电力电子学科前沿论文.doc

电力电子技术的前沿发展及应用摘要:电力电子技术是采用功率半导体器件对电能进行转换、控制和优化利用的技术，它广泛应用于电力、电气自动化及各种电源系统等工业生产和民用部门，是目前发展非常迅速的一门学科。电力电子技术的核心是电源变换技术，主要应用在风力发电、电机传动、电力系统、绿色照明、新能源开发、汽车工业这些领域中。由于电力电子技术应用领域众多，影响范围广，对未来科技和生活有重大意义，我们需要大力发展并创新电力电子技术。 本文简单地介绍了什么是电力电子技术以及电子电力技术的应用发展前景。关键词:电力电子技术；应用；发展前景一、电力电子技术的介绍 电力电子是应用于电力领域的电子技术，是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。电力电子技术所变换的“电力”功率可大到数百MW甚至GW，也可以小到数W甚至1W以下，和以信息处理为主的信息电子技术不同电力电子技术主要用于电力变换。从20世纪50年代中到70年代末，以大功率硅二极管、双极型功率晶体管和晶闸管应用为基础（尤其是晶闸管）的电力电子技术发展比较成熟。70年代末至今，这两个方面的发展对电力电子技术引起了巨大的冲击。其一为微机的发展对电力电子装置的控制系统、故障检测、信息处理等起了重大作用；其二为微电子技术、光纤技术等渗透到电力电子器件中，开发出更多的新一代电力电子器件。这些新器件均具有门极关断能力，且工作频率可以大大提高，使电力电子电路更加简单，使电力电子装置的体积、重量、效率、性能等各方面指标不断提高，它将使电力电子技术发展到一个更新的阶段。 进入21世纪，随着新的理论、器件、技术的不断出现，特别是与微控制器技术的日益融合，电力电子技术的应用领域也必将不断地得以扩展，随之而来的必将是智能电力电子时代，各方面应用必会超出当前领域。二、电力电子技术的应用1、电力电子在风力发电上的应用风电技术经过几十年的发展，电力电子技术已经成为风电系统中不可缺少的重要组成部分，无论对与风电机组的控制、电能的转换还是电能质量的改善都起到关键作用，缺少了电力电子技术，风电无法实用。风力发电既可独立运行，也可并网运行。独立运行的风电系统的可靠性和稳定性不如并网运行的风电，因此风电并网运行是主要研究方向。风电并网运行与电力电子技术有着密切的关系。通常有两种与电网连接方式：一是直接与电网相连，二是通过电力电子器件组成的变换器与电网联接1。对于通过电力电子变换器与电网联接的风电场，其中采用的风力发电机的类型，目前研究最多的是变速双馈异步发电机和变速同步发电机，由于它们本身构造上的特点和技术上要求，与电网连接时都需要电力电子技术的支持。 风电的输送方式有两种：1.1交流输电目前风力发电厂并网供电普遍采用交流输电加静止无功补偿器( SVC )形式. 安装SVC 对风力发电厂并网供电有两点意义: （1） 对电网侧安装SVC 可以提供无功支持并且减小振荡。（2）对风力发电机侧安装SVC可以实现动态电压控制和增加阻尼2。1.2直流输电基于电压源换流器(VSC )技术的直流输电被称为轻型直流输电(HVDC light)， 其潜在的用途包括: 发电厂之间的连接、大城市内多端直流输电系统代替传统的交流配电网和将有可能被用到大型海上风电场2。 这种输电方式的优点之一就死，允许海上风电场的交流网络与陆上电网不保持同步运行, 一旦输电网络发生故障, 可以迅速恢复到故障前的状态，不至于发生更大故障。2、电力电子在电力系统上的应用电力系统由发电设备、输配电线路和用电设备三大部分组成。电力系统是历史上逐步扩建、 联网发展起来的, 是地域分布广阔、设备众多运行参数相互影响、瞬变很快的大系统, 电力系统的安全、经济、高效、优质运行具有重大意义。随着电力电子技术的发展, 电力电子设备已开始进入电力系统并为解决电能质量控制提供了技术手段。据估计, 发达国家在用户最终使用的电能中,有60%以上的电能至少经过一次以上电子变流装置的处理3。电力系统在通向现代化的进程中, 电力电子技术是关键技术之一，可以毫不夸张地说, 如果离开电力电子技术, 电力系统的现代化就是不可想象的。以FACTS和轻型直流输电为例介绍这方面应用：21柔性交流输电(FACTS)技术FACTS技术的概念出现在20世纪8O年代后期，是一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，可实现对交流输电功率潮流的灵活控制，提高电力系统的稳定水平4。目前，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。其输出无功的大小，设备结构简单，控制方便，成本较低，所以较早得到应用。FACTS技术发展迅速，随着FACTS控制器的成本将继续降低，未来大规模地使用FACTS技术已成为大势所趋。2.2新型直流输电技术直流输电已经是成熟技术，由于其造价较高，无法与交流输电竞争。新一代的直流输电是指进一步改善性能、大幅度简化设备、减少换流站的占地、降低造 价的技术。直流输电性能创新的典型例子是轻型直流输电系统（LightHVDC），它采用GTO、IGBT等可关断的器件组成换流器，省去了换流变压器，整个换流站可以搬迁，可以使中型的直流输电工程在较短的输送距离也具有竞争力，从而使中等容量的输电在较短的输送距离也能与交流输电竞争。此外，可关断的器件组成换流器，由于采用可关断的电力电子器件，可以免除换相失败的弊病，对受端系统的容量没有要求，故可用于向孤立小系统的供电，今后还可用于城市配电系统，并用于接入燃料电池、光伏发电等分布式电源。电力电子技术在电力系统上的应用主要在发电、输电、配电、节能环节巾方面和发展，未来其必将更快更好地促进电力系统的发展。3、电力电子在太阳能发电上的应用目前全球范围内资源紧缺，煤，石油、天然气等化石燃料均为不可再生，并且煤、石油等燃料燃烧时排放有害气体，所以人类急切需要开发新的洁净能源，太阳能就是其中之一，太阳能干净无害，是一种理想的能源。目前开发太阳能转换为可利用的电能已成为可能，而这其中少不了电力电子技术的应用。 利用太阳能发电早就成为现实，但是太阳能发电好多地方需要改进，例如，利用太阳能发出的电能不是标准的工频电，不适合利用；另外，太阳能电池板发电有一个最大效能的问题，如何随着太阳能强弱充分发电也要深入研究。大功率太阳能发电不管使用独立或并网的系统，都需要利用最大功率跟踪功能的逆变器将太阳能阵列发电的直流电转化成交流电，为使太阳能在我们电力资源中发挥更大作用，我国预计2020年新能源总装机容量耍达到占全国总装机容量的20，新能源发电和并网离不开电力电子技术的支持5。4、电力电子在绿色照明上的应用我国是一个人口大国，随着生活水平的不断提高，照明用电的电力消耗越来越大，然而，我国一直都采用普通白炽灯照明，其电能利用率较低。因此，绿色照明对我国电力资源的可持续发展非常重要，而运用节能的电力电子技术是实现绿色照明的重要方法。4.1灯具上的应用：4.1.1直管荧光灯因直管荧光灯具有光色好、光效高、寿命长、使用方便等优点，使得其成为家庭、办公室的理想光源。4.1.2紧凑型荧光灯紧凑型荧光灯的类型有“U”型、“H”型、“D”型、环形等，主要用于家庭住宅、宾馆酒店等场所，代替了普通白炽灯的使用。4.1.3半导体发光二极管光电子技术是一项新的技术革命，它是用半导体技术制造出固体发光器件，并以此代替传统的普通白炽灯成为新的照明光源。4.1.4卤化物灯和高压钠灯卤化物灯的主要特点是光效高、寿命长、显色性好，正因如此，它被广泛运用于显色性要求较高的厂房。4.2应用于节能型电子镇流器传统型电子电感镇流器虽具有寿命长、可靠性高等特点，但其体积大、自身功率损耗大、有噪声，是一种非常不节能的镇流器。而节能型电子电感镇流器采用的是低耗材料，具有节能、自身功率损耗低、灯光效高、重量轻、体积小、无噪声等优势6。然而，其价格相对较高、可靠性较差，在我国还没有广泛应用，相信随着技术的不断进步，新型电子镇流器必会广泛应用。三、结论 本文简要的综述了电力电子技术的概念和在众多领域的应用前景，当前电力电子在电力系统、风电、太阳能、绿色照明、电力拖动等领域的应用非常广泛，尤其是目前能源紧缺的情况下，电力电子在新型能源开发和利用等方面的研究必会不断加深，而电力电子技术作为其中的关键技术。另外，随着城市交通系统，磁悬浮列车异步电动机的变频调速，电动汽车起动和稳定运行，要求有大量技术适用的电力电子产品相配套。总而言之，在众多领域里，电力电子技术有着巨大的研究空间和应用潜力，在未来，必会发挥越来越大的经济和社会效益。参考文献：1李建丽,李黎黎.风力发电与电力电子技术J.能源与环境,2006(05)2王 琦, 陈小虎, 吴正伟.电力电子技术在风力发电中的应用综述J.南京师范大学学报(工程技术版),2005(12)3张 超.电力电子技术的发展及在电力系统中应用J.能源环境，2006（5）4赵梦雅.电力电子技术在电力系统中的应用J.商情，2011（51）5王曦，吕晨，马松.电力电子技术在新能源中的应用J.中国科技博览,2010(36)6徐煜金，刘翀.浅谈电力电子技术在绿色照明中的应用J.高新技术产业发展.2010附：对本课程的一点感想 短短的几次课就这样结束了，课时虽然挺好的，但老师每次课安排的内容都很丰富精彩，受益匪浅，对我们电气工程这个学科的认识更加深入和广阔了，鉴于此，学科前沿讲座这个课程颇有意义。自我感觉学完这个课程之后，主要有两点收获，其一，了解到电气工程这个大学科的许多分支学科。以前只注重电力系统和电力电子两个方向，对电气其它方向不曾了解，这门课中徐老师不仅自己讲解 ，还请到其它方向的老师给我们介绍，