关于对我国电力电子技术的研究与分析

关于对我国电力电子技术的研究与分析

张超

张超（石家庄科林电气股份有限公司河北石家庄050000）

中图分类号：TP3文献标识码：A

摘要：近年来，不断进步的计算机技术为现代控制技术在实际生产、生活中提供了强有力的技术支持，新的材料和结构器件又促进了电力电子技术的飞速发展，且在各行业中得到广泛的应用。本文就电力电子技术在发电环节中、输电环节中、在配电环节中的应用和节能环节的运用进行了详细的阐述。

关键词：电力电子半导体器件研究方向发电环节输电环节

一、前言

电力电子技术是一个以功率半导体器件、电路技术、计算机技术、现代控制技术为支撑的技术平台。经过50年的发展历程，它在传统产业设备发行、电能质量控制、新能源开发和民用产品等方面得到了越来越广泛的应用。最成功地应用于电力系统的大功率电力电子技术是直流输电(HVDC)。自20世纪80年代，柔性交流输电(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。本文介绍了电力电子技术在发电环节中、输电环节中、在配电环节中的应用和节能环节的运用。

二、电力电子的研究方向

就目前情况而言，我国电力电子的研究范围与研究内容主要包括：（1）电力电子元器件及功率集成电路；（2）电力电子变换器技术的研究主要包括新的或电力能源的节约和新能源电力电子，军事和空间应用等作为特殊的电力电子转换器技术的智能电力电子变换器技术，控制电力电子系统和计算机仿真建模；（3）电力电子技术的应用，其研究内容包括超高功率转换器，在能源效率，可再生能源发电，钢铁，冶金，电力，电力牵引，船舶推进应用，电力电子系统的信息化和网络；电力电子系统的故障分析和可靠性；复杂的电力电子系统的稳定性和适应性；（4）电力电子系统集成，其研究内容包括标准化电力电子模块；单芯片和多芯片系统设计，集成电力电子系统的稳定性和可靠性。

三、我国电力电子发展中存在的问题

当前的主要问题是：中国的电力电子产品和设备目前生产的大部分是也主要是晶闸管，虽然它可以创造一些高科技电子产品和电气设备，但他们都使用电力电子外国生产设备和多组分组装集成的制造方法，尤其是先进的全控型电力电子器件全部依赖进口，而许多关系到国民经济和国家安全，在一些关键领域的核心技术，软件，硬件和关键设备，我国的外资控制和封锁。特别是在关系国民经济和国家安全，更多先进水平的核心技术差距的关键领域，这种情况正在迅速变化的挑战和我们的道德律令。

在过去，虽然我国国民经济的各个部门，先后引进了国外先进技术，已开始注意到国内突出的问题，从表面上看，虽然对引进技术的绝大多数可以在几年后达到国产化率70％的要求，但只要仔细分析，不难发现，并最终拒绝外国公司转让技术和关键部件，都涉及到高科技的电力电子技术和动力传动产品在核心技术。

目前国外和问题的主要区别是：电力电子器件的全面控制，不能制造国内制造的高功率转换器，低技术，设备可靠性差，电力电子数字控制技术水平仍处于初级阶段；应用程序的控制技术和系统控制软件的水平较低；缺乏经验的重大项目等。高性能高功率转换器设备几乎全部从国外进口。

四、电子电力技术的研究与应用

（一）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.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。

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。

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。

（二）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。

1.直流输电（HVDC）和轻型直流输电（HVDCLight）技术。直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.柔性交流输电（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。

（三）在配电环节中的应用

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(customPower)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。

参考文献：

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[2]张建诚、陈志业、梁志瑞.现代电力电子技术在电力系统中的应用[J].电力情报，1999(3).

[3]胡秋珍、刘洋、温一鹏、林菁.电子民主的要素与模型研究[J].

[4]刘新全.论电子民主的消极效应及其避免[J].