3 絕缘栅双极晶体管（IGBT）与功率场效应管（MOSFET）

随着大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展，为现代电力电子技术的发展奠定了基础，将集成电路的精细加工技术和高压大电流技术有机结合，出现了一批全新的全控型功率器件，如功率MOSFET的问世，引发中小功率电源向高频化发展，MOSFET和IGBT的相继问世，是传统的电力电子向现代电力电子转化的标志。英杰电气紧随时代潮流，依靠该类器件开发出绿色高效的电力电子装置。

4 .电力电子技术在新能源的应用分析

电力电子技术是实现节能环保和提高人民生活质量的重要技术手段之一，在现阶段国家“发展新能源”和“节能减排”基本国策的过程中起重要作用。

4.1 有关水力发电方面

水是生命的源泉，以著名的三峡水电站为标志的大批水电站的建立推进了我国经济的发展。这一创新，降低了对媒体等不可再生能源的消耗，创造性的为人类寻找可再生能源并加以利用的道路提供了方向。在水利发电的基础上，一系列电力电子技术在新能源的开发利用中得到创新。

4.2 风力发电方面

风具有清洁、可再生、储量大的特点，风能则成为能够被高效利用的低碳能源。风力发电技术的出现，能够有效减少二氧化碳的排放量、减缓全球气候变暖，为我们保护环境、节约能源、减少资金成本带来突破性进展。有利于缓解能源危机和供电压力，随着风电技术的不断发展和完善，风力发电组等产品的数量和质量逐渐增多增强，在价格和效用上自然也会更具优势，具有改善生态环境的重要作用。

4.3 太阳能发电

在大自然赐予地球的能源中，太阳能是取之不尽、用之不竭的清洁能源之一，阳光是人类赖以生存的因素之一，世间万物离开了太阳就难以继续维持生命。据统计，我国2/3以上国土面积的年日照时间在2200h以上，年辐射总量在502万kJ/m2以上，为太阳能的利用创造了丰富的资源和有利条件。

目前太阳能在利用中，主要采用：太阳能光电技术、太阳能光热技术和太阳能光伏发电技术。这些技术的产生和发展，对新能源的开发利用起到巨大作用。太阳能电池是电力电子技术在新能源领域的应用中的典型案例。

将光能直接转换成电能的过程是光伏效应。把光能转换成为电能的能量转换器，就是太阳能电池。太阳能电池也同晶体管一样，是由半导体组成的。光伏发电系统分为独立光伏发电系统和并网光伏发电系统。完全依靠太阳电池供电的光伏系统，系统中太阳电池方阵受光照时发出的电力是唯一的能量来源。独立光伏系统是直联系统，发出的直流电力直接供给负载使用，中间没有储能设备，负载只在有光照时才能工作。这种系统有太阳能水泵、太阳能风帽、太阳能路灯等。并网光伏发电系统：太阳电池方阵发出的直流电力经过逆变器变换成交流电，且与电网并联并向电网输送电力的光伏发电系统。

在光伏系统中太阳能电池、蓄电池、控制器，都离不开电力电子技术，在太阳能到电能的转换中，电力电子技术发挥着重要的作用。

5 .电力电子技术的应用效果分析

开发新能源，电力电子器件的应用和先进的控制技术是关键。将最新的电力电子技术、控制技术应用于新能源系统中，提高新能源的效率和电力变换质量、降低新能源成本，使得清洁可再生能源逐步替代传统的化石燃料，以改善人类生存的环境，提高人们的生活水平，具有重大的经济效益和社会价值。

5.1 节能效果明显

电力电子技术具有节能的效果，现阶段我国的能源总产量中，煤炭占67%、石油占22.7%、其余大多来自水电等发电方式。将电力电子技术应用在新能源系统中，发展风能、光伏等清洁能源，节能效果非常明显，能有效改变我国以煤炭为主的能源结构。

5.2 绿色可靠性

采用全新电力电子装置，如有源电力滤波器（APF）或PWM整流器，实现接近1的功率因数和接近0的谐波含量，实现对电网的零污染。

若采用电力电子器件开发无触点开关等，不但可大大降低用电设备的起停冲击能耗，还可延长设备的使用寿命，充分体现了电力电子装置的可靠性。

5.3 精确控制自动化

新型电力电子系统采用数字控制技术，以实现快速、高精度、灵活、多功能、智能化的控制和人机界面和通讯等功能。可以方便、快速地升级，实现多值/多波形程序控制。此外，数字系统可以采用同一套硬件控制电路，组合成不同的软件模块，以选择不同的控制策略、控制参数。

6. 结论

新能源的开发和利用是我国现代行业的一种发展趋势，而电力电子技术在其中发挥着重要的作用。新能源发电系统给电力电子技术提供新的方向，为从事可再生发电能源系统的研究提供新思路。