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电力电子范文1
在现代社会科技学技术不断发展的形势下，电力电子技术在电力系统中的应用也更加广泛和深入。诸多新的电子材料、设备以及技术的运用，有效地推动了我国电力事业的发展。本文就对于电力电子技术在电力系统中应用的相关问题进行了分析和探讨。
关键词：
电力电子技术；电力系统；应用
1引言
作为一个具有较强专业性、综合性和系统性的技术平台，电力电子技术其涵盖了多个领域的专业技术内容。经过长时间的发展和变化，其被广泛的应用于各个行业当中，极大幅度地推动了我国电力能源领域的发展。随着科学技术的不断发展进步，电力系统中的电力电子技术的应用范围和深度也得到了进一步的增加。电力电子技术的应用，提高了电力系统的整体工作效率和工作性能。电力电子技术应用于电力系统的整个发电、配电、输电已基本检点的环节当中，是现代电力系统发展建设中的重点内容。电力电子技术应用于电力系统中，可以有效地提高变电控制的整体效果。我国电网建设工作一直在有条不紊的开展，不断扩大的电网规模对于变电运行管理提出了更高的要求。通过电力电子技术的应用，可以实现高效、高质量、高精度、高性能的控制和管理，有效地降低了管理成本和工作难度，提高了系统运行的安全性和稳定性。在电力系统运行的过程中，电力电子技术的应用可以有效地实现对电力系统运行的实时监控和管理，有效地提高了电力系统运行中的容错效果，减少了后期管理维护的难度和成本，让电力系统的运行更加可靠。电力电子技术的应用通过结合先进的信息化管理技术，让电力系统运行中的相关数据信息可以得到更加全面的收集和处理，通过计算机对相关数据进行分析处理，为管理决策的制定和计划的编制提供科学的依据。
2电力电子技术在电力系统中的应用
第一，发电环节的应用。电力系统的发电环节是一个较为复杂的综合性系统，其中存在多个发电组和相关设备，设备的结构相对复杂，并且整体技术含量相对较高。相关技术人员必须要具有专业的技术水平，才能完成相关设备的设计、运行、管理与维护工作。在电力系统的发电环节，应用电力电子技术，可以有效地提高整个发电系统的设备工作效率。励磁控制是现阶段广为运用的发电机控制方式，其通过利用品闸管整流电路的方式来实现设备的连接，整个控制系统的结构相对简单，具有较高的可靠性，并且造价成本也处于一个可接受的状态之下，性能可以有效地满足相关技术需求。而静止励磁的控制方式，则通过对励磁机进行改造，去除惯性环节，从而达到提高稳定性和运行效果的目的。科学的整改方案，可以更好地结合电力系统的运行规律来实现控制，让电气工作效率得到更好的保障。变速励磁控制的方式，主要通过变频设备，对于发电中机组运行速度进行相应的调节和控制，提高电力功效，让机组的变化速率处于一个自动控制的状态下，结合励磁设备的控制，让整个功率的输出更加稳定、高效，并最大程度地降低系统的功耗，其被广泛应用于风力发电和水力发电的过程中。在发电厂发电设备中，其发电设备的用电量是客观存在的，并且在整个设备的耗电量中占据着一个较高的比例。为了实现对这类能源消耗问题的有效控制，变频器的出现和应用已经被广泛的认可和利用。变频器通过控制，可以对发电机机组的工作频率进行自动调节，从而实现对能源消耗的节约。在电力电子技术不断发展的形势下，各类变频技术逐渐得到了更加深入的发展，并为提高发电系统的工作效率，减少能耗提供了巨大的帮助。第二，输电环节的应用。在现代科学技术不断发展的趋势下，电力电子技术的发展与应用，使得越来越多的电子器件得到了生产和运用，为电力系统的发展创造了更多的平台和支持。在输电系统中，电力电子器件的运用，有效地对于电网稳定性进行了保障，提高了电网运行的可靠性，让电网运行发展更加安全、可靠。在当前电力系统的输电环节中，直流与轻型直流输电是较为常见的两种方式。这种输电方式可以有效地提高输电的容量，并且可以灵活地进行调节与控制，输电过程较为稳定，并且实现了对长距离电力传输带支持和供应。针对于不同的电力输送需求，可以采取不同的输电方式，让直流输电技术的优势得到最大限度的发挥。随着技术的进步，柔流输电技术也逐渐受到了关注和应用。柔流输电技术融合了微电子、微处理、电力电子技术、控制技术以及通信技术等多方面的技术，实现了对交流输电的灵活控制，让交流电网的稳定性得到了很好的保障，并有效地降低了输电成本。柔流输电技术通过为电网提供无功功率和感应，从而达到提高输电效率和质量的目的。第三，配电环节的应用。在配电环节中，有效地控制是确保电能质量的关键。电能质量的控制需要在配电过程中对于频率、谐波、电压等要求进行有效地满足，并且对干扰和瞬态波动问题的干扰进行避免。现阶段，电力电子技术应用的过程中，基于DFACTS的电能质量调节装置的应用，可以有效地对电能质量进行保证。随着柔流输电系统的发展和成熟，配电质量的控制方式得到了丰富和进一步的发展。DFACTS技术可以被视为缩小版的FACTS设备技术，二者工作原理、性能、结构、功能都存在一定的相似性。随着电力电子器件不断发展，市场上电气设备出现求过于供的现象，DFACTS设备市场前景广阔，市场需求量。DFACTS设备市场介入相对容易。而且该设备的成本投入比较少，技术开发比较简单。随着市场不断发展，DFACTS设备产品将进入高速发展状态。
3结束语
总而言之，随着科学技术水平的不断提高，各类新技术的出现和应用，电力电子技术的发展也逐渐步入了新的阶段。相关技术人员应该加强对新技术的研究和应用，对新技术的优势进行充分的发挥，更好地促进电力系统的发展和完善，提高电力生产效率，为我国电力事业健康稳定发展做出更大的贡献。
作者：李西娟 单位：中煤邯邢技校
参考文献:
[1]张娜.电力电子技术的发展及应用探究[J].电子技术与软件工程,2015(03).
电力电子范文2
当前,电力电子作为节能、节才、自动化、智能化、机电一体化的基础,正朝着应用技术高频化、硬件结构模块化、产品性能绿色化的方向发展。在不远的将来,电力电子技术将使电源技术更加成熟、经济、实用,实现高效率和高品质用电相结合。
1.电力电子技术的发展
现代电力电子技术的发展方向,是从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方向转变。电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代,并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。八十年代末期和九十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,表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。
1.1整流器时代
大功率的工业用电由工频(50Hz)交流发电机提供,但是大约20%的电能是以直流形式消费的,其中最典型的是电解(有色金属和化工原料需要直流电解)、牵引(电气机车、电传动的内燃机车、地铁机车、城市无轨电车等)和直流传动(轧钢、造纸等)三大领域。大功率硅整流器能够高效率地把工频交流电转变为直流电,因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得以很大发展。当时国内曾经掀起了-股各地大办硅整流器厂的热潮,目前全国大大小小的制造硅整流器的半导体厂家就是那时的产物。
1.2逆变器时代
七十年代出现了世界范围的能源危机,交流电机变频惆速因节能效果显著而迅速发展。变频调速的关键技术是将直流电逆变为0~100Hz的交流电。在七十年代到八十年代,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。类似的应用还包括高压直流输出,静止式无功功率动态补偿等。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变频器时代
进入八十年代,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。将集成电路技术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、首先是功率M0SFET的问世,导致了中小功率电源向高频化发展,而后绝缘门极双极晶体管(IGBT)的出现,又为大中型功率电源向高频发展带来机遇。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。据统计,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半导体器件市场上已达到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在电力电子领域巳成定论。新型器件的发展不仅为交流电机变频调速提供了较高的频率,使其性能更加完善可靠,而且使现代电子技术不断向高频化发展,为用电设备的高效节材节能,实现小型轻量化,机电一体化和智能化提供了重要的技术基础。
2.现代电力电子的应用领域
2.1计算机高效率绿色电源
高速发展的计算机技术带领人类进入了信息社会,同时也促进了电源技术的迅速发展。八十年代,计算机全面采用了开关电源,率先完成计算机电源换代。接着开关电源技术相继进人了电子、电器设备领域。
计算机技术的发展,提出绿色电脑和绿色电源。绿色电脑泛指对环境无害的个人电脑和相关产品，绿色电源系指与绿色电脑相关的高效省电电源,根据美国环境保护署l992年6月17日“能源之星"计划规定,桌上型个人电脑或相关的设备,在睡眠状态下的耗电量若小于30瓦,就符合绿色电脑的要求,提高电源效率是降低电源消耗的根本途径。就目前效率为75%的200瓦开关电源而言,电源自身要消耗50瓦的能源。
2.2通信用高频开关电源
通信业的迅速发展极大的推动了通信电源的发展。高频小型化的开关电源及其技术已成为现代通信供电系统的主流。在通信领域中,通常将整流器称为一次电源,而将直流-直流(DC/DC)变换器称为二次电源。一次电源的作用是将单相或三相交流电网变换成标称值为48V的直流电源。目前在程控交换机用的一次电源中,传统的相控式稳压电源己被高频开关电源取代,高频开关电源(也称为开关型整流器SMR)通过MOSFET或IGBT的高频工作,开关频率一般控制在50-100kHz范围内,实现高效率和小型化。近几年,开关整流器的功率容量不断扩大,单机容量己从48V/12.5A、48V/20A扩大到48V/200A、48V/400A。
因通信设备中所用集成电路的种类繁多,其电源电压也各不相同,在通信供电系统中采用高功率密度的高频DC-DC隔离电源模块,从中间母线电压(一般为48V直流)变换成所需的各种直流电压,这样可大大减小损耗、方便维护,且安装、增加非常方便。一般都可直接装在标准控制板上,对二次电源的要求是高功率密度。因通信容量的不断增加,通信电源容量也将不断增加。
2.3直流-直流(DC/DC)变换器
DC/DC变换器将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压,这种技术被广泛应用于无轨电车、地铁列车、电动车的无级变速和控制,同时使上述控制获得加速平稳、快速响应的性能,并同时收到节约电能的效果。用直流斩波器代替变阻器可节约电能(20~30)%。直流斩波器不仅能起调压的作用(开关电源),同时还能起到有效地抑制电网侧谐波电流噪声的作用。
通信电源的二次电源DC/DC变换器已商品化,模块采用高频PWM技术,开关频率在500kHz左右,功率密度为5W~20W/in3。随着大规模集成电路的发展,要求电源模块实现小型化,因此就要不断提高开关频率和采用新的电路拓扑结构,目前已有一些公司研制生产了采用零电流开关和零电压开关技术的二次电源模块,功率密度有较大幅度的提高。
2.4不间断电源(UPS)
不间断电源(UPS)是计算机、通信系统以及要求提供不能中断场合所必须的一种高可靠、高性能的电源。交流市电输入经整流器变成直流,一部分能量给蓄电池组充电,另一部分能量经逆变器变成交流,经转换开关送到负载。为了在逆变器故障时仍能向负载提供能量,另一路备用电源通过电源转换开关来实现。
现代UPS普遍了采用脉宽调制技术和功率M0SFET、IGBT等现代电力电子器件,电源的噪声得以降低,而效率和可靠性得以提高。微处理器软硬件技术的引入,可以实现对UPS的智能化管理,进行远程维护和远程诊断。
目前在线式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS发展也很迅速,已经有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多种规格的产品。
2.5变频器电源
变频器电源主要用于交流电机的变频调速,其在电气传动系统中占据的地位日趋重要,已获得巨大的节能效果。变频器电源主电路均采用交流-直流-交流方案。工频电源通过整流器变成固定的直流电压,然后由大功率晶体管或IGBT组成的PWM高频变换器,将直流电压逆变成电压、频率可变的交流输出,电源输出波形近似于正弦波,用于驱动交流异步电动机实现无级调速。
国际上400kVA以下的变频器电源系列产品已经问世。八十年代初期,日本东芝公司最先将交流变频调速技术应用于空调器中。至1997年,其占有率已达到日本家用空调的70%以上。变频空调具有舒适、节能等优点。国内于90年代初期开始研究变频空调,96年引进生产线生产变频空调器,逐渐形成变频空调开发生产热点。预计到2000年左右将形成。变频空调除了变频电源外,还要求有适合于变频调速的压缩机电机。优化控制策略,精选功能组件,是空调变频电源研制的进一步发展方向。
2.6高频逆变式整流焊机电源
高频逆变式整流焊机电源是一种高性能、高效、省材的新型焊机电源,代表了当今焊机电源的发展方向。由于IGBT大容量模块的商用化,这种电源更有着广阔的应用前景。
逆变焊机电源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)变换的方法。50Hz交流电经全桥整流变成直流,IGBT组成的PWM高频变换部分将直流电逆变成20kHz的高频矩形波,经高频变压器耦合,整流滤波后成为稳定的直流,供电弧使用。
由于焊机电源的工作条件恶劣,频繁的处于短路、燃弧、开路交替变化之中,因此高频逆变式整流焊机电源的工作可靠性问题成为最关键的问题,也是用户最关心的问题。采用微处理器做为脉冲宽度调制(PWM)的相关控制器,通过对多参数、多信息的提取与分析,达到预知系统各种工作状态的目的,进而提前对系统做出调整和处理,解决了目前大功率IGBT逆变电源可靠性。
国外逆变焊机已可做到额定焊接电流300A,负载持续率60%,全载电压60~75V,电流调节范围5~300A,重量29kg。
2.7大功率开关型高压直流电源
大功率开关型高压直流电源广泛应用于静电除尘、水质改良、医用X光机和CT机等大型设备。电压高达50~l59kV,电流达到0.5A以上,功率可达100kW。
自从70年代开始,日本的一些公司开始采用逆变技术,将市电整流后逆变为3kHz左右的中频,然后升压。进入80年代,高频开关电源技术迅速发展。德国西门子公司采用功率晶体管做主开关元件,将电源的开关频率提高到20kHz以上。并将干式变压器技术成功的应用于高频高压电源,取消了高压变压器油箱,使变压器系统的体积进一步减小。
国内对静电除尘高压直流电源进行了研制,市电经整流变为直流,采用全桥零电流开关串联谐振逆变电路将直流电压逆变为高频电压,然后由高频变压器升压,最后整流为直流高压。在电阻负载条件下,输出直流电压达到55kV,电流达到15mA,工作频率为25.6kHz。
2.8电力有源滤波器
传统的交流-直流(AC-DC)变换器在投运时,将向电网注入大量的谐波电流,引起谐波损耗和干扰,同时还出现装置网侧功率因数恶化的现象,即所谓“电力公害”,例如,不可控整流加电容滤波时,网侧三次谐波含量可达(70~80)%,网侧功率因数仅有0.5~0.6。
电力有源滤波器是一种能够动态抑制谐波的新型电力电子装置,能克服传统LC滤波器的不足,是一种很有发展前途的谐波抑制手段。滤波器由桥式开关功率变换器和具体控制电路构成。与传统开关电源的区别是:(l)不仅反馈输出电压,还反馈输入平均电流;(2)电流环基准信号为电压环误差信号与全波整流电压取样信号之乘积。
2.9分布式开关电源供电系统
分布式电源供电系统采用小功率模块和大规模控制集成电路作基本部件,利用最新理论和技术成果,组成积木式、智能化的大功率供电电源,从而使强电与弱电紧密结合,降低大功率元器件、大功率装置(集中式)的研制压力,提高生产效率。
八十年代初期,对分布式高频开关电源系统的研究基本集中在变换器并联技术的研究上。八十年代中后期,随着高频功率变换技术的迅述发展，各种变换器拓扑结构相继出现,结合大规模集成电路和功率元器件技术,使中小功率装置的集成成为可能,从而迅速地推动了分布式高频开关电源系统研究的展开。自八十年代后期开始,这一方向已成为国际电力电子学界的研究热点,论文数量逐年增加，应用领域不断扩大。
分布供电方式具有节能、可靠、高效、经济和维护方便等优点。已被大型计算机、通信设备、航空航天、工业控制等系统逐渐采纳,也是超高速型集成电路的低电压电源(3.3V)的最为理想的供电方式。在大功率场合,如电镀、电解电源、电力机车牵引电源、中频感应加热电源、电动机驱动电源等领域也有广阔的应用前景。
3.高频开关电源的发展趋势
在电力电子技术的应用及各种电源系统中，开关电源技术均处于核心地位。对于大型电解电镀电源,传统的电路非常庞大而笨重,如果采用高顿开关电源技术,其体积和重量都会大幅度下降,而且可极大提高电源利用效率、节省材料、降低成本。在电动汽车和变频传动中,更是离不开开关电源技术，通过开关电源改变用电频率,从而达到近于理想的负载匹配和驱动控制。高频开关电源技术,更是各种大功率开关电源(逆变焊机、通讯电源、高频加热电源、激光器电源、电力操作电源等)的核心技术。
3.1高频化
理论分析和实践经验表明,电气产品的变压器、电感和电容的体积重量与供电频率的平方根成反比。所以当我们把频率从工频50Hz提高到20kHz,提高400倍的话,用电设备的体积重量大体下降至工频设计的5~l0%。无论是逆变式整流焊机,还是通讯电源用的开关式整流器,都是基于这一原理。同样,传统“整流行业”的电镀、电解、电加工、充电、浮充电、电力合闸用等各种直流电源也可以根据这一原理进行改造,成为“开关变换类电源”,其主要材料可以节约90%或更高,还可节电30%或更多。由于功率电子器件工作频率上限的逐步提高,促使许多原来采用电子管的传统高频设备固态化,带来显著节能、节水、节约材料的经济效益,更可体现技术含量的价值。
3.2模块化
模块化有两方面的含义,其一是指功率器件的模块化,其二是指电源单元的模块化。我们常见的器件模块,含有一单元、两单元、六单元直至七单元,包括开关器件和与之反并联的续流二极管,实质上都属于“标准”功率模块(SPM)。近年,有些公司把开关器件的驱动保护电路也装到功率模块中去,构成了“智能化”功率模块(IPM),不但缩小了整机的体积,更方便了整机的设计制造。实际上,由于频率的不断提高,致使引线寄生电感、寄生电容的影响愈加严重,对器件造成更大的电应力(表现为过电压、过电流毛刺)。为了提高系统的可靠性,有些制造商开发了“用户专用”功率模块(ASPM),它把一台整机的几乎所有硬件都以芯片的形式安装到一个模块中,使元器件之间不再有传统的引线连接,这样的模块经过严格、合理的热、电、机械方面的设计,达到优化完美的境地。它类似于微电子中的用户专用集成电路(ASIC)。只要把控制软件写入该模块中的微处理器芯片,再把整个模块固定在相应的散热器上,就构成一台新型的开关电源装置。由此可见,模块化的目的不仅在于使用方便,缩小整机体积,更重要的是取消传统连线,把寄生参数降到最小,从而把器件承受的电应力降至最低,提高系统的可靠性。另外,大功率的开关电源,由于器件容量的限制和增加冗余提高可靠性方面的考虑,一般采用多个独立的模块单元并联工作,采用均流技术,所有模块共同分担负载电流,一旦其中某个模块失效,其它模块再平均分担负载电流。这样,不但提高了功率容量,在有限的器件容量的情况下满足了大电流输出的要求,而且通过增加相对整个系统来说功率很小的冗余电源模块,极大的提高系统可靠性,即使万一出现单模块故障,也不会影响系统的正常工作,而且为修复提供充分的时间。
3.3数字化
在传统功率电子技术中,控制部分是按模拟信号来设计和工作的。在六、七十年代,电力电子技术完全是建立在模拟电路基础上的。但是,现在数字式信号、数字电路显得越来越重要,数字信号处理技术日趋完善成熟,显示出越来越多的优点:便于计算机处理控制、避免模拟信号的畸变失真、减小杂散信号的干扰(提高抗干扰能力)、便于软件包调试和遥感遥测遥调,也便于自诊断、容错等技术的植入。所以,在八、九十年代,对于各类电路和系统的设计来说,模拟技术还是有用的,特别是:诸如印制版的布图、电磁兼容(EMC)问题以及功率因数修正(PFC)等问题的解决,离不开模拟技术的知识,但是对于智能化的开关电源,需要用计算机控制时,数字化技术就离不开了。
3.4绿色化
电源系统的绿色化有两层含义:首先是显著节电,这意味着发电容量的节约,而发电是造成环境污染的重要原因,所以节电就可以减少对环境的污染;其次这些电源不能(或少)对电网产生污染,国际电工委员会(IEC)对此制定了一系列标准,如IEC555、IEC917、IECl000等。事实上,许多功率电子节电设备,往往会变成对电网的污染源:向电网注入严重的高次谐波电流,使总功率因数下降,使电网电压耦合许多毛刺尖峰,甚至出现缺角和畸变。20世纪末,各种有源滤波器和有源补偿器的方案诞生,有了多种修正功率因数的方法。这些为2l世纪批量生产各种绿色开关电源产品奠定了基础。
电力电子范文3
1原理与设计
大功率，高电压的电力电子设备都是有数量较多的单个性能参数一致的功率器件经过并联、串联、串联后再并联等方式组合而成。
1.1多个功率器件并联时自愈工作原理多个功率器件并联时如图1所示，并联于功率器件匀流电阻两端的光电隔离开关输出信号会同步于功率器件的开断工作状态，该信号与同步触发脉冲器的输出信号进行比较。这两个信号如果同步则比较器不输出，如果不同步则比较器输出控制命令，令与该功率器件串联的断路开关断开，自动断开故障的功率器件，同时通过显示控制总线向显示控制屏发出显示该功率器件故障的指示信息。
1.2多个功率器件串联时自愈工作原理多个功率器件串联时如图2所示，并联于功率器件的光电隔离开关的输出信号会同步于功率器件的开断工作状态，该信号与同步触发脉冲器的输出信号进行比较。这两个信号如果同步，则比较器不输出，如果不同步则输出控制命令，令与该功率器件并联的旁路开关闭合，自动短路掉故障的功率器件，同时通过显示控制总线向显示控制屏发出显示该功率器件故障的指示信息。
2应用实例
以串联谐振耐压试验设备的变频电源为例进行试验测试，变频电源的输出采用大功率高耐压多只IGBT器件并联后组成桥式输出电路。变频电源的技术参数为：额定输出功率:100kW；额定输入电压：三相380V±12%50Hz；输出电压：0～350V连续可调，输出电压不稳定度≤1%；额定输出电流：286A。图3为桥式输出四分之一桥臂的部分电路，QA11和QA21为输出功率器件IGBT；KA11和KA21分别为QA11和QA21功率器件的自动剔除的高速继电器；RA11和RA21为功率器件的匀流电阻；AI1为功率器件的驱动输入信号端；AO11和AO21为对应功率器件异常后输出指示信号端，高电平为异常；UA11和UA21为比较器；OUTA为桥臂输出端。电路工作原理为，比较器UA11和UA21始终比较输入端1和2的信号，若这两个电平信号始终同步则，它的输出端3处于低电平，继电器KA11和KA21不动作，功率器件QA11和QA21全部正常工作；若某个功率器件击穿或开路，该路对应的比较器1和2路的输入端将会不同步，此时比较器输出端3将输出高电平，驱动该路继电器闭合，切断了该功率器件电源回路，同时使继电器自保持，且输出一个高电平报警信号，其余的功率器件由于电路设计时都具有比较大的冗余，能够继续工作，能够确保试验过程继续进行下去，直到试验工作全面完成。实现了预知故障，提高了电力电子设备工作可靠性。对于串联的功率器件可以采用类似的方法进行单个功率器件损坏后自动剔除。
3结论
电力电子范文4
[关键词]电力电子技术，发展趋势，应用
中图分类号：TM1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）12-0328-01
引言
现代电力电子技术的发展方向，是从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方向转变。电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件，其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代，并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。八十年代末期和九十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，表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。
一、电力电子器发展回顾
整流管是电力电子器件中结构最简单，应用最广泛的一种器件。电力整流管对改损耗和提高电流使用效率等方面都具有非常重要的作用。自1958年美国通用电气GE公司研制出第一个工业用普通晶闸管开始，其结构的改进和工艺的改革为新器件开发研制奠定了基础，在以后的十年间开发研制出双向，逆变、逆导、非对称晶闸管，至今晶闸管系列产品仍有较为广泛的市场。1964年在美国第一次试制成功了0.5kV/0.01kA的可关断的GTO至今，目前以达到9kV/2.5kA/0.8kHZ及6kV/6kA/1kHZ的水平，在当前各种自关断器件中GTO容量最大，其在大功率电力牵引驱动中有明显的优势，因此，它在中压、大容量领域中占有一席之地。70年代研制出GTR系列产品，其额定值已达1.8kV/0.8kA/2kHZ，0.6kV/0.003kA/100kHZ，它具有组成的电路灵活成熟，开关损耗小、开关时间短等特点，在中等容量、中等频率的电路中应用广泛，而作为高性能，大容量的第三代绝缘栅型双极性晶体管IGBT，因其具有电压型控制，输入阻抗大、驱动功率小，开关损耗低及工作频率高等特点，其有着广阔的发展前景。
二、电力电子器件发展趋势
电力半导体器件是电力电子应用技术的基础，必须重视电力电子器件的发展。国际上电力半导体器件经历了晶闸管（SCR）、可关断晶闸管（GTO）和场控器件（IGBT和功率MOSFET）三个阶段。进入90年代，电力电子器件的研究和开发已进入大功率化、高频化、标准模块化、集成化和智能化时代。我们将50Hz的标准工频大幅的提高之后，使用这样工频的电气设备的体积与重量就能大大缩小，使电气设备制造节约材料，运行时节电就更加明显，设备的系统性能亦大为改善，尤其是对航天工业其意义十分深远的。故电力电子器件的高频化是今后电力电子技术创新的主导方向。而硬件结构的标准模块化是器件发展的必然趋势。
三、现代电力电子的应用
1、计算机高效率绿色电源
高速发展的计算机技术带领人类进入了信息社会，同时也促进了电源技术的迅速发展。八十年代，计算机全面采用了开关电源，率先完成计算机电源换代。接着开关电源技术相继进入了电子、电器设备领域。计算机技术的发展，提出绿色电脑和绿色电源。根据美国环境保护署l992年6月17日“能源之星"计划规定，桌上型个人电脑或相关的设备，在睡眠状态下的耗电量若小于30瓦，就符合绿色电脑的要求，提高电源效率是降低电源消耗的根本途径。
2、通信用高频开关电源
通信业的迅速发展极大的推动了通信电源的发展，高频小型化的开关电源及其技术已成为现代通信供电系统的主流。目前，在程控交换机用的一次电源中，传统的相控式稳压电源己被高频开关电源取代，高频开关电源（也称为开关型整流器SMR）通过MOSFET或IGBT的高频工作，开关频率一般控制在50-100kHz范围内，实现高效率和小型化。
3、直流-直流（DC/DC）变换器
DC/DC变换器将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压，这种技术被广泛应用于无轨电车、地铁列车、电动车的无级变速和控制，同时使上述控制获得加速平稳、快速响应的性能，并同时收到节约电能的效果。用直流斩波器代替变阻器可节约电能（20～30）%。直流斩波器不仅能起调压的作用（开关电源），同时还能起到有效地抑制电网侧谐波电流噪声的作用。随着大规模集成电路的发展，要求电源模块实现小型化，因此就要不断提高开关频率和采用新的电路拓扑结构，目前已有一些公司研制生产了采用零电流开关和零电压开关技术的二次电源模块，功率密度有较大幅度的提高。
4、不间断电源（UPS）
不间断电源（UPS）是计算机、通信系统以及要求提供不能中断场合所必须的一种高可靠、高性能的电源。交流市电输入经整流器变成直流，一部分能量给蓄电池组充电，另一部分能量经逆变器变成交流，经转换开关送到负载。为了在逆变器故障时仍能向负载提供能量，另一路备用电源通过电源转换开关来实现。现代UPS普遍了采用脉宽调制技术和功率M0SFET、IGBT等现代电力电子器件，电源的噪声得以降低，而效率和可靠性得以提高。
5、变频器电源
变频器电源主要用于交流电机的变频调速，其在电气传动系统中占据的地位日趋重要，已获得巨大的节能效果。变频器电源主电路均采用交流-直流-交流方案。工频电源通过整流器变成固定的直流电压，然后由大功率晶体管或IGBT组成的PWM高频变换器，将直流电压逆变成电压、频率可变的交流输出，电源输出波形近似于正弦波，用于驱动交流异步电动机实现无级调速。
6、大功率开关型高压直流电源
大功率开关型高压直流电源广泛应用于静电除尘、水质改良、医用X光机和CT机等大型设备。电压高达50～l59kV，电流达到0.5A以上，功率可达100kW。自从70年代开始，日本的一些公司开始采用逆变技术，将市电整流后逆变为3kHz左右的中频，然后升压。进入80年代，高频开关电源技术迅速发展。德国西门子公司采用功率晶体管做主开关元件，将电源的开关频率提高到20kHz以上。并将干式变压器技术成功的应用于高频高压电源，取消了高压变压器油箱，使变压器系统的体积进一步减小。国内对静电除尘高压直流电源进行了研制，市电经整流变为直流，采用全桥零电流开关串联谐振逆变电路将直流电压逆变为高频电压，然后由高频变压器升压，最后整流为直流高压。
四、结束语
总而言之，电力电子及开关电源技术因应用需求不断向前发展，新技术的出现又会使许多应用产品更新换代，还会开拓更多更新的应用领域。开关电源高频化、模块化、数字化、绿色化等的实现，将标志着这些技术的成熟，实现高效率用电和高品质用电相结合。这几年，随着通信行业的发展，以开关电源技术为核心的通信用开关电源，仅国内有20多亿人民币的市场需求，吸引了国内外一大批科技人员对其进行开发研究。开关电源代替线性电源和相控电源是大势所趋，因此，同样具有几十亿产值需求的电力操作电源系统的国内市场正在启动，并将很快发展起来。还有其它许多以开关电源技术为核心的专用电源、工业电源正在等待着人们去开发。
参考文献
[1] 王兆安刘进军，电力电子技术，机械工业出版社，2011.8（5）.
[2] 王正元，面向新世纪的电力电子技术，电源技术应用，2001.4（3）.
[3] 万遇良，电力电子技术的发展趋势及应用，电工电能新技术，1995.（2）.
电力电子范文5
一、有源滤波器应用分析
有源电力滤波器不仅是一个新型的电力电子装置，还是一种在补偿无功和动态抑制谐波的基础上形成的一种新型化电力电子设备，这种新型设备可以进行一些相关的无功补偿，而无功补偿是按照谐波的频率和强弱进行的。有源电力滤波器在运行过程中所需的动力是电源装备为其提供的，有源电力滤波器没有传统滤波器中所存在的缺点，提升了电力系统的工作速度，使动态跟踪补偿可以实现。从有源电力滤波器的组成可以看出，有源电力滤波器可以对电力系统进行无功补偿，有源电力滤波器对电力系统中的谐波进行补偿的方式，就是电源供电的方式。这种方式的优势在于可以进行动态补偿，和传统固定的补偿方式相比较，这种方式的优势是非常明显的。因此可以看出，在无功补偿这方面，有源电力滤波器的应用是非常重要的。有源电力滤波器可以保证电力系统在运行的过程中处于稳定状态，因为有源电力滤波器可以对一直处于变化状态的电力系统中谐波频率和强弱进行无功补偿，所以有源电力滤波器可以有效地保证电力系统中的谐波一直是一个稳定的状态。根据这个优点，在电力系统中的有源电力滤波器的应用是非常重要的，有源电力滤波器使电力系统能够在长时间的运行过程中处于稳定状态，提高电力系统稳定性。
二、静止同步补偿器装置分析
从静止同步补偿器的功能和它的组成结构可以看出，静止同步补偿器可以当作无功电流源进行使用，在无功电流源的所有类型之中静止同步补偿器是其中重要的一种类型，静止同步补偿器电流的变化形式就是跟着负荷电流进行变化的。这种变化不仅对补偿电力系统在运行中的电流损失有重要的作用，对提高电力系统的稳定性有重要的作用。因为静止同步补偿器是无功电流源的一种，所以无功电流源在对电力系统进行补偿时，它的效果非常明显。不仅如此，如果补偿电流处于一直变化的状态，那么在电力系统中无功电流源进行补偿时，补偿效果更加明显。因此，在电力系统中静止同步补偿器对其的补偿作用非常重要。从静止同步补偿器的实际应用过程中可以看出，静止同步补偿器可以随时对无功电流进行控制，无功电流根据电力系统在运用中的所需进行变化。静止同步补偿器和其他补偿器的区别就在于前者具有可控性，所以我们更应该对静止同步补偿器加强认识。
三、动态电压恢复器分析
经过对电力电子技术在电力系统中的应用进行分析和研究可以知道，在电力电子技术基础上的重要装置是动态电压恢复器，其在电力系统中的应用效果是非常好的，不仅满足了电力系统在运行中的需要，还对电力系统运行过程中质量的提高有着推进的作用。与动态电压恢复器的实际应用相结合，可以看出其具有下面这几个方面的特点。第一，可以把动态电压恢复器看成在整个配电系统中动态受控的电压源动态电压恢复器起着电压源的作用。我们不仅可以运用一些相关的手段和方法减少它的能量消耗，还可以减少它对电压产生的不利影响，可以对电压不平衡及谐波、电压跌落的产生进行预防。第二，在电力系统运行过程中，动态电压恢复器的功能就是消除负荷电压对电压系统产生的影响，负荷电压会对电压系统产生很多不利的影响。在应用动态电压恢复器以后，电压的稳定性就会提高，可以满足电力系统运行的需要，保证电力系统在运行过程中的电压是平稳的。第三，补偿电压跌落是动态电压恢复器的一个作用，通过系统整流可以获得直流侧能量，即使系统发生了单向故障，剩下的仍然可以提供电能维持DVR的正常运行，能为长期的电压跌落进行补偿。动态电压恢复器的作用是可以预防电压跌落对系统造成的故障，增加设备的使用寿命。根据动态电压恢复器的特点可以看出，动态电压恢复器解决了电压跌落产生的问题，还在电压跌落时进行补偿，以保证电力系统可以稳定运行。因此，动态电压恢复器在电压跌落时的补偿效果非常明显。
四、结论
经过分析研究可以看出，电力电子技术的应用是电力系统稳定运行的保障，电力电子技术由有源滤波器和静止同步补偿器装置以及动态电压恢复器组成。因此我们要正确认识电力电子技术的优点，促进电力电子技术在电力系统中的整体应用。
作者:闫瑶瑶 单位:青岛科技大学
参考文献：
[1]黄宗建，魏宏飞，吴会敏.电力电子技术在电力系统中的应用探讨[J].电子测试，2014
电力电子范文6
三领域电力电子商务初发展
电力行业电子商务开展的领域，包括三个领域：企业内部的电子商务、企业之间的电子商务和企业与消费者之间的电子商务。
企业内部的电子商务
这是当前电力行业企业电子商务的主体，也是电力行业企业信息化的主要部分。从上世纪90年代中期开始，电力行业加强投资，建设企业网，并形成覆盖全国的四级电力信息网络。这一信息化基础性建设为电力电子商务创建了坚实的基础平台。2000年后，电力体制改革和机构改革，原来的一个国家电力公司，变成了两个电网集团公司和五大发电集团公司及多家电力集团公司。在新的电力格局下，电力信息网络进一步得到扩展和发展，形成覆盖企业绝大部分业务和单位及部门的企业网络。企业的信息化水平得到提高，信息技术应用更加广泛和深入。
企业之间的电子商务
企业与企业之间的电子商务，对于电力行业来讲，应说是最具有发展前途和最适用于电子商务的。电力行业本身就是一个完整的供应链行业。特别是电力体制改革后，这种供应链的模型更加突现出来。采用信息网络，通过网上交易更能提高电力电能量交易效益。
改革前，电力行业的燃料供应、电力设备购销、电能生产、电力上网、电力传输、配电与供应电能，均是采用计划方式调配。各区域之间、省与省之间，通过计划分配电源，统一调配。发电厂也是根据整个电网运行计划来分配发电任务。改革后，这种靠计划来调配的环境不存在了。电网公司和发电集团公司或其他发电公司都是相互独立的电力企业，各自经营，采用竞争上网的市场方式运作。上下游企业之间的商务活动以及电力调度，正在越来越多地应用电子商务。
电力行业是一个资金密集型和技术密集型行业，企业的物资与设备采购不仅面广而且量大，电力行业不仅行业内部有较为频繁的商务往来，而且与机械、电子、煤炭、交通等行业的企业间也有较为频繁的商务交往，如电力行业的采购，包括煤炭燃料的采购、电力设备的采购、电力物资的采购等。招标和投标是电力行业一个很重要的电子商务应用领域。近年来，开展网上电力采购的招标投标较为突出。近年来，涉及电力电子商务的网站达20多个，其中很多都注重电力设备和物资的招标投标商务活动。如国家电力商务网，现有几千会员单位，年交易额上百亿元。由于采用电子商务，电力行业平均节约采购资金20%，仅一个发电厂每年就可节约经费两三千万元。
同时，电力企业积极开展网上电子数据交换、电子资金转账、信用卡支付、电子货币支付等技术在电力系统营销服务应用以及对网上数据交换安全防范技术的研究。
企业与消费者之间的电子商务
电力企业通过信息网开展客户的服务，如国家电网公司在公司“十一五”的信息化建设规划中把电子商务建设列入公司信息化“SG186”工程内容，加快电力电子商务建设，加快供电企业电力营销系统、电力客户服务呼叫系统、电力咨询服务资讯系统、电力数据图书馆等建设，国家电网公司要求完成营销现代化建设发展规划，建立流程通畅、信息共享的管理平台，统一管理模式、营销流程、工作标准、系统功能和数据编码，要在两三年时间内实现客户服务信息化。要建设电力营销实时系统，实现购售电关口电能量的自动采集。建设和运行好营销技术支持系统，增强四个服务的能力,推进电力营销系统和客户服务呼叫中心的建设，2006年95598客户服务系统达到实用化要求。电力银行电费结算系统利用商业银行网点, 客户可以同城办理交费手续，实现日结日清，加快电费回收。
建设、商务模式和市场法则制约电力电子商务发展
应当看到，电力行业电子商务发展与国家电子商务的发展和要求还有相当大的距离。
整个电力行业电子商务发展还没有形成行业信息化的整体规划，更确切讲电力行业电力电子商务发展模式缺少规划，也缺乏统一的电力电子商务规范和运行市场规划。企业的电子商务与企业管理改革，以及企业的发展战略协调发展还存在较大距离。目前，电力电子商务发展是无序的、自由式的。电子商务还处于试验阶段和起步阶段。
由于各企业对电子商务重视程度不一致，各企业内部的电子商务由于受改革的发展的制约，各个企业内部的电子商务发展很不平衡，发展速度和改革速度也差距较大，各企业间的电子商务不能同时开展。更为重要的是，各企业对电力行业商务活动方式和电子商务新的交易形式缺乏共识，也缺乏改革商务活动方式的紧迫感。电子商务主体是商务，传统的商务模式不易动摇和改变，所以，企业商务模式的改革是电子商务的关键。
商务活动模式的改变，是形成电力商务市场环境的基础。目前，电力行业整体电子商务运作环境还没有形成，电力市场化的改革还没有到位，电力电子商务大规模运行的环境形成还有待于电力市场的整体形成。没有规范化的、科学的现代化的电力市场和企业管理，要实现电子商务是不可能的，也是困难的。因此，建立电力电子商务的市场法则和法规，形成健全的电力市场环境刻不容缓。
行业改革与电力电子商务互相促进发展
电力行业是最具有条件建立电子商务的行业。供应链上的各个上下游企业，从发电、输电、配电到供电的环节形成一条龙，龙头连接煤矿等能源行业，龙尾连接整个国民经济和人民生活，各环节相互依赖，关系密切，一环扣一环。因此电力行业具有天然的电子商务条件。
同时，电力行业的信息化建设基本条件已经具备，信息化水平已经有很大的提高。改革已经为建立科学的、规范的电力电子商务环境创造了条件。
应当看到，电力电子商务的进一步发展亟待电力行业改革的进一步深入。电力行业电子商务的成功必须建立在整个行业改革的基础上，这包括建立现代企业管理制度和充分的电力市场环境。当前，电力行业的改革在机构和体制上有较大的改革，发电企业从整个电力系统中已经剥离出来，发电厂的竞争机制正在初步形成。各发电企业通过竞价上网，形成发电厂电力市场。下一步改革，将形成电力的商品方式，引入竞争机制，形成电力批发市场。实现输电环节的剥离，降低进入电力批发市场的门坎，进而形成零售市场。这样一来，整个电力供应链将出现完全市场化的环境。但是，当前离现代电力市场体系的形成还有较大的距离。
