1、電力電子技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域陳旻忞 電氣1321 （蘇州科技學(xué)院天平學(xué)院 江蘇 蘇州 215009）摘要：電力電子技術(shù)在我國各行業(yè)現(xiàn)代化技術(shù)改造中可以發(fā)揮重大作用。隨著科技技術(shù)的不斷發(fā)展和人們要求的不斷提高，電工電子技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛。本文主要從一般工業(yè)、電力系統(tǒng)、電氣節(jié)能、新能源這幾個領(lǐng)域?qū)﹄娏﹄娮蛹夹g(shù)的應(yīng)用進(jìn)行分析。關(guān)鍵詞：電力電子；電機(jī)傳動；電力系統(tǒng)；新能源；發(fā)電；節(jié)能引言 電力系統(tǒng)是電力電子技術(shù)應(yīng)用的一個重要領(lǐng)域。最早成功的是高壓直流輸電，1986年美國電力科學(xué)研究院提出了靈活交流輸電的概念，相應(yīng)出現(xiàn)了統(tǒng)一潮流控制器等多種設(shè)備。電力電子設(shè)備和系統(tǒng)逐步投入運(yùn)行，大幅度提高了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定

2、水平，產(chǎn)生巨大效益。在節(jié)能方面，通過變頻器、節(jié)能燈、無功補(bǔ)償裝置、開關(guān)電源、逆變焊機(jī)等，產(chǎn)生了比較明顯的節(jié)能效果。在一般工業(yè)中，電力電子主要用于電機(jī)調(diào)速傳動和電源。在全球氣候變化和世界石油、煤炭等化石能源日益緊缺的今天，低耗高效和尋找開發(fā)新能源是根本出路。電力電子是解決能源問題的關(guān)鍵技術(shù)，它對新能源的開發(fā)、轉(zhuǎn)化、輸送、儲存和利用等各方面發(fā)揮著重要的作用。隨著再生能源技術(shù)的發(fā)展，“分布式發(fā)電系統(tǒng)”將得到更大的發(fā)展空間。1 一般工業(yè) 電力電子技術(shù)在一般工業(yè)上的應(yīng)用繁多復(fù)雜，主要應(yīng)用于電機(jī)調(diào)速傳動和電源，也包含了在輸電環(huán)節(jié)的應(yīng)用。本文在一般工業(yè)方面對電機(jī)調(diào)速傳動和電源做主要闡述。關(guān)于輸電環(huán)節(jié)的應(yīng)用，

3、則歸于下一節(jié)電力系統(tǒng)中做詳細(xì)闡述。1.1 電機(jī)調(diào)速傳動 在一般工業(yè)中大量應(yīng)用各種交直流電動機(jī)。直流電動機(jī)有良好的調(diào)速性能，給其供電的可控整流電源或直流斬波電源都是電力電子裝置。在20世紀(jì)90年達(dá)中期以前，大多數(shù)調(diào)速系統(tǒng)都由采用晶閘管和雙向晶閘管的變換器供電，最典型的是晶閘管直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。在20世紀(jì)90年代中期以來，大功率IGBT的應(yīng)用，以及IGBT逆變技術(shù)的成熟和發(fā)展，迅速在相關(guān)功率等級的應(yīng)用領(lǐng)域取代了晶閘管和雙向進(jìn)閘管1。近年來，由于電力電子變頻技術(shù)的迅速發(fā)展，交流電機(jī)的調(diào)速性能也直追直流電機(jī)，交流調(diào)速技術(shù)大量應(yīng)用并占據(jù)主導(dǎo)地位。1.2 電源 隨著工業(yè)設(shè)備的大容量化和高性能化,對電源質(zhì)量

4、有了更高的要求。電源質(zhì)量改善裝置對此將起到重要的作用。在電力電子技術(shù)的應(yīng)用及各種電源系統(tǒng)中，開關(guān)電源技術(shù)處于核心地位。開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制功率半導(dǎo)體器件開通和關(guān)斷的時間見、比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源。與線性穩(wěn)壓電源相比，開關(guān)電源體積小、效率高、重量輕，在各種電子設(shè)備中得到廣泛運(yùn)用。高頻、高可靠、低耗、低噪音、抗干擾和模塊化是開關(guān)電源的發(fā)展趨勢2。2 電力系統(tǒng)2.1 在發(fā)電環(huán)節(jié)中的應(yīng)用2.1.1 大型發(fā)電機(jī)的靜止勵磁控制 靜止勵磁采用晶閘管整流自并勵方式，具有結(jié)構(gòu)簡單?？煽啃愿呒霸靸r低等優(yōu)點，被世界各大電力系統(tǒng)廣泛采用。由于省去了勵磁機(jī)這個中間慣性環(huán)節(jié)，因而具有特有的快速性

5、調(diào)節(jié)，給先進(jìn)的控制規(guī)律提供了充分發(fā)揮作用并產(chǎn)生良好控制效果的有利條件3。2.1.2 水力、風(fēng)力發(fā)電機(jī)的變速恒頻勵磁 變速恒頻發(fā)電十分適用于風(fēng)力、水力等綠色能源開發(fā)領(lǐng)域，尤其是在風(fēng)里發(fā)電方面，變速恒頻體現(xiàn)出顯著的優(yōu)越性和廣闊的應(yīng)用前景4。變速恒頻發(fā)電風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)有多種形式：交-直-交風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、磁場調(diào)制發(fā)電系統(tǒng)、交流勵磁雙饋異步發(fā)電系統(tǒng)、無刷雙饋型發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、爪極是發(fā)電機(jī)系統(tǒng)和開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。2.2 在輸電環(huán)節(jié)中的應(yīng)用2.2.1 高壓直流輸電和輕型高壓直流輸電5 高壓直流輸電是電力電子技術(shù)應(yīng)用中最為重要、最為傳統(tǒng)，也是發(fā)展最為活躍同時也較為成熟的技術(shù)。高壓直流輸電是將三相交流電通過換流站變

6、成直流電，然后通過直流電輸電線路送往另一個換流站逆變成三相交流電的輸電方式。直流輸電具有輸電容量大、穩(wěn)定性好、控制調(diào)節(jié)靈活等優(yōu)點。2.2.2 靈活交流輸電 柔性交流輸電技術(shù)（FACTS）又稱為靈活交流輸電技術(shù)，它是美國電力專家N.G.Hingorani于1986年提出來的新技術(shù)，它曾將FACTS定義為除了直流輸電之外所有將電力電子技術(shù)用于輸電的實際應(yīng)用技術(shù)。該新技術(shù)是現(xiàn)代電力電子技術(shù)與電力系統(tǒng)相結(jié)合的產(chǎn)物，它用可靠性很高的大功率可控硅元件代替?zhèn)鹘y(tǒng)元件中的機(jī)械式高壓開關(guān)，在輸電系統(tǒng)的主要部位，采用具有單獨(dú)或綜合功能的電力電子裝置，對輸電系統(tǒng)的主要參數(shù)進(jìn)行靈活快速的適時控制，以期實現(xiàn)輸送功率合理分

7、配，降低功率耗損和發(fā)電成本。此項技術(shù)是實現(xiàn)電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)、綜合控制的重要手段6。2.3 在配電系統(tǒng)中的應(yīng)用 在配電系統(tǒng)中的應(yīng)用，如動態(tài)無功發(fā)射器、電力有源濾波器等，以加強(qiáng)供電可靠性和提高電能質(zhì)量。電能質(zhì)量控制既要滿足對電壓頻率、諧波和不對稱度的要求，又要抑制各種瞬態(tài)的波動和干擾。電子電工技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)在配電系統(tǒng)中的應(yīng)用，是在FACTS各項成熟技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的電能質(zhì)量控制新技術(shù)。3 電氣節(jié)能3.1 變頻器 全世界的用電量中有60%左右是通過電動機(jī)來消耗的。7因此變頻器在提高電動機(jī)電能利用率上有很大作用。它主要用于交流電動機(jī)的變頻調(diào)速，它的電源主電路采用AC-DC-AC方案，它利用電力

8、電子技術(shù)，通過改變頻率，提高能源利用效率，消除有害的高次諧波和電壓波動，達(dá)到節(jié)能目的，輸出高質(zhì)量的電能。3.2 綠色照明節(jié)能3.2.1 電光源1 采用高效節(jié)能的光源代替?zhèn)鹘y(tǒng)白熾燈，如：直管熒光燈、緊湊型熒光燈、高壓鈉燈、鹵化物燈、金鹵燈、光纖照明。這些高效節(jié)能的光源一般都具有壽命長、光色好、光效高等優(yōu)點，能夠節(jié)約大部分照明費(fèi)用，提高光能的利用效率，廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，前途不可限量。3.2.2 電子鎮(zhèn)流器1 電子鎮(zhèn)流器實際上是一個電子變頻器加上一個高頻電感鎮(zhèn)流器。其能夠在幾十千赫頻率下消除了氣體放電燈的閃爍和音頻噪音。采用電子鎮(zhèn)流器后，高頻電感比工頻電感重量減輕幾十倍，節(jié)省材料80%左右，燈管的

9、實際工作壽命延長35倍，同時提供更好的可靠性，損耗更低，亮度更高。由于電子鎮(zhèn)流器體積小、反應(yīng)快，它可以在照相機(jī)閃光燈和汽車燈等應(yīng)用領(lǐng)域。3.3 無功功率補(bǔ)償節(jié)能 隨著近代電力電子技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，無功補(bǔ)償技術(shù)也隨之發(fā)展。所謂無功功率補(bǔ)償就是在用電電網(wǎng)中采用集中和分散的辦法，給電網(wǎng)補(bǔ)償無功功率，以免它在電氣元件（變壓器、線路）中環(huán)流產(chǎn)生損耗和占用其容量，以達(dá)到降低電流，提高功率因數(shù)的效果，從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的。無功功率補(bǔ)償不僅節(jié)省投資、節(jié)省電力、節(jié)省燃煤及污染8，同時還可以提高電力系統(tǒng)設(shè)備的供電能力，改善電壓質(zhì)量，減少用戶電費(fèi)開支，延緩用戶的增容改造。低壓電網(wǎng)中一般有隨機(jī)補(bǔ)償、隨器補(bǔ)償、跟蹤補(bǔ)

10、償這三種方式。其中隨機(jī)補(bǔ)償在用電設(shè)備運(yùn)行時，無功補(bǔ)償投入，用電設(shè)備停止運(yùn)補(bǔ)償裝置也退出，不需要頻繁調(diào)整補(bǔ)償容量且投資少，配置靈活，維修簡單。跟蹤補(bǔ)償是以無功補(bǔ)償投切裝置作為控制保護(hù)裝置，將低壓電容器組補(bǔ)償在大用戶0.4kv母線上的補(bǔ)償方式。3.4 逆變焊機(jī)的節(jié)能 逆變與整流是兩個相反的概念，整流是把交流電變換為直流電，而逆變則是把直流電改變?yōu)榻涣麟姷倪^程，采用逆變技術(shù)的弧焊電源稱為逆變焊機(jī)。逆變焊機(jī)和傳統(tǒng)晶閘管焊機(jī)相比,在節(jié)能、環(huán)保方面具有較大優(yōu)勢。逆變焊機(jī)高效節(jié)能、省材、輕巧，而且動態(tài)特性和控制調(diào)節(jié)特性好、制造過程占地少、加工量少。3.5 開關(guān)電源的節(jié)能 開關(guān)電源被譽(yù)為高效節(jié)能的電源。與線性

11、穩(wěn)壓電源相比，開關(guān)電源體積小、效率高、重量輕，在各種電子設(shè)備中得到廣泛運(yùn)用。開關(guān)電源正朝著單片集成化的方向發(fā)展，開關(guān)電源的保護(hù)電路日趨完善，其電磁兼容性設(shè)計也取得突破性進(jìn)展9。4 新能源4.1 在風(fēng)電中應(yīng)用 在風(fēng)力系統(tǒng)中，MW級雙反饋式風(fēng)電機(jī)組變流器、MW級直驅(qū)式風(fēng)電機(jī)組變流器、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳控制系統(tǒng)等都體現(xiàn)了電力電子技術(shù)的應(yīng)用。其采用電力電子變換器裝置實現(xiàn)變速恒頻雙風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，為風(fēng)力發(fā)電機(jī)提供無功控制，利用靜止無功補(bǔ)償裝置（SVC）支持交流風(fēng)電輸電的無功補(bǔ)償，在電源換流器（VSC）的基礎(chǔ)上實現(xiàn)風(fēng)電直流輸電。電力電子技術(shù)的控制實現(xiàn)風(fēng)力電能的儲存和送變。而風(fēng)電既可以減少能源污染，又可以緩解能

12、源短缺的問題。4.2 太陽能發(fā)電10 太陽能作為清潔的可再生能源，受到人們越來越多的重視，應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣泛。目前在太陽能的利用中，主要采用太陽能光電技術(shù)、太陽能光熱技術(shù)和太陽能光伏發(fā)電技術(shù)。4.2.1 太陽能光電技術(shù) 太陽能電池將白天的太陽能轉(zhuǎn)化為電能由蓄電池儲存上在放電控制器的控制下釋放出來，供室內(nèi)照明。目前占主流的太陽能電池是硅太陽電池，它又分單晶硅電池和多晶硅電池和非晶硅太陽電池。整個光伏系統(tǒng)由太陽能電池、蓄電池、負(fù)載和控制器組成。4.2.2 太陽能熱發(fā)電技術(shù) 太陽能熱發(fā)電技術(shù)利用光學(xué)系統(tǒng)聚集太陽輻射能，用以加工熱工質(zhì)，生產(chǎn)高溫蒸汽。與光伏發(fā)電相比，其效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)行成本低。在

13、蔬菜溫室大棚和太陽能熱水器等方面運(yùn)用比較廣泛。4.2.3 太陽能光伏發(fā)電 太陽能光伏變頻器把太陽能底單池板獲得的原始低電壓直流電變?yōu)樗枰慕涣麟姡蛑苯庸┴?fù)載使用，或?qū)㈦娔莛伻胧须姟Ｌ柲茈姵匕瀚@得的電壓大小和功率與許多因素有關(guān)，所以要對光伏發(fā)電的中間直流電壓進(jìn)行可調(diào)升壓變換處理。光伏發(fā)電有廣大的市場發(fā)展?jié)摿?。結(jié)語 電力電子技術(shù)的應(yīng)用十分廣泛。通過本文得出，電力電子技術(shù)可以達(dá)到高效節(jié)能的目的，實用性十分高，應(yīng)用范圍廣闊。電力電子技術(shù)的供電電源、電機(jī)調(diào)速、電力配電獲得了相當(dāng)廣泛的作用，使得經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展。在開發(fā)新能源中，提高了新能源的利用效率和電力變換質(zhì)量、降低新能源成本，使清潔可再生的能源逐

14、步取代傳統(tǒng)能源，改善地球環(huán)境?，F(xiàn)代社會和工作的各行各業(yè)都有電力電子技術(shù)的應(yīng)用，已成為現(xiàn)代生活不能缺少的部分，這也促使了電力電子技術(shù)更好、更深入的發(fā)展。參考文獻(xiàn)：1 范瑜.電氣工程概論.北京：高等教育出版社，2013-12,138142. 2 王予倩.電力電子技術(shù)的發(fā)展及其在開關(guān)電源中的應(yīng)用J.四川電力技術(shù)，2005,5.3 徐政，盧強(qiáng).電子電力技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用J.電工技術(shù)學(xué)報，2004,19（8）:2324，5:4546. 4 劉其輝，賀益康，卞松江.變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)空載并網(wǎng)控制J.中國電機(jī)工程學(xué)報，2004,24（3）:611.5 韓民曉，文俊，徐永海.高壓直流輸電原理.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2009-1:16.6 王樹文，紀(jì)延超，馬文川.靈活交