电力电子技术的发展趋势

2012年12月内蒙古科技与经济December2012　第24期总第274期Inner M o ngo lia Science T echnolo gy&Economy N o.24T o tal N o.274浅析电力电子技术的发展趋势
张　丽
(内蒙古电力(集团)有限责任公司培训中心,内蒙古呼和浩特　010050)
摘　要:介绍了电力电子技术研究内容,阐述了自20世纪50年代以来的发展过程及其在现代电力系统中的应用。

关键词:电力;电子技术;半导体器件;控制;
中图分类号:T M1 文献标识码:A 文章编号:1007—6921(2012)24—0082—01
1　电力电子技术任务和内容
电力电子的主要任务是研究电力电子(功率半导体)器件、变流器拓扑及其控制和电力电子应用系统,实现对电、磁能量的变换、控制、传输和存储,实现电能的高效转换、可靠控制,为人类提供高质量电、磁能量。

电力电子的研究范围于研究内容主要包括: 电力电子元器件及功率集成电路; 电力电子变流技术。

其研究内容主要包括固态新式电源、节能变频技术、新能源应用中的电力电子变流技术;电力电子变流器智能化技术;电力电子系统中的控制和计算机仿真、建模等; 电力电子应用技术。

应用包括新能源技术、特高压技术应用和电力系统故障分析和可靠性等的融接; 电力电子系统集成。

其研究内容主要包括电力电子模块标准化、单芯片和多芯片系统设计;电力电子集成系统的稳定性、可靠性等。

从电力工程应用方面看,无论是输电、变电、配电、继电保护、电力通讯调度等技术应用,还是对电力设备设施状态远程监控等方面,电力电子技术都起着关键的保障作用。

2　电力电子的发展与展望
电力电子器件的升级应用引发了电子技术的革命。

现代程控设备中对电力电子器件的应用要求包以下括静态和动态特性: 在阻断状态时能承受高电压; 在导通状态时,具有高的电流密度和低的导通压降; 在开关状态转换时,具有短的开、关时间,能承受高的di/dt和du/dt,以及具有全控功能。

20世纪50年代半控型硅晶闸管问世以来,伴随硅材料应用技术的发展,特别是大规模集成电路和微电子技术的迅猛发展,电力电子器件已经成为人类世界改变生活、生产方式关键因素。

大致可划分为三个阶段:
第一阶段1950年～1970年,这一阶段,半导体技术在科研、生产中得到广泛应用;
第二阶段1970年～1990年,主要的电力电子器件像M OSFET、IGBT　GT O光触发晶闸管等在工业控制领域发挥着倍增效率的作用,从而根本上改变了人类世界的生存方式;
第三阶段1990年至今电压全控型电力电子器件和智能型集成功率模块技术得到完善和发展,完全推动世界范围的信息化革命。

电力电子器件高可控性、可靠性和智能化为4C技术延伸至各个生产领域提供了基础保证。

电力电子变流技术与电力电子器始终是推动电力电机技术发展的基础。

它可以实现A C-DC,DC -DC,DC-AC及在同一频率下的AC-AC变换(交流调压)和在不同频率下的AC-AC变换(变频)等。

伴随着电力电子器件的迅速发展和电力电子技术应用领域的不断扩大,为了满足高效、高能量密度、高精度、快速响应、宽调节范围、低谐波失真和成本等应用要求,电力电子变流技术的发展大致可分为三个阶段:
第一阶段应用二极管、晶闸管和不控或半控强迫换流技术;
第二阶段主要是应用自关断器件,例如GT O、BJT、功率M OSF ET、IG-BT等器件,以及普遍采用P WM控制技术;
第三阶段以采用软开关、功率因数校正、消除谐波,以及考虑电磁兼容、扩大其电压、电流、功率范围和全数字控制位特征的现代变流技术。

变流器基本电路拓扑的研究已相对比较成熟,当前人们只要研究应用于各种特定场合的组合拓扑(包括各种多电平拓扑)和高速数字信号处理器DSP在各种变流器中的应用,以提高变流器的效率、功率因数、可靠性、智能化水平和降低成本。

电力电子控制方面的最新研究方向应该是电力电子装置分布式系统控制,包括适合电力电子电路专用控制网络硬件和软件的研究等。

随着电力电子技术在电力系统、新能源发电和磁悬浮系统、特高压输电技术等领域的应用不断推广,应用系统对控制器提出了更高的要求,如高精确度、高可靠性、高智能型易维护性等。

其中快速插件性电子模块对现场易维护要求提供保障。

非线性控制、网络控制在复杂电力电子系统中的应用已经取得了突破性发展。

近年来,中国电机工程学会电子技术委员会将电力电子系统集成(包括:变流器的模块化、智能化、标准化、电力电子芯片系统、多芯片封装模块、电力电子系统集成理论及集成稳(下转第84页)
12
　总第274期　内蒙古科技与经济
精神眼。

会议厅西侧半墙柱——喻根、柱、树及历史文明的丰碑,文化柱、图腾柱,主题为历史、现实、未来。

会议厅东侧墙面——横向分融成四个区域,喻奔流不息的西辽河,绵延横亘的兴安岭,广阔富饶的科尔沁。

主题依次为新型农牧业及农牧产品加工业、以煤电为基础的能源工业、以麻籽为基础的生物化工业;新型建材工业,采用素线雕刻的手法予以表现。

会议厅主景墙对面——召、庙立面形成的提炼、简化,主题为通辽的自然风光和民俗,用透空锻铜浮雕的手法来表现。

会议厅天花——是召庙等古建木梁藻井的提炼。

喻无边无际的丰收田野,滋养浇灌的西辽河,丰收之后的累累硕果。

2.3　光的处理
重点部分放在顶棚、墙面及构图景墙,图腾文化柱以及考虑了顶墙、柱之间的相互关系,泛光与点光相结合,冷色与暖色相结合,使得光照均匀、柔和,照度达到600LX以上完全满足了会议厅的功能需求。

创新和实践的融合,理念和风格的互嵌,艺术和实用的凝练。

在设计理念和装饰技术的结合方面,本设计还有诸多的文化“脉”和精神“眼”,和实用细节的把握,同时也构成了设计作品的看点。

会议厅在设计上力求通过明晰的几何形体、素雅的石材、宏大的画面以及细致柔和的光线来创造简洁大方、宽敞明亮的会议空间。

会议厅主景墙为中国传统建筑处理方式,是古建筑梁、柱关系的平面提炼,在意大利罗马洞石素雅的石材盒内选择了一幅气势恢宏的《草原上崛起的新通辽》电脑合成图,作为主景画面,表达了通辽儿女以撤盟建市为契机,与时俱进,努力拼搏愿将通辽建设成为草原新市,也是通辽各族儿女对家园的期盼,对美好未来的展望。

会议厅西侧墙面结合现有建筑窗户向外突出的特点,竖立了三棵半墙柱,柱以汉白玉浅浮雕饰面,喻根和历史文明的丰碑是文化柱和图腾柱。

三棵柱光浮雕的主题依次为历史、现实、未来、用抽象的构图手法丰富的展示了通辽悠久的历史文化和社会经济发展现状以及对美好未来的憧憬和展望,时空性的表现了转变中的新通辽这一定位。

会议厅东侧墙面,将罗马洞石横向分隔成4个区域使空间得以延伸。

在4个区域内用素线雕刻的手法依次表现4个主题;新型农牧业及农牧产品加工;以煤电为基础的能源工业;以麻子为基础的生物化学工业;新型建材工业。

这4幅艺术作品反映了通辽市社会经济的发展现状和趋势并与室内环境相得亦彰融为一体。

会议厅主景墙对面铺贴岁马洞石,并以透空锻铜浮雕艺术形式来反映通辽的自然风光和民风民俗。

会议厅开花是本案的核心设计部分,天花周边造型于藏传佛教召庙内木梁藻井的造型式样,但又是不简单的形似而是用具有时代特点的铝塑复合板和透光云石以点挂式结构方法追求的是再创的神似。

天花中间,金色的麦穗状造型向上翻卷围合成长方形藻井,内藏光带,喻丰收的田野、内蒙古的粮仓;藻井中央金色的锻铜雕带环绕在水晶灯周围喻奔流不息,滋养浇灌的西辽河;中央大型水晶吊灯璀璨生辉,喻丰收之后的累累硕果。

会议厅地面铺贴整块纯羊毛地毯。

在功能上考虑了现代会议厅的视听、摄影、摄像需求,考虑了中央空调和新风系统设置了出风和回风口。

综上所述,内蒙古政府礼堂通辽厅室内设计,正是抛去浮华的表象,挖掘了通辽地区的文化内涵和精神本原,并以此作为设计定位和创作源泉;也正是室内设计创新的一次具体实践。

[参考文献]
[1]　张猗曼.室内设计资料集[M].北京:中国建
筑工业出版社,1999.
(上接第82页)　定性等)列为专题。

集中解决发电系统自动控制、状态检修,特高压输电中交直流转化设备等高可控性,新能源转化的自动负荷调整技术中电力电子模块的可靠性研究等。

3　在现代电力系统中的应用
电力电子技术在输电、变电、配电技术中的应用是十分广泛。

近年来,特高压电网交直流输电技术、电网设备远程状态监控技术中,更是深刻依赖电力电子技术的新成果。

见表1所示。

表1　电力电子技术在电力系统中的主要应用
分类应用举例
发电发电机励磁装置;厂用电故障检测及保护装置;串补装置风力发电永磁发电机变频调速装置;超大功率逆变并网系统等
远距、特
高压输电
高压直流输电系统;交流输电系统。

配电有源电力滤波器、静止无功发生器、动态电压补偿器、电力调节器、电子短路限流保护器等
例如电网设备远程状态监控技术近期在内蒙古电力公司500KV高压输电网开始试点推广,初期重点选择包头供电局和鄂尔多斯供电局作为试点,其中对终端设备变压器、P T等设备状态参数有温度、压力信号的转换精度、信号传输的适时性都有较高要求,因此,电力电子新技术模块的性能指标在整个系统应用是至关重要的。

上述现代电力系统应用的电力电子装置都使用了全控型大功率电力电子器件、各种新型的高性能多电平大功率变流器和DSP全数字控制技术。

总之,电力电子技术的应用范围十分广泛。

从对宇宙和自然地探索,到国民经济的各个领域,再到我们的衣食住行。

这也是激发我们学习、研究电力电子技术的重要原因。

[参考文献]
[1]　王兆安,黄俊.电力电子技术[M].北京:机械
工业出版社,2008.
[2]　李雅轩,杨秀敏,李艳萍.电力电子技术[M].
北京:中国电力出版社,2004.。