電力電子技術(shù)在新能源中的應用

李偉偉+張俊峰

【摘 要】隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展和社會的全面進步，我國能源供應和環(huán)境污染相對?；鹆Πl(fā)電的排放SO2和CO2，汽車尾氣等占據(jù)城市空氣污染的重要因素。因此，新能源的開發(fā)與利用迫在眉睫，而在新能源的利用中，電力電子技術(shù)起著重要作用。電力電子技術(shù)作為發(fā)電方面的關(guān)鍵技術(shù)關(guān)系著新能源發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，且推動著整個社會的發(fā)展和進步。對此，本文在分析新能源發(fā)展狀況的基拙上，簡要分析了電力電子技術(shù)的應用現(xiàn)狀，及其在新能源領(lǐng)域的應用。

【關(guān)鍵詞】電力電子技術(shù)；新能源；開發(fā)；利用

1. 引言

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，各種能源消耗速度極大，能源短缺已成為社會生產(chǎn)發(fā)展過程中亟待解決的問題。隨著近些年來的新能源開發(fā)和利用，為解決能源短缺問題提供新的道路，而電力電子技術(shù)在新能源的開發(fā)利用中起重要作用。對此，本文通過對電力電子技術(shù)分析、電力電子技術(shù)在新能源領(lǐng)域的應用等方面進行分析。

2 .電力電子技術(shù)的概述分析

電力電子技術(shù)，即功率電子技術(shù)，主要是應用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)，能夠使用電力電子器件對電能進行變換和控制的電子技術(shù)。電力電子技術(shù)主要涉及了電力電子器件、電力電子設(shè)備和系統(tǒng)及其控制方面。

電力電子技術(shù)將各種能源高效率地變換成為高質(zhì)量的電能，采用電子信息技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的有效技術(shù)途徑。電力電子技術(shù)具有高效、節(jié)能、省材特點，對我國經(jīng)濟發(fā)展具有重要作用，是現(xiàn)代科學、工業(yè)和國防的重要支撐技術(shù)。

電力電子技術(shù)的基本功能包括：整流（交流變成直流）、逆變（直流變成交流）、斬波（直流變成直流）、變頻（改變供電頻率）、開關(guān)和智能控制等。主要是使電網(wǎng)的工頻電能最終轉(zhuǎn)換成不同性質(zhì)、不同用途的電能，以適應千變?nèi)f化的用電裝置的不同需要。

3 .電力電子器件的發(fā)展分析

新的電力電子的裝置與應用，促進了電力電子器件的發(fā)展。

3.1 關(guān)于功率二極管

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%的電能主要以直流形式消費的，其中涉及的電解、牽引和直流傳動等領(lǐng)域。功率二極管是上世紀六十年代開始發(fā)展起來的；今天，在現(xiàn)代電力電子裝置中仍然扮演著重要的角色，除了大功率工頻整流的基本功能之外，功率二極管還日益肩負著高頻整流、續(xù)流、隔離、箝位、吸收等越來越多的功能。

3.2 晶閘管方面

在大功率和特大功率的工業(yè)應用中，晶閘管以其耐壓高、電流大、通態(tài)壓降小、通態(tài)功耗低等優(yōu)勢被廣泛應用，是這一領(lǐng)域的主力器件，英杰電氣在高壓大功率晶閘管的應用方面有十幾年的應用案例與經(jīng)驗積累。

3.3 絕緣柵雙極晶體管（IGBT）與功率場效應管（MOSFET）

隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅猛發(fā)展，為現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，將集成電路的精細加工技術(shù)和高壓大電流技術(shù)有機結(jié)合，出現(xiàn)了一批全新的全控型功率器件，如功率MOSFET的問世，引發(fā)中小功率電源向高頻化發(fā)展，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(zhuǎn)化的標志。英杰電氣緊隨時代潮流，依靠該類器件開發(fā)出綠色高效的電力電子裝置。

4 .電力電子技術(shù)在新能源的應用分析

電力電子技術(shù)是實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保和提高人民生活質(zhì)量的重要技術(shù)手段之一，在現(xiàn)階段國家“發(fā)展新能源”和“節(jié)能減排”基本國策的過程中起重要作用。

4.1 有關(guān)水力發(fā)電方面

水是生命的源泉，以著名的三峽水電站為標志的大批水電站的建立推進了我國經(jīng)濟的發(fā)展。這一創(chuàng)新，降低了對媒體等不可再生能源的消耗，創(chuàng)造性的為人類尋找可再生能源并加以利用的道路提供了方向。在水利發(fā)電的基礎(chǔ)上，一系列電力電子技術(shù)在新能源的開發(fā)利用中得到創(chuàng)新。

4.2 風力發(fā)電方面

風具有清潔、可再生、儲量大的特點，風能則成為能夠被高效利用的低碳能源。風力發(fā)電技術(shù)的出現(xiàn)，能夠有效減少二氧化碳的排放量、減緩全球氣候變暖，為我們保護環(huán)境、節(jié)約能源、減少資金成本帶來突破性進展。有利于緩解能源危機和供電壓力，隨著風電技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，風力發(fā)電組等產(chǎn)品的數(shù)量和質(zhì)量逐漸增多增強，在價格和效用上自然也會更具優(yōu)勢，具有改善生態(tài)環(huán)境的重要作用。

4.3 太陽能發(fā)電

在大自然賜予地球的能源中，太陽能是取之不盡、用之不竭的清潔能源之一，陽光是人類賴以生存的因素之一，世間萬物離開了太陽就難以繼續(xù)維持生命。據(jù)統(tǒng)計，我國2/3以上國土面積的年 日照時間在2200h以上，年輻射總量在502萬kJ/m2以上，為太陽能的利用創(chuàng)造了豐富的資源和有利條件。

目前太陽能在利用中，主要采用：太陽能光電技術(shù)、太陽能光熱技術(shù)和太陽能光伏發(fā)電技術(shù)。這些技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展，對新能源的開發(fā)利用起到巨大作用。太陽能電池是電力電子技術(shù)在新能源領(lǐng)域的應用中的典型案例。

將光能直接轉(zhuǎn)換成電能的過程是光伏效應。把光能轉(zhuǎn)換成為電能的能量轉(zhuǎn)換器，就是太陽能電池。太陽能電池也同晶體管一樣，是由半導體組成的。光伏發(fā)電系統(tǒng)分為獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。完全依靠太陽電池供電的光伏系統(tǒng)，系統(tǒng)中太陽電池方陣受光照時發(fā)出的電力是唯一的能量來源。獨立光伏系統(tǒng)是直聯(lián)系統(tǒng)，發(fā)出的直流電力直接供給負載使用，中間沒有儲能設(shè)備，負載只在有光照時才能工作。這種系統(tǒng)有太陽能水泵、太陽能風帽、太陽能路燈等。并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)：太陽電池方陣發(fā)出的直流電力經(jīng)過逆變器變換成交流電，且與電網(wǎng)并聯(lián)并向電網(wǎng)輸送電力的光伏發(fā)電系統(tǒng)。

在光伏系統(tǒng)中太陽能電池、蓄電池、控制器，都離不開電力電子技術(shù)，在太陽能到電能的轉(zhuǎn)換中，電力電子技術(shù)發(fā)揮著重要的作用。

5 .電力電子技術(shù)的應用效果分析

開發(fā)新能源，電力電子器件的應用和先進的控制技術(shù)是關(guān)鍵。將最新的電力電子技術(shù)、控制技術(shù)應用于新能源系統(tǒng)中，提高新能源的效率和電力變換質(zhì)量、降低新能源成本，使得清潔可再生能源逐步替代傳統(tǒng)的化石燃料，以改善人類生存的環(huán)境，提高人們的生活水平，具有重大的經(jīng)濟效益和社會價值。

5.1 節(jié)能效果明顯

電力電子技術(shù)具有節(jié)能的效果，現(xiàn)階段我國的能源總產(chǎn)量中，煤炭占67%、石油占22.7%、其余大多來自水電等發(fā)電方式。將電力電子技術(shù)應用在新能源系統(tǒng)中，發(fā)展風能、光伏等清潔能源，節(jié)能效果非常明顯，能有效改變我國以煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)。

5.2 綠色可靠性

采用全新電力電子裝置，如有源電力濾波器（APF）或PWM整流器，實現(xiàn)接近1的功率因數(shù)和接近0的諧波含量，實現(xiàn)對電網(wǎng)的零污染。

若采用電力電子器件開發(fā)無觸點開關(guān)等，不但可大大降低用電設(shè)備的起停沖擊能耗，還可延長設(shè)備的使用壽命，充分體現(xiàn)了電力電子裝置的可靠性。

5.3 精確控制自動化

新型電力電子系統(tǒng)采用數(shù)字控制技術(shù)，以實現(xiàn)快速、高精度、靈活、多功能、智能化的控制和人機界面和通訊等功能?？梢苑奖?、快速地升級，實現(xiàn)多值/多波形程序控制。此外，數(shù)字系統(tǒng)可以采用同一套硬件控制電路，組合成不同的軟件模塊，以選擇不同的控制策略、控制參數(shù)。

6. 結(jié)論

新能源的開發(fā)和利用是我國現(xiàn)代行業(yè)的一種發(fā)展趨勢，而電力電子技術(shù)在其中發(fā)揮著重要的作用。新能源發(fā)電系統(tǒng)給電力電子技術(shù)提供新的方向，為從事可再生發(fā)電能源系統(tǒng)的研究提供新思路。

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