电力电子技术篇（1）

电力电子技术的应用能够让我国的民用电力设备效果得到大幅度的提升，让我国人民的用电质量感受到明显的变化。如今是一个科技化的时代，所以针对一些用电量较大的工业企业来说，电力电子技术的应用将会有助于其改造传统工业的生产工艺，让企业能够将工作效率得到进一步的提升，并且稳步的迈向机电一体化的队伍当中。

1.2智能化发展

我国的电力电子技术已经进入到了一个相对成熟的阶段，而国家的相关科研单位也开始着手在其中加入更为高端的科技手段。这种做法不仅有利于电力系统的向前发展，同时还会增加电力电子技术的使用范围，让其更加的智能化与人性化。

1.3电力电子技术的高频化

伴随着电力电子技术的广泛使用，为了让其能够更好的为我国的电力系统服务，已经开始逐渐的对传统技术手段进行了突破，将运行系统不断的高频化。这样不但节约了企业的设备占地面积，同时还从很大程度上提升了电力系统的运行效率。

2电力电子技术在电网中的应用现状

2.1在发电系统中的应用

发电系统是整个国家电网中的重中之重，那么电力电子技术在这个系统中的应用也将起到至关重要的作用。其主要的功能为改善发电设备的运用效率以及调节运行系统中的功能效率等，其中包括发电机励磁的控制、恒频、以及水泵的调速等等。电力电子技术主要应用的是晶闸管在励磁中的价格、性能、结构等优势，从而保证其能够更完美的应用与电力系统当中。除此之外，在风力以及水力发电机的操控当中，电力电子技术主要依靠的是变频电源来掌控转子励磁电流的转换频率，以保证电力能源能够发挥出最大的有效使用功效。在我国的各大企业中，能够制造高压力变频器的实属凤毛麟角，所以电力电子技术将有效的填补这一部分的空白。

2.2在输电系统中的应用

电力电子技术在我国电网的输电系统中主要应用的是柔流输电技术，这种技术能够将电力系统中的电压、功率、相位角进行有效的控制与调节。在电力能源进行输送的过程当中，难免会出现不同程度上的消耗，而这种技术的应用将从很大程度上将其输电能力的稳定性进行改善。针对我国电网目前的情况来看，如果采取远距离高压直流输电的话将会相比交流输电降低很大一部分的损耗，因为直流输电将避免电抗压降的问题，并且还会降低电缆网线等设备的投入资金，这样不仅能够解决稳定性差的问题，同时还会缓解企业的经济压力。

2.3在配电系统中的应用

在配电系统中最为重要的就是提高电力能源的质量和供电系统的稳定性。而这两项是否能够过关将取决与电压、不对称度以及频率等相关因素的质量能不能达到标准。而电力电子技术在国外的一些大企业当中也取得了比较成功的成绩，并且也为企业带去了相当可观的经济收益。电力电子技术可简称为DFACTS技术，在配电系统的应用中可以被理解为是一种控制单利能源质量的新型技术。与此同时，由于DFACTS设备同FACTS设备的功能与使用方法大致相同，所以DFACTS的设备也可以被理解为是FACTS的浓缩版本。

2.4在节能环节中的应用

节约电能大致包括两个方面：电动机的节电潜力和电动机的调速节电技术，这两中节能方法有效的相结合才能够形成一个比较完善的节能体系。就我国目前的形式来看，交流调速技术已经被广泛的应用到了矿山以及炼金等重金属行业中，而在国外较发达的国家中，在水泵以及风机等设备的运行中也都相继的应用了交流调速技术。

电力电子技术篇（2）

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.电力电子技术的应用

2.1一般工业

工业中大量应用各种交直流电动机。直流电动机有良好的调速性能，给其供电的可控整流电源或直流斩波电源都是电力电子装置。近年来，由于电力电子变频技术的迅速发展，使得交流电机的调速性能可与直流电机相媲美，交流调速技术大量应用并占据主导地位。大至数千kW的各种轧钢机，小到几百W的数控机床的伺服电机，以及矿山牵引等场合都广泛采用电力电子交直流调速技术。一些对调速性能要求不高的大型鼓风机等近年来也采用了变频装置，以达到节能的目的。还有些不调速的电机为了避免起动时的电流冲击而采用了软起动装置，这种软起动装置也是电力电子装置。电化学工业大量使用直流电源，电解铝、电解食盐水等都需要大容量整流电源。电镀装置也需要整流电源。电力电子技术还大量用于冶金工业中的高频、中频感应加热电源、淬火电源及直流电弧炉电源等场合。

2.2交通运输

电气化铁道中广泛采用电力电子技术。电气机车中的直流机车中采用整流装置，交流机车采用变频装置。直流斩波器也广泛用于铁道车辆。在未来的磁悬浮列车中，电力电子技术更是一项关键技术。除牵引电机传动外，车辆中的各种辅助电源也都离不开电力电子技术。电动汽车的电机靠电力电子装置进行电力变换和驱动控制，其蓄电池的充电也离不开电力电子装置。一台高级汽车中需要许多控制电机，它们也要靠变频器和斩波器驱动并控制。飞机、船舶需要很多不同要求的电源，因此航空和航海都离不开电力电子技术。如果把电梯也算做交通运输，那么它也需要电力电子技术。以前的电梯大都采用直流调速系统，而近年来交流变频调速已成为主流。

2.3电子装置用电源

各种电子装置一般都需要不同电压等级的直流电源供电。通信设备中的程控交换机所用的直流电源以前用晶闸管整流电源，现在已改为采用全控型器件的高频开关电源。大型计算机所需的工作电源、微型计算机内部的电源现在也都采用高频开关电源。在各种电子装置中，以前大量采用线性稳压电源供电，由于高频开关电源体积小、重量轻、效率高，现在已逐渐取代了线性电源。因为各种信息技术装置都需要电力电子装置提供电源，所以可以说信息电子技术离不开电力电子技术。

电力电子技术篇（3）

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、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。

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。

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。

二、电力电子技术的应用

1、一般工业

工业中大量应用各种交直流电动机。直流电动机有良好的调速性能，给其供电的可控整流电源或直流斩波电源都是电力电子装置。近年来，由于电力电子变频技术的迅速发展，使得交流电机的调速性能可与直流电机相媲美，交流调速技术大量应用并占据主导地位。大至数千kW的各种轧钢机，小到几百W的数控机床的伺服电机，以及矿山牵引等场合都广泛采用电力电子交直流调速技术。一些对调速性能要求不高的大型鼓风机等近年来也采用了变频装置，以达到节能的目的。还有些不调速的电机为了避免起动时的电流冲击而采用了软起动装置，这种软起动装置也是电力电子装置。电化学工业大量使用直流电源，电解铝、电解食盐水等都需要大容量整流电源。电镀装置也需要整流电源。电力电子技术还大量用于冶金工业中的高频、中频感应加热电源、淬火电源及直流电弧炉电源等场合。

2、交通运输

电气化铁道中广泛采用电力电子技术。电气机车中的直流机车中采用整流装置，交流机车采用变频装置。直流斩波器也广泛用于铁道车辆。在未来的磁悬浮列车中，电力电子技术更是一项关键技术。除牵引电机传动外，车辆中的各种辅助电源也都离不开电力电子技术。电动汽车的电机靠电力电子装置进行电力变换和驱动控制，其蓄电池的充电也离不开电力电子装置。一台高级汽车中需要许多控制电机，它们也要靠变频器和斩波器驱动并控制。飞机、船舶需要很多不同要求的电源，因此航空和航海都离不开电力电子技术。如果把电梯也算做交通运输，那么它也需要电力电子技术。以前的电梯大都采用直流调速系统，而近年来交流变频调速已成为主流。 3、电力系统

电力电子技术在电力系统中有着非常广泛的应用。据估计，发达国家在用户最终使用的电能中，有60%以上的电能至少经过一次以上电力电子变流装置的处理。电力系统在通向现代化的进程中，电力电子技术是关键技术之一。可以毫不夸张地说，如果离开电力电子技术，电力系统的现代化就是不可想象的。直流输电在长距离、大容量输电时有很大的优势，其送电端的整流阀和受电端的逆变阀都采用晶闸管变流装置。近年发展起来的柔性交流输电（FACTS）也是依靠电力电子装置才得以实现的。无功补偿和谐波抑制对电力系统有重要的意义。晶闸管控制电抗器（TCR）、晶闸管投切电容器（TSC）都是重要的无功补偿装置。近年来出现的静止无功发生器（SVG）、有源电力滤波器（APF）等新型电力电子装置具有更为优越的无功功率和谐波补偿的性能。在配电网系统，电力电子装置还可用于防止电网瞬时停电、瞬时电压跌落、闪变等，以进行电能质量控制，改善供电质量。

在变电所中，给操作系统提供可靠的交直流操作电源，给蓄电池充电等都需要电力电子装置。

4、电子装置用电源

各种电子装置一般都需要不同电压等级的直流电源供电。通信设备中的程控交换机所用的直流电源以前用晶闸管整流电源，现在已改为采用全控型器件的高频开关电源。大型计算机所需的工作电源、微型计算机内部的电源现在也都采用高频开关电源。在各种电子装置中，以前大量采用线性稳压电源供电，由于高频开关电源体积小、重量轻、效率高，现在已逐渐取代了线性电源。因为各种信息技术装置都需要电力电子装置提供电源，所以可以说信息电子技术离不开电力电子技术。

5、家用电器

照明在家用电器中占有十分突出的地位。由于电力电子照明电源体积小、发光效率高、可节省大量能源，通常被称为“节能灯”，它正在逐步取代传统的白炽灯和日光灯。变频空调器是家用电器中应用电力电子技术的典型例子。电视机、音响设备、家用计算机等电子设备的电源部分也都需要电力电子技术。此外，有些洗衣机、电冰箱、微波炉等电器也应用了电力电子技术。电力电子技术广泛用于家用电器使得它和我们的生活变得十分贴近。

电力电子技术篇（4）

二战结束后，单纯为了战争而制造的电力电子技术开始在社会工业领域应用，首先开始使用电力电子技术的行业是晶闸管，通过该技术晶闸管行业得到了全新的发展和使用。在此基础上可发出了可控硅整流装置，可控硅整流装置的问世，代表了电力系统传动技术的一次巨大的跨越。从此，电能的变换和控制正式步入了电力电子器件构成的变流器时代。

（2）该技术的发展

从上世纪五十年开始，电力电子技术在未来的发展中逐渐突破了传统，开始注重全新的技术研发和制造，在起初阶段第一代电力电子器件晶闸管为主要代表，该时期的产品具有体积小，耗能低的优势，完全颠覆了过去传统的整流器；在电路系统中，电力电子技术逐渐开始应用，而其改变了原有的电路性能，有效的降低了能耗，提高了电源的使用效率。随着技术的进步，第二代的新器件在七十年代末期被研发出来，该器件具有了全新的自控能力，在开启速度上也有了很大的提高。在二十世纪九十年代，电力电子技术进入了现代化发展阶段，技术器件的体积和结构方面，其结构更加合理，体积朝着更小的方向发展。后来，又在集成模块的基础上，把应用于控制电力技术中的多种电力器件相组合，构成了集成电路。功率集成电路的出现，标示着电力电子技术迈向了高频化和标准模块化以及集成化和智能化的新时代。当前世界电力电子技术的发展方向更趋于现代化，开始在保障质量和用途的前提下追求节能和环保的作用与功效。

2电力电子技术在电力系统中的应用

电力系统是一个整体，在这个系统中有多个环节，每个环节都需要电力电子技术作为保障

（1）在发电环节的应用

发电环节随着技术的进步也逐渐提高了其工作质量，最为主要的体现就是发电机组的励磁控制和变频调速上。在世界各国，许多大型的发电厂机组中都使用该技术进行发电控制和调节。电力电子技术的发展，使电子技术取代了励磁控制中的励磁机环节，使静止励磁实现了简单的控制构造和高性能低成本的运作。

（2）在输电线路中的应用

输电线路也都是利用电力电子技术进行设置和安装的，最为主要的体现就是应用主要体现在柔流电技术、高压直流电技术以及静止无功补偿器等。采用电力电子装置和控制技术对电力系统中的主要参数，如电压、电流、相位差、功率和阻抗等进行灵活控制，最大限度地提高现有输电线路的稳定性极限，增强系统的稳定性和安全性。第一种技术在二十世纪八十年代被研发出来，电力电子技术的使用使该技术极大的降低了损耗，而且使传输过程中的稳定性得到了显著提升；第二种技术的代表是晶闸管，是在电力电子技术的发展中研发创造的，该技术的使用降低了电厂输送电力过程中的成本；第三种技术具有高速的调控能力，在高压线路无功补偿方面的作用尤为突出。

（3）在配电过程中的应用体现

配电的大小强弱以及配电的区域等都需要通过技术进行调控，作为现代电力系统中的重要环节，也需要电力电子技术发挥作用。通过该技术能够做到加强对电压、电流的控制，使配电过程更加稳定，而且电力电子技术在配电过程中还发挥着解决随时问题的作用。

（4）电力电子技术在节能方面的应用

现代电力系统在配电和传输过程中也在进行节能方面技术的研究和探讨，电力电子技术能够在节能方面发挥重要作用。众所周知，电机的变频调速可以实现大量节约电能的效果。目前，超音频的研究和应用，为电力电子技术在节能方面的应用提供了更加广阔的空间。在目前国家的"绿色照明工程"中，电子节能灯就是利用了高频镇流器的内耗低来实现的。此外，还有用于清洗半导体芯片的超声波发生器比常规清洗器更节约电能；在特殊材料的熔炼方面，高频的加热设备比常规纯电阻加热设备节点30%～50%。

电力电子技术篇（5）

电力电子技术诞生近半个世纪以来，使电气工程、电子技术、自动化技术等领域发生了深刻的变化，同时也给人们的生活带来了巨大的影响。目前，电力电子技术仍以迅猛的速度发展着，新的电力电子器件层出不穷，新的技术不断涌现，其应用范围也不断扩展。不论在全世界还是在我国，电力电子慢慢的被人所熟知，下面我们就电力电子电路和其应用、结构等进行简单阐述。

1.电力电子电路

1.1 电子电路的概念

电子电路时利用电力电子器件对工业电能进行变换和控制的大功率电子电路。因为电路中无旋转元、部件，故又称静止式变流电路，以区别于传统的旋转式变流电路（由电动机和发电机组成的变流电路）。电力电子电路始见于20世纪30年代，包括由气体闸流管和汞弧整流管组成的低频变流电路和由高频电子管组成的变流电路。它们构成了第一代电力电子电路。60年代由晶闸管组成了第二代电路，泛称半导体电力电子电路（又称半导体变流电路）。80年代，由于可关断晶闸管（GTO）和双极型功率晶体管（GTR）等新型器件的实用化，又逐渐在不同领域中取代了普通晶闸管并形成第三代电路。由于它们具有控制极关断和工作频带较宽的优点，使电力电子电路具有更佳的技术和经济性能，获得了更为广泛的应用。

1.2 电力电子电路的特征

电力电子器件一般都工作在开关状态导通时（通态）阻抗很小，接近于短路，电压降接近于零，而电流由外电路决定阻断时（断态）阻抗很大，接近于断路，电流几乎为零，而管子两端电压由外电路决定电力电子器件的动态特性（也就是开关特性）和参数，也是电力电子器件特性很重要的方面，有些时候甚至上升为第一位的重要问题。作电路分析时，为简单起见往往用理想开关来代替

1.3 典型电力电子电路的系统结构

电力电子电路的系统包括以下三种：

（1）电力电子器件：如功率二极管、晶闸管、功率MOSFET、IGBT、MCT等，分为不控型、半控型、全控型三种类型。

（2）电力电子电路：包括整流（AC/DC变换）、逆变（DC/AC变换）、直流变换（DC/DC变换）、交流变换（AC/AC变换）四大基本类型的变换电路。

（3）电力电子电路的辅助电路：包括控制电路、驱动电路、缓冲电路、保护电路等几大类电路。

1.4 电力电子电路的分类

按实现电能变换时电路功能分类，可分为4种。

①整流电路（AC/DC变换电路）：具有整流功能的电路。凡将交流电能转换为直流电能的过程泛称为整流。

②逆变电路（DC/AC变换电路）：具有逆变功能的电路。凡将直流电能转换为交流电能的过程称为逆变。

③交流变换电路（AC/AC变换电路）：能将交流电能的大小和频率加以改变的电路。前者称交流调压电路；后者称变频电路。

④直流变换电路（DC/DC变换电路）：能将直流电能的大小和方向加以改变的电路。由于采用斩波控制方式，故又称直流斩波电路。

2.电力电子技术的应用

自20世纪80年代，柔流输电（FACTS）概念被提出后，电力电子技术在电力系统中的应用研究得到了极大的关注，多种设备相继出现。已有不少文献介绍和总结了相关设备的基本原理和应用现状。以下按照电力系统的发电、输电和配电以及节电环节，列举电力电子技术的应用研究和现状。

2.1 在输电环节中的应用

电力电子器件应用于高压输电系统被称为“硅片引起的第二次革命”，大幅度改善了电力网的稳定运行特性。配电系统迫切需要解决的问题是如何加强供电可靠性和提高电能质量。电能质量控制既要满足对电压、频率、谐波和不对称度的要求，还要抑制各种瞬态的波动和干扰。电力电子技术和现代控制技术在配电系统中的应用，即用户电力（Custom Power）技术或称DFACTS技术，是在FACTS各项成熟技术的基础上发展起来的电能质量控制新技术。可以将DFACTS设备理解为FACTS设备的缩小版，其原理、结构均相同，功能也相似。由于潜在需求巨大，市场介入相对容易，开发投入和生产成本相对较低，随着电力电子器件价格的不断降低，可以预期DFACTS设备产品将进入快速发展期。

2.2 在节能环节的运用

在电气设备中，变压器和交流异步电动机等都属于感性负载，这些设备在运行时不仅消耗有功功率，而且还消耗无功功率。因此，无功电源与有功电源一样，是保证电能质量不可缺少的部分。在电力系统中应保持无功平衡，否则，将会使系统电压降低，设备破坏，功率因数下降，严惩时会引起电压崩溃，系统解裂，造成大面积停电事故。所以，当电力网或电气设备无功容量不足时，应增装无功补偿设备，提高设备功率因数。

2.3 优化电能的使用

通过电力电子技术对电能的处理，使电能的使用达到合理、高效和节约，实现了电能使用最佳化。例如，在节电方面，针对风机水泵、电力牵引、轧机冶炼、轻工造纸、工业窑炉、感应加热、电焊、化工、电解等14个方面的调查，潜在节电总量相当于1990年全国发电量的16%，所以推广应用电力电子技术是节能的一项战略措施，一般节能效果可达10%-40%。

3.电力电子技术目前在我国存在的主要问题

虽然我国电力电子的开发研究已有50年历史，过去已经取得了长足的进步，但是与超大规模集成电路的发展一样，该领域科技发展速度太快，加之我国财力和原有基础薄弱等因素的限制，特别是当前面临国外高科技冲击等原因，我国电力电子有种被“边缘化”的趋势：即各行各业都迫切需要它，但是，各应用领域均没将其作为研究重点，国内解决不了的就依靠进口！

当前存在的主要问题是：目前我国生产的大多数电力电子产品和装置还主要基于晶闸管；虽然也能制造一些高技术的电力电子产品和装置，但是它们均是采用国外生产的电力电子器件和组件多以组装集成的方式制造的；特别是先进的全控型电力电子器件则全部依赖进口，而许多关系到国民经济命脉和国家安全的若干关键领域中的核心技术、软、硬件和关键设备，国外均是对我国进行控制和封锁的。特别是关系到国民经济命脉和国家安全的若干关键领域中的核心技术与国外先进水平的差距更大，迅速改变这一现状是我们面临的挑战和义不容辞的任务。

参考文献

电力电子技术篇（6）

以功率半导体器件、电路技术、计算机技术和现代控制技术为支撑依据的电力电子技术经过半个世纪的发展，目前在新能源开发、电能质量控制和民用产品等多个行业应用越来越广泛。直流输电是最成功地应用于电力系统的大功率电力电子技术。20世纪80年代之后，提出了柔流输电（FACTS）概念，于是电力电子技术在电力系统中的应用研究引起的很大的关注，许多介绍和总结相关设备的基本原理和应用现状层出不穷，相继又出现了多种设备。笔者按照电力系统的发电、输电和配电以及节电环节，列举电力电子技术的应用研究和现状。

1在发电环节中的应用

发电机组的多种设备在电力系统的发电环节都会被涉及到，如何改善这些设备的运行特性就需要电力电子技术参与应用。

1.1大型发电机的静止励磁控制

静止励磁结构简单、可靠性高以及造价相对较低，采用晶闸管整流自并励方式，在世界的各大电力系统被广泛采用。省去励磁机这个中间惯性环节，使其拥有了特有的快速性调节。这样使得控制规律的方法和更加先进，效果更加良好。

1.2水力、风力发电机的变速恒频励磁

水头压力和流量决定了水力发电的有效功率，抽水蓄能机组最佳转速变会随着水头的变化幅度而变化。风速的三次方与风力发电的有效功率成正比，随风速的变化，风车捕捉最大风能的转速也发生变化。所以机组变速运行，即调整转子励磁电流的频率，使其与转子转速叠加后保持定子频率即输出频率恒定，从而获得最大有效功率。变频电源是此项应用的技术核心。

1.3发电厂风机水泵的变频调速

发电厂的厂用电率平均8%，风机水泵耗电量约是火电设备总耗电量的65%，不仅耗量大且运行效率低，为了节能，在低压或高压变频器使用时可以使风机水泵变频调速，从而减少电量的消耗。目前来讲，低压变频器技术以达到一定的水平，国内外的生产厂家也比较多，只是系列产品还不够完整。但是高压大容量变频器设计和生产的企业还是比较少，需要院校和企业抓紧联合开发，以满足生产需求。

2在输电环节中的应用

被称为“硅片引起的第二次革命”就是电力电子器件应用于高压输电系统，这样使得电力网的稳定运行特性大幅度的改善。

2.1直流输电（HVDC）和轻型直流输电（HVDCLight）技术

流输电相对远距离输电、海底电缆输电及不同频率系统的联网，高压直流输电优势独特，因为其不仅输电容量大、稳定性好等优点而且控制调节非常灵活，从。1970年世界上第一项晶闸管换流器之后，世界上新建的直流输电工程均采用晶闸管换流阀，这也是电力电子技术正式应用于直流输电的里程碑。

2.2柔流输电（FACTS）技术

20世纪80年代后期，FACTS技术的概念问世，这是项基于电力电子技术与现代控制技术对交流输电系统的阻抗、电压及相位实施灵活快速调节的输电技术，可以灵活控制交流输电功率潮流，使得电力系统的稳定水平大大的提高。

20世纪90年代后，国外在研究开发的基础上开始将FACTS技术用于实际电力系统工程。其设备结构简单，控制方便，成本较低，所以应用较早。

2.3在配电环节中的应用

如何加强供电可靠性和提高电能质量是配电系统迫切需要解决的问题，电能质量控制既要抑制各种瞬态的波动和干扰，还要满足对电压、频率、谐波和不对称度的要求，在FACTS各项成熟技术的基础上发展起来的电能质量控制新技术就是用户电力（CustomPower）技术或称DFACTS技术，它是电力电子技术和现代控制技术在配电系统中的应用。其实FACTS设备的缩小版就是DFACTS设备，因为其原理、结构、功能是相似。由于市场较大的需求，所以使用会日益的广泛，再加上电力电子器件价格日益降低，可以预计DFACTS设备产品将迅速进入快速发展期。

3在节能环节的运用

3.1变负荷电动机调速运行

要想在节能环节有所成就，就必须从电动机本身和变负荷电动机的调速技术的应用两方面入手，只有二者结合起来，电动机的节能才能达到良好的效果。

目前，变负荷的风机、水泵采用交流调速在国外居多，在我国还需要进一步推广应用。风机、泵类等变负荷机械中采用调速控制代替挡风板或节流阀控制风流量和水流量收到良好的效果，其调速范围广，精度高，效率高，可以实现连续无级调速且在调速过程中转差损耗小，定子、转子的铜耗也不大，可以达到30%的节电率，缺点就是成本较高，产生高次谐波污染电网，即使这样，并不影响其在在冶金、矿山等部门及社会生活中应用推广。阀门控制和变频控制水泵流量如图1、图2所示。

3.2减少无功损耗，提高功率因数

电力电子技术篇（7）

【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1674-4810（2013）24-0078-01

电力电子技术是电类专科专业重要的专业基础课。该课程涉及的教学内容相对较多，课时相对本科较少，并且近年来内容更新速度较快。以长春工程学院发电专科为例，该课程共为48学时，其中实验6学时，如何在有限的学时内获得最好的教学效果，使学生在有限的课堂时间中较好地掌握课程内容，并最大限度地培养学生的工程实践能力和创新能力，增强学生的学习兴趣，是一个急需解决的问题。课程组成员根据多年对本课程的教学经验的总结，从其特殊地位、大纲、教学内容、教学方法与手段、考核等方面对该课程的教学改革进行了探索，并与电类本科专业的教学进行了比较。

一 电力电子技术课程在专科专业中的特殊地位

电类专科专业是长春工程学院多年来具有重要地位的老牌专业，学生毕业后基本都从事和电力相关的工作，电力电子技术就成为该专业的重要专业基础课程。通过本课程的教学，使学生获得电力电子技术必要的基本知识、基础理论、基本方法以及基本技能的培养和训练，为学习专业课程以及从事与电类专业有关的技术工作奠定必要的基础。与电类本科专业相比较，虽然学时较少，但有着同等重要的地位。

二 修改教学大纲，编写有针对性的教材

课题组成员经过反复研究和讨论，根据专业特点的不同，电力电子技术课程安排在发电专业第四学期，这之前已经学习了电子技术等先修基础课程，有助于对本课程的理解和接受。但与本科教学不同，需要根据专科的实际情况，有针对性地修改教学大纲，章节内容和学时分配进行了大的调整。如总学时由56改为48，实验学时由10改为6。各章的教学重点和难点也做相应调整，尤其是最后的考核方法，希望更能体现专科教学的特点，适合应用型人才培养的目标。课题组成员根据电类专科学习电力电子技术的特殊要求，编写授课教材，特别指明专科和本科学习的不同。另外，课题组成员定期集体备课，查找问题，相互学习和促进，积极申请电力电子技术教研和教改课题。

三 调整教学内容

由于电类专科的学时比本科要少8～10学时，而教学内容较多，在教师授课过程中更需要突出重点，使学生做到触类旁通。如第二章“电力电子器件”中的二极管、晶体管、场效应管等内容电子技术中都已详细介绍，所以本课程中简略带过。而对应用较为广泛的晶闸管和IGBT，则作为重点内容，尤其是它们的原理和参数。从教材整体教学来看，整流电路、逆变电路、直流—交流变换电路以及交流—直流变换电路是教学的重点，占用大部分学时，而PWM控制技术需要一定的理论基础，专科学生很难接受，只介绍基本概念。

四 改进教学方法和手段

由于该专业学生的选修课程电路理论基础较为薄弱，并且没有接触过电机学，所以对课程内容的接受有难度。根据这一特点，课题组成员经过反复研讨，认为在授课过程中适当占用一定的学时来回忆复习基尔霍夫定律、直流电机工作原理等知识，让学生更容易接受本课程内容。

根据波形直观地分析电力电子器件和电路原理是电力电子技术课程教学过程中的鲜明特点，从而确定电路中能量的变换和传递。所以“黑板+粉笔”的授课方式一直被教师应用，但该方法的缺点是花费时间较多。而多媒体教学的优点是可以形象地表达一些语言难以描述清楚的问题，所以我们采用多媒体和板书有效结合的方式，对单相桥和三相桥等比较重要的电路采用板书手工绘图，尤其是这两种电路的阻感负载情况。而对于单相半波和三相半波等电路则直接通过PPT给出。并且无论采用什么方法，我们都专门制作了Flas进行演示，这样可以更有效地让学生理解电路工作原理，提高学生的感性认识，激发学生学习的兴趣。

五 电力电子技术课程的考核方式

在期末考核方式上，我们也进行了相应改进。为了督促学生充分利用课堂时间，我们增加了平时成绩在最后考核中的比重。本科专业的平时成绩占总成绩的30%，而电类专科本课程最终考核包含以下几部分内容：期末试卷卷面成绩60%、实验成绩10%、平时考核（考勤、课堂提问和作业等）30%。通过这种考核可以使教师能及时了解学生学习状态，并且根据反馈信息及时调整教学；学生也能在学习过程中及时发现存在的问题，改进学习方法。这样能改变课程结束时“一考定成绩”的做法，防止考前突击的行为。学生反映良好，教学效果较好。

六 结论

随着科学技术和各学科教育的发展，电力电子技术在高等学校电类专科专业中发挥着越来越重要的作用，同时又与本科专业的教学有着很大的不同。所以要求教师能跟上时代步伐，因材施教，不断改进教学方法，并学习其他专业和院校的经验，为社会培养出优秀的应用型专科人才。

电力电子技术篇（8）

1电力电子技术发展及特点分析

电力电子技术是把电子技术应用于电力系统中，保证电力系统的稳定运行，提高电力系统供电质量。随着科技水平的不断提高，许多新的材料被应用与电力系统中，为电力系统中电力电子技术的应用提供了支持，电力电子技术的在电力系统中的应用，实现对电力的有效控制，用户可以更方便的使用电能。在现代化电力系统中电力电子技术的应用时必不可少的，电力电子技术包括材料期间的制造技术和电子电路的变流技术。电力电子技术的发展经历了第一代半控型电力电子技术，第二代全控型电力电子技术和第三代复合型电力电子技术，目前电力电子技术的主要发展方向是小功率的集成电路，小功率的集成电路技术把驱动、控制和功率器件技术综合在一起，最大的优点是降低功率。电力电子技术中整流电路的应用比较广泛，并在电力电子技术的应用中占有重要的地位。随着自关断器件的应用，高频化成为电力电子技术的发展方向，电力电子的控制技术在新阶段的应用还包括无功率功率控制和神经元控制等方面，目前在电力电子控制技术中传统的模拟控制已经不能满足电力电子技术发展的需要，取而代之的是微处理器的数字控制技术。

2电力电子技术在电力系统中的应用研究

2.1电力电子技术中有源滤波器在电力系统中的应用研究

有源滤波器电力电子装置是基于动态抑制谐波的电力电子设备，以谐波的大小变化为依据进行无功补偿，有源电力滤波器通过电源装备来提供运行的动力，对传统的滤波器进行了功能的补充，提高了电力控制的效率，从根本上实现了电力系统的动态补偿。有源电力滤波器通过电源来提供动力，对电力系统谐波进行补偿，取代了传统的固定补偿的方式，实现了真正的动态补偿。有源电力滤波器通过保证电力系统谐波的稳定性，进而保证了电力系统运作的稳定，电力电子技术的有源电力滤波器在电力系统的无功补偿方面得到了广泛的应用。有源电力滤波器系统构成原理图如图1所示。

2.2电力电子技术中高压直流输电技术在电力系统中的应用研究

电力电子技术中的高压直流输电技术是通过换流器对发电厂的交流电进行整流变为直流电，直流电通过输电线路发送到受电端，然后在受电端把直流电变为交流电发送给用户进行使用。高压直流输电技术的应用可以提高电能的传输功率，对电能的控制性强，降低整个电网线路的线路架设成本，高压直流输电技术的应用可以有效的解决高电压大容量和长距离传输的问题。高压直流输电技术对额定频率不同的电网可以实现互联，保证了交流输电的稳定性，在海底和地下电网的输电中可以提供重要的技术支持。高压直流输电工程中的双级HVDC系统如图2所示。换流器的基本组成单元是换流阀，换流器负责完成交流电到直流电的转换和直流电到交流电的转换，由阀桥和整流变化器构成。滤波器的作用是过滤掉换流器中的谐波，平波电抗器降低直流线路中的谐波电压，对直流线路在短路期间产生的峰值电流可以进行有效的限制，保证负荷电流的连续性。

3总结

电力电子技术在电网中的应用可以保证电力系统的稳定运行，提高了电力系统的运行效率。随着智能电网的发展，电力电子技术在电力系统中的应用越来越重要。电力电子技术在电力系统中的应用研究为电力系统的发展和智能电网的建设提供了理论和应用价值。

参考文献：

[1]张文亮,汤广福,查鲲鹏,贺之渊.先进电力电子技术在智能电网中的应用[J].中国电机工程学报,2010(04).

电力电子技术篇（9）

1．1电力电子技术的产生

电力电子技术最早产生于20世纪50年代，以晶闸管问世为标准。电力电子技术是现代电力系统的传动技术，其利用晶闸管发展为可控硅整流装置，也意味着电力系统传动技术发展到新的阶段。以可控硅整流装置为标志，电能转换进入电力电子器件构成的变流器时代。因此可以总结出，可控硅整流装置是电力电子技术产生的重要标志。

1．2电力电子器件的发展

电力系统在电力电子技术产生后获得了迅速发展，第一代的电力电子器件以电力二极管和晶闸管为代表。晶闸管和电力二极管具有体积小、耗能低的特征，取代了传统的汞弧整流器，大大推动了电力电子技术的发展。电力二极管在改善电路性能方面有着明显的作用，能够有效电路损耗和提高电源使用率。电力二极管经过几十年的发展，种类各异，功能齐全，第二代电子电力器件同时还具有自动关断的能力。与第一代电子电力器件相比，第二代电子电力器件在开关速度方面有着明显的提升，能够用于开关频率较高的电路中。

1．3第三代电力电子器件的产生

20世纪90年代是电力电子技术快速发展的时期，其结构和体积都得到了进一步改良，具有体积小、结构紧凑的特点，同时还出现了多种电力器件结合的电子模块形式，为电力器件的广泛使用奠定了基础。第三代电力电子器件在集成模块基础上，将多种电力器件相结合，组合为集成电路。以功率集成电路出现为标志，电力电子技术向高频化、标准模块化、智能化方向发展。通过以上分析可以总结出，电力电子技术大约经历了三个发展阶段，目前电力电子技术正向以高频技术处理问题为主的现代电力电子技术方向发展。随着可持续发展战略的提出，电力电子技术必然会在实现高频技术的基础上，向节能、环保方面改进，促进电力系统在更为科学合理的道路上发展。

2电力电子技术在电力系统中应用分析

通过以上分析可以看出，电力电子技术是电工技术中的新技术，是电技术与弱电技术的结合，推动着国民经济的发展，影响着输电系统的变革。本文主要从发电、输电、配电、节能等方面分析电力电子技术的应用。

2．1电力电子技术在发电系统中的应用

电力电子技术在发电环节中能够改善发电机等设备的运行，进而调节运行系统功率，比如大型发电机中的静止励磁控制就运用了晶闸管，从而简化静止励磁的结构，提高其可靠性，并且价格更为低廉。在水力、风力发电机方面，电力电子技术能够依靠变频电源调整励磁电流频率，进而调整水力、风力发电功率，确保其控制在稳定的范围内，降低风速不同所引起的频差。风机水泵耗电量比较大，效率也比较低，电力电子技术运用于风机水泵中能够较好解决运行效率问题，但是目前生产高压大容量变频器的企业有限。太阳能发电控制系统运用电力电子技术表现在使用最大功率跟踪功能的逆变器，能够有效跟踪功率变换，及时调整频率，降低能耗，保持节能的作用。

2．2电力电子技术在输电系统中的应用

电力电子技术运用于输电系统中表现为柔流输电技术，能够将电力电子技术与现代控制技术相融合，对参数、相位角、功率等进行持续调节的控制技术，能够大幅度降低输电过程中产生的能量，能够大幅度提升输电的稳定性。高压直流输电技术是目前电能输送最引人关注的部分，这一技术能够解决诸多问题，特别是长距离输送电能降低能量耗损，稳定性强，没有电抗压降，整体压降小，所以整体来看，这一线路投资少，具有很强的稳定性。根据物理原理，直流输电线路两端接入大功率晶闸管、有源逆变器等，组成复合结构变换器，并由多个晶闸管串联组成，从而实现电力电子技术在输电系统中的应用。

2．3电力电子技术在配电过程中的应用

电力电子技术运用于配电过程主要表现为满足配电频率、电压、谐波上相应的条件，从而保证配电系统能够送出高质量的电力。另外，由于配电过程中需要阻止电能的不稳定被动和影响现象，这样就要求电力电子技术给予支持。电力电子技术是配电环节的质量控制部分，以用户电力技术和FACTS技术为实现形式，前者能够解决配电系统即将发生的问题，比如配电系统过程中的稳定性和安全性，保障配电输电过程中的电能质量等。后者在配电线路中通过增设电力电子装置，从而加强电流、电压和功率的可控性，满足电力传输的要求。FACTS技术也是配电系统对电能的输送能力和有效控制力，是电力电子技术在配电系统中的新型研发技术，并且随着电子技术的不断发展，FACTS技术正处于和用户电力技术同步并合用的趋势，比如定制电力(DFACTS)技术就是其中非常有代表性的技术。

2．4电力电子技术在电力系统节能方面的应用

电力电子技术在电力系统节能方面的运用主要表现在变负荷电动机调速运行和提高电能使用率两个方面。首先从变负荷电动机调速运行角度来分析，由于电厂生产和配送电过程中会产生大量电能浪费，比如上文提到的发电能源处于变化过程中，发电机组配合度比较低，无功功率的浪费现象层出不穷，这样就需要及时调整和控制变负荷电动机的运转速度，实现电能较高效率的生产和配用。目前西方发达国家已经熟练掌握该项技术，但是我国还处于探索阶段，因此需要加强科研投入，在意识和行动上对变负荷电动机的应用及时足够的重视。另外一方面，变负荷电动机也存在一定的缺陷，比如其成本比较高，运行过程中对电网产生的影响比较大，只适合在大型电厂中使用，导致其很难普及，因此需要从提高电能使用率角度给予补充，达到电力节能的目标。其次从提高电能使用率角度来分析，我国电力系统现用的电力设备在配送电过程中会产生大量的电能，其成本比较高，对电能质量影响也比较大，因此需要利用电力电子技术来增设可控设备，对配送电过程中的电能进行实时调控，确保电能高质量和高稳定性。

作者:骆小明 单位:广州广电计量检测股份有限公司

参考文献:

电力电子技术篇（10）

在我国发电厂中，发电多是静止励磁系统。使用过程中，励磁机繁重且耗能巨大，电力电子技术的发展便可大大缓解这个问题，可以代替励磁机中的励磁环节，使发电过程变得更便捷且耗能少，易操作，方便控制。同时，电力电子技术在变频控制上同样起到很大作用。发电厂中发出的电能频率多为波动的，而民用的交流电频率要在220V为峰值进行使用，传统的变压方式多为变电站的中转，而电力电子技术可以简化这个环节，使电流更适合民用电的使用。电力电子技术在发电过程中的优势对一些新能源发电同样适用，如广泛使用的风力发电、水利发电等，都离不开电力电子技术来正常运行。

1.2电力电子技术在电力传输过程中的应用

电力电子技术在传输线路上的应用有很多，其中主要以柔流电技术、高压直流电技术以及静止无功补偿器技术上，以线路传输过程中的高压直流电技术为例，说明在电力传输过程中电力电子技术的重要作用。在没有这种技术的时候，对于高压直流电的传送，在传送过程中需加有若干变压器来完成，这不仅增加了传送电过程中的成本，还使工作的程序变得复杂，而电力电子技术的广泛使用，尤其是晶管换流阀在高压直流电传送过程中的使用，使电压变得可以自动化控制，节约成本，减少了传送过程中的工序，而且准确性、安全性和可控性都比传统的传送方法高得多。

1.3电力电子技术在电力使用过程中的应用

电力电子技术不仅能在电力产生、传送过程中有广泛的应用，还能保证在使用过程中带给使用者的便捷。回想我们家中的电力配备，保证安全的是一个全自动的电表，其实在这其中便应用到电力电子技术，它可以增强对电流、电压的可控性，自动感应到电力的强度，进行调控，保证了家庭用电的安全性。同时，在一些大型工厂、单位等，用电量较大，对电力的稳定性要求很高，配有电力电子技术可以使在配电过程中，电流变得更加稳定，避免各种不稳定的波动带来的不良影响。

2电力电子技术对于电力系统的其他应用

2.1节约能源

通过电力电子技术的应用，可以对电能进行综合处理，使电能能够最大限度的发挥出来，并且能够应用得更加合理、高效，真正做到节约能源。例如，在一些造纸厂、冶炼厂等，可以根据工厂的性质和对电能的具体需求，利用电力电子技术，能够将电能自动化的进行合理的分配，使耗电量大、功率大的场所能够达到要求，而对于一些对电量要求不大的地方可以适当的进行节省。据调查显示，2000年的大型工厂的节电量相当于1990年发电的15%，截止到今年，全国又将14个项目列入节电推广项目中，可见，电力电子技术在资源的节约中起到了很大的作用。