电力电子技术的发展方向

电力电子技术的发展与创新

1 概述

电力电子学（Power Electronics）这一名称是在上世纪xx年代出现的。19xx年，美国的W.Newell用一个倒三角形（如图）对电力电子学进行了描述，认为它是由电力学、电子学和控制理论三个学科交叉而形成的。这一观点被全世界普遍接受。

电力电子技术是建立在电子学、电工原理和自动控制三大学科上的新兴学科。因它本身是大功率的电技术，又大多是为应用强电的工业服务的，故常将它归属于电工类。电力电子技术的内容主要包括电力电子器件、电力电子电路和电力电子装置及其系统。电力电子器件以半导体为基本材料，最常用的材料为单晶硅；它的理论基础为半导体物理学；它的工艺技术为半导体器件工艺。近代新型电论基础，根据器件的特点和电能转换的要求，又开发出许多电能转换电路。力电子器件中大量应用了微电子学的技术。电力电子电路吸收了电子学的理这些电路中还包括各种控制、触发、保护、显示、信息处理、继电接触等二次回路及外围电路。利用这些电路，根据应用对象的不同，组成了各种用途的整机，称为电力电子装置。这些装置常与负载、配套设备等组成一个系统。电子学、电工学、自动控制、信号检测处理等技术常在这些装置及其系统中大量应用。

从几十年的发展来看，半导体器件确实起了推动电子技术发展的作用。晶闸管等电力半导体器件扮演了电力电子发展中的主要角色。进入xx年代，晶闸管开始形成由低电压小电流到高电压大电流的系列产品。普通晶闸管不能自关断的半控型器件，被称为第一代电力电子器件。随着电力电子技术理论研究和制造工艺水平的不断提高，电力电子器件在容量和类型等方面得到了很大发展，是电力电子技术的又一次飞跃，先后研制出GTR、GTO、功率MOSFET等自关断全控型第二代电力电子器件。这些年来的经验表明：当某种关键的半导体器件诞生后，往往会引起电子技术的一个飞跃。可以看到，以绝缘栅双极晶体管(IGBT)为代表的第三代电力电子器件，开始向大容易高频率、响应快、低损耗方向发展，这又是一个飞跃。而进入xx年代，电力电子器件正朝着复杂化、标准模块化、智能化、功率集成的方向发展，以此为基础形成了电力电子技术的理论研究，器件开发研制，应用的高新技术领域，在国际上竞争颇激烈。

目前，电力电子技术的应用已从机械、石化、纺织、冶金、电力、铁路、航空、航海等领域，进一步扩展到汽车、现代通信、家用电器、医疗设备、灯光照明等领域。进入21世纪，随着新的理论、新的器件、新的技术的不断涌现，特别是与微电子（计算机与信息）技术的日益融合，电力电子技术的应用领域也必将不断地得以拓展，随之而来的必将是智能电力电子时代。

2 电力电子器件发展回顾

整流管是电力电子器件中结构最简单，应用最广泛的一种器件。目前已形成普通型，快恢复型和肖特基型三大系列产品，电力整流管对改善各种电力电子电路的性能，降低电路损耗和提高电流使用效率等方面都具有非常重要的作用。自19xx年美国通用电气GE公司研制出第一个工业用普通晶闸管开始，其结构的改进和工艺的改革为新器件开发研制奠定了基础，在以后的十年间开发研制出双向，逆变、逆导、非对称晶闸管，至今晶闸管系列产品仍有较为广泛的市场。

3 电力电子器件发展趋势

进入xx年代电力电子器件的研究和开发，已进入高频化，标准模块化，集成化和智能时代。从理论分析和实验证明电气产品的体积与重量的缩小与供电频率的平方根成反比，也就说，当我们将50Hz的标准二频大幅的提高之后，使用这样工频的电气设备的体积与重量就能大大缩小，使电气设备制造节约材料，运行时节电就更加明显，设备的系统性能亦大为改善，尤其是对航天工业其意义十分深远的。故电力电子器件的高频化是今后电力电子技术创新的主导方向，而硬件结构的标准模块是器件发展的必然趋势，目前先进的模块，已经包括开关元件和与其反向并联的续流二极管在内及驱动保护电路多个单元，并都以标准化和生产出系列产品，并且可以在一致性与可靠性上达到极高的水平。目前世界上许多大公司已开发出IPM智能化功率模块，如日本三菱、东芝及美国的国际整流器公司已有成熟的产品推出。日本新电元公司的IPM智能化功率模块的主要特点是：

（1）它内部集成了功率芯片，检测电路及驱动电路，使主电路的结构为最简。

（2）其功率芯片采用的是开关速度高，驱动电流小的IGBT，且自带电流传感器，可以高效地检测出过电流和短路电流，给功率芯片以安全的保护。

（3） 在内部配线上将电源电路和驱动电路的配线长度控制到最短，从而很好地解决了浪涌电压及噪声影响误动作等问题。

（4） 自带可靠的安全保护措施，当故障发生时能及时关断功率器件并发出故障信号，对芯片实施双重保护，以保证其运行的可靠性。

然而，国产电力半导体器件基本上停留在晶闸管阶段，严重落后于世界电力电子器件的发展水平。在新世纪国际电力电子崛起之时，中国电力半导体器件的被动状态将会拖延中国振兴的进程，因此，必须大家共同努力，使这一被动局面早日得到改变。

4 电力电子技术创新

xx年未朱总理明确指示，今后必须加快国家创新体系的建设，因此可以肯定的说，在21世纪初国家发展中，技术创新将要变成企业工作的主导内容，而发展与建立适合中国国情的 电气工业的技术创新机制，通过电力电子技术长足进步推动新型电气工业不断升级和进步进 而走向世界。电力电子技术虽然它具有微电子技术的许多共同特征，如发展变化都非常迅

速 ，渗透力和创新表现十分突出，生命力格外旺盛，处于阳光产业地位，并与其它学科相互融 合和发展产生新的机遇，而电力电子技术还有其自身一些独具特色的地方，如高电压、大容 量及控制功率范围大，因此技术的创新难度在于必须跨越高电压大功率这一关卡，及其技术 的综合难度，如材料工业和制造工艺，而电力电子器件工作的可靠性是其极其重要的一个技术指标。为此电力电子技术的创新是与多种学科相互渗透并对各种工业领域有着极强的渗透性。因此电力电子技术与国家的基础产业关系密切，并与国家发展的各项方针及产业政策相 配台的要求在21世纪会显得越来越强烈。电力电子技术又称为能流技术，因此电力电子技术 的发展与创新是21世纪可持续发展战略纲领的重要组成部分。在21世纪初加快现代电力电子 化转化的力度，必将形成一条朝阳的高科技产业链，推动我国工业领域的技术创新。

电力电子技术的创新与电力电子器件制造工艺，已成为世界各国工业自动化控制和机电一体化领域竞争最激烈的阵地，各发达国家均在这一领域注入极大的人力，物力和财力，使之进 入高科技行业，就电力电子技术的理论研究言，目前日本、美国及法国、荷兰、丹麦等西欧 国家可以说是齐头并进，在这些国家各种先进的电力电子功率量不断开发完善，促进电力电 子技术向着高频化迈进，实现用电设备的高效节能，为真正实现工控设备的小型化，轻量化 ，智能化奠定了重要的技术基础，也为21世纪电力电子技术的不断拓展创新描绘了广阔的前景。我国开发研制电力电子器件的综合技术能力与国外发达国家相比，仍有较大的差距，要发展和创新我国电力电子技术，并形成产业化规模，就必须走有中国特色的产学创新之路， 即牢牢坚持和掌握产、学、研相结合的方法走共同发展之路。从跟踪国外先进技术，逐步走 上自主创新，从交叉学科的相互渗透中创新，从器件开发选择及电路结构变换上创新，这对 电力技术创新是尤其实用的。也要从器件制造工艺技术引导创新，从新材料科学的应用上创新，以此推动电力电子器制造工艺的技术创新，提高器件的可靠性。由此形成基础积累型的 创新之路。并要把技术创新与产品应用及市场推广有机结合，已加快科技创新的自我强化的 循环，促进和带动技术创新有着稳定的基础，以使我国电力电子技术及器件制造工艺技术有以长足的发展，并形成一个全新的圾阳产业，转化为巨大的生产力，推动我国工业领域由粗 板型经营走向集型，促进国民经济以高速、高度、可持续发展。

 

第二篇：浅谈电力电子技术的发展与应用

浅谈电力电子技术的发展与应用

【摘要】新时期，伴随着科技飞速发展，计算机应用技术不断创新以及电力电子技术的广泛传播，相关行业对于电力电子技术的期望值也越来越高。在我国供电需求量不断增加的背景下，我国的电力系统也将承担更大责任。电力电子技术为我国当代电力系统提供了先进的技术服务，创建了良好的技术支撑平台。

【关键词】电力电子；电力系统；发展；作用

电力电子技术是一门新兴的应用于电力领域的电子技术。简单的说，电力电子技术就是通过计算机技术将强电和弱电进行有效的组合。随着近年来经济飞速发展，巨大的电力需求与当前电力系统电力缺口的矛盾日益显现，使得电力电子技术在电力系统中的需求相应增加，伴随而来的是我国电力电子技术面临着宝贵的发展机遇。

1 电力电子技术的发展

电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件，现代电力电子技术的发展方向，是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学，向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代，并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。八十年代末期和九十年代初期发展起来的、以功率MOSFET和IGBT为代表的、集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件，表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。目前，电力电子技术正向着以高频技术处理问题为主的现代电力电子技术方向发展。在实现高频技术的基础上，更增加了节能、环保、自动化、自能化等特点。

2 电力电子技术在电力系统中的应用

2.1电力电子技术在发电环节中的应用。主要体现在发电机组的励磁控制和变频调速上。在我国范围内乃至全球范围内的各个大型电厂发电机组中，运用的最为普遍的就是静止励磁系统，电力电子技术的发展，使电子技术取代了励磁控制中的励磁机环节，使静止励磁实现了简单的控制构造和高性能低成本的运作。同时由于电子技术代替了励磁机的环节，使静止励磁能够对自身进行迅速有效的调节，提高电力系统的运作效率。电子技术也应用于电厂的风机水泵的变频调速上和太阳能发电控制机组的控制系统中。在电厂的电力生产过程中，由于发动机组等设备对于发电量的损耗相对较大，考虑电力生产中节约能源的要求。在高压电和低压电的转换过程中，使用风机水泵变频机替代原有的变频器，改变电能转换过程中耗能大效率低的问题。而在太阳能发电的控制系统中，电子技术的作用尤为突出，太阳能作为21世纪被广泛重视的新型能源，发展太阳能发电产业是整个国家乃至全世界的战略目标。然而由于太阳能发电本身的功率过大，在使用太阳能发电机组发电的时候，需要将生产出来的电能进行转换，这个时候就需要大功率的电流转换器。而电子技术能够很好的解决这一问题。

2.2电力电子技术在配电过程中的作用。要使配电系统能够配送出高质量的电力资源，需要在配电过程中满足配电频率、电压以及在谐波上满足相应的条件，同时，在配电过程中需要阻止电能的各种不稳定的波动和影响。这个过程中，电力电子技术作为配电环节的质量控制部分，以用户电力技术和FACTS技术为实现形式，通过在配电线路中增设电力电子装置，www.vc.qxsl.gov.cn

加强对与电压，电流和功率的可控性，调控电力传输。

2.3电力电子技术在电力系统节能方面的作用。电力电子技术在电力系统节能方面的作用主要体现在两个方面，分别是：变负荷电动机调速运行方面和提高电能使用率方面。电厂生产电能和配送电过程中，常常产生大量的电能浪费。电厂在生产电能的过程中，由于发电能源的变化，发电机组不能够很好的实现配合，会产生无功功率的浪费现象。通过对变负荷电动机的运转速度进行调整和控制能够实现电能的良好生产和配用。这项技术在国外已经比较成熟，但是我国仍然处在研究和探索的阶段。但是，变负荷电动机在实际的应用中也存在不可忽视的缺陷，变负荷电动机在控制和调控运转速度方面适用的发电机组较为广泛，在实际运行中的工作效率也十分准确。但是变负荷电动机的生产和配置成本较高，而且在工作过程中对电网的影响较大，只适用于中大型电厂。同时，我国电力系统现用的电力设备，在配送电的过程中，对于电能的损耗和生产的成本较高，对于电能的质量影响较大。而电力电子技术能够通过在配送电系统中增设可控设备，对配送电过程中的电能进行调控，保证电能的质量和稳定。

3 总结

电力电子技术在电力系统中的应用和发展对于电力系统的建设和发展起到了里程碑的作用随着计算机技术和电力技术的不断发展，电力电子技术也在不断的吸收新的技术不断的发展。然而，作为一种处在发展过程中的电力控制技术。电力电子技术在电力系统中的应用和稳定性还远远不能够达到电力电子技术的设计要求。如何实现电力电子技术在电力系统中应当起到的控制作用，我们要从电子设备的革新和电力电子技术的不断发展上谋求出路，不断的探索和发展电力电子技术对于提高电力的生产质量，减少生产成本和配送损耗，实现电力系统的经济效益，有着重要的意义。

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