電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì)

李娜

摘 要電力電子技術(shù)通過(guò)弱電控制和強(qiáng)大的電力一體化，不僅滲透到現(xiàn)代電力系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，而且還有著巨大的生命力。電力電子技術(shù)應(yīng)用和發(fā)展的重點(diǎn)領(lǐng)域包括可再生能源、可再生電力、電網(wǎng)技術(shù)和節(jié)能領(lǐng)域。在未來(lái)的30年里，新的想法，新的電力電子技術(shù)、新材料、新產(chǎn)品和新應(yīng)用將是創(chuàng)新和發(fā)展的重大突破。

【關(guān)鍵詞】電力電子技術(shù) 電力系統(tǒng)

目前，高效發(fā)電的控制包括：電流，電壓，頻率和波形的控制。已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電力、電氣自動(dòng)化等生產(chǎn)部門(mén)。目前，電力電子技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于家用電器、醫(yī)療、航海航空等許多領(lǐng)域。據(jù)中國(guó)科學(xué)院推測(cè)，電力電子技術(shù)的發(fā)展，會(huì)使發(fā)電技術(shù)、新核電和核廢料技術(shù)占有重要地位。

1 電力電子技術(shù)發(fā)展史

1.1 整流器時(shí)代

大功率工業(yè)用電由商用交流發(fā)電機(jī)提供，20%左右的電用于直流電，最顯著的是電解、機(jī)車牽引、電力機(jī)車內(nèi)燃機(jī)車、地鐵機(jī)車、城市無(wú)軌電車等直流電機(jī)組的滾動(dòng)、造紙等領(lǐng)域。大功率硅整流器有效地將交流轉(zhuǎn)換為直流，在二十世紀(jì)六七十年代，大功率硅整流器和晶閘管的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用取得了很大的進(jìn)展。當(dāng)時(shí)，中國(guó)已經(jīng)引發(fā)了一波大型硅整流器浪潮，目前小型和大型硅整流器半導(dǎo)體制造商是當(dāng)時(shí)的產(chǎn)物。

1.2 逆變器時(shí)代

70年代來(lái)一直存在全球性的能源危機(jī)。由于節(jié)能效果顯著、快速，控制了交流電機(jī)的快速發(fā)展。變頻調(diào)速的關(guān)鍵技術(shù)是改變0，100Hz交流電中的直流電。 在20世紀(jì)70年代和80年代，隨著逆變器控制裝置的普及，大功率變頻器中的晶閘管、巨功率晶體管和晶閘管成為電力電子的主角。此時(shí)電力電子技術(shù)已能夠?qū)崿F(xiàn)整流和逆變，但工作頻率最低，限于低頻段。

1.3 變頻器時(shí)代

20世紀(jì)80年代，大規(guī)模集成電路技術(shù)的快速發(fā)展為現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。 集成電路技術(shù)，精密加工技術(shù)和高壓高壓技術(shù)，出現(xiàn)了一系列全控的新型功率器件，首先是功率的到來(lái)，至中小功率的功率為高頻開(kāi)發(fā)和絕緣雙極型晶體管的出現(xiàn)，也為大中型電源的供應(yīng)提供了高頻的發(fā)展機(jī)會(huì)。新器件的研制不僅提供了高頻交流電機(jī)的調(diào)速，使其性能更加完整可靠，而且對(duì)于現(xiàn)代高頻電子技術(shù)的發(fā)展、節(jié)約高效節(jié)能材料以及實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化和智能化等方面提供了重要的技術(shù)基礎(chǔ)和方法，開(kāi)辟了電氣的新時(shí)代。

2 制約電力發(fā)展的因素

電力的發(fā)展還有一些明顯的局限性。首先，消費(fèi)水平還比較低，人均年消費(fèi)量?jī)H為世界經(jīng)濟(jì)平均水平的1/6，社會(huì)發(fā)展仍然對(duì)電力的需求高，二是資源匱乏，能源效率低下，能源結(jié)構(gòu)不合理，客觀條件差等。電力結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)尚未達(dá)到最佳。要實(shí)現(xiàn)科學(xué)發(fā)展的力量，必須在更大范圍的資源配置環(huán)境中加以調(diào)整，才能建立統(tǒng)一的國(guó)家能源體系。根據(jù)國(guó)家政策，中國(guó)能源發(fā)展的目標(biāo)和條件必須遵循“大同”的原則。大型電站高壓、自動(dòng)化、信息技術(shù)、水電、火電、核能、新能源等的整體發(fā)展，西派、南北互供、國(guó)家電網(wǎng)、中建設(shè)特高壓電網(wǎng)的電力系統(tǒng)管理，同步網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，是推進(jìn)科技進(jìn)步的重要戰(zhàn)略途徑，特別是加快能源技術(shù)進(jìn)步和電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)的電氣特性相結(jié)合，創(chuàng)新和快速變革。資源枯竭、環(huán)境退化、能源的開(kāi)發(fā)，保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展已成為21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要全球戰(zhàn)略。電是最清潔、最便捷、最優(yōu)質(zhì)的、最大限度地提高電能，促進(jìn)了生態(tài)文明的建設(shè)。電力電子技術(shù)的誕生和發(fā)展，為電力的使用帶來(lái)了革命性的變化，極大地改變了人們對(duì)電力的傳統(tǒng)觀念。能源質(zhì)量引起了高度的關(guān)注，電力電子設(shè)備的改造和調(diào)控也成為衡量水平的重要指標(biāo)。有統(tǒng)計(jì)顯示，這個(gè)指標(biāo)已經(jīng)超過(guò)了全球的40%，未來(lái)幾年可能會(huì)超過(guò)80%。

3 電力電子技術(shù)的應(yīng)用

3.1 電力電子技術(shù)在一般工業(yè)中的應(yīng)用

在一般工業(yè)應(yīng)用中，需要應(yīng)用大量的各種交、直流電動(dòng)機(jī)。近年來(lái)，電力電器由于調(diào)速性能，電力電子變換技術(shù)的快速發(fā)展，交流電機(jī)也趕上了直流電機(jī)交流調(diào)速，技術(shù)中的應(yīng)用并占據(jù)主導(dǎo)地位。大型鋼鐵加工設(shè)備要大到幾千個(gè)小千瓦到幾百瓦的數(shù)控機(jī)床。為了達(dá)到節(jié)能的目的，對(duì)一些性能要求較高的大型風(fēng)機(jī)，近年來(lái)也采用了變頻裝置。軟啟動(dòng)裝置也是電力電子裝置。

3.2 電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)的應(yīng)用

電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。 發(fā)達(dá)國(guó)家在用戶終端上使用功率處理，至少60%以上的功率至少由一個(gè)功率電子設(shè)備處理一次。電力系統(tǒng)的現(xiàn)代化是非常不可預(yù)測(cè)的。 電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用主要包括以下幾個(gè)方面：

高壓直流輸電在遠(yuǎn)距離大容量輸電中具有很大的優(yōu)勢(shì)。整流閥和接收端的逆變端均采用晶閘管變換器。近年來(lái)，靈活交流輸電的發(fā)展也由電力電子器件所實(shí)現(xiàn)的。

近年來(lái)，靜止無(wú)功發(fā)生器，SVG，有源電力濾波器，有源電力濾波器和其他新的電力電子器件具有更高的性能。在配電系統(tǒng)中的電力電子器件也可用于防止電力中斷，電壓驟降，電能質(zhì)量提高，以改善供電質(zhì)量。在可再生能源領(lǐng)域，電力電子技術(shù)作為可再生能源領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，直接關(guān)系到可再生能源技術(shù)的發(fā)展。它在太陽(yáng)能光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中，燃料電池發(fā)電和能源結(jié)構(gòu)的作用越來(lái)越大。特別是變頻器和網(wǎng)控制技術(shù)、太陽(yáng)能充電控制器、變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、燃料電池和電力電子技術(shù)的諧波，技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。

3.3 電力電子技術(shù)在交通運(yùn)輸業(yè)中的應(yīng)用

電力電子技術(shù)被廣泛應(yīng)用于直流軌道機(jī)車的機(jī)車建設(shè)。整流器交流機(jī)車使用的變頻調(diào)速裝置。軌道車輛中的直流斬波器也具有廣泛的應(yīng)用。在磁懸浮列車中，電力電子技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù)。除牽引電機(jī)的各種牽引力外，電力不能從電力電子中分離出來(lái)。

電機(jī)功率的轉(zhuǎn)換和通過(guò)電力電子裝置變速器的控制，這也需要電力電子裝置給電池充電。電動(dòng)汽車作為一種清潔、高效、可持續(xù)的交通工具，不僅提高了空氣質(zhì)量，對(duì)環(huán)境保護(hù)具有重要意義，也為日益嚴(yán)峻的石油危機(jī)提供了解決方案。電力電子技術(shù)的新應(yīng)用，具有很高的實(shí)用價(jià)值。

4 結(jié)語(yǔ)

電力電子技術(shù)也廣泛應(yīng)用于電力、家電、水電、風(fēng)力發(fā)電、核反應(yīng)堆等領(lǐng)域。綜上所述，電力電子技術(shù)被廣泛應(yīng)用于社會(huì)的進(jìn)步和人民生活的改善，提供了良好的“動(dòng)力”。隨著科技的探索，在對(duì)科學(xué)技術(shù)的研究和應(yīng)用電力電子技術(shù)的發(fā)展方面，將更廣泛地促進(jìn)人類的進(jìn)步和人類生活質(zhì)量的提高。

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作者單位

內(nèi)蒙古電力集團(tuán)（有限）責(zé)任公司巴彥淖爾電業(yè)局信息通信處 內(nèi)蒙古自治區(qū)巴彥淖爾市 015000