电力电子技术的主要应用领域

电力电子技术的主要应用领域

陈旻忞电气1321

（苏州科技学院天平学院江苏苏州215009）

摘要：电力电子技术在我国各行业现代化技术改造中可以发挥重大作用。随着科技技术的不断发展和人们要求的不断提高，电工电子技术的应用越来越广泛。本文主要从一般工业、电力系统、电气节能、新能源这几个领域对电力电子技术的应用进行分析。

关键词：电力电子；电机传动；电力系统；新能源；发电；节能

引言

电力系统是电力电子技术应用的一个重要领域。最早成功的是高压直流输电，1986年美国电力科学研究院提出了灵活交流输电的概念，相应出现了统一潮流控制器等多种设备。电力电子设备和系统逐步投入运行，大幅度提高了电力系统的稳定水平，产生巨大效益。在节能方面，通过变频器、节能灯、无功补偿装置、开关电源、逆变焊机等，产生了比较明显的节能效果。在一般工业中，电力电子主要用于电机调速传动和电源。在全球气候变化和世界石油、煤炭等化石能源日益紧缺的今天，低耗高效和寻找开发新能源是根本出路。电力电子是解决能源问题的关键技术，它对新能源的开发、转化、输送、储存和利用等各方面发挥着重要的作用。随着再生能源技术的发展，“分布式发电系统”将得到更大的发展空间。

1 一般工业

电力电子技术在一般工业上的应用繁多复杂，主要应用于电机调速传动和电源，也包含了在输电环节的应用。本文在一般工业方面对电机调速传动和电源做主要阐述。关于输电环节的应用，则归于下一节电力系统中做详细阐述。

1.1 电机调速传动

在一般工业中大量应用各种交直流电动机。直流电动机有良好的调速性能，给其供电的可控整流电源或直流斩波电源都是电力电子装置。在20世纪90年达中期以前，大多数调速系统都由采用晶闸管和双向晶闸管的变换器供电，最典型的是晶闸管——直流电机调速系统。在20世纪90年代中期以来，大功率IGBT 的应用，以及IGBT逆变技术的成熟和发展，迅速在相关功率等级的应用领域取代了晶闸管和双向进闸管[1]。近年来，由于电力电子变频技术的迅速发展，交流电机的调速性能也直追直流电机，交流调速技术大量应用并占据主导地位。

1.2 电源

随着工业设备的大容量化和高性能化,对电源质量有了更高的要求。电源质量改善装置对此将起到重要的作用。在电力电子技术的应用及各种电源系统中，开关电源技术处于核心地位。开关电源是利用现代电力电子技术，控制功率半导体器件开通和关断的时间见、比率，维持稳定输出电压的一种电源。与线性稳压电源相比，开关电源体积小、效率高、重量轻，在各种电子设备中得到广泛运用。高频、高可靠、低耗、低噪音、抗干扰和模块化是开关电源的发展趋势[2]。

2 电力系统

2.1 在发电环节中的应用

2.1.1 大型发电机的静止励磁控制

静止励磁采用晶闸管整流自并励方式，具有结构简单。可靠性高及造价低等优点，被世界各大电力系统广泛采用。由于省去了励磁机这个中间惯性环节，因而具有特有的快速性调节，给先进的控制规律提供了充分发挥作用并产生良好控制效果的有利条件[3]。

2.1.2 水力、风力发电机的变速恒频励磁

变速恒频发电十分适用于风力、水力等绿色能源开发领域，尤其是在风里发电方面，变速恒频体现出显著的优越性和广阔的应用前景[4]。变速恒频发电风力发电系统有多种形式：交-直-交风力发电系统、磁场调制发电系统、交流励磁双馈异步发电系统、无刷双馈型发电机系统、爪极是发电机系统和开关磁阻发电机系统。

2.2 在输电环节中的应用

2.2.1 高压直流输电和轻型高压直流输电[5]

高压直流输电是电力电子技术应用中最为重要、最为传统，也是发展最为活跃同时也较为成熟的技术。高压直流输电是将三相交流电通过换流站变成直流电，然后通过直流电输电线路送往另一个换流站逆变成三相交流电的输电方式。直流输电具有输电容量大、稳定性好、控制调节灵活等优点。

2.2.2 灵活交流输电

柔性交流输电技术（FACTS）又称为灵活交流输电技术，它是美国电力专家N.G.Hingorani于1986年提出来的新技术，它曾将FACTS定义为"除了直流输电之外所有将电力电子技术用于输电的实际应用技术"。该新技术是现代电力电子技术与电力系统相结合的产物，它用可靠性很高的大功率可控硅元件代替传统元件中的机械式高压开关，在输电系统的主要部位，采用具有单独或综合功能的电力电子装置，对输电系统的主要参数进行灵活快速的适时控制，以期实现输送功率合理分配，降低功率耗损和发电成本。此项技术是实现电力系统安全经济、综合控制的重要手段[6]。

2.3 在配电系统中的应用

在配电系统中的应用，如动态无功发射器、电力有源滤波器等，以加强供电可靠性和提高电能质量。电能质量控制既要满足对电压频率、谐波和不对称度的要求，又要抑制各种瞬态的波动和干扰。电子电工技术和现代控制技术在配电系统中的应用，是在FACTS各项成熟技术的基础上发展起来的电能质量控制新技术。

3 电气节能

3.1 变频器

全世界的用电量中有60%左右是通过电动机来消耗的。[7]因此变频器在提高电动机电能利用率上有很大作用。它主要用于交流电动机的变频调速，它的电源主电路采用AC-DC-AC方案，它利用电力电子技术，通过改变频率，提高能源利用效率，消除有害的高次谐波和电压波动，达到节能目的，输出高质量的电能。

3.2 绿色照明节能

3.2.1 电光源[1]

采用高效节能的光源代替传统白炽灯，如：直管荧光灯、紧凑型荧光灯、高压钠灯、卤化物灯、金卤灯、光纤照明。这些高效节能的光源一般都具有寿命长、光色好、光效高等优点，能够节约大部分照明费用，提高光能的利用效率，广泛应用于各行各业，前途不可限量。

3.2.2 电子镇流器[1]

电子镇流器实际上是一个电子变频器加上一个高频电感镇流器。其能够在几十千赫频率下消除了气体放电灯的闪烁和音频噪音。采用电子镇流器后，高频电感比工频电感重量减轻几十倍，节省材料80%左右，灯管的实际工作寿命延长3~5倍，同时提供更好的可靠性，损耗更低，亮度更高。由于电子镇流器体积小、