现代电力电子技术的发展趋势探析论文_钱琳

现代电力电子技术的发展趋势探析论文_钱琳

(浙江京禾电子科技有限公司 浙江嘉兴 314001)

摘要:电力电子技术作为一种使用电力电子器件例如晶闸管、GTO、IGBT等对电能进行变换和控制被应用在电力领域的一种新兴技术。主要用在电能的获取、传输、交换和利用等环节,有效的提高了用电效率,提升供电质量,同时也为能源的节省创造了有利条件,为环境保护提供了可靠的保障。

关键词:电力;电子技术;发展趋势

1.电力电子技术的发展概况

现代电力电子技术的发展方向由低频技术处理问题为主转向高频技术处理问题为主,自五十年代末六十年代初的硅整流器件诞生了电力电子技术以后,先后通过整流器时代、逆变器时代和变频器时代不断完善和发展。现代电子时代的起源于八十年代末期和九十年代初期的功率半导体复合器件,代表传统电力电子技术被现代电力电子技术取代已经进入新的电力电子时代。下面对电力电子技术所经历的发展时代做依次概括说明:

整流器时代的工业大功率用电主要是交流发电机提供的电能,发电机产生的电能消费形式决定了其直流消费形式,在行业领域中直流用电消费集中在有色金属及化工原料的电解、以电能为牵引动力的电气机车、地铁机车、无轨电车、轧钢、造纸的直流电能传动三方面行业。在当时工业大功率用电的电能转换主要依靠主要为大功率硅整流器,其中大功率硅整流管、晶闸管的开发应用得到快速的生产和应用。

七十年代能源危机遍及全球,交流电机开始寻求节能的出路,交流电机变频技术开始广泛应用生产。至八十年代,变频调速设备电力电子器件以适用于大功率逆变、巨型功率门级可关断的晶闸管为代表。

大规模以及超大规模集成电路技术在二十世纪八十年代开始迅猛发展,为之后步入现代电力电子技术时代提供坚实的技术保障基础。大规模和超大规模集成电路技术将集成电路技术和高压电流技术结合,研发了具有新特性的全控型功率功率电力电子器件,其典型代表是带动中小率功率电力电子技术开始迈向高频技术的MOSFET的研发应用,IGBT后绝缘门级双极晶体管又将中高功率电力电子技术带向高频技术的发展,MOSFET及IGBT标志着现代电力电子技术时代的到来。电流电机的变频调速在这个阶段已经完全实现较高频率的工作功能,新型电力电子器件的性能趋向完善,增加了使用的安全可靠性,现代电力电子技术的高频化研发过程,使其性能具备高效节能的性质,电子器件的结构越来越精巧化,为机电一体化以及智能化操作打下良好的基础。

2.电力电子技术的具体应用

2.1电力电子技术在再生能源中的应用

随着科学技术的快速腾飞,我国可再生能源在电力事业的发展中占有着重要的作用,其发电形式也是多种多样,如:风力发电、太阳能发电、水力发电及生物质能发电等形式。其中风力发电是再生能源中最为关键的组成部分,具有发电施工的周期较短、投资灵活、占地面积小、无污染等特点,为电力发展带来巨大的经济效益和社会效益。随着电力电子技术和变频调控技术的发展,其在风力发电中的应用也是越来越广泛。可以大大的提高电能源生产量,还可以有效的控制风电机组,并在电能转换和改善电能质量上都有着显著地成果。是再生能源中不可或缺的重要组成部分。

2.2智能电网技术领域的发展

智能电网中的电力电子应用系统包括以SVC为代表的柔性交流输电技术、以高压直流输电为代表的新型超高压输电技术、以智能开关为代表的同步开断技术,以静止无功发生器、动态电压恢复器为代表的用户电力技术等。这些技术的开发与使用均是以电力电子技术为依托。智能电网技术是近年来电力领域较为热门的概念之一。根据行业当中对该概念的理解,可以将其总结为一种兼具电力电子技术、新能源发电技术、传感传导技术、通信链接技术等的组合型技术。

期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆其中对于电力电子技术而言,其是智能电网技术的核心组成,其为保障新型能源的储备、电力输送的灵活、信息的传导与控制等功能性特点提供了巨大支撑,并且还给利用再生能源进行电力的生产、保障整个电力系统的供需调配及安全运行带来巨大帮助。我国自二零零八年保持与世界同步,提出了国家智能电网发展计划,并扩展了智能电网电力生产的领域,积极推动热电、太阳能发电、风能发电、地热能发电等电力的共同使用,将统一现有各电能的入网、调配、供给等能源管理模式作为重要发展目的,为提升国家电网的运作效率、能源利用率带来巨大帮助。

2.3电力电子技术在电动汽车及工业机器人控制系统中的应用

随着时代的进步和发展,我国在电动汽车和工业控制系统技术改造中也发生了翻天覆地的变化,利用电力电子技术手段实现了电动汽车的信息化发展,将其与汽车驱动装置有效的融合,形成车速性能高、噪音低、无污染、能源效率高的现代化灵敏电动车型,符合当代绿色交通运输。工业机器人的产生代表着我国工业向信息化、科技化的方向发展,不仅提高了生产效率也为生产技术工人减轻了工作负担,极大的改善了传统工业产品的质量。再其控制系统中加入了电力电子技术可以有效的提升机器人的灵敏度,让其进行更为精细的生产加工程序,同时通过调速变频装置,还可以控制机器人的工作速度,避免其在工作和休息时耗费能源差异过大,引起不必要的能源浪费情况。由此可见,电力电子技术无论是应用在电动汽车方面还是应用在工业机器人控制系统上都有着很重要的作用。

3.现代电力电子技术发展的主要趋势

3.1集成化、模块化发展

集成化与模块化发展主要体现在电源单元和功率器件两个方面,使用微小智能化的器件,不仅可以对器件的体积进行有效的控制,并且设计制造的模块化也表现的非常突出,实现模块化发展的主要核心是降低电力电子技术中器件的电应力。从而可以提高电力系统的安全性与稳定性。

3.2高频化发展

在供电频率方面,不管是器件体积还是变压器的电感都是反比例发展,因此体积减少肯定会使电力电子技术像高频化发展,这些都已通过实践验证的。实际上自从出现控制型电子期间后,电力电子技术已经朝着高频化方向转变了。

3.3数字化、全控化发展

随着科技的不断进步,全控化电力电子技术打破了之前电力电子器件的使用功能限制,还大大降低电路关断后的危险,从根源上保证了电力系统的安全使用。现代电力电子技术的高频斩波等都充分展现了其数字化的特征,就连弱电领域也进一步开拓了电力电子技术的发展空间,提高了集成化发展程度。

3.4绿色化特征

电力电子技术的绿色化特征不单指控制自然环境污染问题,而且也包括电网污染问题。控制发电容量可以从根源上降低发电对于周围环境造成的污染,现在发明的污染过滤器都充分体现了现代电力电子技术的绿色化发展。电力电子技术应用方面,当前主要应用到了储存控制技术、交流输电技术、燃料电池发电技术和太阳能发电技术等,这些都将是现代电力电子技术发展和应用的主流趋势。

综上所述,电力电子技术作为一种时代进步的科技产物,有着十分显著的实用性和安全性。电力电子技术也一直跟随时代变化不断改革和完善并广泛的应用在社会的方方面面,为我国的国民经济发展提供更好的技术服务。

参考文献:

[1]李乔,王曼曼,肖婷婷.电力电子技术的发展及应用分析[J].技术与市场,2016,07:197.

[2]潘敏贤.现代电力电子技术的发展趋势探析[J].通讯世界,2016,14:197.

[3]王剑.现代数字电子技术的发展趋势探析[J].数字技术与应用,2016,08:239.

论文作者:钱琳

论文发表刊物:《电力设备》2017年第19期

论文发表时间:2017/11/23

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