序言：寫作是分享個人見解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的電力技術(shù)論文樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發(fā)，請盡情閱讀。

第1篇

當前,電力電子作為節(jié)能、節(jié)才、自動化、智能化、機電一體化的基礎(chǔ),正朝著應(yīng)用技術(shù)高頻化、硬件結(jié)構(gòu)模塊化、產(chǎn)品性能綠色化的方向發(fā)展。在不遠的將來,電力電子技術(shù)將使電源技術(shù)更加成熟、經(jīng)濟、實用,實現(xiàn)高效率和高品質(zhì)用電相結(jié)合。

1.電力電子技術(shù)的發(fā)展

現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展方向,是從以低頻技術(shù)處理問題為主的傳統(tǒng)電力電子學(xué),向以高頻技術(shù)處理問題為主的現(xiàn)代電力電子學(xué)方向轉(zhuǎn)變。電力電子技術(shù)起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其發(fā)展先后經(jīng)歷了整流器時代、逆變器時代和變頻器時代,并促進了電力電子技術(shù)在許多新領(lǐng)域的應(yīng)用。八十年代末期和九十年代初期發(fā)展起來的、以功率MOSFET和IGBT為代表的、集高頻、高壓和大電流于一身的功率半導(dǎo)體復(fù)合器件,表明傳統(tǒng)電力電子技術(shù)已經(jīng)進入現(xiàn)代電力電子時代。

1.1整流器時代

大功率的工業(yè)用電由工頻(50Hz)交流發(fā)電機提供,但是大約20%的電能是以直流形式消費的,其中最典型的是電解(有色金屬和化工原料需要直流電解)、牽引(電氣機車、電傳動的內(nèi)燃機車、地鐵機車、城市無軌電車等)和直流傳動(軋鋼、造紙等)三大領(lǐng)域。大功率硅整流器能夠高效率地把工頻交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶閘管的開發(fā)與應(yīng)用得以很大發(fā)展。當時國內(nèi)曾經(jīng)掀起了-股各地大辦硅整流器廠的熱潮,目前全國大大小小的制造硅整流器的半導(dǎo)體廠家就是那時的產(chǎn)物。

1.2逆變器時代

七十年代出現(xiàn)了世界范圍的能源危機,交流電機變頻惆速因節(jié)能效果顯著而迅速發(fā)展。變頻調(diào)速的關(guān)鍵技術(shù)是將直流電逆變?yōu)?~100Hz的交流電。在七十年代到八十年代,隨著變頻調(diào)速裝置的普及,大功率逆變用的晶閘管、巨型功率晶體管(GTR)和門極可關(guān)斷晶閘管(GT0)成為當時電力電子器件的主角。類似的應(yīng)用還包括高壓直流輸出,靜止式無功功率動態(tài)補償?shù)?。這時的電力電子技術(shù)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)整流和逆變,但工作頻率較低,僅局限在中低頻范圍內(nèi)。

1.3變頻器時代

進入八十年代,大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅猛發(fā)展,為現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。將集成電路技術(shù)的精細加工技術(shù)和高壓大電流技術(shù)有機結(jié)合,出現(xiàn)了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的問世,導(dǎo)致了中小功率電源向高頻化發(fā)展,而后絕緣門極雙極晶體管(IGBT)的出現(xiàn),又為大中型功率電源向高頻發(fā)展帶來機遇。MOSFET和IGBT的相繼問世,是傳統(tǒng)的電力電子向現(xiàn)代電力電子轉(zhuǎn)化的標志。據(jù)統(tǒng)計,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半導(dǎo)體器件市場上已達到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在電力電子領(lǐng)域巳成定論。新型器件的發(fā)展不僅為交流電機變頻調(diào)速提供了較高的頻率,使其性能更加完善可靠,而且使現(xiàn)代電子技術(shù)不斷向高頻化發(fā)展,為用電設(shè)備的高效節(jié)材節(jié)能,實現(xiàn)小型輕量化,機電一體化和智能化提供了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。

2.現(xiàn)代電力電子的應(yīng)用領(lǐng)域

2.1計算機高效率綠色電源

高速發(fā)展的計算機技術(shù)帶領(lǐng)人類進入了信息社會,同時也促進了電源技術(shù)的迅速發(fā)展。八十年代,計算機全面采用了開關(guān)電源,率先完成計算機電源換代。接著開關(guān)電源技術(shù)相繼進人了電子、電器設(shè)備領(lǐng)域。

計算機技術(shù)的發(fā)展,提出綠色電腦和綠色電源。綠色電腦泛指對環(huán)境無害的個人電腦和相關(guān)產(chǎn)品，綠色電源系指與綠色電腦相關(guān)的高效省電電源,根據(jù)美國環(huán)境保護署l992年6月17日“能源之星"計劃規(guī)定,桌上型個人電腦或相關(guān)的設(shè)備,在睡眠狀態(tài)下的耗電量若小于30瓦,就符合綠色電腦的要求,提高電源效率是降低電源消耗的根本途徑。就目前效率為75%的200瓦開關(guān)電源而言,電源自身要消耗50瓦的能源。

2.2通信用高頻開關(guān)電源

通信業(yè)的迅速發(fā)展極大的推動了通信電源的發(fā)展。高頻小型化的開關(guān)電源及其技術(shù)已成為現(xiàn)代通信供電系統(tǒng)的主流。在通信領(lǐng)域中,通常將整流器稱為一次電源,而將直流-直流(DC/DC)變換器稱為二次電源。一次電源的作用是將單相或三相交流電網(wǎng)變換成標稱值為48V的直流電源。目前在程控交換機用的一次電源中,傳統(tǒng)的相控式穩(wěn)壓電源己被高頻開關(guān)電源取代,高頻開關(guān)電源(也稱為開關(guān)型整流器SMR)通過MOSFET或IGBT的高頻工作,開關(guān)頻率一般控制在50-100kHz范圍內(nèi),實現(xiàn)高效率和小型化。近幾年,開關(guān)整流器的功率容量不斷擴大,單機容量己從48V/12.5A、48V/20A擴大到48V/200A、48V/400A。

因通信設(shè)備中所用集成電路的種類繁多,其電源電壓也各不相同,在通信供電系統(tǒng)中采用高功率密度的高頻DC-DC隔離電源模塊,從中間母線電壓(一般為48V直流)變換成所需的各種直流電壓,這樣可大大減小損耗、方便維護,且安裝、增加非常方便。一般都可直接裝在標準控制板上,對二次電源的要求是高功率密度。因通信容量的不斷增加,通信電源容量也將不斷增加。

2.3直流-直流(DC/DC)變換器

DC/DC變換器將一個固定的直流電壓變換為可變的直流電壓,這種技術(shù)被廣泛應(yīng)用于無軌電車、地鐵列車、電動車的無級變速和控制,同時使上述控制獲得加速平穩(wěn)、快速響應(yīng)的性能,并同時收到節(jié)約電能的效果。用直流斬波器代替變阻器可節(jié)約電能(20~30)%。直流斬波器不僅能起調(diào)壓的作用(開關(guān)電源),同時還能起到有效地抑制電網(wǎng)側(cè)諧波電流噪聲的作用。

通信電源的二次電源DC/DC變換器已商品化,模塊采用高頻PWM技術(shù),開關(guān)頻率在500kHz左右,功率密度為5W~20W/in3。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展,要求電源模塊實現(xiàn)小型化,因此就要不斷提高開關(guān)頻率和采用新的電路拓撲結(jié)構(gòu),目前已有一些公司研制生產(chǎn)了采用零電流開關(guān)和零電壓開關(guān)技術(shù)的二次電源模塊,功率密度有較大幅度的提高。

2.4不間斷電源(UPS)

不間斷電源(UPS)是計算機、通信系統(tǒng)以及要求提供不能中斷場合所必須的一種高可靠、高性能的電源。交流市電輸入經(jīng)整流器變成直流,一部分能量給蓄電池組充電,另一部分能量經(jīng)逆變器變成交流,經(jīng)轉(zhuǎn)換開關(guān)送到負載。為了在逆變器故障時仍能向負載提供能量,另一路備用電源通過電源轉(zhuǎn)換開關(guān)來實現(xiàn)。

現(xiàn)代UPS普遍了采用脈寬調(diào)制技術(shù)和功率M0SFET、IGBT等現(xiàn)代電力電子器件,電源的噪聲得以降低,而效率和可靠性得以提高。微處理器軟硬件技術(shù)的引入,可以實現(xiàn)對UPS的智能化管理,進行遠程維護和遠程診斷。

目前在線式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS發(fā)展也很迅速,已經(jīng)有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多種規(guī)格的產(chǎn)品。

2.5變頻器電源

變頻器電源主要用于交流電機的變頻調(diào)速,其在電氣傳動系統(tǒng)中占據(jù)的地位日趨重要,已獲得巨大的節(jié)能效果。變頻器電源主電路均采用交流-直流-交流方案。工頻電源通過整流器變成固定的直流電壓,然后由大功率晶體管或IGBT組成的PWM高頻變換器,將直流電壓逆變成電壓、頻率可變的交流輸出,電源輸出波形近似于正弦波,用于驅(qū)動交流異步電動機實現(xiàn)無級調(diào)速。

國際上400kVA以下的變頻器電源系列產(chǎn)品已經(jīng)問世。八十年代初期,日本東芝公司最先將交流變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于空調(diào)器中。至1997年,其占有率已達到日本家用空調(diào)的70%以上。變頻空調(diào)具有舒適、節(jié)能等優(yōu)點。國內(nèi)于90年代初期開始研究變頻空調(diào),96年引進生產(chǎn)線生產(chǎn)變頻空調(diào)器,逐漸形成變頻空調(diào)開發(fā)生產(chǎn)熱點。預(yù)計到2000年左右將形成。變頻空調(diào)除了變頻電源外,還要求有適合于變頻調(diào)速的壓縮機電機。優(yōu)化控制策略,精選功能組件,是空調(diào)變頻電源研制的進一步發(fā)展方向。

2.6高頻逆變式整流焊機電源

高頻逆變式整流焊機電源是一種高性能、高效、省材的新型焊機電源,代表了當今焊機電源的發(fā)展方向。由于IGBT大容量模塊的商用化,這種電源更有著廣闊的應(yīng)用前景。

逆變焊機電源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)變換的方法。50Hz交流電經(jīng)全橋整流變成直流,IGBT組成的PWM高頻變換部分將直流電逆變成20kHz的高頻矩形波,經(jīng)高頻變壓器耦合,整流濾波后成為穩(wěn)定的直流,供電弧使用。

由于焊機電源的工作條件惡劣,頻繁的處于短路、燃弧、開路交替變化之中,因此高頻逆變式整流焊機電源的工作可靠性問題成為最關(guān)鍵的問題,也是用戶最關(guān)心的問題。采用微處理器做為脈沖寬度調(diào)制(PWM)的相關(guān)控制器,通過對多參數(shù)、多信息的提取與分析,達到預(yù)知系統(tǒng)各種工作狀態(tài)的目的,進而提前對系統(tǒng)做出調(diào)整和處理,解決了目前大功率IGBT逆變電源可靠性。

國外逆變焊機已可做到額定焊接電流300A,負載持續(xù)率60%,全載電壓60~75V,電流調(diào)節(jié)范圍5~300A,重量29kg。

2.7大功率開關(guān)型高壓直流電源

大功率開關(guān)型高壓直流電源廣泛應(yīng)用于靜電除塵、水質(zhì)改良、醫(yī)用X光機和CT機等大型設(shè)備。電壓高達50~l59kV,電流達到0.5A以上,功率可達100kW。

自從70年代開始,日本的一些公司開始采用逆變技術(shù),將市電整流后逆變?yōu)?kHz左右的中頻,然后升壓。進入80年代,高頻開關(guān)電源技術(shù)迅速發(fā)展。德國西門子公司采用功率晶體管做主開關(guān)元件,將電源的開關(guān)頻率提高到20kHz以上。并將干式變壓器技術(shù)成功的應(yīng)用于高頻高壓電源,取消了高壓變壓器油箱,使變壓器系統(tǒng)的體積進一步減小。

國內(nèi)對靜電除塵高壓直流電源進行了研制,市電經(jīng)整流變?yōu)橹绷?采用全橋零電流開關(guān)串聯(lián)諧振逆變電路將直流電壓逆變?yōu)楦哳l電壓,然后由高頻變壓器升壓,最后整流為直流高壓。在電阻負載條件下,輸出直流電壓達到55kV,電流達到15mA,工作頻率為25.6kHz。

2.8電力有源濾波器

傳統(tǒng)的交流-直流(AC-DC)變換器在投運時,將向電網(wǎng)注入大量的諧波電流,引起諧波損耗和干擾,同時還出現(xiàn)裝置網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)惡化的現(xiàn)象,即所謂“電力公害”,例如,不可控整流加電容濾波時,網(wǎng)側(cè)三次諧波含量可達(70~80)%,網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)僅有0.5~0.6。

電力有源濾波器是一種能夠動態(tài)抑制諧波的新型電力電子裝置,能克服傳統(tǒng)LC濾波器的不足,是一種很有發(fā)展前途的諧波抑制手段。濾波器由橋式開關(guān)功率變換器和具體控制電路構(gòu)成。與傳統(tǒng)開關(guān)電源的區(qū)別是:(l)不僅反饋輸出電壓,還反饋輸入平均電流;(2)電流環(huán)基準信號為電壓環(huán)誤差信號與全波整流電壓取樣信號之乘積。

2.9分布式開關(guān)電源供電系統(tǒng)

分布式電源供電系統(tǒng)采用小功率模塊和大規(guī)?？刂萍呻娐纷骰静考?利用最新理論和技術(shù)成果,組成積木式、智能化的大功率供電電源,從而使強電與弱電緊密結(jié)合,降低大功率元器件、大功率裝置(集中式)的研制壓力,提高生產(chǎn)效率。

八十年代初期,對分布式高頻開關(guān)電源系統(tǒng)的研究基本集中在變換器并聯(lián)技術(shù)的研究上。八十年代中后期,隨著高頻功率變換技術(shù)的迅述發(fā)展，各種變換器拓撲結(jié)構(gòu)相繼出現(xiàn),結(jié)合大規(guī)模集成電路和功率元器件技術(shù),使中小功率裝置的集成成為可能,從而迅速地推動了分布式高頻開關(guān)電源系統(tǒng)研究的展開。自八十年代后期開始,這一方向已成為國際電力電子學(xué)界的研究熱點,論文數(shù)量逐年增加，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大。

分布供電方式具有節(jié)能、可靠、高效、經(jīng)濟和維護方便等優(yōu)點。已被大型計算機、通信設(shè)備、航空航天、工業(yè)控制等系統(tǒng)逐漸采納,也是超高速型集成電路的低電壓電源(3.3V)的最為理想的供電方式。在大功率場合,如電鍍、電解電源、電力機車牽引電源、中頻感應(yīng)加熱電源、電動機驅(qū)動電源等領(lǐng)域也有廣闊的應(yīng)用前景。

3.高頻開關(guān)電源的發(fā)展趨勢

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)均處于核心地位。對于大型電解電鍍電源,傳統(tǒng)的電路非常龐大而笨重,如果采用高頓開關(guān)電源技術(shù),其體積和重量都會大幅度下降,而且可極大提高電源利用效率、節(jié)省材料、降低成本。在電動汽車和變頻傳動中,更是離不開開關(guān)電源技術(shù)，通過開關(guān)電源改變用電頻率,從而達到近于理想的負載匹配和驅(qū)動控制。高頻開關(guān)電源技術(shù),更是各種大功率開關(guān)電源(逆變焊機、通訊電源、高頻加熱電源、激光器電源、電力操作電源等)的核心技術(shù)。

3.1高頻化

理論分析和實踐經(jīng)驗表明,電氣產(chǎn)品的變壓器、電感和電容的體積重量與供電頻率的平方根成反比。所以當我們把頻率從工頻50Hz提高到20kHz,提高400倍的話,用電設(shè)備的體積重量大體下降至工頻設(shè)計的5~l0%。無論是逆變式整流焊機,還是通訊電源用的開關(guān)式整流器,都是基于這一原理。同樣,傳統(tǒng)“整流行業(yè)”的電鍍、電解、電加工、充電、浮充電、電力合閘用等各種直流電源也可以根據(jù)這一原理進行改造,成為“開關(guān)變換類電源”,其主要材料可以節(jié)約90%或更高,還可節(jié)電30%或更多。由于功率電子器件工作頻率上限的逐步提高,促使許多原來采用電子管的傳統(tǒng)高頻設(shè)備固態(tài)化,帶來顯著節(jié)能、節(jié)水、節(jié)約材料的經(jīng)濟效益,更可體現(xiàn)技術(shù)含量的價值。

3.2模塊化

模塊化有兩方面的含義,其一是指功率器件的模塊化,其二是指電源單元的模塊化。我們常見的器件模塊,含有一單元、兩單元、六單元直至七單元,包括開關(guān)器件和與之反并聯(lián)的續(xù)流二極管,實質(zhì)上都屬于“標準”功率模塊(SPM)。近年,有些公司把開關(guān)器件的驅(qū)動保護電路也裝到功率模塊中去,構(gòu)成了“智能化”功率模塊(IPM),不但縮小了整機的體積,更方便了整機的設(shè)計制造。實際上,由于頻率的不斷提高,致使引線寄生電感、寄生電容的影響愈加嚴重,對器件造成更大的電應(yīng)力(表現(xiàn)為過電壓、過電流毛刺)。為了提高系統(tǒng)的可靠性,有些制造商開發(fā)了“用戶專用”功率模塊(ASPM),它把一臺整機的幾乎所有硬件都以芯片的形式安裝到一個模塊中,使元器件之間不再有傳統(tǒng)的引線連接,這樣的模塊經(jīng)過嚴格、合理的熱、電、機械方面的設(shè)計,達到優(yōu)化完美的境地。它類似于微電子中的用戶專用集成電路(ASIC)。只要把控制軟件寫入該模塊中的微處理器芯片,再把整個模塊固定在相應(yīng)的散熱器上,就構(gòu)成一臺新型的開關(guān)電源裝置。由此可見,模塊化的目的不僅在于使用方便,縮小整機體積,更重要的是取消傳統(tǒng)連線,把寄生參數(shù)降到最小,從而把器件承受的電應(yīng)力降至最低,提高系統(tǒng)的可靠性。另外,大功率的開關(guān)電源,由于器件容量的限制和增加冗余提高可靠性方面的考慮,一般采用多個獨立的模塊單元并聯(lián)工作,采用均流技術(shù),所有模塊共同分擔負載電流,一旦其中某個模塊失效,其它模塊再平均分擔負載電流。這樣,不但提高了功率容量,在有限的器件容量的情況下滿足了大電流輸出的要求,而且通過增加相對整個系統(tǒng)來說功率很小的冗余電源模塊,極大的提高系統(tǒng)可靠性,即使萬一出現(xiàn)單模塊故障,也不會影響系統(tǒng)的正常工作,而且為修復(fù)提供充分的時間。

3.3數(shù)字化

在傳統(tǒng)功率電子技術(shù)中,控制部分是按模擬信號來設(shè)計和工作的。在六、七十年代,電力電子技術(shù)完全是建立在模擬電路基礎(chǔ)上的。但是,現(xiàn)在數(shù)字式信號、數(shù)字電路顯得越來越重要,數(shù)字信號處理技術(shù)日趨完善成熟,顯示出越來越多的優(yōu)點:便于計算機處理控制、避免模擬信號的畸變失真、減小雜散信號的干擾(提高抗干擾能力)、便于軟件包調(diào)試和遙感遙測遙調(diào),也便于自診斷、容錯等技術(shù)的植入。所以,在八、九十年代,對于各類電路和系統(tǒng)的設(shè)計來說,模擬技術(shù)還是有用的,特別是:諸如印制版的布圖、電磁兼容(EMC)問題以及功率因數(shù)修正(PFC)等問題的解決,離不開模擬技術(shù)的知識,但是對于智能化的開關(guān)電源,需要用計算機控制時,數(shù)字化技術(shù)就離不開了。

3.4綠色化

電源系統(tǒng)的綠色化有兩層含義:首先是顯著節(jié)電,這意味著發(fā)電容量的節(jié)約,而發(fā)電是造成環(huán)境污染的重要原因,所以節(jié)電就可以減少對環(huán)境的污染;其次這些電源不能(或少)對電網(wǎng)產(chǎn)生污染,國際電工委員會(IEC)對此制定了一系列標準,如IEC555、IEC917、IECl000等。事實上,許多功率電子節(jié)電設(shè)備,往往會變成對電網(wǎng)的污染源:向電網(wǎng)注入嚴重的高次諧波電流,使總功率因數(shù)下降,使電網(wǎng)電壓耦合許多毛刺尖峰,甚至出現(xiàn)缺角和畸變。20世紀末,各種有源濾波器和有源補償器的方案誕生,有了多種修正功率因數(shù)的方法。這些為2l世紀批量生產(chǎn)各種綠色開關(guān)電源產(chǎn)品奠定了基礎(chǔ)。

第2篇

1節(jié)電技術(shù)

節(jié)電技術(shù)主要針對的電力設(shè)備，主要包括：（1）根據(jù)電機使用要求的不同，選擇合理、高效率的容量和類型，并利用先進的控制設(shè)備及調(diào)速方式，如，常用的變頻技術(shù)。（2）照明設(shè)施使用高效的照明裝置及線路，選用合適的照度。（3）參考符合的特性，為減小變壓器的電耗，需對其的容量、工作模式及臺數(shù)進行正確的選擇。另外，變壓器的負載率小于30%，要及時的更換。（4）針對電動設(shè)備（如，泵、風(fēng)機等）提高用電效率時，需選擇合適的類型、運行方式和容量等。

2節(jié)電措施

（1）使用具有節(jié)能特性的新產(chǎn)品，提高并保證系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的效率。生產(chǎn)設(shè)備（如，泵、風(fēng)機等）和運行的設(shè)備（如，變壓器、電機等）都是消耗電能的直接對象，它們消耗電能的程度直接與運行性能的好壞緊密相關(guān)。隨著科技的快速發(fā)展，舊的生產(chǎn)設(shè)備的性能必然落后，設(shè)備的磨損導(dǎo)致性能的降低。故，通過節(jié)電技術(shù)改造設(shè)備的性能是十分有必要的。（2）對用電設(shè)備進行改造或更新，由于生產(chǎn)設(shè)備和運行設(shè)備一般對電能的消耗比較多，分析它們電能消耗和有效消耗之間的關(guān)系，找出耗電的主要環(huán)節(jié)，從而制定出合理的節(jié)點措施，在提高它們的運行效率的同時，降低電能的損耗。（3）利用具有低耗能、高效率的新工藝，降低產(chǎn)品的耗電量，并推行具有節(jié)能特性的新技術(shù)。新工藝和新技術(shù)的結(jié)合運用必然會使電能的消耗量降低。（4）使用經(jīng)濟管理電力設(shè)備的方式，使電能消耗和設(shè)備運行成本得到最大可能的降低。

3新能源在電力設(shè)施中的應(yīng)用

新能源的開發(fā)和利用，對電力的使用很大的影響：①新能源發(fā)電（如，太陽能、風(fēng)能、地?zé)岬劝l(fā)電）可以提高電力的容量，保證社會的穩(wěn)定持續(xù)發(fā)展，如太陽能、風(fēng)能在照明設(shè)備中的應(yīng)用。②與電力的結(jié)合使用：以燒水系統(tǒng)為例，直接用電燒水，電力消耗過大，可以利用太陽能將水加熱到一定溫度，再利用電能繼續(xù)加熱，這樣也可以直接減少電能消耗量。

二小結(jié)

第3篇

【論文摘要】:電能高效潔凈地生產(chǎn)、傳輸、儲存、分配和使用的技術(shù)將成為電力技術(shù)的重點領(lǐng)域。

“電力技術(shù)是通向可持續(xù)發(fā)展的橋梁”，這個論斷已經(jīng)逐漸成為人們的共識。研究表明，為了實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，應(yīng)盡可能把一次能源轉(zhuǎn)換為電能使用，提高電力在終端能源中的比例。因為，在保證相同的能源服務(wù)水平的前提下,使用電力這種優(yōu)質(zhì)能源最清潔、方便，易于控制、效率最高。如果能將大量分散燃用的化石燃料都高效潔凈地轉(zhuǎn)換為電力使用，人們賴以生存的環(huán)境和生活質(zhì)量就會大大改善。因此，電能高效潔凈地生產(chǎn)、傳輸、儲存、分配和使用的技術(shù)將成為電力技術(shù)的重點領(lǐng)域。以下將對若干電力前沿技術(shù)的現(xiàn)狀和未來發(fā)展前景進行簡單評述。

1.分布式電源

當今的分布式電源主要是指用液體或氣體燃料的內(nèi)燃機(IC)、微型燃氣輪機（Microtur_bines）和各種工程用的燃料電池（FuelCell）。因其具有良好的環(huán)保性能，分布式電源與“小機組”已不是同一概念。

1.1微型燃氣輪機

微型燃氣輪機（MicroTurbine）,是功率為幾千瓦至幾十千瓦，轉(zhuǎn)速為96000r/min，以天然氣、甲烷、汽油、柴油為燃料的超小型燃氣輪機，工作溫度500℃，其發(fā)電效率可達30%。目前國外已進入示范階段。其技術(shù)關(guān)鍵是高速軸承、高溫材料、部件加工等?？梢姡姽ぜ夹g(shù)的突破常常取決于材料科學(xué)的進步。

1.2燃料電池

燃料電池是直接把燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能的裝置。它是一種很有發(fā)展前途的潔凈和高效的發(fā)電方式，被稱為21世紀的分布式電源。

1.2.1燃料電池的工作原理

燃料電池的工作原理頗似電解水的逆過程。氫基燃料送入燃料電池的陽極(電源的負極)轉(zhuǎn)變?yōu)闅潆x子，空氣中的氧氣送入燃料電池的陰極(電源的正極)，負氧離子通過2極間離子導(dǎo)電的電解質(zhì)到達陽極與氫離子結(jié)合成水，外電路則形成電流。

通常，完整的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)由電池堆、燃料供給系統(tǒng)、空氣供給系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、電力電子換流器、保護與控制及儀表系統(tǒng)組成。其中，電池堆是核心。低溫燃料電池還應(yīng)配備燃料改質(zhì)器（又稱為燃料重整器）。高溫燃料電池具有內(nèi)重整功能，無須配備重整器。磷酸型燃料電池（PAFC）是目前技術(shù)成熟、已商業(yè)化的燃料電池。現(xiàn)在已能生產(chǎn)大容量加壓型11MW的設(shè)備及便攜式250kW等各種設(shè)備。第2代燃料電池的溶融碳酸鹽電池（MCFC），工作在高溫（600～700℃）下，重整反應(yīng)可以在內(nèi)部進行，可用于規(guī)模發(fā)電，現(xiàn)在正在進行兆瓦級的驗證試驗。固體電解質(zhì)燃料電池（SOFC）被稱為第3代燃料電池。由于電解質(zhì)是氧化鋯等固體電解質(zhì)，未來可用于煤基燃料發(fā)電。質(zhì)子交換膜燃料電池是最有希望的電動車電源。

1.2.2性能和特點

燃料電池有以下優(yōu)點：（1）有很高的效率，以氫為燃料的燃料電池，理論發(fā)電效率可達100%。熔融碳酸鹽燃料電池，實際效率可達58.4%。通過熱電聯(lián)產(chǎn)或聯(lián)合循環(huán)綜合利用熱能，燃料電池的綜合熱效率可望達到80%以上。燃料電池發(fā)電效率與規(guī)?；緹o關(guān)，小型設(shè)備也能得到高效率。（2）處于熱備用狀態(tài)，燃料電池跟隨負荷變化的能力非常強，可以在1s內(nèi)跟隨50%的負荷變化。(3)噪音低；可以實現(xiàn)實際上的零排放；省水。（4）安裝周期短，安裝位置靈活，可省去新建輸配電系統(tǒng)。

目前燃料電池大規(guī)模應(yīng)用的障礙是造價高，在經(jīng)濟性上要與常規(guī)發(fā)電方式競爭尚需時日。

1.2.3技術(shù)關(guān)鍵和研究課題

燃料電池的技術(shù)關(guān)鍵涉及電池性能、壽命、大型化、價格等與商業(yè)化有關(guān)的項目，主要涉及新的電解質(zhì)材料和催化劑。熔融碳酸鹽電池（MCFC）在高溫條件下液體電解質(zhì)的損失和腐蝕滲漏降低了電池的壽命，使MCFC的大型化及實用化受到限制。需要解決電池構(gòu)成材料的腐蝕；電極細孔構(gòu)造變化使電池性能下降等問題。固體氧化物燃料電池（SOFC）使用固體電解質(zhì)且工作溫度很高,對構(gòu)成材料及其加工有特殊要求。為了得到高溫下化學(xué)性穩(wěn)定和致密性（不通過氣體）的電解質(zhì)，在氧化鋯中加入Y2O3生成釔穩(wěn)定氧化鋯。為了降低工作溫度，應(yīng)盡可能減少電解質(zhì)薄膜厚度。通常采用熔射法、燒結(jié)法和電化學(xué)蒸發(fā)涂層法制備電解質(zhì)薄膜。實用的電解質(zhì)膜的厚度為0.03～0.05mm。比較先進的已達到0.01mm。這樣薄的電解質(zhì)陶瓷材料除應(yīng)當有足夠的機械強度外，必須具有高度的氣體致密性，否則將喪失燃料電池的性能。燃料極使用鎳鋯等耐熱金屬陶瓷，鎳還用作燃料重整的催化劑，空氣極在運行中處在高溫氧化中，難以使用一般金屬。鉑的穩(wěn)定性好，但費用昂貴，需要尋找替代材料，可用電子導(dǎo)電陶瓷。為了降低工作溫度，另外一個重要的研究方向是尋找低溫的質(zhì)子導(dǎo)電的電解質(zhì)。工作溫度倘若能降低到700℃以下，SOFC的造價就可以大幅度降低。

2.大功率電力電子技術(shù)的應(yīng)用硅片引起的“第

2.1大功率電力電子器件的重大進展

電力電子學(xué)（PowerElectronics）的應(yīng)用已經(jīng)有多年的歷史。電力電子學(xué)器件用于電力拖動、變頻調(diào)速、大功率換流已經(jīng)是比較成熟的技術(shù)。大功率電子器件（HighPowerElectronics）的快速發(fā)展也引起了電力系統(tǒng)的重大變革，通常稱為硅片引起的第。

近年來，大功率電子器件已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電力的一次系統(tǒng)?？煽毓瑁ňчl管）用于高壓直流輸電已經(jīng)有很長的歷史。大功率電子器件應(yīng)用于靈活的交流輸電（FACTS）、定質(zhì)電力技術(shù)（CustomPower）以及新一代直流輸電技術(shù)則是近10年的事。新的大功率電力電子器件的研究開發(fā)和應(yīng)用，將成為電力研究前沿。

2.2靈活交流輸電技術(shù)(FACTS)

靈活交流輸電技術(shù)是指電力電子技術(shù)與現(xiàn)代控制技術(shù)結(jié)合以實現(xiàn)對電力系統(tǒng)電壓、參數(shù)(如線路阻抗)、相位角、功率潮流的連續(xù)調(diào)節(jié)控制，從而大幅度提高輸電線路輸送能力和提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定水平，降低輸電損耗。超級秘書網(wǎng)

傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)電力潮流的措施，如機械控制的移相器、帶負荷調(diào)變壓器抽頭、開關(guān)投切電容和電感、固定串聯(lián)補償裝置等，只能實現(xiàn)部分穩(wěn)態(tài)潮流的調(diào)節(jié)功能，而且，由于機械開關(guān)動作時間長、響應(yīng)慢，無法適應(yīng)在暫態(tài)過程中快速靈活連續(xù)調(diào)節(jié)電力潮流、阻尼系統(tǒng)振蕩的要求。因此，電網(wǎng)發(fā)展的需求促進了靈活交流輸電這項新技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。

第4篇

1.1單片集成

單片集成是指在一片硅片內(nèi),使用統(tǒng)一的加工技能將所有需要集成的元器件進行集成?，F(xiàn)今制造類工藝、隔離及散熱技術(shù)的不成熟、不完善,致使單片集成技術(shù)一般只適用于集成一些較小功率的電力電子電路。當然不可否認的是,電力電子集成技術(shù)的發(fā)展在今后極有可能以單片集成為主。

1.2混合集成

混合集成的方法能夠有效幫助解決電路之間由于工藝差異所造成的高電壓隔離問題,混合集成的集成程度偏高。但是混合集成也存在著部分難度偏高的技術(shù)性弊端、問題,如分布參數(shù)、傳熱等,且成本無法降到最低。因此,與單片集成不同的是,混合集成一般應(yīng)用于中等功率的電力電子電路,未來可能會向大功率電路方面發(fā)展?；旌霞勺鳛楫斍半娏﹄娮蛹杉夹g(shù)的重要方式,其現(xiàn)實意義偏強。

1.3系統(tǒng)集成

系統(tǒng)集成是指將已有的元器件及部件進行集合拼裝,組成一個整體的系統(tǒng)。系統(tǒng)集成屬于功能集成,難度性與集成度都相對偏低,在當今工程技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。但是系統(tǒng)集成的集成度偏低,無法較好地使其體積及重量減小、降低,且構(gòu)造復(fù)雜,集成優(yōu)勢無法明確體現(xiàn)。系統(tǒng)集成常用于大功率及結(jié)構(gòu)復(fù)雜的電力系統(tǒng)。

2主要研究內(nèi)容及現(xiàn)狀

2.1MCM封裝技術(shù)

MCM主要有三種類型:采用片狀多層基板的稱為MCM一L;采用多層陶瓷基板的稱為MCM一C;采用薄膜技術(shù)的稱為MCM一D。MCM的三種類型在應(yīng)用中各有自身的優(yōu)缺點。MCM封裝能夠有效幫助增強系統(tǒng)的EMC、減小投資風(fēng)險等。

2.2倒裝芯片技術(shù)

倒裝芯片技術(shù)是一種封裝技術(shù),主要是指將晶片與基板直接接觸進行粘接。與傳統(tǒng)技術(shù)相比較,倒裝芯片技術(shù)的引腳位置將不再受局限,能夠隨意放置在位于晶粒正下方的所有位置,而不像以往一般,只能排列在晶粒下方的四周位置。倒裝芯片技術(shù)有利于大大縮短信號傳輸所用時間、弱化所受串擾,使電性能得到提高。倒裝芯片技術(shù)能夠使芯片尺寸封裝CPS得到實現(xiàn)。

2.3嵌人式封裝

嵌人式封裝是指將功率芯片放置在陶瓷框架被刻蝕出的空洞內(nèi),接著再利用光刻、絲網(wǎng)漏印等技術(shù)使涂覆的金屬膜圖形化,最后將集成模塊的大小主要部件粘附在功率芯片最表面。嵌人式封裝可以通過縮小模塊體積,將模塊功率密度有效地提高。

2.4新型的互連方式

2.4.1原有的互聯(lián)工藝方式

原有的互聯(lián)工藝方式主要分為鍵合與壓接兩種。壓接方式對零件的平整度要求較高,如若零件的平整度達不到要求,則會極易出現(xiàn)造成芯片損傷甚至碎裂的情況;而引線鍵合技術(shù)則存在著高頻電磁應(yīng)力及局部寄生電感偏大等問題,嚴重影響鍵合壽命。因此,現(xiàn)人們已提出新的互聯(lián)技術(shù)方式。

2.4.2以焊接技術(shù)為基礎(chǔ)的互連工藝

以焊接技術(shù)為基礎(chǔ)的互連工藝采用層疊型三維封裝結(jié)構(gòu)。三維封裝結(jié)構(gòu)的工藝簡單,成本偏低,能夠有效解決層次間的垂直互連問題。焊接互連工藝分為焊料凸點互連技術(shù)和金屬柱互連平行板結(jié)構(gòu)。焊料凸點互連技術(shù)能夠?qū)⒁€之間的間距有效縮短。焊料凸點互連技術(shù)的接觸面積偏大、封裝密度偏高;金屬柱互連平行板結(jié)構(gòu)是指通過金屬柱實現(xiàn)硅片之間的互連。

2.4.3以沉積金屬膜為基礎(chǔ)的互連工藝

以沉積金屬膜為基礎(chǔ)的互連工藝所采用的三維封裝結(jié)構(gòu)為埋置型,能夠有效減少焊點及寄生參數(shù)。

3電力電子集成技術(shù)的發(fā)展趨勢

隨著現(xiàn)今的加工工藝及半導(dǎo)體材料的不斷改善及發(fā)展,單片集成及混合集成依舊具有一定的前景。將電力電子集成模塊的技術(shù)方面進行改善,能夠有效提高電路性能,減小其損耗。未來的電力電子集成技術(shù)一定會朝著將功率元件、電路元件、控制器以及動作開關(guān)等有效集成,形成系列完整、智能的電力電子標準模塊的方向發(fā)展。電力電子元件內(nèi)部的集成度將會越來越高且成本逐步降低,且能滿足其生產(chǎn)各方面的需求?，F(xiàn)今,電力電子集成技術(shù)在電氣設(shè)備的集成上已廣泛得到應(yīng)用,系統(tǒng)集成技術(shù)已有較為穩(wěn)固的基礎(chǔ),能夠有效幫助綜合電力系統(tǒng)不斷地穩(wěn)健發(fā)展。

4結(jié)語

第5篇

欠壓法、欠流法、移相法、針對電能表安裝接線的缺陷竊電作為常見的竊電技術(shù)手段。根據(jù)常見的竊電技術(shù)手段，可采取以下防竊電技術(shù)措施，包括：應(yīng)用防竊電計量箱；使計量回路封閉等。為了及時發(fā)現(xiàn)與處理用電異常情況，可采取以下先進的技術(shù)手段：采用遠程負荷監(jiān)控系統(tǒng)；采用具有防竊電功能的電能計量裝置；采用遠程抄表系統(tǒng)；采用反竊電式電表箱；安裝反竊電裝置等。雖然防竊電裝置和措施的應(yīng)用，可對竊電行為起到一定的制約作用，但進行反竊電的效率降低，主要原因可能如下：局限性較大、實時性低下、缺乏良好的主動性及可靠性等。

2根據(jù)竊電特點采取適合的反竊電的技術(shù)對策

2.1針對電量的竊電采取的反竊電技術(shù)

2.1.1電量監(jiān)視器的安裝電量監(jiān)視器的安裝目的在于及時防治竊電行為，監(jiān)視器的設(shè)計基于先進的監(jiān)視方法，對電量情況展開全程監(jiān)察。對用戶安裝負荷管理終端，實時監(jiān)控用電客戶的電量使用情況。目前，我國各個區(qū)域已經(jīng)普遍應(yīng)用到防竊電裝置的監(jiān)視器，且裝置型號、功能逐漸多元化，其應(yīng)用水平得到了持續(xù)的改進。

2.1.2具有防竊電功能電能表防竊電電能表的應(yīng)用主要針對倒轉(zhuǎn)、脫鉤、電流短路、一線一地等竊電行為。根據(jù)實際情況選取相應(yīng)的防竊電電能表進行電能計量。

2.1.3選擇適合的電計量設(shè)備----電流互感器在選擇電流互感器時，關(guān)鍵在于將其倍率控制在正常的范圍。一方面，若選取電流互感器的倍率過大，比如：電流互感器在額定電流低于本身20%的情況下，將會不斷增大電流互感器的電流量，從而造成嚴重的誤差值。另一方面，一方面，若選取電流互感器的倍率過小，比如：一次的電流互感器額定電流大于本身的20%的情況下，額定電流超出合理的范圍后，使電流互感器中的鐵心磁力處于飽和狀態(tài)，將會造成不同程度的電計量誤差現(xiàn)象。

2.1.4嚴格計量封印使用和管理對電表、互感器、接線盒、端子盒和計量箱（柜）等計量設(shè)備加封封印，對計量檢定、裝表和用電檢查的封印采用分色管理。對封印進行編號，實行系統(tǒng)管理封印的領(lǐng)用、安裝和報廢流程。

2.2針對繞越計量裝置接線的竊電技術(shù)

2.2.1配電室進行集中安裝電能電度表大部分竊電者主要通過應(yīng)用改動計量表和接線的方法進行竊電，針對此方法大多配電室將集中安裝電能電度表，并進行加封電能表、加封加鎖計量箱（柜），從源頭上阻止竊電者改變電量計量。另外，部分區(qū)域通過組建專業(yè)的巡視隊伍，加強校驗、檢查、巡視管理等工作。

2.2.2于變壓器與計量屏之間應(yīng)用三相四芯電纜部分高壓供電、低壓計量的用戶，可通過使用特制的鐵制箱進行遮罩住低壓端的出線套管，有效阻止竊電者將鐵箱打開，將無法在低壓端掛線。另外，鐵箱門鎖選用一次性的，一旦有竊電者破壞將會立即查出。同時，于變壓器與計量屏之間應(yīng)用三相四芯電纜，有效避免短接竊電的計量裝置的產(chǎn)生。

2.2.3于防竊電裝置之中安置組裝電流檢測元件在配電變壓器的油箱中，低壓端的出線瓷套管的下方預(yù)留相應(yīng)的地方，使組裝電流檢測元件可靈活置于防竊電裝置中，進行對比實測的電流值與電能表顯示的電流值，獲取的數(shù)值將可確定是否存在竊電行為。

2.2.4采取專用的計量柜保護電能表應(yīng)該避免在計量柜外引接表尾零線，在電力營銷反竊電工作中必須采取專用的計量柜，且將表尾零線引接入計量柜內(nèi)，有效連接配電變壓器相線與零線，封閉并直接引入柜中。

3反竊電技術(shù)的應(yīng)用

3.1反竊電技術(shù)在居民用戶中的應(yīng)用目前，我國居民比較少出現(xiàn)大額竊電現(xiàn)象，相關(guān)部門將計量箱安裝在每一戶的電能計量表外，以增大竊電難度。電力企業(yè)通過健全與完善用電檢查和稽查制度，嚴格按照《用電檢查管理辦法》，及時處理居民用戶違約用電行為，增強反竊電工作的規(guī)范性，依法加強企業(yè)合法權(quán)益的維護。

3.2反竊電技術(shù)在商業(yè)用戶中的應(yīng)用部分商鋪的電能計量設(shè)備的安裝設(shè)備在屋內(nèi)隱蔽部位，因此，電力企業(yè)工作人員必須加以勸導(dǎo)商業(yè)用戶的行為，使其更加配合反竊電技術(shù)應(yīng)用工作的展開?；谟秒姲踩慕嵌龋臃奖銠z修檢查的展開，所有電能計量表應(yīng)該移位到室外合適的地方，并實施統(tǒng)一的監(jiān)察與管理。并且加大對商業(yè)用戶的用電檢查，特別是用電設(shè)備多、營業(yè)時間長，但是用電量不大的用戶。

3.3反竊電技術(shù)在養(yǎng)殖戶和小企業(yè)用戶中的應(yīng)用養(yǎng)殖戶和小企業(yè)用戶大多接入電流互感器來計量電量，并將該設(shè)備安裝在獨立封閉的供電間，對原有的老舊裝置逐步改換成計量箱（柜）供電。為了進一步防止這類用戶竊電，可以將進戶線、互感器和計量表進行封閉管理，對箱柜上鎖上封。

3.4反竊電技術(shù)大電量用戶中的應(yīng)用大電量用戶的電能計量設(shè)備的裝置地方大多在標準的配電間內(nèi)，且配套標準的配電柜和計量柜，常規(guī)應(yīng)用高壓計量方式進行電能計量。在用電普查中，對大電量用戶檢查大多需要采取相位儀著重檢查互感器二次接線的準確性。大電量用戶的反竊電工作發(fā)揮主體性作用，必須嚴格處理此類型用戶的竊電行為，才能避免出現(xiàn)安全事故，減少供電企業(yè)經(jīng)濟損失。

4利用GPRS防竊電系統(tǒng)的應(yīng)用

據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)調(diào)查表明，大部分竊電者會進行改動用戶端。因此，可將GPRS通信系統(tǒng)安裝在用戶端，通過該系統(tǒng)的模塊以實現(xiàn)反竊電的目的。GPRS防竊電系統(tǒng)的第一個模塊，進行采集和保存用戶端的信息，在虛擬硬盤中存納更多完整的信息。GPRS防竊電系統(tǒng)的第二個模塊進行對比相關(guān)數(shù)據(jù)，整個過程時間不超過30s，將在第一時間向終端反饋異常情況。通過全面利用GPRS防竊電系統(tǒng)，可進行的遠程控制電能計量裝置，為電力營銷部門提供具有時效性的監(jiān)督方式，且為用戶用電信息和保存工作提供重要的依據(jù)，切實增加反竊電的技術(shù)含量。

5對于反竊電技術(shù)的建議

第一，在小區(qū)內(nèi)進行安裝現(xiàn)代化的抄表系統(tǒng)，以確保電力用戶的正常用電，持續(xù)提高居民小區(qū)管理水平。第二，將原有的室內(nèi)安裝計量表及用戶設(shè)備移位到室外，實施統(tǒng)一的監(jiān)測與全程管理。第三，加強戶外電表的維護檢查，避免電表產(chǎn)生老化現(xiàn)象，在條件允許的情況下，應(yīng)該及時更換新的設(shè)備。第四，進行戶外監(jiān)測用電量較大的“小用戶”，按時間段合理對比統(tǒng)一收集的數(shù)據(jù)。第五，充分使用計量自動化系統(tǒng)，設(shè)置電量異常報警，通過靈活應(yīng)用先進的科技手段打擊竊電現(xiàn)象，持續(xù)提高反竊電水平。第六，加強計量設(shè)備資產(chǎn)管理和封印的管理。

6結(jié)束語

第6篇

現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展方向,是從以低頻技術(shù)處理問題為主的傳統(tǒng)電力電子學(xué),向以高頻技術(shù)處理問題為主的現(xiàn)代電力電子學(xué)方向轉(zhuǎn)變。電力電子技術(shù)起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其發(fā)展先后經(jīng)歷了整流器時代、逆變器時代和變頻器時代,并促進了電力電子技術(shù)在許多新領(lǐng)域的應(yīng)用。八十年代末期和九十年代初期發(fā)展起來的、以功率MOSFET和IGBT為代表的、集高頻、高壓和大電流于一身的功率半導(dǎo)體復(fù)合器件,表明傳統(tǒng)電力電子技術(shù)已經(jīng)進入現(xiàn)代電力電子時代。

1.1整流器時代

大功率的工業(yè)用電由工頻(50Hz)交流發(fā)電機提供,但是大約20%的電能是以直流形式消費的,其中最典型的是電解(有色金屬和化工原料需要直流電解)、牽引(電氣機車、電傳動的內(nèi)燃機車、地鐵機車、城市無軌電車等)和直流傳動(軋鋼、造紙等)三大領(lǐng)域。大功率硅整流器能夠高效率地把工頻交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶閘管的開發(fā)與應(yīng)用得以很大發(fā)展。當時國內(nèi)曾經(jīng)掀起了-股各地大辦硅整流器廠的熱潮,目前全國大大小小的制造硅整流器的半導(dǎo)體廠家就是那時的產(chǎn)物。

1.2逆變器時代

七十年代出現(xiàn)了世界范圍的能源危機,交流電機變頻惆速因節(jié)能效果顯著而迅速發(fā)展。變頻調(diào)速的關(guān)鍵技術(shù)是將直流電逆變?yōu)?~100Hz的交流電。在七十年代到八十年代,隨著變頻調(diào)速裝置的普及,大功率逆變用的晶閘管、巨型功率晶體管(GTR)和門極可關(guān)斷晶閘管(GT0)成為當時電力電子器件的主角。類似的應(yīng)用還包括高壓直流輸出,靜止式無功功率動態(tài)補償?shù)?。這時的電力電子技術(shù)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)整流和逆變,但工作頻率較低,僅局限在中低頻范圍內(nèi)。

1.3變頻器時代

進入八十年代,大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅猛發(fā)展,為現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。將集成電路技術(shù)的精細加工技術(shù)和高壓大電流技術(shù)有機結(jié)合,出現(xiàn)了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的問世,導(dǎo)致了中小功率電源向高頻化發(fā)展,而后絕緣門極雙極晶體管(IGBT)的出現(xiàn),又為大中型功率電源向高頻發(fā)展帶來機遇。MOSFET和IGBT的相繼問世,是傳統(tǒng)的電力電子向現(xiàn)代電力電子轉(zhuǎn)化的標志。據(jù)統(tǒng)計,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半導(dǎo)體器件市場上已達到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在電力電子領(lǐng)域巳成定論。新型器件的發(fā)展不僅為交流電機變頻調(diào)速提供了較高的頻率,使其性能更加完善可靠,而且使現(xiàn)代電子技術(shù)不斷向高頻化發(fā)展,為用電設(shè)備的高效節(jié)材節(jié)能,實現(xiàn)小型輕量化,機電一體化和智能化提供了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。

2.現(xiàn)代電力電子的應(yīng)用領(lǐng)域

2.1計算機高效率綠色電源

高速發(fā)展的計算機技術(shù)帶領(lǐng)人類進入了信息社會,同時也促進了電源技術(shù)的迅速發(fā)展。八十年代,計算機全面采用了開關(guān)電源,率先完成計算機電源換代。接著開關(guān)電源技術(shù)相繼進人了電子、電器設(shè)備領(lǐng)域。

計算機技術(shù)的發(fā)展,提出綠色電腦和綠色電源。綠色電腦泛指對環(huán)境無害的個人電腦和相關(guān)產(chǎn)品，綠色電源系指與綠色電腦相關(guān)的高效省電電源,根據(jù)美國環(huán)境保護署l992年6月17日"能源之星"計劃規(guī)定,桌上型個人電腦或相關(guān)的設(shè)備,在睡眠狀態(tài)下的耗電量若小于30瓦,就符合綠色電腦的要求,提高電源效率是降低電源消耗的根本途徑。就目前效率為75%的200瓦開關(guān)電源而言,電源自身要消耗50瓦的能源。

2.2通信用高頻開關(guān)電源

通信業(yè)的迅速發(fā)展極大的推動了通信電源的發(fā)展。高頻小型化的開關(guān)電源及其技術(shù)已成為現(xiàn)代通信供電系統(tǒng)的主流。在通信領(lǐng)域中,通常將整流器稱為一次電源,而將直流-直流(DC/DC)變換器稱為二次電源。一次電源的作用是將單相或三相交流電網(wǎng)變換成標稱值為48V的直流電源。目前在程控交換機用的一次電源中,傳統(tǒng)的相控式穩(wěn)壓電源己被高頻開關(guān)電源取代,高頻開關(guān)電源(也稱為開關(guān)型整流器SMR)通過MOSFET或IGBT的高頻工作,開關(guān)頻率一般控制在50-100kHz范圍內(nèi),實現(xiàn)高效率和小型化。近幾年,開關(guān)整流器的功率容量不斷擴大,單機容量己從48V/12.5A、48V/20A擴大到48V/200A、48V/400A。

因通信設(shè)備中所用集成電路的種類繁多,其電源電壓也各不相同,在通信供電系統(tǒng)中采用高功率密度的高頻DC-DC隔離電源模塊,從中間母線電壓(一般為48V直流)變換成所需的各種直流電壓,這樣可大大減小損耗、方便維護,且安裝、增加非常方便。一般都可直接裝在標準控制板上,對二次電源的要求是高功率密度。因通信容量的不斷增加,通信電源容量也將不斷增加。

2.3直流-直流(DC/DC)變換器

DC/DC變換器將一個固定的直流電壓變換為可變的直流電壓,這種技術(shù)被廣泛應(yīng)用于無軌電車、地鐵列車、電動車的無級變速和控制,同時使上述控制獲得加速平穩(wěn)、快速響應(yīng)的性能,并同時收到節(jié)約電能的效果。用直流斬波器代替變阻器可節(jié)約電能(20~30)%。直流斬波器不僅能起調(diào)壓的作用(開關(guān)電源),同時還能起到有效地抑制電網(wǎng)側(cè)諧波電流噪聲的作用。

通信電源的二次電源DC/DC變換器已商品化,模塊采用高頻PWM技術(shù),開關(guān)頻率在500kHz左右,功率密度為5W~20W/in3。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展,要求電源模塊實現(xiàn)小型化,因此就要不斷提高開關(guān)頻率和采用新的電路拓撲結(jié)構(gòu),目前已有一些公司研制生產(chǎn)了采用零電流開關(guān)和零電壓開關(guān)技術(shù)的二次電源模塊,功率密度有較大幅度的提高。

2.4不間斷電源(UPS)

不間斷電源(UPS)是計算機、通信系統(tǒng)以及要求提供不能中斷場合所必須的一種高可靠、高性能的電源。交流市電輸入經(jīng)整流器變成直流,一部分能量給蓄電池組充電,另一部分能量經(jīng)逆變器變成交流,經(jīng)轉(zhuǎn)換開關(guān)送到負載。為了在逆變器故障時仍能向負載提供能量,另一路備用電源通過電源轉(zhuǎn)換開關(guān)來實現(xiàn)。

現(xiàn)代UPS普遍了采用脈寬調(diào)制技術(shù)和功率M0SFET、IGBT等現(xiàn)代電力電子器件,電源的噪聲得以降低,而效率和可靠性得以提高。微處理器軟硬件技術(shù)的引入,可以實現(xiàn)對UPS的智能化管理,進行遠程維護和遠程診斷。

目前在線式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS發(fā)展也很迅速,已經(jīng)有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多種規(guī)格的產(chǎn)品。

2.5變頻器電源

變頻器電源主要用于交流電機的變頻調(diào)速,其在電氣傳動系統(tǒng)中占據(jù)的地位日趨重要,已獲得巨大的節(jié)能效果。變頻器電源主電路均采用交流-直流-交流方案。工頻電源通過整流器變成固定的直流電壓,然后由大功率晶體管或IGBT組成的PWM高頻變換器,將直流電壓逆變成電壓、頻率可變的交流輸出,電源輸出波形近似于正弦波,用于驅(qū)動交流異步電動機實現(xiàn)無級調(diào)速。

國際上400kVA以下的變頻器電源系列產(chǎn)品已經(jīng)問世。八十年代初期,日本東芝公司最先將交流變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于空調(diào)器中。至1997年,其占有率已達到日本家用空調(diào)的70%以上。變頻空調(diào)具有舒適、節(jié)能等優(yōu)點。國內(nèi)于90年代初期開始研究變頻空調(diào),96年引進生產(chǎn)線生產(chǎn)變頻空調(diào)器,逐漸形成變頻空調(diào)開發(fā)生產(chǎn)熱點。預(yù)計到2000年左右將形成。變頻空調(diào)除了變頻電源外,還要求有適合于變頻調(diào)速的壓縮機電機。優(yōu)化控制策略,精選功能組件,是空調(diào)變頻電源研制的進一步發(fā)展方向。

2.6高頻逆變式整流焊機電源

高頻逆變式整流焊機電源是一種高性能、高效、省材的新型焊機電源,代表了當今焊機電源的發(fā)展方向。由于IGBT大容量模塊的商用化,這種電源更有著廣闊的應(yīng)用前景。

逆變焊機電源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)變換的方法。50Hz交流電經(jīng)全橋整流變成直流,IGBT組成的PWM高頻變換部分將直流電逆變成20kHz的高頻矩形波,經(jīng)高頻變壓器耦合,整流濾波后成為穩(wěn)定的直流,供電弧使用。

由于焊機電源的工作條件惡劣,頻繁的處于短路、燃弧、開路交替變化之中,因此高頻逆變式整流焊機電源的工作可靠性問題成為最關(guān)鍵的問題,也是用戶最關(guān)心的問題。采用微處理器做為脈沖寬度調(diào)制(PWM)的相關(guān)控制器,通過對多參數(shù)、多信息的提取與分析,達到預(yù)知系統(tǒng)各種工作狀態(tài)的目的,進而提前對系統(tǒng)做出調(diào)整和處理,解決了目前大功率IGBT逆變電源可靠性。

國外逆變焊機已可做到額定焊接電流300A,負載持續(xù)率60%,全載電壓60~75V,電流調(diào)節(jié)范圍5~300A,重量29kg。

2.7大功率開關(guān)型高壓直流電源

大功率開關(guān)型高壓直流電源廣泛應(yīng)用于靜電除塵、水質(zhì)改良、醫(yī)用X光機和CT機等大型設(shè)備。電壓高達50~l59kV,電流達到0.5A以上,功率可達100kW。

自從70年代開始,日本的一些公司開始采用逆變技術(shù),將市電整流后逆變?yōu)?kHz左右的中頻,然后升壓。進入80年代,高頻開關(guān)電源技術(shù)迅速發(fā)展。德國西門子公司采用功率晶體管做主開關(guān)元件,將電源的開關(guān)頻率提高到20kHz以上。并將干式變壓器技術(shù)成功的應(yīng)用于高頻高壓電源,取消了高壓變壓器油箱,使變壓器系統(tǒng)的體積進一步減小。

國內(nèi)對靜電除塵高壓直流電源進行了研制,市電經(jīng)整流變?yōu)橹绷?采用全橋零電流開關(guān)串聯(lián)諧振逆變電路將直流電壓逆變?yōu)楦哳l電壓,然后由高頻變壓器升壓,最后整流為直流高壓。在電阻負載條件下,輸出直流電壓達到55kV,電流達到15mA,工作頻率為25.6kHz。

2.8電力有源濾波器

傳統(tǒng)的交流-直流(AC-DC)變換器在投運時,將向電網(wǎng)注入大量的諧波電流,引起諧波損耗和干擾,同時還出現(xiàn)裝置網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)惡化的現(xiàn)象,即所謂"電力公害",例如,不可控整流加電容濾波時,網(wǎng)側(cè)三次諧波含量可達(70~80)%,網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)僅有0.5~0.6。

電力有源濾波器是一種能夠動態(tài)抑制諧波的新型電力電子裝置,能克服傳統(tǒng)LC濾波器的不足,是一種很有發(fā)展前途的諧波抑制手段。濾波器由橋式開關(guān)功率變換器和具體控制電路構(gòu)成。與傳統(tǒng)開關(guān)電源的區(qū)別是:(l)不僅反饋輸出電壓,還反饋輸入平均電流;(2)電流環(huán)基準信號為電壓環(huán)誤差信號與全波整流電壓取樣信號之乘積。

2.9分布式開關(guān)電源供電系統(tǒng)

分布式電源供電系統(tǒng)采用小功率模塊和大規(guī)模控制集成電路作基本部件,利用最新理論和技術(shù)成果,組成積木式、智能化的大功率供電電源,從而使強電與弱電緊密結(jié)合,降低大功率元器件、大功率裝置(集中式)的研制壓力,提高生產(chǎn)效率。

八十年代初期,對分布式高頻開關(guān)電源系統(tǒng)的研究基本集中在變換器并聯(lián)技術(shù)的研究上。八十年代中后期,隨著高頻功率變換技術(shù)的迅述發(fā)展，各種變換器拓撲結(jié)構(gòu)相繼出現(xiàn),結(jié)合大規(guī)模集成電路和功率元器件技術(shù),使中小功率裝置的集成成為可能,從而迅速地推動了分布式高頻開關(guān)電源系統(tǒng)研究的展開。自八十年代后期開始,這一方向已成為國際電力電子學(xué)界的研究熱點,論文數(shù)量逐年增加，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大。

分布供電方式具有節(jié)能、可靠、高效、經(jīng)濟和維護方便等優(yōu)點。已被大型計算機、通信設(shè)備、航空航天、工業(yè)控制等系統(tǒng)逐漸采納,也是超高速型集成電路的低電壓電源(3.3V)的最為理想的供電方式。在大功率場合,如電鍍、電解電源、電力機車牽引電源、中頻感應(yīng)加熱電源、電動機驅(qū)動電源等領(lǐng)域也有廣闊的應(yīng)用前景。

3.高頻開關(guān)電源的發(fā)展趨勢

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)均處于核心地位。對于大型電解電鍍電源,傳統(tǒng)的電路非常龐大而笨重,如果采用高頓開關(guān)電源技術(shù),其體積和重量都會大幅度下降,而且可極大提高電源利用效率、節(jié)省材料、降低成本。在電動汽車和變頻傳動中,更是離不開開關(guān)電源技術(shù)，通過開關(guān)電源改變用電頻率,從而達到近于理想的負載匹配和驅(qū)動控制。高頻開關(guān)電源技術(shù),更是各種大功率開關(guān)電源(逆變焊機、通訊電源、高頻加熱電源、激光器電源、電力操作電源等)的核心技術(shù)。

3.1高頻化

理論分析和實踐經(jīng)驗表明,電氣產(chǎn)品的變壓器、電感和電容的體積重量與供電頻率的平方根成反比。所以當我們把頻率從工頻50Hz提高到20kHz,提高400倍的話,用電設(shè)備的體積重量大體下降至工頻設(shè)計的5~l0%。無論是逆變式整流焊機,還是通訊電源用的開關(guān)式整流器,都是基于這一原理。同樣,傳統(tǒng)"整流行業(yè)"的電鍍、電解、電加工、充電、浮充電、電力合閘用等各種直流電源也可以根據(jù)這一原理進行改造,成為"開關(guān)變換類電源",其主要材料可以節(jié)約90%或更高,還可節(jié)電30%或更多。由于功率電子器件工作頻率上限的逐步提高,促使許多原來采用電子管的傳統(tǒng)高頻設(shè)備固態(tài)化,帶來顯著節(jié)能、節(jié)水、節(jié)約材料的經(jīng)濟效益,更可體現(xiàn)技術(shù)含量的價值。

3.2模塊化

模塊化有兩方面的含義,其一是指功率器件的模塊化,其二是指電源單元的模塊化。我們常見的器件模塊,含有一單元、兩單元、六單元直至七單元,包括開關(guān)器件和與之反并聯(lián)的續(xù)流二極管,實質(zhì)上都屬于"標準"功率模塊(SPM)。近年,有些公司把開關(guān)器件的驅(qū)動保護電路也裝到功率模塊中去,構(gòu)成了"智能化"功率模塊(IPM),不但縮小了整機的體積,更方便了整機的設(shè)計制造。實際上,由于頻率的不斷提高,致使引線寄生電感、寄生電容的影響愈加嚴重,對器件造成更大的電應(yīng)力(表現(xiàn)為過電壓、過電流毛刺)。為了提高系統(tǒng)的可靠性,有些制造商開發(fā)了"用戶專用"功率模塊(ASPM),它把一臺整機的幾乎所有硬件都以芯片的形式安裝到一個模塊中,使元器件之間不再有傳統(tǒng)的引線連接,這樣的模塊經(jīng)過嚴格、合理的熱、電、機械方面的設(shè)計,達到優(yōu)化完美的境地。它類似于微電子中的用戶專用集成電路(ASIC)。只要把控制軟件寫入該模塊中的微處理器芯片,再把整個模塊固定在相應(yīng)的散熱器上,就構(gòu)成一臺新型的開關(guān)電源裝置。由此可見,模塊化的目的不僅在于使用方便,縮小整機體積,更重要的是取消傳統(tǒng)連線,把寄生參數(shù)降到最小,從而把器件承受的電應(yīng)力降至最低,提高系統(tǒng)的可靠性。這樣,不但提高了功率容量,在有限的器件容量的情況下滿足了大電流輸出的要求,而且通過增加相對整個系統(tǒng)來說功率很小的冗余電源模塊,極大的提高系統(tǒng)可靠性,即使萬一出現(xiàn)單模塊故障,也不會影響系統(tǒng)的正常工作,而且為修復(fù)提供充分的時間。

3.3數(shù)字化

在傳統(tǒng)功率電子技術(shù)中,控制部分是按模擬信號來設(shè)計和工作的。在六、七十年代,電力電子技術(shù)擬電路基礎(chǔ)上的。但是,現(xiàn)在數(shù)字式信號、數(shù)字電路顯得越來越重要,數(shù)字信號處理技術(shù)日趨完善成熟,顯示出越來越多的優(yōu)點:便于計算機處理控制、避免模擬信號的畸變失真、減小雜散信號的干擾(提高抗干擾能力)、便于軟件包調(diào)試和遙感遙測遙調(diào),也便于自診斷、容錯等技術(shù)的植入。所以,在八、九十年代,對于各類電路和系統(tǒng)的設(shè)計來說,模擬技術(shù)還是有用的,特別是:諸如印制版的布圖、電磁兼容(EMC)問題以及功率因數(shù)修正(PFC)等問題的解決,離不開模擬技術(shù)的知識,但是對于智能化的開關(guān)電源,需要用計算機控制時,數(shù)字化技術(shù)就離不開了。

3.4綠色化

電源系統(tǒng)的綠色化有兩層含義:首先是顯著節(jié)電,這意味著發(fā)電容量的節(jié)約,而發(fā)電是造成環(huán)境污染的重要原因,所以節(jié)電就可以減少對環(huán)境的污染;其次這些電源不能(或少)對電網(wǎng)產(chǎn)生污染,國際電工委員會(IEC)對此制定了一系列標準,如IEC555、IEC917、IECl000等。事實上,許多功率電子節(jié)電設(shè)備,往往會變成對電網(wǎng)的污染源:向電網(wǎng)注入嚴重的高次諧波電流,使總功率因數(shù)下降,使電網(wǎng)電壓耦合許多毛刺尖峰,甚至出現(xiàn)缺角和畸變。20世紀末,各種有源濾波器和有源補償器的方案誕生,有了多種修正功率因數(shù)的方法。

總而言之,電力電子及開關(guān)電源技術(shù)因應(yīng)用需求不斷向前發(fā)展,新技術(shù)的出現(xiàn)又會使許多應(yīng)用產(chǎn)品更新?lián)Q代,還會開拓更多更新的應(yīng)用領(lǐng)域。開關(guān)電源高頻化、模塊化、數(shù)字化、綠色化等的實現(xiàn),將標志著這些技術(shù)的成熟,實現(xiàn)高效率用電和高品質(zhì)用電相結(jié)合。這幾年,隨著通信行業(yè)的發(fā)展,以開關(guān)電源技術(shù)為核心的通信用開關(guān)電源,僅國內(nèi)有20多億人民幣的市場需求,吸引了國內(nèi)外一大批科技人員對其進行開發(fā)研究。開關(guān)電源代替線性電源和相控電源是大勢所趨,因此,同樣具有幾十億產(chǎn)值需求的電力操作電源系統(tǒng)的國內(nèi)市場正在啟動,并將很快發(fā)展起來。還有其它許多以開關(guān)電源技術(shù)為核心的專用電源、工業(yè)電源正在等待著人們?nèi)ラ_發(fā)。

參考文獻：

[1]林渭勛:淺談半導(dǎo)體高頻電力電子技術(shù),電力電子技術(shù)選編,浙江大學(xué),384-390,1992。

[2]季幼章:迎接知識經(jīng)濟時代,發(fā)展電源技術(shù)應(yīng)用,電源技術(shù)應(yīng)用,N0.2,l998。

[3]葉治正,葉靖國:開關(guān)穩(wěn)壓電源。高等教育出版社,1998。

第7篇

1.1電力通信專網(wǎng)支撐智能電網(wǎng)信息傳送信息通信、智能管理、采集控制是發(fā)展智能電網(wǎng)不可或缺的三大要素。電力通信專網(wǎng)中傳輸了大量的電網(wǎng)信息，生產(chǎn)自動化、電力營銷業(yè)務(wù)、調(diào)度自動化、辦公自動化等電網(wǎng)業(yè)務(wù)都需要依靠高速、實時、雙向的信息通信，為電網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、先進工藝引進、智能設(shè)備應(yīng)用創(chuàng)建出最優(yōu)環(huán)境。隨著國家電網(wǎng)公司建設(shè)“三集五大”體系目標的提出，為了提升電網(wǎng)的精細化、智能化管理與決策水平，信息與通信服務(wù)也逐漸向著一體化方向發(fā)展，與智能化的數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)相配合，為電網(wǎng)提供更加智能化的移動式服務(wù)。

1.2對傳統(tǒng)電網(wǎng)的智能化改造需要信息技術(shù)智能電網(wǎng)發(fā)展本質(zhì)就是新型能源的大量接入以及大量智能化設(shè)備的應(yīng)用。在對傳統(tǒng)電網(wǎng)的智能化改造中，信息技術(shù)發(fā)揮著重要的推動作用，智能電網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、三網(wǎng)融合、數(shù)字家庭、智慧城市等概念，無一不與電力通信有著密切關(guān)系。傳統(tǒng)的高頻通信、電力載波通信已經(jīng)逐漸被電力光纖通信所替代，電力通信向著數(shù)據(jù)實時性更高、網(wǎng)絡(luò)更加穩(wěn)定、體系更加完善的方向發(fā)展，電網(wǎng)數(shù)據(jù)將為更多領(lǐng)域提供支撐作用，形成規(guī)模效益。

1.3智能電網(wǎng)各項業(yè)務(wù)需要發(fā)展信息技術(shù)在智能電網(wǎng)發(fā)展中，包括電力生產(chǎn)部門、調(diào)度通信部門、行政部門、信息部門、電力營銷部門在內(nèi)的各個業(yè)務(wù)應(yīng)用部門，都是由各類信息技術(shù)構(gòu)架的電力信息通信網(wǎng)來進行信息傳輸，以光纜為代表的智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸方式，經(jīng)過PDH/SDH同步數(shù)字序列和同步技術(shù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)包交換后上送網(wǎng)絡(luò)，最終進入應(yīng)用業(yè)務(wù)層，為繼電保護自動化系統(tǒng)、視頻監(jiān)控、行政電話、電網(wǎng)管理業(yè)務(wù)、電力ERP系統(tǒng)、電力營銷自動化、遠程抄表、負荷控制等業(yè)務(wù)服務(wù)。

2電力信息和通信技術(shù)推動智能電網(wǎng)建設(shè)

2.1電力一次網(wǎng)與通信網(wǎng)的兩網(wǎng)融合電力一次網(wǎng)與通信網(wǎng)密不可分，隨著智能電網(wǎng)推進，電力一次設(shè)備也在逐步智能化，大量智能斷路器、智能開關(guān)等一次設(shè)備投入使用，數(shù)字化變電站的蓬勃發(fā)展，在簡化了電力二次接線的同時，也使得變電站對通信系統(tǒng)的依賴性更加增強。大量的合并單元和級聯(lián)裝置的使用，以及IEC61850標準的推行，使得數(shù)字化變電站的信息化、自動化程度進一步增強，市場信息、電網(wǎng)信息、用戶信息、網(wǎng)絡(luò)通信在通信系統(tǒng)中傳遞，電網(wǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)獲取、繼電保護、電網(wǎng)控制業(yè)務(wù)都需要通信網(wǎng)絡(luò)的支撐，進一步促進了電力一次網(wǎng)與通信網(wǎng)的兩網(wǎng)融合。

2.2電網(wǎng)相關(guān)的增值業(yè)務(wù)隨著各種特種光電復(fù)合纜技術(shù)的發(fā)展，電力光纖到戶已經(jīng)具備了一定的技術(shù)基礎(chǔ)，智能電網(wǎng)下的光纖技術(shù)與電力線路相結(jié)合，有利于促進電力的業(yè)務(wù)網(wǎng)與信息網(wǎng)融合，實現(xiàn)資源共享與優(yōu)勢互補。一旦實現(xiàn)電力光纖到戶，電信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)能夠融合發(fā)展，為電網(wǎng)提供多種增值服務(wù)，構(gòu)建更加開放和共享的信息交互平臺。通過電力光纖技術(shù)，實現(xiàn)智能電網(wǎng)與用戶的實時雙向互動，為用戶的精細化用電、智能小區(qū)發(fā)展、階梯電價定價、智能充電樁提供信息平臺數(shù)據(jù)庫，并可以更好的實現(xiàn)電力營銷、電費征繳、用電信息通知、商業(yè)信息推廣等、用電安全知識等服務(wù)，實現(xiàn)電網(wǎng)業(yè)務(wù)與電信、交通、物流、金融等信息的全面融合，以及“電力流、信息流、業(yè)務(wù)流”的互動。

2.3電力信息和通信技術(shù)在智能電網(wǎng)建設(shè)中的具體應(yīng)用

2.3.1發(fā)電領(lǐng)域在發(fā)電領(lǐng)域，智能電網(wǎng)的重要特征就是新能源的接入和消納，清潔能源接入電網(wǎng)后，必然對電網(wǎng)的電能質(zhì)量、潮流計算、諧波成分等運行特性產(chǎn)生影響，必須要通過電力通信技術(shù)實現(xiàn)信息的采集和傳輸，實時傳送遙測、遙控、遙調(diào)、遙信等信號。此外，新能源并網(wǎng)后，與傳統(tǒng)電網(wǎng)的協(xié)同工作需要電力通信提供支撐作用，實現(xiàn)兩網(wǎng)的無縫對接，新能源電站的繼電保護和安全自動裝置、調(diào)度自動化系統(tǒng)等關(guān)鍵電網(wǎng)安全管理業(yè)務(wù)必須具備兩條相互獨立的通信信道，以提高信息傳送的安全性，同時有效的平抑并網(wǎng)波動，為新能源接入后電網(wǎng)的監(jiān)測、運行、控制提供高速、穩(wěn)定、可靠的通信平臺。

2.3.2輸電領(lǐng)域智能電網(wǎng)以特高壓為骨干網(wǎng)架、交直流混聯(lián)、各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展，為了確保電能大容量、遠距離、低損耗的電能傳送，我國提出西電東送、建設(shè)“三華”同步電網(wǎng)等戰(zhàn)略規(guī)劃，我國的特高壓交直流輸電獲得了大規(guī)模發(fā)展，特高壓再造中國能源大動脈，我國已經(jīng)成為世界上特高壓輸電電壓等級最高的國家。在特高壓輸電的發(fā)展過程中，大量的新設(shè)備和新元件投入使用，電網(wǎng)的控制特性更加復(fù)雜，以電力電子元器件為例，為了提升特高壓直流輸電的靈活性，大量的晶閘管、無功控制、補償器等元件投入使用，這些元件的接入環(huán)境更加復(fù)雜多變，對電網(wǎng)通信環(huán)境提出了更高的要求，高速發(fā)展的計算機和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)成為電網(wǎng)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，通過建立雙向、實時、高速的通信系統(tǒng)，為智能電網(wǎng)發(fā)展提供更為廣闊的發(fā)展空間。

2.3.3變電領(lǐng)域在變電領(lǐng)域，智能電網(wǎng)的特征集中體現(xiàn)在數(shù)字化變電站的建設(shè)，隨著對傳統(tǒng)電網(wǎng)的改造不斷深入，我國新建的220kV及以上變電站均為數(shù)字化變電站，而數(shù)字化變電站的三個關(guān)鍵特征就是數(shù)字化一次設(shè)備、數(shù)字化二次設(shè)備和統(tǒng)一的IEC61850規(guī)約通訊平臺，通過信息和通信技術(shù)實現(xiàn)對變電站的電氣設(shè)備狀態(tài)分析、電網(wǎng)調(diào)度管理、電能質(zhì)量控制、精細用電管理。在數(shù)字化變電站中，所有的一次設(shè)備和二次設(shè)備之間的信息交互都通過通信網(wǎng)絡(luò)來完成，以光纖通信取代了復(fù)雜的二次電纜接線，提升了信號傳輸效率，減少了二次接線工作量；通過合并單元和級聯(lián)設(shè)備實現(xiàn)信號的高速傳送，減少了通信誤碼率，并具有良好的抗干擾性能，穩(wěn)定可靠的通信傳輸為數(shù)字化變電站的發(fā)展打下了堅實基礎(chǔ)。此外，統(tǒng)一的IEC61850通信平臺解決了電力設(shè)備間通信規(guī)約不一致、設(shè)備兼容性差等問題，實現(xiàn)了設(shè)備間統(tǒng)一的信息模型和通訊接口，提高了設(shè)備的互操作性。

2.3.4配電領(lǐng)域在配電領(lǐng)域，國家電網(wǎng)公司將投入大量資金用于配電網(wǎng)的升級和改造。智能配電網(wǎng)發(fā)展對通信技術(shù)的可靠性、可擴展性等都有著較高要求，由于配電網(wǎng)運行環(huán)境較為惡劣，運行設(shè)備和通信信道相對老舊，且電力通信網(wǎng)的組網(wǎng)方案相對缺乏，還面對規(guī)劃不統(tǒng)一、信道不穩(wěn)定、標準不規(guī)范等問題，通信環(huán)節(jié)已經(jīng)成為智能配電網(wǎng)發(fā)展的瓶頸。目前采取多種通信技術(shù)相結(jié)合的方式來實現(xiàn)智能配電網(wǎng)的通信，通過光纖傳輸來實現(xiàn)配電網(wǎng)關(guān)鍵數(shù)據(jù)的傳輸，結(jié)合載波通信實現(xiàn)調(diào)度電話、遠動信息、配電自動化、調(diào)度繼電保護信息等。

第8篇

PLC，全稱ProgrammableLogicController，可編程邏輯控制器，是一種以微處理器為核心的數(shù)字運算操作的電力系統(tǒng)裝置。它是專門為工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用而設(shè)計的。采用一類可編程的存儲器，相關(guān)人員可以在該存儲器內(nèi)部執(zhí)行相應(yīng)的邏輯運算、順序控制等操作指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入、輸出接口，實現(xiàn)對各種類型設(shè)備的識別或生產(chǎn)過程的控制。PLC技術(shù)屬于計算機控制技術(shù)范疇，其工作原理主要有三個不同的階段，即輸入采樣階段、用戶程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段。在輸出采樣階段，PLC可以依次掃描所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將其存入I/O映像區(qū)中的相應(yīng)單元內(nèi)，然后轉(zhuǎn)而執(zhí)行用戶程序，控制輸出操作；在用戶程序執(zhí)行階段，PLC可以按照從上到下、自左向右的順序，依次掃描用戶程序，并對掃描到的數(shù)據(jù)信息進行運算，根據(jù)運算結(jié)果控制邏輯線圈的狀態(tài)，以確定程序是否處于正常運行狀態(tài)；在輸出刷新階段，CPU會發(fā)出相應(yīng)的指令，然后依據(jù)I/O映像區(qū)數(shù)據(jù)和相關(guān)狀態(tài)，結(jié)合電路封鎖功能驅(qū)動外部設(shè)備的運行，從而實現(xiàn)電氣自動化控制。

2PLC技術(shù)的優(yōu)點

作為微機技術(shù)和傳統(tǒng)繼電接觸控制技術(shù)相互結(jié)合的產(chǎn)物，PLC技術(shù)克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中機械觸點接線復(fù)雜、可靠性低、功耗高、靈活性差等缺點，充分利用了微處理器的優(yōu)勢，具體包括以下優(yōu)點。

2.1功能完善

當前，PLC產(chǎn)品的規(guī)模和型號非常豐富，可以滿足各種工業(yè)控制的需要，而且具有非常完善的邏輯處理和數(shù)據(jù)運算功能，被廣泛應(yīng)用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。

2.2可靠性高

在PLC的生產(chǎn)過程中，采取了先進的內(nèi)部抗干擾技術(shù)，極大地提高了系統(tǒng)的可靠性。同時，PLC具備相應(yīng)的自我檢測能力，一旦發(fā)現(xiàn)硬件故障，可以及時發(fā)出警報信號，提醒相關(guān)人員處理故障，因此，PLC控制系統(tǒng)具備很高的可靠性。

2.3編程語言簡單

作為一種工控計算機，PLC的接口相對簡單，編程容易，其使用的梯形圖語言編程對工作人員的專業(yè)技能要求較低，不需要面對復(fù)雜的匯編語言，即使那些不熟悉計算機的人員也可以輕松上手。

2.4維護方便

在PLC技術(shù)中，以存儲邏輯代替了接線邏輯，極大地降低了裝置外部的接線數(shù)量，減少了系統(tǒng)的建設(shè)周期，同時，也在一定程度上降低了設(shè)計難度，以便于系統(tǒng)的維護和管理。不僅如此，PLC可以實現(xiàn)在線編程，轉(zhuǎn)變生產(chǎn)過程，被廣泛應(yīng)用于多品種、小批量的工業(yè)生產(chǎn)控制中。

3PLC技術(shù)在電力工程中的應(yīng)用

在電力工程中，PLC技術(shù)的應(yīng)用主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

3.1開關(guān)量控制

開關(guān)量控制包括以下兩方面的內(nèi)容。

3.1.1斷路器控制

在傳統(tǒng)的電力自動化控制系統(tǒng)中，對斷路器的控制多是采用繼電器控制的方式，需要使用大量的電磁繼電器，存在許多觸點和聯(lián)接點，進而降低了系統(tǒng)的可靠性。而PLC技術(shù)的應(yīng)用和普及，使得軟繼電器逐漸代替了繼電元件，極大地提高了控制系統(tǒng)的可靠性。在PLC控制系統(tǒng)中，操作人員只需要執(zhí)行一些非常簡單的工作，比如分閘、合閘等，系統(tǒng)就會自動根據(jù)實際運行狀況，給出正確的操作信號。同時，在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，會自動跳閘，并發(fā)出相應(yīng)的報警信號。而且，PLC控制系統(tǒng)不需要進行復(fù)雜的二次接線，可以有效地降低接線失誤率，大大減少維護檢修的工作量。

3.1.2備用電源自動投入裝置

備用電源自動投入裝置的主要功能是提高供電系統(tǒng)的可靠性，被廣泛應(yīng)用于大型企業(yè)的供電系統(tǒng)中。在原有的備用電源投入系統(tǒng)中，多采用手動或自動供回電線路的方式供電，在投切過程中，會出現(xiàn)幾秒鐘的斷電時間，影響供電的連續(xù)性和可靠性。而應(yīng)用PLC，可以實現(xiàn)對備用電源自動投入裝置的控制，可以根據(jù)系統(tǒng)的實際情況進行抗干擾，具有可靠性高、操作簡單、接線方便等優(yōu)點。

3.2順序控制

在原有的電力工程中，控制系統(tǒng)一般都是采用繼電器控制，而隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，高性能的PLC控制系統(tǒng)逐漸取代了繼電器控制。在實際應(yīng)用中，PLC不僅能夠全面調(diào)節(jié)整個電力工程，也可以控制部分電路。同時，PLC控制器屬于遠方終端單元，可以利用遠程控制的方式控制變電站現(xiàn)場的RTU裝置，實現(xiàn)對各種開關(guān)狀態(tài)量的采集和處理，并通過相應(yīng)的反饋環(huán)節(jié)獲得故障信息，以便及時處理和解決其中存在的問題和故障，以保證電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行。

4結(jié)束語