現(xiàn)代電力電子技術(shù)的應(yīng)用及其發(fā)展相關(guān)研究

毛蘊(yùn)娟

（山西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電力工程系，山西 太原 030021）

電力電子技術(shù)在社會(huì)各領(lǐng)域的生產(chǎn)與發(fā)展中發(fā)揮著重要作用，尤其是眼下我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，電力電子技術(shù)的作用日益顯現(xiàn)，在生產(chǎn)與建設(shè)的很多方面都需要電力電子技術(shù)的支持。對(duì)此有必要展開(kāi)深入研究，結(jié)合當(dāng)前社會(huì)發(fā)展的實(shí)際情況深入探討電力電子技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，這樣才能更好地發(fā)揮出電力電子技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值與意義，從而促進(jìn)社會(huì)各領(lǐng)域生產(chǎn)與建設(shè)的快速發(fā)展。

1 電力電子技術(shù)的概述

電力電子技術(shù)具有一定的科學(xué)性和實(shí)用性，無(wú)論是對(duì)于科技發(fā)展還是經(jīng)濟(jì)建設(shè)來(lái)說(shuō)，都有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。近年來(lái)，我國(guó)電力領(lǐng)域發(fā)展迅速，并對(duì)電力電子技術(shù)展開(kāi)了深入研究，讓電力運(yùn)營(yíng)和生產(chǎn)更加高效化和質(zhì)量化。電力電子技術(shù)是誕生于電子技術(shù)基礎(chǔ)上的，指的是一種利用電子器件組成相關(guān)電路的技術(shù)和學(xué)科，該技術(shù)涉及到了電力、電子、控制三方面的內(nèi)容，是現(xiàn)代科技發(fā)展的基礎(chǔ)。在當(dāng)前社會(huì)中，存在著各種各樣的電子器件，從不可控功率二極管到半控型的晶閘管，大功率晶體管，再到絕緣柵雙極型晶體管等，給人們的生活與社會(huì)的生產(chǎn)帶來(lái)了很大的便利，不僅可以保證通訊安全，同時(shí)也能促進(jìn)國(guó)防建設(shè)，對(duì)能源保護(hù)和國(guó)計(jì)民生等都有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。其發(fā)展前景一片大好，逐漸發(fā)展成為了電氣工程中不容忽視的重要環(huán)節(jié)。

2 電力電子技術(shù)的發(fā)展

2.1 向變頻器時(shí)代發(fā)展

變頻器主要采用了微電子技術(shù)與變頻技術(shù)，通過(guò)對(duì)電機(jī)中的電源頻率進(jìn)行調(diào)整和改變，以此來(lái)控制交流電動(dòng)機(jī)中的電力設(shè)備。最近幾年，集成電路技術(shù)的應(yīng)用在很大程度上促進(jìn)了電力電子技術(shù)的發(fā)展。1980年至1989年，絕緣柵雙極晶體管誕生，第三代場(chǎng)控半導(dǎo)體器件隨之問(wèn)世，在后續(xù)的一段時(shí)間里，靜電感應(yīng)晶體管、靜電感應(yīng)晶閘管、MOS控制晶閘管等器件也隨之誕生，在這種環(huán)境下，大規(guī)模的集成電路得到了廣泛應(yīng)用，使全控半導(dǎo)體迅速占領(lǐng)了大部分電力市場(chǎng)，這也讓電力電子技術(shù)迎來(lái)了發(fā)展的高峰。在隨后的幾年里，先后誕生了各種全控型半導(dǎo)體器件，使得復(fù)合導(dǎo)電機(jī)構(gòu)的應(yīng)用變得越加成熟，在這種環(huán)境下電力電子技術(shù)水平也得到了明顯的提高。上個(gè)世紀(jì)八十年代末，第四代電力電子器件問(wèn)世，集成電路逐漸被人們認(rèn)知，且得到了廣泛的應(yīng)用。相較于第一、二代的電子器件來(lái)說(shuō)，第四代的電子器件具有良好的耐壓性，且電流容量也增加了很多，同時(shí)添加了相應(yīng)的過(guò)壓過(guò)流監(jiān)測(cè)裝置。

變頻指的是利用半導(dǎo)體器件改變供電頻率來(lái)降低功耗，在調(diào)節(jié)負(fù)載的基礎(chǔ)上提高用電效率，并延長(zhǎng)電力設(shè)備的使用壽命，不同的場(chǎng)合和環(huán)境應(yīng)該使用不同的變頻電路。如今，變頻電路的應(yīng)用變得更加廣泛，如變頻空調(diào)、變頻冰箱，各式各樣的變頻器逐漸出現(xiàn)在了人們的生活中，足以體現(xiàn)了變頻技術(shù)應(yīng)用的廣泛性，變頻技術(shù)不僅提高了科技發(fā)展水平，也保證了人們的生活質(zhì)量，將是電力電子技術(shù)未來(lái)發(fā)展的主要方向。

2.2 向逆變器時(shí)代發(fā)展

逆變器由控制邏輯和逆變電路兩部分構(gòu)成，主要的作用是將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姟?0世紀(jì)80年代末，晶閘管在變頻調(diào)速裝置技術(shù)的應(yīng)用中發(fā)揮著重要作用，隨著科技的不斷發(fā)展，電力電子技術(shù)也隨之完成了整流與逆變的互逆過(guò)程。目前，經(jīng)常用到的高壓直流800 kV供電網(wǎng)絡(luò)便是逆變器的典型應(yīng)用，但是由于工作頻率的影響，還依然停留在低頻范圍之內(nèi)，但是隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，逆變器時(shí)代的到來(lái)是必然的發(fā)展趨勢(shì)。

2.3 向整流器時(shí)代發(fā)展

整流器屬于一種整流裝置，主要作用是將交流電轉(zhuǎn)化為直流電，經(jīng)常應(yīng)用的典型領(lǐng)域有電解、牽引以及直流傳動(dòng)。在工業(yè)生產(chǎn)中，工頻交流發(fā)電機(jī)可以為其提供巨大的動(dòng)力，為我國(guó)重工業(yè)生產(chǎn)與發(fā)展提供支持。電鍍、電力牽引和直流電氣傳動(dòng)這3大領(lǐng)域的生產(chǎn)與發(fā)展需要直流電的支持，在這種情況下，越來(lái)越多的人們開(kāi)始重視將交流電能轉(zhuǎn)換成直流電能的方法。1958年，世界上第一個(gè)晶閘管正式問(wèn)世，由美國(guó)通用電氣公司研發(fā)，自此整流器時(shí)代到來(lái)。上個(gè)世紀(jì)40年代，大功率二極管一度發(fā)展成為了應(yīng)用最為廣泛的電子器件，如今最常見(jiàn)的就是整流二極管、肖特基二極管。此外，晶閘管的出現(xiàn)與發(fā)展也讓電力電子技術(shù)走向了新的起點(diǎn)，目前比較常見(jiàn)的主要有逆導(dǎo)晶閘管、雙向晶閘管、光控晶閘管等。

從交流到直流的電力變換過(guò)程即可稱之為“整流”，主要可以分為可控整流和不可控整流兩種形式，前者的主要控制元件為晶閘管。在運(yùn)行的過(guò)程中人們可以通過(guò)分析整流電路的電壓電流來(lái)判斷功率半導(dǎo)體器件的通斷狀態(tài)是單相還是多相，是半波還是橋式，同時(shí)明確負(fù)載的性質(zhì)是電阻性負(fù)載還是電感性負(fù)載。以此不斷的推動(dòng)整流器時(shí)代的到來(lái)。

3 電力電子技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

3.1 電力電子技術(shù)在汽車安全系統(tǒng)中的應(yīng)用

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對(duì)于汽車的需求越來(lái)越大，因此很多汽車企業(yè)都投入了大量的精力和財(cái)力去研發(fā)安全系統(tǒng)。汽車安全不僅關(guān)系到車內(nèi)成員的生命安全，同時(shí)也關(guān)系到車外以及行人的安全，一旦車輛發(fā)生碰撞事故就會(huì)造成大的損失。隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，很多汽車企業(yè)都開(kāi)始廣泛的應(yīng)用這一技術(shù)。通過(guò)對(duì)大量汽車交通事故發(fā)生的原因進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，交通事故發(fā)生的主要原因有以下兩方面。一方面是人為因素造成的；另一方面則是自然因素造成的。如果將電力電子技術(shù)應(yīng)用在汽車制造當(dāng)中，就可以在最大程度上避免和防止交通事故的發(fā)生。

例如，現(xiàn)今多數(shù)汽車企業(yè)都在自己的車上安裝了ABS系統(tǒng)，這一系統(tǒng)主要應(yīng)用的就是電力電子技術(shù)，可以有效防止輪胎出現(xiàn)抱死情況，以此使剎車達(dá)到最好的效果，ABS系統(tǒng)也可以防止汽車在進(jìn)行剎車的過(guò)程中出現(xiàn)車輪瞬間靜止的現(xiàn)象，有效提升了車輛行駛的安全性。另外，電力電子技術(shù)也能應(yīng)用在汽車的驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)當(dāng)中，以此確保汽車的安全可靠。通過(guò)以上內(nèi)容可以看出，將電力電子技術(shù)應(yīng)用在汽車制造當(dāng)中，有著十分重要的意義，因此，相關(guān)企業(yè)和單位必須要應(yīng)用電力電子技術(shù)，只有這樣才能在最大限度上保障人民生命財(cái)產(chǎn)的安全。

3.2 電力電子技術(shù)在農(nóng)業(yè)電氣化中的應(yīng)用

電力電子技術(shù)可以為農(nóng)業(yè)電氣化提供充足的電能供應(yīng)。

首先，隨著電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，不僅可以推動(dòng)各行業(yè)的發(fā)展，同時(shí)還可以在一定程度上推動(dòng)電能產(chǎn)量的提升，以往我國(guó)農(nóng)業(yè)產(chǎn)區(qū)的供電都需要向國(guó)家電網(wǎng)購(gòu)買電力資源，但是隨著電力電子技術(shù)的進(jìn)一步應(yīng)用，國(guó)家電網(wǎng)根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)和信息對(duì)不同地區(qū)的用電情況采取分層供電方式，以此使有限的電能資源可以實(shí)現(xiàn)科學(xué)合理的利用，這對(duì)推動(dòng)農(nóng)業(yè)電能資源的發(fā)展有著重要的意義。例如，個(gè)人家用電可以使用太陽(yáng)能裝置將光能轉(zhuǎn)化為電能，這些電能在滿足正常家用電能的同時(shí)，還可以將剩余的資源應(yīng)用在其他電器當(dāng)中。除此之外，相關(guān)部門還可以根據(jù)不同地區(qū)的實(shí)際情況，應(yīng)用電力電子技術(shù)進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電、沼氣發(fā)電、水利發(fā)電以及生物質(zhì)能發(fā)電等。良好的電力電子技術(shù)不僅可以為人們的正常生活帶來(lái)足夠的電能，還可以有效地防止在發(fā)電過(guò)程中造成不必要的資源浪費(fèi)和污染。

其次，在多種發(fā)電模式提供充足電能供應(yīng)保障的情況下，還可以應(yīng)用電力電子技術(shù)對(duì)有限的電力資源進(jìn)行高效的轉(zhuǎn)化。就目前電力電子技術(shù)發(fā)展情況來(lái)看，農(nóng)業(yè)電力轉(zhuǎn)換技術(shù)通常情況下可以分為以下3種，分別是整流變換技術(shù)、直流變換技術(shù)以及逆變變換技術(shù)。這3種發(fā)電方式有著各自不同的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中必須要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)發(fā)電方式進(jìn)行科學(xué)的選擇，這樣才能在最大程度上激發(fā)電力電能作用與應(yīng)用價(jià)值，這對(duì)推進(jìn)農(nóng)業(yè)電氣化的快速發(fā)展有著重要作用。例如，在居住較為密集的農(nóng)村地區(qū)就可以應(yīng)用沼氣能和太陽(yáng)能進(jìn)行發(fā)電，對(duì)于居住較為分散且地域遼闊的地區(qū)，可以應(yīng)用太陽(yáng)能和風(fēng)能進(jìn)行發(fā)電，而對(duì)于水資源豐富的地區(qū)就可以利用水能，但是要將這些電能轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)電能，就必須利用直流變換電力的技術(shù)來(lái)將其電壓等級(jí)進(jìn)行升級(jí)，然后再利用逆變變換技術(shù)將其最終轉(zhuǎn)化為直流電壓。再如，整流變換技術(shù)可以將不穩(wěn)定的電流整合成較為穩(wěn)定的直流電，隨后通過(guò)逆變電子技術(shù)將其轉(zhuǎn)變?yōu)楦鼮闃?biāo)準(zhǔn)的交流電，這對(duì)提高農(nóng)業(yè)供電效率有著重要意義。

最后，利用電力電子技術(shù)進(jìn)行精準(zhǔn)施肥。以往農(nóng)民在對(duì)農(nóng)田進(jìn)行施肥時(shí)，都習(xí)慣采用傳統(tǒng)的人工施肥方式將農(nóng)藥和化學(xué)物質(zhì)播撒在農(nóng)田中，在施肥的過(guò)程中相關(guān)人員習(xí)慣根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行施肥，這樣就無(wú)法控制施肥量，導(dǎo)致部分地區(qū)施肥增多、部分地區(qū)施肥不夠的情況發(fā)生，這樣不僅無(wú)法起到相應(yīng)的效果，還會(huì)對(duì)土壤造成破壞。但是隨著現(xiàn)代化科技的快速發(fā)展，人們已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用具有先進(jìn)采樣技術(shù)和導(dǎo)航技術(shù)的精準(zhǔn)施肥機(jī)，這些技術(shù)可以根據(jù)不同地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)情況進(jìn)行針對(duì)性的精準(zhǔn)施肥，并且在施肥過(guò)程中還可以自動(dòng)調(diào)節(jié)肥料用量。精準(zhǔn)施肥機(jī)的使用有很多的優(yōu)點(diǎn)，不僅可以有效防止農(nóng)藥的過(guò)度使用，還可以合理施肥，有效避免了對(duì)環(huán)境造成的嚴(yán)重破壞。

3.3 電力電子技術(shù)在家用電器中的應(yīng)用

電力電子技術(shù)在人們?nèi)粘Ｊ褂玫募译娭幸驳玫搅藦V泛的應(yīng)用，如變頻空調(diào)、變頻洗衣機(jī)、電磁爐和節(jié)能燈等。帶有電力電子技術(shù)的電器，不僅非常省電，也具有較強(qiáng)的智能功能，這些功能可以給人們帶來(lái)不同的使用感受。另外，帶有電力電子技術(shù)的電器與傳統(tǒng)家用電器相比，安全性更高并且使用都是較為環(huán)保和安全的材料，這些看不到的優(yōu)化可以在最大程度上提高人們的生活質(zhì)量。電力電子技術(shù)還可以應(yīng)用在電器的制造和生產(chǎn)過(guò)程中，它的應(yīng)用可以使一些重要的電器元件進(jìn)行批量的生產(chǎn)，既降低了生產(chǎn)成本，還提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率。

3.4 電力電子技術(shù)在配電系統(tǒng)中的應(yīng)用

電力電子技術(shù)在各行業(yè)中的應(yīng)用時(shí)間較短，所以目前還處于最初的發(fā)展階段。隨著現(xiàn)代化科技的快速發(fā)展，電力電子技術(shù)已經(jīng)在配電系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用，并且其地位不斷升高。電力電子技術(shù)應(yīng)用在配電系統(tǒng)的監(jiān)控和管理當(dāng)中，可以有效避免工作人員在工作中出現(xiàn)錯(cuò)誤和問(wèn)題，以此確保配電系統(tǒng)長(zhǎng)期保持穩(wěn)定的運(yùn)行。另外，在對(duì)配電系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控的過(guò)程中，相關(guān)部門和領(lǐng)導(dǎo)還可以對(duì)工作人員的工作情況進(jìn)行全面的管理和監(jiān)督，一旦工作人員出現(xiàn)錯(cuò)誤操作，就可以及時(shí)對(duì)其進(jìn)行糾正，避免對(duì)配電系統(tǒng)造成不必要的影響。通過(guò)以上內(nèi)容可以看出，將電力電子技術(shù)應(yīng)用在配電系統(tǒng)中有著十分重要的意義，因此，電力部門和相關(guān)單位必須要給予高度重視，并積極借助電力電子技術(shù)來(lái)為廣大用戶提供更加人性化和便捷的服務(wù)。

3.5 電力電子技術(shù)在發(fā)電廠中的應(yīng)用

電力電子技術(shù)可以幫助發(fā)電廠構(gòu)建一個(gè)完整的管理體系，將其應(yīng)用在發(fā)電廠中可以對(duì)全廠的情況進(jìn)行有效的監(jiān)督和管理，使發(fā)電廠可以保持長(zhǎng)期穩(wěn)定的運(yùn)行，進(jìn)而為人們提供更加優(yōu)質(zhì)的供電服務(wù)。以此確保全廠的所有工作都可以得到高效穩(wěn)定的運(yùn)行，這對(duì)提高電力生產(chǎn)效率有著積極的作用。在應(yīng)用電力電子技術(shù)后，相關(guān)工作人員可以在不進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)的情況下，對(duì)廠內(nèi)可能發(fā)生和原有的安全隱患進(jìn)行有效的挖掘，根據(jù)具體情況采取針對(duì)性的措施給予解決。如發(fā)電廠中高壓直流輸電技術(shù)就應(yīng)用了電力電子技術(shù)。高壓直流輸電可以將交流電轉(zhuǎn)化為直流電，然后再將直流電輸送到各個(gè)受電終端，供給用電用戶使用。高壓直流輸電有著很多的優(yōu)點(diǎn)，不僅傳輸功率大，同時(shí)造價(jià)成本也非常低，這也是電力部門應(yīng)用它的主要原因。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，電力電子技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用，因此相關(guān)部門要重視電力電子技術(shù)的發(fā)展和開(kāi)發(fā)，并鼓勵(lì)各大企業(yè)積極應(yīng)用這一技術(shù)，這樣不僅對(duì)環(huán)境起到有效的保護(hù)，還可以推進(jìn)現(xiàn)代化科技的快速發(fā)展。