發(fā)布時間：2024-03-25 14:39:49
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的電力電子技術研究樣本，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。
【關鍵詞】大功率；電力電子技術；可靠供電系統(tǒng)；研究
1前言
大功率電力電子技術在電力系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用，主要涉及到了電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電、配電以及用電等方面。實現(xiàn)大功率電力電子技術供電可靠性，在本文中從兩方面進行分析，第一，提升大功率電力電子技術的供電可靠性，可以通過提高工業(yè)敏感負荷的供電可靠性來實現(xiàn)；第二，將大功率的電子技術應用于發(fā)電機勵磁系統(tǒng)中，以提升發(fā)電機的阻尼轉矩，來實現(xiàn)系統(tǒng)的動態(tài)可靠性提升。
2大功率電力系統(tǒng)可靠性供電概述
從敏感負荷角度對電力系統(tǒng)供電可靠性進行分析。實現(xiàn)供電的可靠性不僅要求電力系統(tǒng)中不能長時間斷電，還需要對電力供電系統(tǒng)的動態(tài)電壓質量提出更高的要求。對系統(tǒng)中的電壓跌落以及電壓短時中斷的時間進行限定，在實際供電中，不同的電壓跌落中，其敏感負荷所能夠承受的電壓跌落時間存在著差異性。在一般規(guī)律下，跌落幅度越大，其敏感負荷所能夠才承受的時間越短。傳統(tǒng)的供電可靠性統(tǒng)計統(tǒng)計，只能以停電時間超過1分鐘或者5分鐘實際依據(jù)。在我國，對于自動重合閘成功或者備用電源投入成功的現(xiàn)象不能視為用戶停電，而此時敏感負荷用戶有可能遭受到一定的電力損失。那么在實際的電力系統(tǒng)供電中，提升供電的可靠性，需要從電網(wǎng)方面進行綜合考慮，以優(yōu)化的配電網(wǎng)結構，改善動態(tài)帶電壓質量[1]。
3大功率電力電子技術提高供電可靠性的應用
3.1轉換開關
轉換開關電源供電中發(fā)揮著重要的作用，在實際電力系統(tǒng)電源供電中，包含兩路或者多路的電源供電，轉換開關應用其中，能夠實現(xiàn)多路電源之間的相互切換。在本文中以兩路電源供電為例進行分析，當有一個電源電路在正常供電時，則另外一個線路中的電源供電就會處于備用狀態(tài)。一旦線路中出現(xiàn)線常用電源供電異常的情況時，轉換開關開始發(fā)揮作用，自動切換到被用電源線路中。以轉換開關的形式，實現(xiàn)線路正常供電，其開關投入使用成本較低，應用廣泛[2]。
3.2動態(tài)電壓恢復器
動態(tài)電壓恢復器簡稱DVR，DVR通過線路中的變壓器串聯(lián)在線路電源與敏感負荷之間。當線路正常輸電時，線路中在沒有產(chǎn)生電壓跌落的情況，DVR完全不發(fā)揮作用，其在線路中所輸出的電壓補償為0。當線路中出現(xiàn)了較大的電壓跌落時，此時，DVR就會發(fā)揮其真正的作用，DVR通過自身輸出與跌落電壓值相同的電壓補償值，來實現(xiàn)線路中的電壓補償。線路中所補償?shù)木€路電壓為額定電壓。從DVR的工作原理上進行分析，其實際的作用就是對提供線路中電壓補償，避免線路由于電壓跌落出現(xiàn)故障[3]。
3.3不間斷供電電源
不間斷的供電電源，簡稱為UPS。目前，隨著科技不斷發(fā)展，UPS已經(jīng)逐漸趨向于市場化，其主要有三種類型：在線型、離線型以及在線互動型。在實現(xiàn)的UPS中，需要具有儲能單元，其中最為常見的儲能單元為的電池儲能。在線型的UPS在逆變器支持下實現(xiàn)負荷供電，實際供電與電源無關，因此在電壓質量獲得上比較高。
3.4發(fā)電機勵磁
大功率的電力電子技術在發(fā)電機勵磁中的應用，作用突出。首先需要對發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)進行分析，發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)能夠實現(xiàn)機端電壓的維持，合理分配多臺電發(fā)電機之間的無功功率，繼而提升電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。目前，在電力系統(tǒng)中，半導體勵磁是其最為主要的勵磁方式，在實際電力系統(tǒng)運行中，可以按照電源的不同，將半導體勵磁分為他勵和自勵?，F(xiàn)行在電力企業(yè)中比較實用的就是基于勵磁電力電子裝置的三相晶閘管全橋整流器，在該整流器中采用時間常數(shù)比較小的一階慣性環(huán)節(jié)。
4微網(wǎng)可靠性供電
4.1交流微網(wǎng)結構與特點
典型的交流微網(wǎng)組成有：光伏發(fā)電、儲能電源、風電機組以及柴油發(fā)電機組等。在以上的組成部件中，風電以及儲能等電源，在電力電子變換器的轉換下，實現(xiàn)了對額定電壓頻率交流電的轉換，并在靜態(tài)開關的轉換下連接在微網(wǎng)母線上。交流微網(wǎng)的特點比較突出，主要表現(xiàn)在以下方面。第一，微網(wǎng)的電壓等級比較低，在實際線路中與配電網(wǎng)相連，在大功率電力系統(tǒng)的尾端；第二，容量比較小，在10KV等級的微網(wǎng)容量為數(shù)百千瓦到十兆瓦之間；第三，電流實現(xiàn)雙向流動，在微網(wǎng)結構中為分布式的電源網(wǎng)狀，基于微網(wǎng)這樣的特點，其能夠實現(xiàn)的功能比較多。一方面能夠實現(xiàn)對大電網(wǎng)的功率輸送，另一方面，也能夠從大功率電網(wǎng)中吸收功率；第四，微網(wǎng)具有多種工作模式，其中比較突出的就是并網(wǎng)和離網(wǎng)兩種形式。并網(wǎng)工作形式幫助微網(wǎng)能夠在大功率電網(wǎng)中正常運行，而離網(wǎng)是指，當大電網(wǎng)出現(xiàn)故障時，微網(wǎng)能夠迅速的脫離大功率電網(wǎng)，而實現(xiàn)獨立運行。
4.2微網(wǎng)分布式電源電流保護
微網(wǎng)分布式電源主要包含兩大類的電源，第一，逆變器接口電源。例如光伏發(fā)電、風力發(fā)電以及儲能電源等。第二，傳統(tǒng)發(fā)電機接口電源。例如柴油發(fā)電機、燃汽輪機等。當微網(wǎng)分布式電源線路中出現(xiàn)故障時，以上兩種電源類型所能夠提供的短路電流存在著較大的差異。對于逆變器接口電源來說，電源線路在線路中容易受到電力電子器件等耐流能力的影響與限制，其電源所能夠提供的短路電流值不超過線路中額定電流的1.5倍。在這樣的線路背景下，該種電源類型不能夠實現(xiàn)有力的電流保護。而對于另外一種分布式電源進行分析，當線路中發(fā)生短路時能夠利用串聯(lián)等效電抗的形式，實現(xiàn)較大短路電流的供應，因此該種電源類型與逆變器接口分布式電源相比，具有明顯的優(yōu)勢，能夠實現(xiàn)電流保護。
5結論
隨著電力系統(tǒng)不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)的供電可靠性逐漸受到社會所關注。因此，在本文中對大功率電力電子技術進行分析，研究大功率電力電子技術提高供電可靠性的應用，并對微網(wǎng)可靠性供電進行詳細研究。在電力電力技術可靠性供電中的應用研究中，分別對轉換開關、動態(tài)電壓恢復器、不間斷供電電源以及發(fā)電機勵磁等方面進行詳細研究，針對這些供電系統(tǒng)的作用論述，希望能夠為電力供電系統(tǒng)發(fā)展帶來幫助。
參考文獻：
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關鍵詞：電子電工技術；電力系統(tǒng)；應用
0引言
隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，電子電工技術也取得了長足的進步。在社會生產(chǎn)不斷擴大以及人們生活水平不斷提高的背景下，對電能的需求進一步增加。基于此，電力系統(tǒng)迫切呼喚電子電工技術的出現(xiàn)與應用。從本質上來說電子電工技術是一種由傳統(tǒng)電工技術開發(fā)而來的新型電工技術，是傳統(tǒng)電工技術和現(xiàn)代電工技術的融合，將其合理地應用于電力系統(tǒng)中，對于電力系統(tǒng)的發(fā)展具有重要的推動作用。
1電子電工技術的基本特點
（1）全控化：電子電工技術中，半控型普通晶閘管已經(jīng)不再使用，由自斷功能的電氣元件，使得電子器件的功能作用得到提升，系統(tǒng)的運行效率的獲得一定的提升[1]。（2）高頻化：電子電工技術的出現(xiàn)和應用，使得器件踏入了一個新的發(fā)展階段，運行速度更快，從原先的十千赫茲導致數(shù)十千赫茲，再到幾百千赫茲。（3）集成化：集成化指的是將多種元器件技術有機地結合在一起，將全部的全控型器件通過許多的器件集成到一個基片上。
2電子電工技術在電力系統(tǒng)中應用的意義
2.1有利于機電一體化的發(fā)展
經(jīng)濟社會的發(fā)展，帶動各種產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，尤其是新型產(chǎn)業(yè)的逐漸出現(xiàn)，對電子電工技術提出了新的要求，機電一體化便是其中最明顯的一點。
2.2有利于電能使用水平提升
電力系統(tǒng)運行中，電子電工技術的應用，可以最大限度地對電能、各大系統(tǒng)的資源進行科學合理地分配，有利于提升電能使用水平。
2.3有利于電子電工智能發(fā)展
必須承認的是，在當前社會經(jīng)濟不斷發(fā)展的大背景下，計算機技術的發(fā)展速度非常快速，智能化社會成為了社會發(fā)展的一個主要目標。電力系統(tǒng)中，電子電工技術的應用也應當符合社會發(fā)展大趨勢，朝著智能化方向前進，實現(xiàn)智能化控制。
3電子電工技術在電力系統(tǒng)中的具體應用
3.1發(fā)電環(huán)節(jié)的應用
設備是電力系統(tǒng)發(fā)電不可或缺的因素，離開了設備電力系統(tǒng)發(fā)電幾無可能。由于電力系統(tǒng)發(fā)電需要使用到的設備多種多樣，不同的設備性能各不相同，要想實現(xiàn)發(fā)電的最大化發(fā)揮，必須要提升設備的性能。發(fā)電環(huán)節(jié)的電子電工技術主要表現(xiàn)在以下幾個方面：（1）靜止勵磁技術：靜止勵磁技術的作用發(fā)揮，離不開晶閘管整流自并勵模式，該技術具有安全度高、成本低的特點[2]。由于靜止勵磁技術具有上述幾方面的優(yōu)勢特點，因而已經(jīng)得到了國際社會的廣泛認可。（2）變頻調速技術：水力發(fā)電和風力發(fā)電在電力系統(tǒng)中占據(jù)了一定的比例，無論是水力發(fā)電還是風力發(fā)電，調整轉子勵磁電流的恒變頻率都非常重要。電子電工技術的應用，滿足了它們的技術使用需求。
3.2輸電環(huán)節(jié)的應用
電力系統(tǒng)運行中，輸電環(huán)節(jié)出現(xiàn)任何問題電力系統(tǒng)將無法實現(xiàn)其價值，社會生產(chǎn)及人們生活也將無法正常開展。電子電工技術的應用，對于電力系統(tǒng)的輸電環(huán)節(jié)而言，是一個非常大的突破，很好地提升了電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性和安全性。電子電工技術在輸電環(huán)節(jié)的應用主要體現(xiàn)直流輸電技術和交流輸電技術兩個方面。（1）直流輸電技術：無論是送電側還是受電側都依托于晶閘變流設備，這樣一來遠距離送電以及大規(guī)模送電中的無功損耗問題就得以解決，并且具有很高的安全性和穩(wěn)定性，操作起來也比較簡單。（2）交流輸電技術：該技術的核心與彈性補償技術相類似，主要是對舊式交流電力系統(tǒng)的優(yōu)化與升級，克服了輸電損耗問題，保證了電力系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定。
3.3配電環(huán)節(jié)的應用
電力系統(tǒng)中，發(fā)電環(huán)節(jié)、輸電環(huán)節(jié)以及配電環(huán)節(jié)是絕對核心部分。電子電工技術的應用，極大地提升了電力系統(tǒng)配電環(huán)節(jié)的穩(wěn)定性，保證了電能的質量。以往，電力系統(tǒng)配電環(huán)節(jié)使用到的設備主要為工頻配電系統(tǒng)變壓器，其最大的不足便是自身的功能會對供電造成影響，并且這種傳統(tǒng)的變壓器使用時極其不方便，還容易產(chǎn)生污染。電子電工變壓器應用在電力系統(tǒng)的配電環(huán)節(jié)，優(yōu)勢非常明顯，不僅克服了傳統(tǒng)工頻配電系統(tǒng)變壓器的缺點，還能夠使得能量的轉化和利用得到最大化發(fā)揮，在改善電能的質量方面作用巨大，從而使得電力系統(tǒng)的安全運行得到有效保證[3]。此外，配電環(huán)節(jié)中電子電工技術的應用，還能夠對諧波進行實時監(jiān)控，全面提升配電水平。
3.4節(jié)能減排的應用
在當前國際社會提倡節(jié)能減排的大背景下，電力系統(tǒng)作為節(jié)能減排的重點領域，電子電工技術的應用符合了節(jié)能減排的大趨勢。電力系統(tǒng)中，電子電工技術通過變負荷電動機調速運行以及控制無功損耗，提升功率因素實現(xiàn)節(jié)能降損的目標。變負荷電動機調速運行時的轉差損耗相對較少，能減少定子的銅損耗率，節(jié)能將近30%以上的電量。電子電工技術通過對無功損耗的控制，可以實現(xiàn)功率因素提升的目的。電力系統(tǒng)中的電動機消耗非常大，通過保證電動機等電氣設備的無功平衡，通常可以通過配置無功補償裝置提升電氣設備功率因數(shù)來實現(xiàn)。
4結語
總而言之，在社會經(jīng)濟快速發(fā)展的背景下，計算機技術也處于快速發(fā)展的過程中，這就為電子電工技術的應用奠定了良好的技術基礎。社會各領域發(fā)展中，電力系統(tǒng)的重要性不言而喻，將電子電工技術應用于電力系統(tǒng)中，不僅有利于機電一體化的發(fā)展，還有利于電能使用水平提升，更有利于電子電工智能發(fā)展。通過電子電工技術的應用，有效地解決了電力系統(tǒng)以往運行中的問題，使得電力系統(tǒng)的發(fā)電環(huán)節(jié)、輸電環(huán)節(jié)、配電環(huán)節(jié)以及節(jié)能降損環(huán)節(jié)都能夠平穩(wěn)運行，促進了電力系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。
參考文獻：
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在電子技術中應運中，近似計算貫穿其始終。然而，沒有近似計算是不可想象的。而精確計算在電子技術中往往行不通，也沒有其必要。盡管近似計算會引入一定的誤差，但這個誤差控制得好，不會對分析其它電路產(chǎn)生大的影響。所以關鍵在于我們如何掌握，特別是如何應用近似計算。
在工作點穩(wěn)定電路中的應用要進行靜態(tài)分析，就必須求出三極管的基電壓，必須忽略三極管靜態(tài)基極電流。這樣，我們得到三極管的基射電子的相關過程及結論。
二、納米電子技術急需解決的若干關鍵問題
由于納米器件的特征尺寸處于納米量級，因此，其機理和現(xiàn)有的電子元件截然不同，理論方面有許多量子現(xiàn)象和相關問題需要解決，如電子在勢阱中的隧穿過程、非彈性散射效應機理等。盡管如此，納米電子學中急需解決的關鍵問題主要還在于納米電子器件與納米電子電路相關的納米電子技術方面，其主要表現(xiàn)在以下幾個方面。
（1）納米Si基量子異質結加工
要繼續(xù)把現(xiàn)有的硅基電子器件縮小到納米尺度，最直截了當?shù)姆椒ㄊ遣捎猛庋?、光刻等技術制造新一代的類似層狀蛋糕的納米半導體結構。其中，不同層通常是由不同勢能的半導體材料制成的，構建成納米尺度的量子勢阱，這種結構稱作“半導體異質結”。
（2）分子晶體管和導線組裝納米器件即使知道如何制造分子晶體管和分子導線，但把這些元件組裝成一個可以運轉的邏輯結構仍是一個非常棘手的難題。一種可能的途徑是利用掃描隧道顯微鏡把分子元件排列在一個平面上；另一種組裝較大電子器件的可能途徑是通過陣列的自組裝。盡管，PurdueUniversity等研究機構在這個方向上取得了可喜的進展，但該技術何時能夠走出實驗室進入實用，仍無法斷言。
（3）超高密度量子效應存儲器
超高密度存儲量子效應的電子“芯片”是未來納米計算機的主要部件，它可以為具備快速存取能力但沒有可動機械部件的計算機信息系統(tǒng)提供海量存儲手段。但是，有了制造納米電子邏輯器件的能力后，如何用這種器件組裝成超高密度存儲的量子效應存儲器陣列或芯片同樣給納米電子學研究者提出了新的挑戰(zhàn)。
（4）納米計算機的“互連問題”
一臺由數(shù)萬億的納米電子元件以前所未有的密集度組裝成納米計算機注定需要巧妙的結構及合理整體布局，而整體結構問題中首當其沖需要解決的就是所謂的“互連問題”。換句話說，就是計算結構中信息的輸入、輸出問題。納米計算機要把海量信息存儲在一個很小的空間內，并極快地使用和產(chǎn)生信息，需要有特殊的結構來控制和協(xié)調計算機的諸多元件，而納米計算元件之間、計算元件與外部環(huán)境之間需要有大量的連接。就現(xiàn)有傳統(tǒng)計算機設計的微型化而言，由于電線之間要相互隔開以避免過熱或“串線”，這樣就有一些幾何學上的考慮和限制，連接的數(shù)量不可能無限制地增加。因此，納米計算機導線間的量子隧穿效應和導線與納米電子器件之間的“連接”問題急需解決。
（5）納米/分子電子器件制備、操縱、設計、性能分析模擬環(huán)境
當前，分子力學、量子力學、多尺度計算、計算機并行技術、計算機圖形學已取得快速發(fā)展，利用這些技術建立一個能夠完成納米電子器件制備、操縱、設計與性能分析的模擬虛擬環(huán)境，并使納米技術研究人員獲得虛擬的體驗已成為可能。但由于現(xiàn)有計算機的速度、分子力學與量子力學算法的效率等問題，目前建立這種迅速、敏感、精細的量子模擬虛擬環(huán)境還存在巨大困難。
三、交互式電子技術手冊
交互式電子技術手冊經(jīng)歷了5個發(fā)展階段，根據(jù)美國國防部的定義：加注索引的掃描頁圖、滾動文檔式電子技術手冊、線性結構電子技術手冊、基于數(shù)據(jù)庫的電子技術手冊和集成電子技術手冊。目前真正意義上的集成了人工智能、故障診斷的第5類集成電子技術手冊并不存在，大多數(shù)電子技術手冊基本上位于第4類及其以下的水平。需要聲明的是，各類電子技術手冊雖然代表不同的發(fā)展階段，但是各有優(yōu)點，較低級別的電子技術手冊目前仍然有著各自的應用價值。由于類以上的電子技術手冊在信息的組織、管理、傳遞、獲取方面具有明顯的優(yōu)點。
簡單的說，電子技術手冊就是技術手冊的數(shù)字化。為了獲取信息的方便，數(shù)字化后的數(shù)據(jù)需要一個良好的組織管理和提供給用戶的形式，電子技術手冊的發(fā)展就是圍繞這一過程來進行的。
四、電子技術在時間與頻率標準中的應用
時間和頻率是描述同一周期現(xiàn)象的兩個參數(shù)，可由時間標準導出頻率標準，兩者可共用的一個基準。
1952年國際天文協(xié)會定義的時間標準是基于地球自轉周期和公轉周期而建立的，分別稱為世界時（UT）和歷書時（ET）。這種基于天文方面的宏觀計時標準，設備龐大，操作麻煩，精度僅達10-9。隨著電子技術與微波光譜學的發(fā)展，產(chǎn)生了量子電子學、激光等新技術，由此出現(xiàn)了一種新穎的頻率標準——量子頻率標準。這種頻率標準是利用原子能級躍遷時所輻射的電磁波頻率作為頻率標準。目前世界各國相繼作成各種量子頻率標準，如（133Cs）頻標、銣原子頻標、氫原子作成的氫脈澤頻標、甲烷飽和以及吸收氦氖激光頻標等等。這樣做后，將過去基于宏觀的天體運動的計時標準，改變成微觀的原子本身結構運動的時間基準。這一方面使設備大為簡化，體積、重量大減??；另一方面使頻率標準的穩(wěn)定度大為提高（可達10-12—10-14量級，即30萬年——300萬年差1秒）。1967年第13屆國際計量大會正式通過決議，規(guī)定：“一秒等于133Cs原子基態(tài)兩超精細能級躍遷的9192631770個周期所持續(xù)的時間”。該時間基準，發(fā)展了高精度的測頻技術，大大有助于宇宙航行和空間探索，加速了現(xiàn)代微波技術和雷達、激光技術等的發(fā)展。而激光技術和電子技術的發(fā)展又為長度計量提供了新的測試手段。
總之，在探討了近似計算在靜態(tài)分析中的應用問題、納米電子技術急需解決的若干關鍵問題和交互式電子技術應用手冊后，廣大科技工作者對電子技術在時間與頻率標準中的應用知識的初步了解和認識。在當代高科技產(chǎn)業(yè)日漸繁榮，尖端信息普遍進入我們生活之中的同時，國家經(jīng)濟建設和和諧社會的構建離不開我們科技工作者對新理論的學習和新技術的應用，因此說，本文具有深刻的理論意義和廣泛的實際應用價值是不足為虛的。
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關鍵詞：電力工程；電力電子技術；系統(tǒng)應用
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.04.131
0 引言
通過計算機與信息技術的應用，電力系統(tǒng)實現(xiàn)了電力電子技術的控制，該技術由控制系統(tǒng)、半導體器件和計算機技術組合搭建而成，其目的在于通過強電與弱電的有效組合，實現(xiàn)大功率電力系統(tǒng)向直流電的轉化，是為電力系統(tǒng)控制的關鍵所在。因此，如何加強電力電子技術的研究，使其更好的服務于現(xiàn)代電力系統(tǒng)的發(fā)展，對于我國電力事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有深遠的意義。
1 在發(fā)電環(huán)節(jié)中的應用
電力電子技術主要以發(fā)電機組的變頻調速與勵磁控制為其在電力系統(tǒng)發(fā)電環(huán)節(jié)的體現(xiàn)，對于我國以及整個世界范圍的情況而言，靜止勵磁系統(tǒng)為各大型電場發(fā)電機組中運用最為常見的一種形式，隨著電力電子技術的發(fā)展，其逐漸取代了勵磁機環(huán)節(jié)在勵磁控制中的應用，并以此實現(xiàn)了靜止勵磁控制構造的簡化、運作成本的降低以及工作性能的提高。與此同時，由于現(xiàn)代電子技術的應用，可迅速有效的調節(jié)靜止勵磁系統(tǒng)的自身運行情況，從而大大提高了整個電力系統(tǒng)的工作效率。
其次，對于發(fā)電機組變速恒頻勵磁而言，電力電子技術也有較為普遍的應用。水利發(fā)電系統(tǒng)中，水源頭壓力與單位時間內水力流動量同時影響著發(fā)電機組的運轉速度與工作效率， 并且其在風力發(fā)電與火力發(fā)電中擁有同樣的影響作用，因此，通過電力電子技術的應用，可有效調整發(fā)電機組轉動的勵磁電流頻率，使其與機組的轉速保持一致，以此實現(xiàn)發(fā)電機組的最大運作功效。
同時，對于太陽能發(fā)電機組的控制系統(tǒng)與發(fā)電廠的風機水泵的變頻調速中，電力電子技術同樣擁有很好的應用效果。太陽能作為當今時代的一種新型能源，其發(fā)電技術的發(fā)展與應用過程倍受社會關注，并且電力電子技術在其發(fā)電系統(tǒng)中的應用效果尤為突出，是為我國乃至世界能源戰(zhàn)略目標所在。但是，在實際操作過程中，由于太陽能發(fā)電本身擁有過大的功率，應用過程中需用大功率的電流轉換器轉換其所生產(chǎn)的電能，不僅操作復雜，更是需要投入大量的既有資源，然而，通過電力電子技術的應用，可以很好的將上述問題解決，從意義上可視為現(xiàn)代電力系統(tǒng)的一種技術性革命。電力系統(tǒng)發(fā)電過程中，由于發(fā)動機組等自身設備同時需要損耗較大的電量，出于能源節(jié)約的考慮，在高、低壓轉換過程中，原有的變頻器逐漸被現(xiàn)代化風機水泵變頻機所代替，以此大大降低了電流轉換過程中的高能耗問題，但是該技術應用目前尚不完善，仍處于不斷摸索過程中。
2 在輸電環(huán)節(jié)中的應用
對于高壓輸電系統(tǒng)而言，電力電子技術的應用對于電力網(wǎng)絡的運行穩(wěn)定性得到了大幅的改善?；谥绷鬏旊娍刂普{節(jié)靈活、穩(wěn)定性好及電容量大等特點，因此其在不同頻率的聯(lián)網(wǎng)、海底電纜輸電和遠距離輸電應用中具有明顯的優(yōu)勢。高壓直流輸電過程中的兩個交流電網(wǎng)互聯(lián)目標的實現(xiàn)，通常是以有源逆變和可控整流兩種方式進行實施，其不僅可以實現(xiàn)兩區(qū)域電網(wǎng)非同步互聯(lián)、遠距離輸送及大容量電能的需求，而且還可通過控制實現(xiàn)交流系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定性的提高、低頻振蕩的抑制與功率緊急援助的目的。柔流輸電系統(tǒng)（FACTS）是綜合利用現(xiàn)代電力電子技術、微電子技術、通訊技術和現(xiàn)代控制技術對電力系統(tǒng)的潮流和參數(shù)進行靈活快速調節(jié)控制，增加系統(tǒng)可控度與提高輸電容量的交流輸電系統(tǒng)。用于配電系統(tǒng)柔流輸電技術為用戶電力技術CPT，柔流輸電技術是一種用于遠距離輸電的靜態(tài)電力電子裝置，核心是FACTS控制器?；贔ACTS產(chǎn)品包括靜止無功補償品、靜止調相機、統(tǒng)一潮流控制器、晶閘管可控串聯(lián)補償器、靜止快速勵磁器等。高壓直流輸電技術等用IGBT等可關斷電力電子器件組成換流器，應用脈寬調制技術進行無源逆變，解決了用直流輸電向無交流電源的負荷送電的問題。
3 在配電環(huán)節(jié)中的應用
配電任務的實施，電能質量提高與供電穩(wěn)定性的加強一直以來都是我們亟待解決的問題，作為配電環(huán)節(jié)應用電力電子技術最為普遍的系統(tǒng)，應用用戶電力技術（Custom Power，亦稱DFACTS）是為電力電子技術與現(xiàn)代控制技術結合而成，通過交流輸出電系統(tǒng)手段的應用，配電過程中應用用戶電力技術可對供電穩(wěn)定性、輸出能力及電能質量得到很好的改善效果，除此之外，柔流輸電技術（FACTS）同為配電環(huán)節(jié)應用較為普遍的一種電力電子技術，與用戶用電技術相比，其可視為該技術的姊妹版或縮小版，原理大致相同，目前，兩種技術已得到了有效的融合。
4 在節(jié)能環(huán)節(jié)中的應用
4.1 變負荷電動機調速運行
目前，變負荷的風機、水泵采用交流調速在國外居多，在我國還需要進一步推廣應用。風機、泵類等變負荷機械中采用調速控制代替擋風板或節(jié)流閥控制風流量和水流量收到良好的效果，其調速范圍廣，精度高，效率高，可以實現(xiàn)連續(xù)無級調速且在調速過程中轉差損耗小，定子、轉子的銅耗也不大，可以達到30% 的節(jié)電率，缺點就是成本較高，產(chǎn)生高次諧波污染電網(wǎng)。
4.2 減少無功損耗，提高功率因數(shù)
在電氣設備中，屬于感性負載的變壓器和交流異步電動機，在運行的過程中是有功功率和無功功率均消耗的設備，作為保證電能質量不可缺少的部分無功電源與有功電源是一樣的，所以在電力系統(tǒng)中應保持無功平衡，不然就會系統(tǒng)電壓降低、功率因數(shù)下降、設備遭到破壞，嚴重時還會造成大面積的停電事故，為防止這樣的事情發(fā)生，當電力網(wǎng)或電氣設備無功容量不足時，增裝無功補償設備，提高設備功率因數(shù)勢在必行。
5 結語
基于以上論述，現(xiàn)代電力電子技術在電力系統(tǒng)中的應用研究為一項復雜而漫長的工作，時代在發(fā)展，社會在進步，新環(huán)境的出現(xiàn)必然會遇到新問題，作為一名現(xiàn)代化電力工程從事者，這就要求我們不斷探索，不斷實踐，在探索與實踐過程中實現(xiàn)技術的更新與改進，以此時刻保證控制技術的先進性與實時性，真正實現(xiàn)我國電力系統(tǒng)電力電子技術的多元化與標準化發(fā)展方向。
參考文獻：
隨著電子企業(yè)在信息化工作上起步較早，但是在電子商務包裝服務技術方面卻沒有形成統(tǒng)一的架構和標準，本文在分析國內外電力行業(yè)電子商務服務模式與運營機制基礎上，研究了了電力行業(yè)電子商務包裝服務的軟件開發(fā)系統(tǒng)、應用集成系統(tǒng)、運營維護系統(tǒng)，研究共性技術的集成方法和具體機制，為電力及其上下游行業(yè)提供完備的電子商務包裝服務技術架構。
關鍵詞：
電子商務；集成系統(tǒng)；架構；包裝服務
電力行業(yè)是支撐國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的基礎型產(chǎn)業(yè)和公用事業(yè)，隨著工業(yè)化進程加快，包裝產(chǎn)業(yè)結構調整，科技進步促使電力行業(yè)科技化信息化逐漸加快。從目前的情況看，電力行業(yè)還未形成集服務開發(fā)、服務接入、服務集成于一體的服務平臺，還有大量的工作需要做。在這方面利用云計算技術構造具有良好可用性的服務開發(fā)、應用與集成平臺，是必然的發(fā)展趨勢。
1電子商務包裝服務架構技術
國內外現(xiàn)狀電子商務包裝服務是指，當社會的工業(yè)化進入了比較發(fā)達的階段，依托信息與通信技術和現(xiàn)代管理理念而發(fā)展起來的知識和技術相對密集的服務業(yè)，它的發(fā)展必須由以信息與通信技術為核心的高技術來支持。近幾年來，在信息與通信領域涌現(xiàn)出很多新技術、新概念，例如現(xiàn)代服務業(yè)、虛擬化、WebX.0、云計算、感知中國、物聯(lián)網(wǎng)、傳感網(wǎng)等。作為軟件即服務廠商的先驅，Salesforce在多租戶架構方面表明了自己的看法：讓軟件開發(fā)商只需要為在單一環(huán)境下運行的軟件的一個版本而操心，不需要為不同的軟硬件配置支持多個版本。Salesforce還通過平臺把多租戶架構的優(yōu)點擴大到其他軟件開發(fā)人員；該平臺讓第三方公司可以使用其軟件的原始構建模塊和高級應用程序組件，開發(fā)自己的多租戶應用程序。
2電力行業(yè)電子商務服務平臺構建
電力行業(yè)電子商務服務整體解決方案。主要研究內容包括電力行業(yè)電子商務服務模式與運營機制、關鍵支撐技術層、應用與服務層以及應用示范工程等部分。
（1）電力行業(yè)電子商務服務模式與運營機制。電力行業(yè)電子商務服務模式與運營機制研究政府監(jiān)管之下，企業(yè)自主運營，第三方開放的電力行業(yè)電子商務服務體系的體系架構、服務模式、運營維護機制，包括B2B（BusinessToBusiness，商家到商家）、B2G（BusinessToGovernment，商家到政府）、B2C（BusinessToCustomer，商家到客戶）和SAAS（SoftwareasaService，軟件即服務）等。
（2）電力行業(yè)電子商務包裝服務關鍵支撐技術層。電力行業(yè)電子商務包裝服務關鍵支撐技術層集成現(xiàn)代服務業(yè)相關共性技術，如：安全認證技術、征信與信用技術、電子合同技術、計費管理技術和互動協(xié)同技術等，并攻克電力行業(yè)電子商務服務平臺的若干關鍵支撐技術，主要包括：
①電力綜合業(yè)務數(shù)據(jù)采集與整合技術，針對電力綜合業(yè)務的特點，研究地理分散的異構數(shù)據(jù)采集、整合和建模技術，開發(fā)數(shù)據(jù)抽取、轉換、裝載工具；
②電力數(shù)據(jù)分析與挖掘技術，研究電力綜合業(yè)務數(shù)據(jù)分析模型和數(shù)據(jù)挖掘算法，建立專業(yè)數(shù)據(jù)分析主題，實現(xiàn)電力物資交易等專業(yè)數(shù)據(jù)的分析與挖掘，為電力行業(yè)電子商務服務體系提供完備的數(shù)據(jù)支撐；
③電力綜合信息管理技術，針對電力信息特點，研究電力信息元數(shù)據(jù)加工技術、知識產(chǎn)權保護技術、基于共建共享體系的電力信息上傳、編輯、審批、技術，形成電力行業(yè)綜合信息管理規(guī)范，實現(xiàn)電力信息的有效關聯(lián)，促進電力科技知識的發(fā)現(xiàn)、轉化和傳播，支持電力信息的科學管理和綜合經(jīng)營。綜上，電力行業(yè)電子商務服務關鍵支撐技術層為上層電子商務服務提供數(shù)據(jù)支撐和技術支撐。
3應用前景
電力行業(yè)電子商務服務的架構是依托國電集團"GD193"工程和國家電網(wǎng)公司"SG186"工程，采用底層所提供的電力行業(yè)共，建立實施的應用示范工程，主要分為電力物資交易服務應用示范、電力綜合信息服務應用示范和電力業(yè)務協(xié)同服務應用示范，逐步建成為國家電力物資交易和綜合信息服務的基礎設施。
4結語
針對電力行業(yè)電子商務服務的實際需求，研究我國電力行業(yè)電子商務服務模式與運營機制，構建集物資交易服務、綜合信息服務和業(yè)務協(xié)同服務等于一體的電力行業(yè)電子商務服務體系，為電力及其上下游行業(yè)提供完備的電子商務服務，能夠解決電力行業(yè)現(xiàn)有電子商務平臺功能單一、供應鏈整合能力弱等問題，幫助相關企業(yè)開源節(jié)流、持續(xù)提升企業(yè)核心競爭力，促進現(xiàn)代電力服務業(yè)的初步形成，帶動電力及其上下游行業(yè)的快速發(fā)展。
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關鍵詞：電力電子技術；開關電源
現(xiàn)代電源技術是應用電力電子半導體器件,綜合自動控制、計算機(微處理器)技術和電磁技術的多學科邊緣交又技術。在各種高質量、高效、高可靠性的電源中起關鍵作用,是現(xiàn)代電力電子技術的具體應用。
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,正朝著應用技術高頻化、硬件結構模塊化、產(chǎn)品性能綠色化的方向發(fā)展。在不遠的將來,電力電子技術將使電源技術更加成熟、經(jīng)濟、實用,實現(xiàn)高效率和高品質用電相結合。
1.電力電子技術的發(fā)展
現(xiàn)代電力電子技術的發(fā)展方向,是從以低頻技術處理問題為主的傳統(tǒng)電力電子學,向以高頻技術處理問題為主的現(xiàn)代電力電子學方向轉變。電力電子技術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在許多新領域的應用。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體復合器件,表明傳統(tǒng)電力電子技術已經(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)三大領域。大功率硅整流器能夠高效率地把工頻交流電轉變?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)與應用得以很大發(fā)展。當時國內曾經(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。變頻調速的關鍵技術是將直流電逆變?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)和門極可關斷晶閘管(GT0)成為當時電力電子器件的主角。類似的應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已經(jīng)能夠實現(xiàn)整流和逆變,但工作頻率較低,僅局限在中低頻范圍內。
1.3變頻器時代
進入八十年代,大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路技術的迅猛發(fā)展,為現(xiàn)代電力電子技術的發(fā)展奠定了基礎。將集成電路技術的精細加工技術和高壓大電流技術有機結合,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)代電力電子轉化的標志。據(jù)統(tǒng)計,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半導體器件市場上已達到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在電力電子領域巳成定論。新型器件的發(fā)展不僅為交流電機變頻調速提供了較高的頻率,使其性能更加完善可靠,而且使現(xiàn)代電子技術不斷向高頻化發(fā)展,為用電設備的高效節(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基礎。
2.現(xiàn)代電力電子的應用領域
2.1計算機高效率綠色電源
高速發(fā)展的計算機技術帶領人類進入了信息社會,同時也促進了電源技術的迅速發(fā)展。八十年代,計算機全面采用了開關電源,率先完成計算機電源換代。接著開關電源技術相繼進人了電子、電器設備領域。
計算機技術的發(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產(chǎn)品，綠色電源系指與綠色電腦相關的高效省電電源,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的設備,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。高頻小型化的開關電源及其技術已成為現(xiàn)代通信供電系統(tǒng)的主流。在通信領域中,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電源取代,高頻開關電源(也稱為開關型整流器SMR)通過MOSFET或IGBT的高頻工作,開關頻率一般控制在50-100kHz范圍內,實現(xiàn)高效率和小型化。近幾年,開關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,這種技術被廣泛應用于無軌電車、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壓的作用(開關電源),同時還能起到有效地抑制電網(wǎng)側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,開關頻率在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頻率和采用新的電路拓撲結構,目前已有一些公司研制生產(chǎn)了采用零電流開關和零電壓開關技術的二次電源模塊,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)轉換開關送到負載。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換開關來實現(xiàn)。
現(xiàn)代UPS普遍了采用脈寬調制技術和功率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,用于驅動交流異步電動機實現(xiàn)無級調速。
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速技術應用于空調器中。至1997年,其占有率已達到日本家用空調的70%以上。變頻空調具有舒適、節(jié)能等優(yōu)點。國內于90年代初期開始研究變頻空調,96年引進生產(chǎn)線生產(chǎn)變頻空調器,逐漸形成變頻空調開發(fā)生產(chǎn)熱點。預計到2000年左右將形成。變頻空調除了變頻電源外,還要求有適合于變頻調速的壓縮機電機。優(yōu)化控制策略,精選功能組件,是空調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鍵的問題,也是用戶最關心的問題。采用微處理器做為脈沖寬度調制(PWM)的相關控制器,通過對多參數(shù)、多信息的提取與分析,達到預知系統(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,電流調節(jié)范圍5~300A,重量29kg。
2.7大功率開關型高壓直流電源
大功率開關型高壓直流電源廣泛應用于靜電除塵、水質改良、醫(yī)用X光機和CT機等大型設備。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,將市電整流后逆變?yōu)?kHz左右的中頻,然后升壓。進入80年代,高頻開關電源技術迅速發(fā)展。德國西門子公司采用功率晶體管做主開關元件,將電源的開關頻率提高到20kHz以上。并將干式變壓器技術成功的應用于高頻高壓電源,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)側三次諧波含量可達(70~80)%,網(wǎng)側功率因數(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。濾波器由橋式開關功率變換器和具體控制電路構成。與傳統(tǒng)開關電源的區(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,對分布式高頻開關電源系統(tǒng)的研究基本集中在變換器并聯(lián)技術的研究上。八十年代中后期,隨著高頻功率變換技術的迅述發(fā)展，各種變換器拓撲結構相繼出現(xiàn),結合大規(guī)模集成電路和功率元器件技術,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界的研究熱點,論文數(shù)量逐年增加，應用領域不斷擴大。
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、中頻感應加熱電源、電動機驅動電源等領域也有廣闊的應用前景。
3.高頻開關電源的發(fā)展趨勢
在電力電子技術的應用及各種電源系統(tǒng)中，開關電源技術均處于核心地位。對于大型電解電鍍電源,傳統(tǒng)的電路非常龐大而笨重,如果采用高頓開關電源技術,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,更是離不開開關電源技術，通過開關電源改變用電頻率,從而達到近于理想的負載匹配和驅動控制。高頻開關電源技術,更是各種大功率開關電源(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。
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,用電設備的體積重量大體下降至工頻設計的5~l0%。無論是逆變式整流焊機,還是通訊電源用的開關式整流器,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,包括開關器件和與之反并聯(lián)的續(xù)流二極管,實質上都屬于"標準"功率模塊(SPM)。近年,有些公司把開關器件的驅動保護電路也裝到功率模塊中去,構成了"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的散熱器上,就構成一臺新型的開關電源裝置。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,而且為修復提供充分的時間。3.3數(shù)字化
在傳統(tǒng)功率電子技術中,控制部分是按模擬信號來設計和工作的。在六、七十年代,電力電子技術擬電路基礎上的。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)、便于軟件包調試和遙感遙測遙調,也便于自診斷、容錯等技術的植入。所以,在八、九十年代,對于各類電路和系統(tǒng)的設計來說,模擬技術還是有用的,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,離不開模擬技術的知識,但是對于智能化的開關電源,需要用計算機控制時,數(shù)字化技術就離不開了。
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,電力電子及開關電源技術因應用需求不斷向前發(fā)展,新技術的出現(xiàn)又會使許多應用產(chǎn)品更新?lián)Q代,還會開拓更多更新的應用領域。開關電源高頻化、模塊化、數(shù)字化、綠色化等的實現(xiàn),將標志著這些技術的成熟,實現(xiàn)高效率用電和高品質用電相結合。這幾年,隨著通信行業(yè)的發(fā)展,以開關電源技術為核心的通信用開關電源,僅國內有20多億人民幣的市場需求,吸引了國內外一大批科技人員對其進行開發(fā)研究。開關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)的國內市場正在啟動,并將很快發(fā)展起來。還有其它許多以開關電源技術為核心的專用電源、工業(yè)電源正在等待著人們去開發(fā)。
參考文獻：
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關鍵詞：電力電子；牽引供電系統(tǒng)；優(yōu)勢；問題；對策
1利用電力電子技術構建的新型牽引供電系統(tǒng)優(yōu)勢
1.1節(jié)省了自動過分相裝置的投資費用
為了實現(xiàn)自動過分相，限制大部分都安裝自動過分相裝置。這樣的設備投資巨大，并且日常的維護頻繁，維護的投入也不少，同時也比較復雜的。比如：1000公里左右的鐵路地面自動過分相裝置，其投資超過600萬元。那么采用新型車載自動過分相，只需要在線路旁邊設置磁鐵，在火車上裝一個控制器，這樣便有限的減少了自動過分相裝置的投資費用[1]。
1.2節(jié)約電價
牽引供電系統(tǒng)中，采用同一端口供電，負荷的均衡性得到良好改善，提高了變壓器負荷側的功率因數(shù)，降低了負序電流不對稱情況，釋放了變壓器的容量，降低了變壓器油溫升，有效的降低了耗電量[2]。
1.3節(jié)省的變壓器有功功率損耗費用
牽引變壓器有功功率的主要損耗，是銅耗和鐵耗。在同相供電系統(tǒng)中，因為負序和諧波功率，可以被潮流控制補償，甚至是消除。那么，牽引負荷三相對稱，牽引變壓器的損耗可以得到降低。
2現(xiàn)有牽引供電系統(tǒng)的主要問題
首先，現(xiàn)在的牽引供電系統(tǒng)，為了節(jié)省開支，大部分使用單相工頻交流制。但是這種方式主要是系統(tǒng)三相嚴重不平衡，其交流電氣化的鐵道牽引負荷不平衡。當兩個臂負荷完全相同的情況下，采用平衡變換的變壓器，電流不對稱程度的情況非常嚴重。由于兩臂同時有的負荷小，并且機車類型和機車工作狀態(tài)的負荷有不同。三相總是處于嚴重不平衡的狀態(tài)[3]。其次，換相聯(lián)接后任意3個異相供電臂都有相同負荷時，3個異相供電臂負荷都不同。換相聯(lián)接對三相不平衡的特點，改善效果不明顯程。此外換相聯(lián)接后的分相絕緣器使用，使電力機車安全平穩(wěn)通過存在較大的隱患。并且無論是分相或是分段絕緣器，在電氣上的使用都是相對脆弱的部分。如果有高速列車通過時，絕緣器形成的硬點，都會對受電弓形成嚴重威脅，絕緣器同時也會燒損。并且這給火車司機的操作帶來了很大的不便。再次，是諧波與無功問題帶來的一些問題。我國的電氣化鐵道運行的流器電力機車，在不同的工作狀態(tài)下，其牽引負荷電流相位角的變化幅度不一樣，致使功率因數(shù)也十分不穩(wěn)定。當高速機車處于再生制動時，機車電流反饋牽引網(wǎng)，電流相位角變回相對滯后。發(fā)生牽引網(wǎng)短路故障時，故障電流相位角也同樣滯后。正常的工況下，相位角的大幅度變化和牽引負荷電流動態(tài)的波動幅度不同意，這使得補償無功功率的難度加大[4]。
3利用電力電子技術構建的新型牽引供電系統(tǒng)
3.1新型牽引供電系統(tǒng)的結構
無源對稱補償技術和電力電子技術，都是解決現(xiàn)有牽引供電系統(tǒng)存在的問題的有效方法。這樣有良好的動態(tài)平衡與補償效果，其結構效果明顯。它主要由牽引主變壓器和平衡變換裝置所構成，可以起到變壓平衡變換、補償負載無功和諧波的作用。一般情況下，有源濾波器主要是用于抑制諧波和補償無功，而同相供電系統(tǒng)的平衡變換裝置的另外一個重要功能，就是實現(xiàn)平衡變換。
3.2同相牽引變電所的結構
同相牽引變電所的結構，與主變壓器接線的方式以及平衡變換裝置的結構變壓器等等的連接方式有很大關。有時，可能變壓器接線的方式有很多種，同相AT牽引變電所也就有多種接線類型。比如：三相三橋臂變流器結構或兩“背對背”單相變流器結構等等[5]。
3.3兩單相變流器變電所結構
兩單相變流器構成的同相牽引變電所結構（圖）虛線部分是主變壓器，它主要采用的是三相變四相平衡變壓器，其阻抗匹配平衡變壓器構成方式清晰可見。
3.4三相四橋臂變流器的結構構建
三相四橋臂變流器為核心的平衡變換裝置。主要是通過對平衡變換裝置適當控制，使得各變電輸出的同相位電壓，取消了分相絕緣器，從而可以實現(xiàn)同相供電，達到三相的完全平衡。主要工作優(yōu)勢是。其只需要一臺工作變壓器和一臺平衡變換裝置。并且它的接線簡單，資金投入低，后期維護方便。平衡變換裝置的容量不會受到主變壓器的影響。一旦平衡變換裝置的故障時，系統(tǒng)就可以為無通信提供防護能力，采用最簡單的直供方式，可以保持繼續(xù)供電。平衡變換裝置主要由四橋臂變流器構成，其控制方法會比較較復雜一些，如果平衡變換裝置出現(xiàn)一些故障時，牽引網(wǎng)將可能會失去通信防護的能力。
本文主要是對新型的同相牽引供電系統(tǒng)，開展了一些談論，主要分析了基于無源對稱補償技術等等。隨著我國高速鐵路的迅速發(fā)展，對于同相牽引供電系統(tǒng)的運行和控制的研究也是十分必要的。本文從利用電力電子技術構建的新型牽引供電系統(tǒng)優(yōu)勢入手開始探討，詳細分析了其實施的客觀必要性。此外，本文主要討論了控制器的控制模式，以及牽引變電所的運行方式。以期可以為同相供電系統(tǒng)應用的推廣提供重要基礎。
作者:林艷 單位:平潭綜合實驗區(qū)傳媒中心
參考文獻
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關鍵詞:電力電子技術;理實一體化;Proteus仿真
電力電子技術是我校電力系統(tǒng)自動化技術專業(yè)和電子信息工程技術專業(yè)的一門專業(yè)核心課程，對于專業(yè)、專業(yè)群建設及培養(yǎng)學生崗位職業(yè)能力都有重要意義。該課程是集電力、電子和控制3個學科交叉而形成，可以看成是弱電控制強電的技術［1］。隨著電力電子技術的飛速發(fā)展，其應用范圍十分廣泛，新技術、新發(fā)明突飛猛進，已滲透到國民經(jīng)濟及日常生活各領域。由于我校電力電子技術課程開設時間較晚，且實驗室配套不完善，其課程建設也相對滯后，原有以理論知識講解為主的教學模式已經(jīng)不適應高職院校培養(yǎng)現(xiàn)代化應用技術型人才的要求。為適應技術發(fā)展需要，同時結合電力院校特點，課題組對電力電子技術課程進行了理實一體化的教學探索和研究。
1課程教學現(xiàn)狀
目前，電力電子技術課程在教學過程中普遍采用以理論講解為主、實驗為輔的教學方式。在傳統(tǒng)教學過程中，由于電力電子技術課程存在大量的理論推導、數(shù)學計算、電路輸出波形分析，對高職高專院校學生來講難度比較大，學生普遍感覺內容抽象、枯燥、難懂。具體可以歸納為以下3個方面的教學問題。理論復雜，教學方法單一:電力電子技術課程中各種變流電路參數(shù)的選擇和計算涉及高等數(shù)學，學生理解困難，各種變流電路的波形抽象，上課老師仍大多只做課件上的靜態(tài)分析，導致學生學習積極性降低，從而影響教學質量。理論與實踐教學嚴重脫節(jié):傳統(tǒng)教學中，電力電子技術課程采用先理論后實驗的教學模式，理論課與實驗課明顯分開，學生學完理論知識再到實驗室做實驗，間隔時間比較長，學生對以前學過的理論知識容易遺忘，理論和實踐聯(lián)系不緊密。實驗學時少且存在安全風險:由于學校不斷更新人才培養(yǎng)計劃，理論課學時被壓縮，實踐學時更少，存在重理論輕實踐的現(xiàn)象。電力電子技術實驗存在一定的安全風險，所以現(xiàn)在大多數(shù)院校實驗項目開設也比較少。
2理實一體化教學改革
針對當前我校電力電子技術課程存在的教學問題，課題組提出了電力電子技術理實一體化教學方案?！袄韺嵰惑w化教學”(又叫理論與實踐一體化或“教學做”一體化教學)是高職教學中進行探索、創(chuàng)新的一種教學模式，一位專業(yè)課教師既擔任理論教學，同時又從事實踐教學，將有關的專業(yè)設備和教學設備同置一室，將理論課與生產(chǎn)實習、實踐性教學環(huán)節(jié)重新分解、整合，安排在專業(yè)教室中進行教學［2］。電力電子技術作為一門應用性和實踐性很強的專業(yè)課程，非常適合進行理實一體化教學改革。很多高職高專院校老師都在理實一體化教學模式上做了一定的探索研究。在文獻［3］中提出了電力電子技術課程可視化實踐教學，采用MATLAB平臺，把復雜的電路動態(tài)過程制作為三維動畫，可以顯示出電路的變化過程，方便學生理解。但該方法僅適合老師教學，并不適合學生實驗實踐。在文獻［4］中提出了虛實結合的電力電子技術理實一體化教學改革方案，即虛擬仿真和實驗環(huán)節(jié)相結合的教學模式，但是并未說明采用何種仿真軟件和實施方案。在文獻［5］中通過自身教學實踐，利用激發(fā)學生學習興趣、充分利用網(wǎng)絡教學、完善課程評價體系、利用計算機仿真豐富實踐教學環(huán)節(jié)等方法來提高該課程的教學質量。
3理實一體化教學改革實施
隨著教學改革的不斷深入以及人才培養(yǎng)計劃的調整，專業(yè)課程的課時大多被壓縮。為達到預期的教學效果，必須對該課程的課程安排、教學方法和教學手段等進行改革［6］。課程安排:傳統(tǒng)的教學時間為每節(jié)課2學時，在講完理論知識之后，學生很少有時間對剛講過的理論知識進行消化吸收，更沒有辦法對其進行實踐;到第二次上課時，前面講過的理論也忘得差不多了［7］。因此，課題組將上課地點改在電力電子實驗室，課程安排上采用4學時連排的方式，即先講解2學時理論，其后的2學時安排學生在實驗臺上做實驗，這樣可以避免因為理論課講完后，時間間隔久，學生再單獨來做實驗，容易遺忘學過的理論知識。而且4學時連排可以保證實驗時間，讓學生有充分的時間完成每個實驗，提高學生的動手能力。教學方法:這門課程的特點是有大量的電路圖和輸出波形圖，學生很難通過想象去分析波形圖。課題組老師采用課件講解+虛擬仿真+實驗操作的虛實教學法，借助計算機輔助軟件對電路進行仿真，再結合電力電子實驗臺輸出波形，可以讓學生非常清晰地觀察分析波形圖。這種教學法既可以讓學生自己通過仿真軟件搭接電路，理解書本上復雜的電路波形，同時還可以通過實驗驗證書本上的計算公式，從而讓學生真正理解理論知識。Proteus是將電路仿真軟件、PCB設計軟件和虛擬模型仿真軟件組成三合一的設計平臺，非常適合教學科研中的電路設計和仿真。電力電子技術作為以電路為基礎的課程，利用Proteus軟件來仿真教學，可以提高學生的學習興趣和積極性?？己朔绞?傳統(tǒng)教學中，理論課以期末試卷成績70%+平時成績20%+考勤10%來對學生進行考核評價，常會出現(xiàn)學生期末突擊復習就可以及格，但學生并沒有真正理解和掌握本課程知識，以致于學生考完就忘完。因此，本課題組提出新型考核方式，即期末試卷成績50%+實驗成績40%+考勤10%的考核方式。實驗以過程考核為主，過程考核主要是對每組3名同學的電路接線和實驗結果、實驗報告進行評價。
4教學案例
整流電路是電力電子技術中最常用的一種電力變換電路。下面介紹利用Proteus仿真軟件搭接單相半波可控整流電路，可控硅觸發(fā)采用單結晶體管觸發(fā)電路，并讓學生在電力電子實驗臺上完成單相可控半波整流電路實驗。圖1所示為單相半波可控整流電路。傳統(tǒng)教學方法是老師對電路原理進行講解，直接將波形圖給出，學生很難理解可控硅導通與關斷條件，且無法直觀反映負載電阻R的大小對電路輸出波形的影響。利用Proteus軟件來搭接電路模型?？梢杂锰摂M示波器觀察電路各點電壓波形，還可以改變RV1阻值實時觀察其對輸出電壓波形的影響。圖3是單相半波可控整流負載電壓波形圖。另外，本校已經(jīng)配套了天凱公司生產(chǎn)的電力電子實驗臺。該實驗臺可以完成電力電子技術課程中每個部分的電力變換實驗。所以，老師講授理論知識之后，可以馬上進行該部分實驗內容，這樣就實現(xiàn)了理論和實踐的緊密結合。
5結語
電力電子技術課程采用Proteus仿真軟件和電力電子實驗臺相結合的理實一體化教學方法，使復雜的電路波形分析變得形象具體，其中的電路實驗項目可以真正讓學生在“學中做”“做中學”。最后，課題組通過實踐證明，采用電力電子技術理實一體化教學模式，不僅使課堂內容更加豐富和有趣味性，而且極大地提高了學生的電路分析能力和創(chuàng)新設計能力，其教學經(jīng)驗值得借鑒推廣。
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