電力電子技術的發(fā)展及應用

摘 要：電力電子技術又被人們稱之為功率電子技術，主要指的是利用電力電子器件對電能的轉換和控制的技術?，F(xiàn)代的電力電子技術是一門以電子學和電力學為基礎的交叉學科，它實現(xiàn)強電和弱電的相互結合，一方面它是電子學在高電流大電壓等強電領域的應用，另一方面它又是電工學在低電壓低電流等弱點領域的結合。通過電力電子技術的使用能夠有效地影響電能的獲取、傳輸、變換和利用的每個環(huán)節(jié)。

關鍵詞：電力電子技術；功率電子技術；能源

在我國的國民經(jīng)濟建設過程中電力的產生以及使用占據(jù)著很大的戰(zhàn)略地位，電力電子技術的出現(xiàn)也就相應的成為了控制整個電力獲取、傳輸、變換和使用的每個環(huán)節(jié)。隨著電力使用的提高，以及全球能源危機的出現(xiàn)以及嚴峻的環(huán)境問題，電力電子技術因其獨有的特點展現(xiàn)出了不可替代的重要作用。

1 電力電子技術的發(fā)展

隨著上世紀五十年代末，世界上第一支晶閘管的問世以來，電力電氣技術就開始在世界的現(xiàn)代電氣傳輸技術上大放異彩。由于晶閘管的問世，使得可控流硅整裝置的開發(fā)提上了日程。隨著可控流硅整裝置的成功開發(fā)，電能的變換和控制從傳統(tǒng)的旋轉變流機組和靜止離子變流器進入了由電力電子器件控制的變流時代。所以總的來看電力電子技術的發(fā)展經(jīng)過了晶閘管整流時代、電力電子的逆變時代、現(xiàn)代電力電子變頻器時代這三個重要的階段。

1）晶閘管整流時代。上世紀五十年代末以前，經(jīng)濟發(fā)展所需要使用的大功率用電主要是由工頻交流發(fā)電機來提供的。但是，由于當時技術的不發(fā)達，所產生的交流電在使用的過程中總有大約20%的電能以直流的形式來進行使用的。這20%的直流電使用的領域主要包括：電解、牽引、直流傳動等領域。但是，隨著晶閘管的成功研制，以及可控流硅整裝置的成功開發(fā)，使得由工頻發(fā)電機產生的交流電能夠被直接轉化為直流電。可控流硅整裝置的大規(guī)模使用極大的促進了一些以使用直流電為基礎的產業(yè)快速發(fā)展。2）電力電子技術的逆變時代。隨著自關斷器件在上世紀70年代末的成功研制以及大范圍的應用，電力電子技術成功的從晶閘管整流時代進入到了電力電子技術的逆變時代。由于上世紀70年代以后爆發(fā)世界范圍內的能源危機，為了解決能源危機帶來的一些經(jīng)濟發(fā)展問題，交流電機變頻調速因節(jié)能效果顯著而被迅速的關注并得到了迅猛的發(fā)展。將直流電變成0～100Hz的交流電是整個變頻調速技術的關鍵技術所在。在大功率逆變過程中所使用的晶閘管以及巨型功率晶體管（GTR）和門極可關斷晶閘管（GT0）快速的成為當時電力電子技術市場上的器件主要角色。雖然能夠實現(xiàn)直流電和交流電的相互轉換，但是這種轉換依舊只是存在于低頻的工作范圍之內，即所用的工作頻率較低。3）現(xiàn)代電力電子變頻器時代。隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的快速發(fā)展，為新的電力電子技術使用時代打下了堅實的基礎?，F(xiàn)代電力電子變頻器主要是集成電路的精加工技術和高壓大電流技術的有機結合。以高頻、高電壓和大電流于一身的功率半導體復合器件以及以低頻技術處理問題為主的傳統(tǒng)電力電子學正在向著以高頻技術處理問題為主的現(xiàn)代電力電子學技術轉變。在這個時期內，由于大規(guī)模集成電路的設計思想被應用到各種新型器件的設計之中去，所以各種器件正在向著復合化、模塊化的方向發(fā)展。在電子器件結構緊縮、體積變小的同時還能夠使其綜合各種不同部件的優(yōu)點。交流電機變頻調速能夠使用較高的頻率離不開這些新型器件的發(fā)展使用，并且在不斷的發(fā)展使用過程中，交流電機的變頻調速的性能已經(jīng)變得越發(fā)的成熟可靠。

2 電力電子技術的應用

隨著世界科技的不斷進步，人們對電力使用的要求也是越來越高，所以電力電子技術在被廣泛應用的同時也就要面臨相應的很大的挑戰(zhàn)。當下世界各地的先進工業(yè)國家正在進行由傳統(tǒng)的“工業(yè)經(jīng)濟模式”向著未來的“信息經(jīng)濟模式”轉變。而溝通“工業(yè)經(jīng)濟模式”和“信息經(jīng)濟模式”之間的橋梁就是電力電子技術，所以電力電子技術在改造傳統(tǒng)產業(yè)，支持高新產業(yè)的同時成為了國民經(jīng)濟中一個重要的參與者。

2.1 電力電子技術在再生能源發(fā)電方面的應用

隨著對能源的過度開發(fā)，導致世界上不可再生能源的急劇下降，現(xiàn)在全球范圍內已經(jīng)面臨嚴重的能源危機了。雖然，全球范圍內的不可再生資源已經(jīng)被開發(fā)的很多了，但是地球上的可再生資源儲量非常的巨大，而且人類對可再生資源的開發(fā)還不夠充足。所以未來電能的提供主要是以可再生能源的消耗為主。在可再生能源的范圍中風能是一個重要的可再生能源。全球范圍內的風能資源非常充分，而且風能發(fā)電是一種無污染的發(fā)電方式。隨著現(xiàn)代電力電子技術以及變頻調速技術的迅速發(fā)展，將為風能發(fā)電的推廣提供強有力的技術支撐。隨著風能發(fā)電技術的快速進步，當下的風能發(fā)電機結合了當前先進的空氣動力學、機械制造學、電子技術以及微機控制技術。當前的風力發(fā)電機其發(fā)電量已經(jīng)達到傳統(tǒng)風力發(fā)電機的20倍之多，所以現(xiàn)在的風力發(fā)電廠所產生的電量與常規(guī)電廠所產生的電量所差無幾。當代的電力電子技術在風力發(fā)電中的地位不可或缺，對風電機組的控制、電能的轉換還是電能質量的改善都有著很多的作用。

2.2 電力電子技術在電力節(jié)能方面的應用

在當代的工業(yè)生產過程中，由于電力具有清潔、高效、穩(wěn)定性好等種種因素獲得了廣泛的使用，成為了工業(yè)生產的第一能源支柱。隨著電力能源的廣泛應用出現(xiàn)了一個很大的問題那就是：部分地區(qū)電力短缺現(xiàn)象的發(fā)生。所以，除了要在擴寬電能生產道路上努力，也要加強電能的節(jié)約使用。所以電力電子技術的使用，在石油資源快速枯竭的當下，對于中國能源的戰(zhàn)略格局起著重要的作用。

2.3 電力電子技術在改造傳統(tǒng)行業(yè)上的應用

電力電子技術是人們發(fā)明的典型的通過弱點系統(tǒng)來對強電系統(tǒng)加以控制的技術手段，是連接機器設備與計算機網(wǎng)絡的重要橋梁。傳統(tǒng)的產業(yè)中存在著很多的高勞動力、工作環(huán)境惡劣的工作，通過電力電子技術的使用可以通過工業(yè)控制系統(tǒng)將電能轉化為真正的勞動力，將工人們從傳統(tǒng)的工作方式中解放出來。在極大程度上節(jié)省了勞動力，提高了勞動生產效率節(jié)省了大量的人力資源。

3 總結

隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們對電力的使用量以及電能的穩(wěn)定性都提出了新的要求。所以為了更好的適應經(jīng)濟的高速發(fā)展所帶來的用電問題，必須全力做好電力電子技術的應用及發(fā)展。為我國的經(jīng)濟發(fā)展提供穩(wěn)定的能源供應。

作者簡介：法官，男，中共黨員，工程師，江西南昌人，研究方向：電子通信。