電力電子學(xué)科前沿論文

1、<p>　　電力電子技術(shù)的前沿發(fā)展及應(yīng)用</p><p>　　摘要:電力電子技術(shù)是采用功率半導(dǎo)體器件對(duì)電能進(jìn)行轉(zhuǎn)換、控制和優(yōu)化利用的技術(shù)，它廣泛應(yīng)用于電力、電氣自動(dòng)化及各種電源系統(tǒng)等工業(yè)生產(chǎn)和民用部門，是目前發(fā)展非常迅速的一門學(xué)科。電力電子技術(shù)的核心是電源變換技術(shù)，主要應(yīng)用在風(fēng)力發(fā)電、電機(jī)傳動(dòng)、電力系統(tǒng)、綠色照明、新能源開發(fā)、汽車工業(yè)這些領(lǐng)域中。由于電力電子技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域眾多，影響范圍廣，對(duì)未來科技和生活

2、有重大意義，我們需要大力發(fā)展并創(chuàng)新電力電子技術(shù)。 本文簡單地介紹了什么是電力電子技術(shù)以及電子電力技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展前景。</p><p>　　關(guān)鍵詞:電力電子技術(shù)；應(yīng)用；發(fā)展前景</p><p>　　一、電力電子技術(shù)的介紹 </p><p>　　電力電子是應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)，是使用電力電子器件對(duì)電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù)。電力電子技術(shù)所變換的“電力”功率可大到數(shù)百M(fèi)

3、W甚至GW，也可以小到數(shù)W甚至1W以下，和以信息處理為主的信息電子技術(shù)不同電力電子技術(shù)主要用于電力變換。從20世紀(jì)50年代中到70年代末，以大功率硅二極管、雙極型功率晶體管和晶閘管應(yīng)用為基礎(chǔ)（尤其是晶閘管）的電力電子技術(shù)發(fā)展比較成熟。70年代末至今，這兩個(gè)方面的發(fā)展對(duì)電力電子技術(shù)引起了巨大的沖擊。其一為微機(jī)的發(fā)展對(duì)電力電子裝置的控制系統(tǒng)、故障檢測、信息處理等起了重大作用；其二為微電子技術(shù)、光纖技術(shù)等滲透到電力電子器件中，開發(fā)出更多的新一

4、代電力電子器件。這些新器件均具有門極關(guān)斷能力，且工作頻率可以大大提高，使電力電子電路更加簡單，使電力電子裝置的體積、重量、效率、性能等各方面指標(biāo)不斷提高，它將使電力電子技術(shù)發(fā)展到一個(gè)更新的階段。</p><p>　　進(jìn)入21世紀(jì)，隨著新的理論、器件、技術(shù)的不斷出現(xiàn)，特別是與微控制器技術(shù)的日益融合，電力電子技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域也必將不斷地得以擴(kuò)展，隨之而來的必將是智能電力電子時(shí)代，各方面應(yīng)用必會(huì)超出當(dāng)前領(lǐng)域。</p

5、><p>　　二、電力電子技術(shù)的應(yīng)用</p><p>　　1、電力電子在風(fēng)力發(fā)電上的應(yīng)用</p><p>　　風(fēng)電技術(shù)經(jīng)過幾十年的發(fā)展，電力電子技術(shù)已經(jīng)成為風(fēng)電系統(tǒng)中不可缺少的重要組成部分，無論對(duì)與風(fēng)電機(jī)組的控制、電能的轉(zhuǎn)換還是電能質(zhì)量的改善都起到關(guān)鍵作用，缺少了電力電子技術(shù)，風(fēng)電無法實(shí)用。</p><p>　　風(fēng)力發(fā)電既可獨(dú)立運(yùn)行，也可并網(wǎng)運(yùn)行

6、。獨(dú)立運(yùn)行的風(fēng)電系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性不如并網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)電，因此風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行是主要研究方向。風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行與電力電子技術(shù)有著密切的關(guān)系。通常有兩種與電網(wǎng)連接方式：一是直接與電網(wǎng)相連，二是通過電力電子器件組成的變換器與電網(wǎng)聯(lián)接[1]。對(duì)于通過電力電子變換器與電網(wǎng)聯(lián)接的風(fēng)電場，其中采用的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的類型，目前研究最多的是變速雙饋異步發(fā)電機(jī)和變速同步發(fā)電機(jī)，由于它們本身構(gòu)造上的特點(diǎn)和技術(shù)上要求，與電網(wǎng)連接時(shí)都需要電力電子技術(shù)的支持。</p&g

7、t;<p>　　風(fēng)電的輸送方式有兩種：</p><p><b>　　1.1交流輸電</b></p><p>　　目前風(fēng)力發(fā)電廠并網(wǎng)供電普遍采用交流輸電加靜止無功補(bǔ)償器( SVC )形式. 安裝SVC 對(duì)風(fēng)力發(fā)電廠并網(wǎng)供電有兩點(diǎn)意義: </p><p>　　對(duì)電網(wǎng)側(cè)安裝SVC 可以提供無功支持并且減小振蕩。</p>&

8、lt;p>　　（2）對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)側(cè)安裝SVC可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)電壓控制和增加阻尼[2]。</p><p><b>　　1.2直流輸電</b></p><p>　　基于電壓源換流器(VSC )技術(shù)的直流輸電被稱為輕型直流輸電(HVDC light)， 其潛在的用途包括: 發(fā)電廠之間的連接、大城市內(nèi)多端直流輸電系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的交流配電網(wǎng)和將有可能被用到大型海上風(fēng)電場[2]。

9、 這種輸電方式的優(yōu)點(diǎn)之一就死，允許海上風(fēng)電場的交流網(wǎng)絡(luò)與陸上電網(wǎng)不保持同步運(yùn)行, 一旦輸電網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障, 可以迅速恢復(fù)到故障前的狀態(tài)，不至于發(fā)生更大故障。</p><p>　　2、電力電子在電力系統(tǒng)上的應(yīng)用</p><p>　　電力系統(tǒng)由發(fā)電設(shè)備、輸配電線路和用電設(shè)備三大部分組成。電力系統(tǒng)是歷史上逐步擴(kuò)建、 聯(lián)網(wǎng)發(fā)展起來的, 是地域分布廣闊、設(shè)備眾多運(yùn)行參數(shù)相互影響、瞬變很快的大系統(tǒng), 電

10、力系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟(jì)、高效、優(yōu)質(zhì)運(yùn)行具有重大意義。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展, 電力電子設(shè)備已開始進(jìn)入電力系統(tǒng)并為解決電能質(zhì)量控制提供了技術(shù)手段。據(jù)估計(jì), 發(fā)達(dá)國家在用戶最終使用的電能中,有60%以上的電能至少經(jīng)過一次以上電子變流裝置的處理[3]。電力系統(tǒng)在通向現(xiàn)代化的進(jìn)程中, 電力電子技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù)之一，可以毫不夸張地說, 如果離開電力電子技術(shù), 電力系統(tǒng)的現(xiàn)代化就是不可想象的。以FACTS和輕型直流輸電為例介紹這方面應(yīng)用：</p&g

11、t;<p>　　2．1柔性交流輸電(FACTS)技術(shù)</p><p>　　FACTS技術(shù)的概念出現(xiàn)在20世紀(jì)8O年代后期，是一項(xiàng)基于電力電子技術(shù)與現(xiàn)代控制技術(shù)對(duì)交流輸電系統(tǒng)的阻抗、電壓及相位實(shí)施靈活快速調(diào)節(jié)的輸電技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)交流輸電功率潮流的靈活控制，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定水平[4]。目前，國外在研究開發(fā)的基礎(chǔ)上開始將FACTS技術(shù)用于實(shí)際電力系統(tǒng)工程。其輸出無功的大小，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，控制方便，成本較

12、低，所以較早得到應(yīng)用。</p><p>　　FACTS技術(shù)發(fā)展迅速，隨著FACTS控制器的成本將繼續(xù)降低，未來大規(guī)模地使用FACTS技術(shù)已成為大勢(shì)所趨。</p><p>　　2.2新型直流輸電技術(shù)</p><p>　　直流輸電已經(jīng)是成熟技術(shù)，由于其造價(jià)較高，無法與交流輸電競爭。新一代的直流輸電是指進(jìn)一步改善性能、大幅度簡化設(shè)備、減少換流站的占地、降低造 價(jià)的技術(shù)。直

13、流輸電性能創(chuàng)新的典型例子是輕型直流輸電系統(tǒng)（Light HVDC），它采用GTO、IGBT等可關(guān)斷的器件組成換流器，省去了換流變壓器，整個(gè)換流站可以搬遷，可以使中型的直流輸電工程在較短的輸送距離也具有競爭力，從而使中等容量的輸電在較短的輸送距離也能與交流輸電競爭。此外，可關(guān)斷的器件組成換流器，由于采用可關(guān)斷的電力電子器件，可以免除換相失敗的弊病，對(duì)受端系統(tǒng)的容量沒有要求，故可用于向孤立小系統(tǒng)的供電，今后還可用于城市配電系統(tǒng)，并

14、用于接入燃料電池、光伏發(fā)電等分布式電源。</p><p>　　電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)上的應(yīng)用主要在發(fā)電、輸電、配電、節(jié)能環(huán)節(jié)巾方面和發(fā)展，未來其必將更快更好地促進(jìn)電力系統(tǒng)的發(fā)展。</p><p>　　3、電力電子在太陽能發(fā)電上的應(yīng)用</p><p>　　目前全球范圍內(nèi)資源緊缺，煤，石油、天然氣等化石燃料均為不可再生，并且煤、石油等燃料燃燒時(shí)排放有害氣體，所以人類急切

15、需要開發(fā)新的潔凈能源，太陽能就是其中之一，太陽能干凈無害，是一種理想的能源。目前開發(fā)太陽能轉(zhuǎn)換為可利用的電能已成為可能，而這其中少不了電力電子技術(shù)的應(yīng)用。</p><p>　　利用太陽能發(fā)電早就成為現(xiàn)實(shí)，但是太陽能發(fā)電好多地方需要改進(jìn)，例如，利用太陽能發(fā)出的電能不是標(biāo)準(zhǔn)的工頻電，不適合利用；另外，太陽能電池板發(fā)電有一個(gè)最大效能的問題，如何隨著太陽能強(qiáng)弱充分發(fā)電也要深入研究。</p><p>

16、;　　大功率太陽能發(fā)電不管使用獨(dú)立或并網(wǎng)的系統(tǒng)，都需要利用最大功率跟蹤功能的逆變器將太陽能陣列發(fā)電的直流電轉(zhuǎn)化成交流電，為使太陽能在我們電力資源中發(fā)揮更大作用，我國預(yù)計(jì)2020年新能源總裝機(jī)容量耍達(dá)到占全國總裝機(jī)容量的20％，新能源發(fā)電和并網(wǎng)離不開電力電子技術(shù)的支持[5]。</p><p>　　4、電力電子在綠色照明上的應(yīng)用</p><p>　　我國是一個(gè)人口大國，隨著生活水平的不斷提高，

17、照明用電的電力消耗越來越大，然而，我國一直都采用普通白熾燈照明，其電能利用率較低。因此，綠色照明對(duì)我國電力資源的可持續(xù)發(fā)展非常重要，而運(yùn)用節(jié)能的電力電子技術(shù)是實(shí)現(xiàn)綠色照明的重要方法。</p><p>　　4.1燈具上的應(yīng)用：</p><p>　　4.1.1直管熒光燈</p><p>　　因直管熒光燈具有光色好、光效高、壽命長、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，使得其成為家庭、辦公室的

18、理想光源。</p><p>　　4.1.2緊湊型熒光燈</p><p>　　緊湊型熒光燈的類型有“U”型、“H”型、“D”型、環(huán)形等，主要用于家庭住宅、賓館酒店等場所，代替了普通白熾燈的使用。</p><p>　　4.1.3半導(dǎo)體發(fā)光二極管</p><p>　　光電子技術(shù)是一項(xiàng)新的技術(shù)革命，它是用半導(dǎo)體技術(shù)制造出固體發(fā)光器件，并以此代替?zhèn)鹘y(tǒng)的

19、普通白熾燈成為新的照明光源。</p><p>　　4.1.4鹵化物燈和高壓鈉燈</p><p>　　鹵化物燈的主要特點(diǎn)是光效高、壽命長、顯色性好，正因如此，它被廣泛運(yùn)用于顯色性要求較高的廠房。</p><p>　　4.2應(yīng)用于節(jié)能型電子鎮(zhèn)流器</p><p>　　傳統(tǒng)型電子電感鎮(zhèn)流器雖具有壽命長、可靠性高等特點(diǎn)，但其體積大、自身功率損耗大、有

20、噪聲，是一種非常不節(jié)能的鎮(zhèn)流器。而節(jié)能型電子電感鎮(zhèn)流器采用的是低耗材料，具有節(jié)能、自身功率損耗低、燈光效高、重量輕、體積小、無噪聲等優(yōu)勢(shì)[6]。然而，其價(jià)格相對(duì)較高、可靠性較差，在我國還沒有廣泛應(yīng)用，相信隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，新型電子鎮(zhèn)流器必會(huì)廣泛應(yīng)用。</p><p><b>　　三、結(jié)論</b></p><p>　　本文簡要的綜述了電力電子技術(shù)的概念和在眾多領(lǐng)域的應(yīng)

21、用前景，當(dāng)前電力電子在電力系統(tǒng)、風(fēng)電、太陽能、綠色照明、電力拖動(dòng)等領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛，尤其是目前能源緊缺的情況下，電力電子在新型能源開發(fā)和利用等方面的研究必會(huì)不斷加深，而電力電子技術(shù)作為其中的關(guān)鍵技術(shù)。另外，隨著城市交通系統(tǒng)，磁懸浮列車異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速，電動(dòng)汽車起動(dòng)和穩(wěn)定運(yùn)行，要求有大量技術(shù)適用的電力電子產(chǎn)品相配套。總而言之，在眾多領(lǐng)域里，電力電子技術(shù)有著巨大的研究空間和應(yīng)用潛力，在未來，必會(huì)發(fā)揮越來越大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。</

22、p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　[1]李建麗,李黎黎.風(fēng)力發(fā)電與電力電子技術(shù)[J].能源與環(huán)境,2006(05)</p><p>　　[2]王 琦, 陳小虎, 吳正偉.電力電子技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電中的應(yīng)用綜述[J].南京師范大學(xué)學(xué)報(bào)(工程技術(shù)版),2005(12)</p><p>　　[3]張 超.

23、電力電子技術(shù)的發(fā)展及在電力系統(tǒng)中應(yīng)用[J].能源環(huán)境，2006（5）</p><p>　　[4]趙夢(mèng)雅.電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].商情，2011（51）</p><p>　　[5]王曦，呂晨，馬松.電力電子技術(shù)在新能源中的應(yīng)用[J].中國科技博覽,2010(36)</p><p>　　[6]徐煜金，劉翀.淺談電力電子技術(shù)在綠色照明中的應(yīng)用[J].高新技術(shù)

24、產(chǎn)業(yè)發(fā)展.2010</p><p>　　附：對(duì)本課程的一點(diǎn)感想</p><p>　　短短的幾次課就這樣結(jié)束了，課時(shí)雖然挺好的，但老師每次課安排的內(nèi)容都很豐富精彩，受益匪淺，對(duì)我們電氣工程這個(gè)學(xué)科的認(rèn)識(shí)更加深入和廣闊了，鑒于此，學(xué)科前沿講座這個(gè)課程頗有意義。</p><p>　　自我感覺學(xué)完這個(gè)課程之后，主要有兩點(diǎn)收獲，其一，了解到電氣工程這個(gè)大學(xué)科的許多分支學(xué)科。以

25、前只注重電力系統(tǒng)和電力電子兩個(gè)方向，對(duì)電氣其它方向不曾了解，這門課中徐老師不僅自己講解 ，還請(qǐng)到其它方向的老師給我們介紹，擴(kuò)展了我們對(duì)專業(yè)的認(rèn)識(shí)，知道了更多的電氣研究領(lǐng)域，像智能樓宇、傳感器、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信等；其二，對(duì)電氣工程各的分支的應(yīng)用領(lǐng)域更加了解。電力系統(tǒng)方面，殷明慧老師給我們介紹了在風(fēng)力發(fā)電的應(yīng)用；電力電子方面，姚凱老師介紹了在太陽能發(fā)電方面的應(yīng)用。另外了解了傳感器等應(yīng)用領(lǐng)域，對(duì)學(xué)科應(yīng)用更加了解。</p><