关于电力电子技术的综述报告.asd

关于电力电子技术的综述报告

摘要：电力电子技术是能源技术、电子技术和控制技术三大领域的交叉，是利用电力电子器件对电能进行变换和控制的新兴学科。与传统的电子技术相比，为它能够通过大电流和承受高电压，而且要考虑在大功率情况下，器件发热、运行效率的问题。本文从三个方面阐述了现代电力电子技术的主要研究内容；从五个方面讲述了电力电子技术的主要应用；以及对电力电子发展的热点问题和发展趋势做了总结性的阐述。

关键字：电力电子内容应用发展趋势

一、电力电子技术研究的内容

电力电子技术研究的内容包括三个方面：电力电子器件、变换器主电路和控制电路。

1、电力电子器件

电力电子器件是电力电子技术的基础。电力电子器件用于大功率变换和控制时，与信息处理用器件不同：一是必须具有承受高电压、大电流的能力；二是以开关方式运行。按照开通、关断的控制可分为3类：不控型、半控型和全控型。

2、电力电子变换器的主电路

现代电力电子技术的主要研究方向之一就是变换器主电路的拓扑优化。拓扑优化可以理解为：在变换器设计中，合理选择确定网络中各元件的位置，以便实现功能和性能指标要求且最经济。拓扑优化的目标为高频化、高效率、高功率因数和低变换损耗。高频化加软开关技术和PWM控制方式，既可以减少变换器体积、重量和开关损耗，又能提高波形质量、功率因数和变换效率。

3、电力电子电路的控制

控制电路的主要作用是：为变换器中的功率开关器件提供控制极驱动信号。故电力电子电路的控制也是研究内容之一。控制电路应该包括时序控制、保护电路、电气隔离和功率放大等电路。

二、电力电子技术的应用

电力电子技术是以功率和变换为主要对象的现代工业电子技术,当代工、农业等各个领域都离不开电能，离不开表征电能的电压、电流、频率、波形和相位等基本参数的控制和转换，而电力电子技术可以对这些参数进行精确的控制和高效的处理，所以电子技术是实现电气工程现代化的重要基础。电力电子技术应用范围十分广泛,国防、工业、交通运输、能源、通信系统、电力系统、计算机系统、新能源系统以及家用电器等无不渗透着电力电子技术的成果。

1、一般工业电机调速

工业中大量应用各种交、直流电动机。直流电动机具有良好的调速性能，为其供电的可控整流电源或直流折波电源都是电力电子装置。近年来，由于电力电子变频技术的迅速发展，使得交流电动机的调速性能可与直流电动机相媲美。因此,交流调速技术得到了广泛的应用，

并且占据主导地

2、交通运输

电气化铁道中广泛采用电力电子技术，电气机车中的直流机车采用整流装置供电,交流机车采用变频装置供电。如直流折波器广泛应用与铁道车辆，磁悬浮列车中电力电子技术更是一项关键的技术。新型环保绿色电动汽车和混合动力电动汽车正在积极发展中。汽车是靠汽油引擎运行而发展起来的机械,它排出大量二氧化碳和其他废气，严重污染了环境。绿色电动车的电机是以蓄电池为能源，靠电力电子装置进行电力变换和驱动控制，其蓄电池的充电也离不开电力电子技术。显然，未来电动车将取代燃油汽车。船舶、飞机需要各种不同要求的电源，因此航海、航空都离不开电力电子技术。

3、电力系统

发达国家在用户最终使用的电能中，有六成以上的电能至少经过一次以上电力电子装置的处理。电力系统在通向现代化的进程中，是离不开电力电子技术的。高压直流输电，其送电端的整流和受电端的逆变装置都是采用晶闸管变流装置，它从根本上解决了长距离、大容量输电系统无功损耗问题。

4、新能源开发和利用

传统的发电方式是火力、水利以及后来兴起的核能发电。能源危机后，各种新能源、可再生能源及新型发电方式越来越受到重视。其中太阳能发电、风能发电的发展较快、燃料电池更受关注。太阳能、风能发电受到环境条件的制约，发出的电能质量较差。利用电力电子技术可以进行能力储存和缓冲。改善电能质量。同时，采用变速恒频发电技术，可以将新能源发电与电力系统联网。

5、环境保护

随着工、农业迅速发展，特别是火力发电和水泥业的发展对自然环境的污染越来越严重，未来净化环境，提高人们的生活质量，在某些行业采用高压静电除尘措施是十分有效的，其关键也是微机和电力电子技术。

三、电力电子技术领域中的研究热点

1、低碳经济与电力电子器件

低碳经济是以低能耗、低污染、低排放为基础的经济模式。低碳经济与电力电子技术应用在交通、能源、变频技术、新能源、电动汽车、照明等领域，因此它在实现低碳社会的过程中起到重要作用。电力电子器件是电力电子系统中的CPU，是节能减排、可再生能源产业的“绿色芯”。器件芯片的发展方向为：薄片工艺、小管芯、大芯片、新材料、大电流、高电压、低损耗、高频率、功能集成化、高可靠性。模块的发展方向是：紧凑化、薄型化、智能化、无铅化。

2、兆瓦级风力发电用变流器现状及趋势

（1）风电变流器及产业概况风电变流器属于风力发电机组大型核心部件之一，也是目前风电制造行业国产化水平较低的部件之一。近年来国内企业在风电变流器研发及产业化方面进行了巨大投入，且有了长足进步。

（2）超大功率风电变流器方案风电机组单机容量不断增大，正向10 MW 迈进，超大功率时代已经到来。扩大容量的基本方案是模块化设计。变流器的模块化设计优点有：易于容量扩大；有助于大规模标准化生产，有效降低成本；系统配置灵活、维修方便；优化运行模式、提高运行效率和寿命周期。模块化设计的基本方式：相桥臂模块设计；独立AC/DC 设计；独立AC/DC/AC+滤波器设计；独立AC/DC/AC 设计；级联多电平模块化设计。超大功率设计的根本方法是提高电压等级。

3、电力电子在电动汽车中的现状和前景

电动汽车以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶。它涉及到机械、电力、电子、计算机控制等多种高科技产品。电动汽车的关键技术包括汽车技术、电力电子技术、信息技术和化学技术等。故电力电子技术在汽车领域的研究是一个热点方向。

4、电力电子技术在智能电网中作用

就目前的技术手段而言，要实现电能的高效控制和利用，在很大程度上要充分利用电力电子技术与装置来完成。要解决智能电网的关键问题在许多方面都离不开电力电子技术。电力电子技术应用能提高输电能力，更加安全可靠、优质运行、精确/快速控制和储能、新能源和分布发电。电力电子技术在智能网络中必将发挥重要作用，充满广阔的应用前景。

四、电力电子技术应用系统发展趋势

电力电子技术已经成为国民经济建设中的关键基础性技术之一。当前, 面对全球性的能源危机和环境问题, 电力电子技术更是利用其独有的特点, 发挥出不可替代的作用。在电气工程领域呈现四大应用热点: 电气节能、新能源发电和电力牵引。

1、电气节能

电气节能包括变频调速、电能质量有源滤波等，尤其以变频调速为主要内容。今后进一步的发展主要集中在：

（1）专用型。主要为专门的应用进行专门的设计和制作, 以提高性能简化功能, 减低成本为主要目的。

（2）集成型。越来越多的电力传动系统将电机。变频器及其控制集成于一体, 形成一个系统产品。

（3）高性能。包括高效率, 主要在精细化入手; 高精度, 增加闭环控制; 高容错性能, 充分利用电力电子装置可调可控的的特点, 来达到系统容错的目的。

2、新能源发电

新能源发电中的电力电子技术应用特点为：一次能源供给随机性大, 风能、太阳能都随天气情况而有很大变化; 并网发电要求高，电网侧要求输入电能波动小, 电能质量高等。其中主要的问题是装备可靠性差，有关功能和性能还满足不了要求, 标准不统一。进一步的发展包括：

（1）向大容量发展。风机发电系统单机容量已经达到5 兆瓦, 且正在向更大容量发展, 光伏并网发电系统也已经开始向兆瓦级方向发展；

（2）直接变换。如双馈式风机系统正在向直驱式或混合式系统方向发展；

（3）高性能。主要体现在高效率、高可靠性,，以及为适应电网需求的低电压穿越和孤岛保护等。

3、电力牵引

电力牵引正成为世界各国交通发展重点。电力牵引主要包括高铁、地铁、城市轻轨、电动汽车等。电力牵引的核心部分是电力电子与电力传动。电力牵引的主要特点为：蓄电池供电，四象限运行，恒力矩控制，高温、强振动环境等。这些特点对电力电子设备要求较高。当前在电力牵引中的电力电子技术主要发展方向包括：

（1）提高电力电子变换器装置的效率和功率密度, 主要发展集成技术和冷却技术;

（2）实施精确控制, 应用高性能的闭环控制, 特别是针对低速和高速下的矢量控制和直接转矩控制一直是热点研究课题;

（3）保证可靠运行, 采用冗余控制以及能量综合管理技术等。

电力电子技术是目前发展较为迅速的一门学科，是高新技术产业发展的主要基础技术之