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電力電子技術誕生近半個世紀以來，使電氣工程、電子技術、自動化技術等領域發生了深刻的變化，同時也給人們的生活帶來了巨大的影響。目前，電力電子技術仍以迅猛的速度發展著，新的電力電子器件層出不窮，新的技術不斷涌現，其應用范圍也不斷擴展。不論在全世界還是在我國，電力電子慢慢的被人所熟知，下面我們就電力電子電路和其應用、結構等進行簡單闡述。
1.電力電子電路
1.1 電子電路的概念
電子電路時利用電力電子器件對工業電能進行變換和控制的大功率電子電路。因為電路中無旋轉元、部件，故又稱靜止式變流電路，以區別于傳統的旋轉式變流電路（由電動機和發電機組成的變流電路）。電力電子電路始見于20世紀30年代，包括由氣體閘流管和汞弧整流管組成的低頻變流電路和由高頻電子管組成的變流電路。它們構成了第一代電力電子電路。60年代由晶閘管組成了第二代電路，泛稱半導體電力電子電路（又稱半導體變流電路）。80年代，由于可關斷晶閘管（GTO）和雙極型功率晶體管（GTR）等新型器件的實用化，又逐漸在不同領域中取代了普通晶閘管并形成第三代電路。由于它們具有控制極關斷和工作頻帶較寬的優點，使電力電子電路具有更佳的技術和經濟性能，獲得了更為廣泛的應用。
1.2 電力電子電路的特征
電力電子器件一般都工作在開關狀態導通時（通態）阻抗很小，接近于短路，電壓降接近于零，而電流由外電路決定阻斷時（斷態）阻抗很大，接近于斷路，電流幾乎為零，而管子兩端電壓由外電路決定電力電子器件的動態特性（也就是開關特性）和參數，也是電力電子器件特性很重要的方面，有些時候甚至上升為第一位的重要問題。作電路分析時，為簡單起見往往用理想開關來代替
1.3 典型電力電子電路的系統結構
電力電子電路的系統包括以下三種：
（1）電力電子器件：如功率二極管、晶閘管、功率MOSFET、IGBT、MCT等，分為不控型、半控型、全控型三種類型。
（2）電力電子電路：包括整流（AC/DC變換）、逆變（DC/AC變換）、直流變換（DC/DC變換）、交流變換（AC/AC變換）四大基本類型的變換電路。
（3）電力電子電路的輔助電路：包括控制電路、驅動電路、緩沖電路、保護電路等幾大類電路。
1.4 電力電子電路的分類
按實現電能變換時電路功能分類，可分為4種。
①整流電路（AC/DC變換電路）：具有整流功能的電路。凡將交流電能轉換為直流電能的過程泛稱為整流。
②逆變電路（DC/AC變換電路）：具有逆變功能的電路。凡將直流電能轉換為交流電能的過程稱為逆變。
③交流變換電路（AC/AC變換電路）：能將交流電能的大小和頻率加以改變的電路。前者稱交流調壓電路；后者稱變頻電路。
④直流變換電路（DC/DC變換電路）：能將直流電能的大小和方向加以改變的電路。由于采用斬波控制方式，故又稱直流斬波電路。
2.電力電子技術的應用
自20世紀80年代，柔流輸電（FACTS）概念被提出后，電力電子技術在電力系統中的應用研究得到了極大的關注，多種設備相繼出現。已有不少文獻介紹和總結了相關設備的基本原理和應用現狀。以下按照電力系統的發電、輸電和配電以及節電環節，列舉電力電子技術的應用研究和現狀。
2.1 在輸電環節中的應用
電力電子器件應用于高壓輸電系統被稱為“硅片引起的第”，大幅度改善了電力網的穩定運行特性。配電系統迫切需要解決的問題是如何加強供電可靠性和提高電能質量。電能質量控制既要滿足對電壓、頻率、諧波和不對稱度的要求，還要抑制各種瞬態的波動和干擾。電力電子技術和現代控制技術在配電系統中的應用，即用戶電力（Custom Power）技術或稱DFACTS技術，是在FACTS各項成熟技術的基礎上發展起來的電能質量控制新技術?？梢詫FACTS設備理解為FACTS設備的縮小版，其原理、結構均相同，功能也相似。由于潛在需求巨大，市場介入相對容易，開發投入和生產成本相對較低，隨著電力電子器件價格的不斷降低，可以預期DFACTS設備產品將進入快速發展期。
2.2 在節能環節的運用
在電氣設備中，變壓器和交流異步電動機等都屬于感性負載，這些設備在運行時不僅消耗有功功率，而且還消耗無功功率。因此，無功電源與有功電源一樣，是保證電能質量不可缺少的部分。在電力系統中應保持無功平衡，否則，將會使系統電壓降低，設備破壞，功率因數下降，嚴懲時會引起電壓崩潰，系統解裂，造成大面積停電事故。所以，當電力網或電氣設備無功容量不足時，應增裝無功補償設備，提高設備功率因數。
2.3 優化電能的使用
通過電力電子技術對電能的處理，使電能的使用達到合理、高效和節約，實現了電能使用最佳化。例如，在節電方面，針對風機水泵、電力牽引、軋機冶煉、輕工造紙、工業窯爐、感應加熱、電焊、化工、電解等14個方面的調查，潛在節電總量相當于1990年全國發電量的16%，所以推廣應用電力電子技術是節能的一項戰略措施，一般節能效果可達10%-40%。
3.電力電子技術目前在我國存在的主要問題
雖然我國電力電子的開發研究已有50年歷史，過去已經取得了長足的進步，但是與超大規模集成電路的發展一樣，該領域科技發展速度太快，加之我國財力和原有基礎薄弱等因素的限制，特別是當前面臨國外高科技沖擊等原因，我國電力電子有種被“邊緣化”的趨勢：即各行各業都迫切需要它，但是，各應用領域均沒將其作為研究重點，國內解決不了的就依靠進口！
當前存在的主要問題是：目前我國生產的大多數電力電子產品和裝置還主要基于晶閘管；雖然也能制造一些高技術的電力電子產品和裝置，但是它們均是采用國外生產的電力電子器件和組件多以組裝集成的方式制造的；特別是先進的全控型電力電子器件則全部依賴進口，而許多關系到國民經濟命脈和國家安全的若干關鍵領域中的核心技術、軟、硬件和關鍵設備，國外均是對我國進行控制和封鎖的。特別是關系到國民經濟命脈和國家安全的若干關鍵領域中的核心技術與國外先進水平的差距更大，迅速改變這一現狀是我們面臨的挑戰和義不容辭的任務。
參考文獻
2我國電力電子在發展過程中遇到的問題
目前，我國在研究電力電子技術方面還存在著諸多的問題，這些問題都嚴重的制約了我國經濟的發展。主要問題有：現今我國電力電子產品大多是采用的晶閘管，雖然利用晶閘管可以創造出一部分科技含量較高的產品和設備，但是這些產品和設備多使用的是國外的生產設備以及多組分組集成制造法，特別是很多先進的全控型電力電子器件，幾乎全都需要從國外進口，才能滿足國內的技術要求，尤其是很多關系著我國的經濟發展以及社會安全的關鍵領域中的核心技術、設備、軟件等。另外，我國電力電子技術與國外發達國家的差距甚大，這在一定程度上影響著我國與國外經濟的合作。在過去的幾十年中，我國經濟發展的各部門都先后從歐美發達國家中引進了先進的電力電子技術，并且開始重視國內技術的發展。就目前的發展情況而言，雖然表面上顯示出我國在很多技術方面可以滿足國內的要求，但實際上在很多關鍵技術領域，我國的電力電子技術依然需要進口，國內的技術水平依然相對較低。國內與國外發達國家在電力電子技術方面的主要區別在于電力電子技術的發展依然存在著技術含量低、產品可靠性差、數字控制水平滿足不了社會的要求、系統控制軟件的水平低、應用程序的控制技術差、重大項目領域缺乏經驗等問題。這就使得我國必須要依賴從國外進口高性能、高功率的電力電子轉換器設備才能滿足國內的使用。
3提高我國電力傳動系統性能的主要方法
現今，我國電力傳動系統研究工作主要圍繞著交流傳動系統進行。伴隨著交流電動機調速裝置的性能越來越完善以及調速理論的重大突破，電動機的調速技術漸漸從直流發電機—電動機組調速、晶閘管可控整流器、直流調壓調速向交流電動機變頻調速轉變。之所以交流傳動系統發展的這么迅速，其原因與我國在功率半導體器件的制造技術、交流電動機控制技術、以大規模集成電路和微型計算機為基礎的數字化控制技術、電力變換技術等關鍵性技術方面的突破有關。要提高交流傳動系統的整體性能，可從以下三個方面開展研究工作：（1）PWM技術的應用隨著電壓型PWM逆變器在高性能交流驅動系統中的廣泛應用，我國對PWM技術的研究更為深入。PWM功率半導體器件的開關控制主要采用是高頻技術，一般來說，PWM技術可分為三類進行研究，即隨機PWM、正弦PWM以及優化PWM。正弦PWM的開關頻率對于提升電力電子器件的功率有著非常突出的作用，這使得該技術在中小功率交流驅動系統中的應用極為廣泛。不過，這種技術不適用于容量過大的電源轉換設備，因為高開關頻率將會引起極大的開關損失。（2）直接轉矩、矢量控制技術的應用對于交流電機的交流驅動系統而言，其具有強耦合、多變量、非線性等特點，這就使得其控制工作變得十分的動態化，不過我國目前在這方面的研究還是較為成功的。在上世紀七八十年代，我國就提出了交流電機的動態控制理論，該理論要求不僅要對各個變量的振幅進行全面的控制，同時還要對各個階段進行控制。直接轉矩控制技術以及矢量控制技術是我國在交流驅動系統控制中的主要技術，此外，隨著科學技術的發展，神經網絡控制、模糊控制等智能控制技術也在我國逐漸發展起來，對提高交流傳動系統的控制精確度有著極其重要的作用。（3）微電子技術的應用微電子技術對于提高我國數字控制處理芯片的運算能力以及可靠性有著極大的作用。當前，適合用在交流傳動系統中的微處理器有ApplicationSpecificIntegratedCircuit—ASIC、DigitalSignalProcessor—DSP、單片機等。其中，高性能計算機的結構形式主要采用的是多總線結構、多處理器結構以及流水線結構等。
現代電力電子技術的發展方向,是從以低頻技術處理問題為主的傳統電力電子學,向以高頻技術處理問題為主的現代電力電子學方向轉變。電力電子技術起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其發展先后經歷了整流器時代、逆變器時代和變頻器時代,并促進了電力電子技術在許多新領域的應用。八十年代末期和九十年代初期發展起來的、以功率MOSFET和IGBT為代表的、集高頻、高壓和大電流于一身的功率半導體復合器件,表明傳統電力電子技術已經進入現代電力電子時代。
1.1整流器時代
大功率的工業用電由工頻(50Hz)交流發電機提供,但是大約20%的電能是以直流形式消費的,其中最典型的是電解(有色金屬和化工原料需要直流電解)、牽引(電氣機車、電傳動的內燃機車、地鐵機車、城市無軌電車等)和直流傳動(軋鋼、造紙等)三大領域。大功率硅整流器能夠高效率地把工頻交流電轉變為直流電,因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶閘管的開發與應用得以很大發展。當時國內曾經掀起了-股各地大辦硅整流器廠的熱潮,目前全國大大小小的制造硅整流器的半導體廠家就是那時的產物。
1.2逆變器時代
七十年代出現了世界范圍的能源危機,交流電機變頻惆速因節能效果顯著而迅速發展。變頻調速的關鍵技術是將直流電逆變為0~100Hz的交流電。在七十年代到八十年代,隨著變頻調速裝置的普及,大功率逆變用的晶閘管、巨型功率晶體管(GTR)和門極可關斷晶閘管(GT0)成為當時電力電子器件的主角。類似的應用還包括高壓直流輸出,靜止式無功功率動態補償等。這時的電力電子技術已經能夠實現整流和逆變,但工作頻率較低,僅局限在中低頻范圍內。
1.3變頻器時代
進入八十年代,大規模和超大規模集成電路技術的迅猛發展,為現代電力電子技術的發展奠定了基礎。將集成電路技術的精細加工技術和高壓大電流技術有機結合,出現了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的問世,導致了中小功率電源向高頻化發展,而后絕緣門極雙極晶體管(IGBT)的出現,又為大中型功率電源向高頻發展帶來機遇。MOSFET和IGBT的相繼問世,是傳統的電力電子向現代電力電子轉化的標志。據統計,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半導體器件市場上已達到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在電力電子領域巳成定論。新型器件的發展不僅為交流電機變頻調速提供了較高的頻率,使其性能更加完善可靠,而且使現代電子技術不斷向高頻化發展,為用電設備的高效節材節能,實現小型輕量化,機電一體化和智能化提供了重要的技術基礎。
2.現代電力電子的應用領域
2.1計算機高效率綠色電源
高速發展的計算機技術帶領人類進入了信息社會,同時也促進了電源技術的迅速發展。八十年代,計算機全面采用了開關電源,率先完成計算機電源換代。接著開關電源技術相繼進人了電子、電器設備領域。
計算機技術的發展,提出綠色電腦和綠色電源。綠色電腦泛指對環境無害的個人電腦和相關產品，綠色電源系指與綠色電腦相關的高效省電電源,根據美國環境保護署l992年6月17日“能源之星"計劃規定,桌上型個人電腦或相關的設備,在睡眠狀態下的耗電量若小于30瓦,就符合綠色電腦的要求,提高電源效率是降低電源消耗的根本途徑。就目前效率為75%的200瓦開關電源而言,電源自身要消耗50瓦的能源。
2.2通信用高頻開關電源
通信業的迅速發展極大的推動了通信電源的發展。高頻小型化的開關電源及其技術已成為現代通信供電系統的主流。在通信領域中,通常將整流器稱為一次電源,而將直流-直流(DC/DC)變換器稱為二次電源。一次電源的作用是將單相或三相交流電網變換成標稱值為48V的直流電源。目前在程控交換機用的一次電源中,傳統的相控式穩壓電源己被高頻開關電源取代,高頻開關電源(也稱為開關型整流器SMR)通過MOSFET或IGBT的高頻工作,開關頻率一般控制在50-100kHz范圍內,實現高效率和小型化。近幾年,開關整流器的功率容量不斷擴大,單機容量己從48V/12.5A、48V/20A擴大到48V/200A、48V/400A。
因通信設備中所用集成電路的種類繁多,其電源電壓也各不相同,在通信供電系統中采用高功率密度的高頻DC-DC隔離電源模塊,從中間母線電壓(一般為48V直流)變換成所需的各種直流電壓,這樣可大大減小損耗、方便維護,且安裝、增加非常方便。一般都可直接裝在標準控制板上,對二次電源的要求是高功率密度。因通信容量的不斷增加,通信電源容量也將不斷增加。
2.3直流-直流(DC/DC)變換器
DC/DC變換器將一個固定的直流電壓變換為可變的直流電壓,這種技術被廣泛應用于無軌電車、地鐵列車、電動車的無級變速和控制,同時使上述控制獲得加速平穩、快速響應的性能,并同時收到節約電能的效果。用直流斬波器代替變阻器可節約電能(20~30)%。直流斬波器不僅能起調壓的作用(開關電源),同時還能起到有效地抑制電網側諧波電流噪聲的作用。
通信電源的二次電源DC/DC變換器已商品化,模塊采用高頻PWM技術,開關頻率在500kHz左右,功率密度為5W~20W/in3。隨著大規模集成電路的發展,要求電源模塊實現小型化,因此就要不斷提高開關頻率和采用新的電路拓撲結構,目前已有一些公司研制生產了采用零電流開關和零電壓開關技術的二次電源模塊,功率密度有較大幅度的提高。
2.4不間斷電源(UPS)
不間斷電源(UPS)是計算機、通信系統以及要求提供不能中斷場合所必須的一種高可靠、高性能的電源。交流市電輸入經整流器變成直流,一部分能量給蓄電池組充電,另一部分能量經逆變器變成交流,經轉換開關送到負載。為了在逆變器故障時仍能向負載提供能量,另一路備用電源通過電源轉換開關來實現。
現代UPS普遍了采用脈寬調制技術和功率M0SFET、IGBT等現代電力電子器件,電源的噪聲得以降低,而效率和可靠性得以提高。微處理器軟硬件技術的引入,可以實現對UPS的智能化管理,進行遠程維護和遠程診斷。
目前在線式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS發展也很迅速,已經有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多種規格的產品。
2.5變頻器電源
變頻器電源主要用于交流電機的變頻調速,其在電氣傳動系統中占據的地位日趨重要,已獲得巨大的節能效果。變頻器電源主電路均采用交流-直流-交流方案。工頻電源通過整流器變成固定的直流電壓,然后由大功率晶體管或IGBT組成的PWM高頻變換器,將直流電壓逆變成電壓、頻率可變的交流輸出,電源輸出波形近似于正弦波,用于驅動交流異步電動機實現無級調速。
國際上400kVA以下的變頻器電源系列產品已經問世。八十年代初期,日本東芝公司最先將交流變頻調速技術應用于空調器中。至1997年,其占有率已達到日本家用空調的70%以上。變頻空調具有舒適、節能等優點。國內于90年代初期開始研究變頻空調,96年引進生產線生產變頻空調器,逐漸形成變頻空調開發生產熱點。預計到2000年左右將形成。變頻空調除了變頻電源外,還要求有適合于變頻調速的壓縮機電機。優化控制策略,精選功能組件,是空調變頻電源研制的進一步發展方向。
2.6高頻逆變式整流焊機電源
高頻逆變式整流焊機電源是一種高性能、高效、省材的新型焊機電源,代表了當今焊機電源的發展方向。由于IGBT大容量模塊的商用化,這種電源更有著廣闊的應用前景。
逆變焊機電源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)變換的方法。50Hz交流電經全橋整流變成直流,IGBT組成的PWM高頻變換部分將直流電逆變成20kHz的高頻矩形波,經高頻變壓器耦合,整流濾波后成為穩定的直流,供電弧使用。
由于焊機電源的工作條件惡劣,頻繁的處于短路、燃弧、開路交替變化之中,因此高頻逆變式整流焊機電源的工作可靠性問題成為最關鍵的問題,也是用戶最關心的問題。采用微處理器做為脈沖寬度調制(PWM)的相關控制器,通過對多參數、多信息的提取與分析,達到預知系統各種工作狀態的目的,進而提前對系統做出調整和處理,解決了目前大功率IGBT逆變電源可靠性。
國外逆變焊機已可做到額定焊接電流300A,負載持續率60%,全載電壓60~75V,電流調節范圍5~300A,重量29kg。
2.7大功率開關型高壓直流電源
大功率開關型高壓直流電源廣泛應用于靜電除塵、水質改良、醫用X光機和CT機等大型設備。電壓高達50~l59kV,電流達到0.5A以上,功率可達100kW。
自從70年代開始,日本的一些公司開始采用逆變技術,將市電整流后逆變為3kHz左右的中頻,然后升壓。進入80年代,高頻開關電源技術迅速發展。德國西門子公司采用功率晶體管做主開關元件,將電源的開關頻率提高到20kHz以上。并將干式變壓器技術成功的應用于高頻高壓電源,取消了高壓變壓器油箱,使變壓器系統的體積進一步減小。
國內對靜電除塵高壓直流電源進行了研制,市電經整流變為直流,采用全橋零電流開關串聯諧振逆變電路將直流電壓逆變為高頻電壓,然后由高頻變壓器升壓,最后整流為直流高壓。在電阻負載條件下,輸出直流電壓達到55kV,電流達到15mA,工作頻率為25.6kHz。
2.8電力有源濾波器
傳統的交流-直流(AC-DC)變換器在投運時,將向電網注入大量的諧波電流,引起諧波損耗和干擾,同時還出現裝置網側功率因數惡化的現象,即所謂“電力公害”,例如,不可控整流加電容濾波時,網側三次諧波含量可達(70~80)%,網側功率因數僅有0.5~0.6。
電力有源濾波器是一種能夠動態抑制諧波的新型電力電子裝置,能克服傳統LC濾波器的不足,是一種很有發展前途的諧波抑制手段。濾波器由橋式開關功率變換器和具體控制電路構成。與傳統開關電源的區別是:(l)不僅反饋輸出電壓,還反饋輸入平均電流;(2)電流環基準信號為電壓環誤差信號與全波整流電壓取樣信號之乘積。
2.9分布式開關電源供電系統
分布式電源供電系統采用小功率模塊和大規模控制集成電路作基本部件,利用最新理論和技術成果,組成積木式、智能化的大功率供電電源,從而使強電與弱電緊密結合,降低大功率元器件、大功率裝置(集中式)的研制壓力,提高生產效率。
八十年代初期,對分布式高頻開關電源系統的研究基本集中在變換器并聯技術的研究上。八十年代中后期,隨著高頻功率變換技術的迅述發展，各種變換器拓撲結構相繼出現,結合大規模集成電路和功率元器件技術,使中小功率裝置的集成成為可能,從而迅速地推動了分布式高頻開關電源系統研究的展開。自八十年代后期開始,這一方向已成為國際電力電子學界的研究熱點,論文數量逐年增加，應用領域不斷擴大。
分布供電方式具有節能、可靠、高效、經濟和維護方便等優點。已被大型計算機、通信設備、航空航天、工業控制等系統逐漸采納,也是超高速型集成電路的低電壓電源(3.3V)的最為理想的供電方式。在大功率場合,如電鍍、電解電源、電力機車牽引電源、中頻感應加熱電源、電動機驅動電源等領域也有廣闊的應用前景。
3.高頻開關電源的發展趨勢
在電力電子技術的應用及各種電源系統中，開關電源技術均處于核心地位。對于大型電解電鍍電源,傳統的電路非常龐大而笨重,如果采用高頓開關電源技術,其體積和重量都會大幅度下降,而且可極大提高電源利用效率、節省材料、降低成本。在電動汽車和變頻傳動中,更是離不開開關電源技術，通過開關電源改變用電頻率,從而達到近于理想的負載匹配和驅動控制。高頻開關電源技術,更是各種大功率開關電源(逆變焊機、通訊電源、高頻加熱電源、激光器電源、電力操作電源等)的核心技術。
3.1高頻化
理論分析和實踐經驗表明,電氣產品的變壓器、電感和電容的體積重量與供電頻率的平方根成反比。所以當我們把頻率從工頻50Hz提高到20kHz,提高400倍的話,用電設備的體積重量大體下降至工頻設計的5~l0%。無論是逆變式整流焊機,還是通訊電源用的開關式整流器,都是基于這一原理。同樣,傳統“整流行業”的電鍍、電解、電加工、充電、浮充電、電力合閘用等各種直流電源也可以根據這一原理進行改造,成為“開關變換類電源”,其主要材料可以節約90%或更高,還可節電30%或更多。由于功率電子器件工作頻率上限的逐步提高,促使許多原來采用電子管的傳統高頻設備固態化,帶來顯著節能、節水、節約材料的經濟效益,更可體現技術含量的價值。
3.2模塊化
模塊化有兩方面的含義,其一是指功率器件的模塊化,其二是指電源單元的模塊化。我們常見的器件模塊,含有一單元、兩單元、六單元直至七單元,包括開關器件和與之反并聯的續流二極管,實質上都屬于“標準”功率模塊(SPM)。近年,有些公司把開關器件的驅動保護電路也裝到功率模塊中去,構成了“智能化”功率模塊(IPM),不但縮小了整機的體積,更方便了整機的設計制造。實際上,由于頻率的不斷提高,致使引線寄生電感、寄生電容的影響愈加嚴重,對器件造成更大的電應力(表現為過電壓、過電流毛刺)。為了提高系統的可靠性,有些制造商開發了“用戶專用”功率模塊(ASPM),它把一臺整機的幾乎所有硬件都以芯片的形式安裝到一個模塊中,使元器件之間不再有傳統的引線連接,這樣的模塊經過嚴格、合理的熱、電、機械方面的設計,達到優化完美的境地。它類似于微電子中的用戶專用集成電路(ASIC)。只要把控制軟件寫入該模塊中的微處理器芯片,再把整個模塊固定在相應的散熱器上,就構成一臺新型的開關電源裝置。由此可見,模塊化的目的不僅在于使用方便,縮小整機體積,更重要的是取消傳統連線,把寄生參數降到最小,從而把器件承受的電應力降至最低,提高系統的可靠性。另外,大功率的開關電源,由于器件容量的限制和增加冗余提高可靠性方面的考慮,一般采用多個獨立的模塊單元并聯工作,采用均流技術,所有模塊共同分擔負載電流,一旦其中某個模塊失效,其它模塊再平均分擔負載電流。這樣,不但提高了功率容量,在有限的器件容量的情況下滿足了大電流輸出的要求,而且通過增加相對整個系統來說功率很小的冗余電源模塊,極大的提高系統可靠性,即使萬一出現單模塊故障,也不會影響系統的正常工作,而且為修復提供充分的時間。
3.3數字化
在傳統功率電子技術中,控制部分是按模擬信號來設計和工作的。在
六、七十年代,電力電子技術完全是建立在模擬電路基礎上的。但是,現在數字式信號、數字電路顯得越來越重要,數字信號處理技術日趨完善成熟,顯示出越來越多的優點:便于計算機處理控制、避免模擬信號的畸變失真、減小雜散信號的干擾(提高抗干擾能力)、便于軟件包調試和遙感遙測遙調,也便于自診斷、容錯等技術的植入。所以,在
八、九十年代,對于各類電路和系統的設計來說,模擬技術還是有用的,特別是:諸如印制版的布圖、電磁兼容(EMC)問題以及功率因數修正(PFC)等問題的解決,離不開模擬技術的知識,但是對于智能化的開關電源,需要用計算機控制時,數字化技術就離不開了。
3.4綠色化
就目前來看，電力企業在不斷發展，也開始進行有效的網絡融合，電子裝備作為電力技術與通信技術的重要裝備，需要進行有效研究，通過分析其結合措施，研究其發展趨勢，這也是配電網工作中的重要研究方向，如何使電力電子裝備更好的進行網絡互聯，通過其網絡化技術的運用，在結合先進的電子裝備，不斷提高電力電子裝置的使用用途。進而推動配電網工作的順利進行。下面具體分析。
1電力電子裝備技術
電力電子裝備技術是通過技術手段進行的，是在電力電子裝備有效發揮效率的重要途徑，結合電子裝備改變與完善配電網技術，在運行過程中，我們要進行以下幾方面了解：
1.1變換器。變換器就是一種處理器，在配電網中作為有效的處理設備，是電力電能功率的調節裝置，通過提高頻率與幅度進行有效配電工作。如今，人們用電需求加大，對于該設備來說也需要進行有效升級，進而保證配電網順利進行配電，在長期發展過程，變換器也在不斷升級與改進，運行的穩定性得到了進一步認可，即使面對大功率系統也可以進行有效調節，在運行過程通過有效的轉換與并聯，這樣也對提高變換器的性能與處理配電數據有很大助力，在綜合處理過程也達到了與配電網相互結合的目的，提高了運行穩定性，也便于配電網各項工作的進行。
1.2半導體開關。作為電力電子裝備技術中的核心配件，半導體開關十分重要，這也是整個配電網工作中的重要技術系統，在配電網中該器件的性能會影響到實際的配電效果，是電力電子裝置技術實施效果的重要展現。在半導體開關選擇上，該原件必須要重視材料與工藝，這樣才能提高配電工作效率。首先在材料方面，運行過程是有溫度限制的，隨著技術發展，新型的科技材料也運用與電力電子器件中，半導體開關作為重要原件也必須采用最新的材料技術，例如SiC，這類材料的使用功率穩定，而且符合大功率使用范圍。在壓力大的半導體開關中也比較適用。其提升器件熱傳導效率更是明顯，與其他材料比較優勢明顯。還有我們了解的GaN，這也是一種新型材料，對于頻率高的半導體開關器件來說有很好的遷移率，在性能方面可以提升1MHz。從這些方面看在材料選擇上必須給予明確與重視。其次是工藝方面，在配電網中使用的半導體器件制作過程也是十分關機的，不容忽視，隨著技術的提高，其工藝也進一步完善，提高了開關速度的同時，也在功率消耗等方面有了進一步提高，同時我們更要注重在絕緣與磁性元件等方面的工藝運用，在大小控制上也要有所提高，總之，只有通過有效的新技術降低生產能效，才能進一步提高配電網工作效率。
1.3電力電子系統。在一些規模相對較大、或比較特殊的電力電子裝備中，其所運用的變換器不止一個，且其中還需要一些電路對裝備的工作進行輔助，在這種情況下，電力電子系統也就形成了。在系統中，可以通過并聯、串聯以及級聯的方式，對變換器進行連接，從而確保變換器能夠對電能進行妥善處理。由于電力電子系統中的變換器較多，所以需要多個控制器對其進行控制，具體來講，控制器可以分為系統控制器與變換器控制器兩種，前者一般只有一個，后者可以有多個，前者可以與每個變換器控制器進行通信。
2電力電子裝備的互聯和網絡化技術
近年來，電力電子裝備被廣泛的應用到電力系統中，配電網中的電力電子裝備技術也比較常見，但是配電網將這些電力電子裝備的功率端連在了一起，卻不能夠協調這些電子電力設備的運行，這對于配電網電能管理的靈活性和可控性有著不利影響，通信技術不斷發展，網絡化的應用越來越廣泛也越來越成熟，合理的應用通信技術，實現電力電子裝備的互聯與網絡化是當前配電網電子電力裝備研究過程中的重點方向。在配電網中可以將電子電力裝備看成是一個個的節點，通過通信技術、互聯網技術將每一個這樣的節點互相連接起來，這就是電子電力裝備的互聯，通信網絡將這些節點的電能狀態數據實時的收集起來，并發出節點指令，從整體上協調電子電力裝備的運行，保證整個配電網電能管理的靈活性和可控性，這就是電力電子裝備的網絡化技術。在當今的電力電子裝備互聯和網絡化技術體系適用性十分廣泛，可以直接面對民用用戶和工業用戶，其主要的構架以及具體的技術主要有以下三個要素：
2.1即插即用的功率接口。即插即用的功率接口能夠將各種電氣設備、分布發電等終端接入到配電網中，不同設備的電能輸入形式和電網有差別，而即插即用的功率接口能夠將電能轉化為功能，將設備電能的輸入形式轉化為與電網匹配的形式，這種功率接口就是一個電力電子裝備，即插即用的功率接口還要具備通信接口，實現網絡的連接，通信接口能夠識別終端設備，并上傳終端設備運行的信息，接受系統的調控指令。
2.2能量路由器。能量路由器是整個網絡中的智能能量管理模塊，能量路由器的工作原理及功能主要有以下幾個方面：1）實現能量的雙向流動，實現中壓配電網和低壓區域網直接的互相連接，提供低壓直流母線，以供可再生能源電力電子設備的使用；接收即插即用功率接口所上傳的有關終端設備運行的信息，通過對信息的分析及配電網的指令下達一些終端設備的額參考指令；能量路由器能夠維持配電網電壓的穩定、保證低壓穿越以及限制故障電流；2）能量路由器的電壓等級以及功率等級不盡相同，具體根據用電用戶的不同而定。
2.3標準的操作系統能量流和信息流是電子電力裝備互聯網技術中的基礎，標準的操作系統是一個通用的網絡協議，這個網絡協議能夠統一所有的功率接口以及能量路由器，對網絡中設備的識別、監測、以及統一的協調處理有著重要的作用，當前能量層已經初步形成并且逐步完善，但通信層還需要進一步的發展，智能電表等智能化設備的應用還要加強。綜上所述，對于配電網工作的認識不僅要局限于整體方面，對于電力電子設備更要給予高度重視，通過明確電力電子設備運行過程的優勢與不足，進一步提高與完善，在結合相關的互聯與網絡技術的結合，從而改變配電網結構，提高配電過程運行效率。在如今的配電網中我們更要重視電力電子設備實際運行效果，只有不斷通過技術上的提升才能進行有效配電工作調節，在未來發展過程，也要明確電力電子技術與通信技術是必須要進行有效融合的，只有明確配電網工作發展方向，進而進行有效技術創新，進行必要的網絡互聯，才能提高電力行業進一步發展，提高人們用電質量。
作者:王維 趙明穎 單位:國網七臺河供電公司
參考文獻:
1配電網電力電子裝備技術現狀分析
1.1變換器。變換器是電功率處理器的一種，把某種幅度、頻率轉化成其他的幅度和頻率的電能，這樣的轉化是變換器的主要作用。隨著信息技術的不斷發展，變換器技術也得到了不斷的發展和進步。再加上電力電子技術人員的研究，拓展機構已經研發并展現，這一技術的出現和應用，使得雙向或者多向電能流動控制成為可能。與此同時，在發展的過程中不斷地優化，變換器的效率也得到了明顯的提高，利用率甚至達到了百分之九十九，在大功率的系統中，變換器技術對電壓及其電流的處理可以達到輕松應對的效果。1.2半導體開關器件。電力電子裝備技術的基礎是半導體開關器，主要包括了SCR/IGCT/IGBT等器件。目前的發展階段，電力電子裝備技術應當把重心放到現有的半導體開關器件上，性能和水平和研發新型的半導體開關有關。半導體開關器件中，不管是材料的選擇，還是器件工藝的選取，對于整個電路的絕緣材料和磁性元件都有一定的適應和改造作用，不僅可以降低能耗，還可以把器件的體積減少到實際需要的范圍之內。1.3電力電子裝備系統。多個變換器和電路兩個部分組成了電子裝備系統，并且在電力電子裝備系統中得到了很大的應用。在連接方式上能夠實現能量的處理。但是在很多的大型規模中，就需要借助多個控制器來維持系統的平衡性和正常運轉。配備的控制器分為變化器控制器和系統控制器兩個部分。變化器控制器的主要作用是負責單一的變化，系統控制器是負責全部變化器的所有運行情況，并進行相關指令的調查。
2電力電子裝備的互聯與網絡技術
2.1即插即用的功率接口。隨著電力電子裝備技術在生活中的廣泛應用，電力系統在運行的過程中，配電網可以見到電力電子裝備技術。即插即用的功率接口是把各種各樣的電氣設備、發電等端口進行接入配電網中，各種設備之間存在差異，因此電能輸入在形式上可以和電網進行區別開來。即插即用的功率接口是把電能轉化成為功能，并直接將各種各樣的設備電能輸入形式和電網匹配的形式進行一個實際情況的轉化。因此，一個接口屬于一個電力電子裝備，不僅如此，即插即用的功率接口還可以當做通信接口。最終，實現網絡的連接。通信接口也可以對終端設備進行識別，在終端設備運行的信息上進行上傳并接收系統的調控指令。2.2能量路由器。能量路由器在整個電力電子裝備中，實現網絡化技術智能管理模塊。能量路由器是屬于中低配網、低壓區域網的相應接口；能量路由器在正常運營的范圍之內可以實現電能雙向流動，更可以提供相應低壓直流母線來提供再生能源電力設備。與此同時，能量路由器通信接口所具備的通信功能，從而把終端設備的運營信息上傳到網絡的終端系統中去。這樣就可以接收到調控指令，指令的確定需要在終端設備的具體工作上進行決定，能量路由器對其中的故障電流起到了限制性的作用，并保持了低壓配電網電壓的穩定性，接受到系統的保障性效果。2.3操作系統?；ヂ摼W技術的操作在本質上是一個通用的網絡協議，想要實現設備上的網絡督促，就要做到網絡監督和識別上的統一；想要實現管理上的統一，就必須先統一協調全部功率的接口及其能量擼起的二者全部支持和協調網絡協議。在實際的操作過程中，用戶可以把網絡協議直接安裝到自己的手機或者電腦上去，在有網絡信號的情況下，就可以對自身家用電的使用效果進行實時性監控。這樣就可以及時的保證了對網絡上電價信息的有效反饋。針對發生的故障和情況，可以有效的進行實際情況的措施優化和預防。目前，新常態的背景下，配電網電力電子裝備的互聯和網絡化的技術，最重要的是信息流極和能量流極兩個方面；雖然我國在配電網能量層面上已經初步實現了互聯功能，可是通信層面上的建設和構建還有待提高和進步。在電力電子裝備互聯網與網絡化的技術構架中分為了功能接口、能量路由器在整個網絡中的管理模模塊、操作系統三個部分。也就是說電力電子裝備互聯網技術的基礎是信息流和能量流兩個部分的內容。也就是標準的操作系統，一個通用的網絡協議，可以利用即插即用的功率接口實現識別和監測。
3結束語
隨著社會的進步，電力電子裝備技術的發展狀況對配電網的性能改造和優化，有著十分重要的作用，也有效的推動了直流配電網的進步和發展。配電網的電力電子技術是基于電力電子裝備的有效運營的基礎上進行的，它是一個時變形很強的系統，最后可以達到電能變化的目的。配電網中電力電子裝備的互聯和網絡技術的結合，是現代化電網發展的一個趨勢也是一個過程。針對于電能和信息集成一體化的重要意義，為智能化電網和管理產生一個很大的推動性作用。
隨著科學技術不斷發展，電子電力技術已經逐漸發展成熟，并在電力系統中取得良好效果。電子電力技術不僅提升了電力系統穩定性，還在根本上保證了電力系統運行整體效果。電子電力系統在電力系統運用中形成幾大類裝置，為推動電力電子技術的深入運用需對電子電力裝置的特點和性能進行分析，推動電子電力技術在電力系統中的發展。
1電力電子技術在發電環節應用
電子電力技術在發電環節應用的根本目的是改善電力系統發電環節設備運行效率。電力系統發電環節設備主要包括各種型號發電機、發電用水泵及風機、太陽能控制系統等。
1.1發電廠風機水泵的變頻調速
發電廠約有一半的電力損耗來源于風機水泵，由于風機水泵運行效率較低，因此其消耗大部分能量都被白白消耗?；诖吮仨毥档惋L機水泵的能量損耗，對其進行自動變頻，即在傳統發電廠風機水泵無論是否需要其都是以額定功率工作。實現自動變頻后會根據發電廠具體需求隨時控制風機水泵消耗功率，實現節能目的。當前對發電廠風機水泵實現變頻控制一般采用高壓或低壓變頻器，其中低壓變頻已經發展成熟，市場上已經由較多型號低壓變頻產品。高壓變頻仍舊處于發展中，一些高端技術問題仍有待克服。
1.2太陽能控制系統
太陽能是當前運用較為廣泛的清潔能源之一，在未來擁有廣泛用用前景，是未來能源重要構成部分。對大功率太陽能發電系統而言，無論其構成方式是并網還是獨立，都需要進行交直流電轉換，因此往往在太陽能控制系統中加入逆變器，利用其強大追蹤功能實現對太陽能控制系統的控制工作。
1.3水力和風力發電機的變速恒頻勵磁
水力發電機有效功率主要由水頭流量及其壓力決定，水力發電機組實際轉速隨著水頭的變化幅度發生相應變化。風力發電實際有效功率與風俗間存在3次方正相關關系，若想提升風力發電機組發電效率需對其進行變速運行。除此之外可對勵磁電流的頻率進行調整，確保其實際輸出功率保持不變，實現這些控制技術的關鍵在于引進變頻電源。
1.4對大型發電機的靜止勵磁進行控制
當前使用的靜止勵磁具有價格經濟、結構簡單、穩定性強等優點，主要采用晶閘管整流自并勵方式展開工作，已經被廣泛運用于各大電力系統中。將電力電子技術運用于大型發電機中，節省傳統電力系統的勵磁機，以此實現快速調節目的，在此基礎上在大型發電集中引進靜止勵磁更加有效，能夠獲得良好效果。
2電力電子技術在輸電環節中的應用
2.1輕型直流輸電和直流輸電技術
直流輸電具有控制簡單、調節靈活、輸電容量大、具有較強穩定性等優點，因此被廣泛應用于海底電纜輸電以及遠距離輸電過程中，若將直流電電壓提升至一定高度使之成為高壓進行輸送將會在很大程度上降低電力運輸過程損耗。隨著科學技術不斷進步，直流電運輸技術已經得到飛速發展，目前已經出出現輕型直流輸電技術，解決直流電運輸過程中可能存在的問題，直流電運輸已經從傳統方式轉變為無交流電源的負荷點送電。輕型直流輸電在實現無源逆變時利用較為先進的脈寬調制技術，并配以一些可關斷電力電子器件，實現直流電輸送突破。
2.2FACTS技術
FACTS技術是頭型交流電技術的簡稱，產生運用于20實際80年代中后期，該項技術的主要優勢是可實現對交流電實際輸電功率的有效控制，從根本上提升電力系統穩定性，當前FACTS技術主要功能是實現穩定電壓、控制電流、抑制故障、抑制諧波、暫態穩定、無功補償等，目前已經出現針具有以上功能的各項技術，并已經被運用于電力系統在。
3電力電子技術在配電環節中的應用
配電環節是電力系統重要組成部分，該階段主要問題是提升電能質量，加強電力系統供電穩定性。電力電子技術在配電環節中的應用就是針對配電環節存在的固有問題進行針對性改善，提升電能質量主要從兩方面展開，首先對各種異常瞬態的干擾和波動進行抑制，在此基礎上實現電力系統對頻率、電壓、諧波的實際需求。將電力電子技術運用于配電系統時，人們將其稱作DFACTS技術，此處DFACTS技術主要是發展于傳統FACTS技術基礎上，兩種技術在功能上十分相近，基本原理類似，DFACTS技術主要功能有抑制負荷所產生的無功、諧波、不對稱、閃變、不平衡等。
4電力電子技術在節能環節中的應用
4.1減少無功損耗，提高功率因素
電氣設備運行過程中既消耗有功功率，又消耗無功功率，由此可見，無功功率在功能性方面與有工功率類似，因此無功電源和有功電源相似，提升無功功率工作效率能夠從根本上提升電能質量。電力系統中減少無功損耗具有重要意義，倘若電力系統中無功電源未達到平衡將會導致系統電壓下降，并由此直接導致功率因數下降，設備因此遭受損壞，并可能出現更大范圍的停電事故，影響人們正常生活、生產，因此需增加無功補償設備設施，當電力系統無功功率容量存在不足時便自動補償，以此提升設備功率。
4.2變負荷電動機調速運行
電子電力技術在電力系統節能環節應用主要包括變負荷電動機的調速技術和電動機本身技術的應用。當前我國水泵及變負荷風機在我國電力系統中并不常見，國外在該方面應用較為廣泛，使用，水泵及變負荷風機進行交流調速效果良好，能夠有效提升電力系統效率及進度，節能效率可達百分之三十，其不足之處主要為應用成本高，且在運作過程中會造成一定環境污染。
5結語
電力電子技術已經在電力系統得到廣泛應用，為電力系統運行發展提供強有力技術支持，電力電子技術目前已經在發電環節、輸電環節、配電環節、變負荷電動機調速運行等方面進行應用研究，電力電子技術在未來必將取得更廣泛應用。
作者:鄭璐 單位:國網河南許昌縣供電公司
1．1電力電子技術的產生
電力電子技術最早產生于20世紀50年代，以晶閘管問世為標準。電力電子技術是現代電力系統的傳動技術，其利用晶閘管發展為可控硅整流裝置，也意味著電力系統傳動技術發展到新的階段。以可控硅整流裝置為標志，電能轉換進入電力電子器件構成的變流器時代。因此可以總結出，可控硅整流裝置是電力電子技術產生的重要標志。
1．2電力電子器件的發展
電力系統在電力電子技術產生后獲得了迅速發展，第一代的電力電子器件以電力二極管和晶閘管為代表。晶閘管和電力二極管具有體積小、耗能低的特征，取代了傳統的汞弧整流器，大大推動了電力電子技術的發展。電力二極管在改善電路性能方面有著明顯的作用，能夠有效電路損耗和提高電源使用率。電力二極管經過幾十年的發展，種類各異，功能齊全，第二代電子電力器件同時還具有自動關斷的能力。與第一代電子電力器件相比，第二代電子電力器件在開關速度方面有著明顯的提升，能夠用于開關頻率較高的電路中。
1．3第三代電力電子器件的產生
20世紀90年代是電力電子技術快速發展的時期，其結構和體積都得到了進一步改良，具有體積小、結構緊湊的特點，同時還出現了多種電力器件結合的電子模塊形式，為電力器件的廣泛使用奠定了基礎。第三代電力電子器件在集成模塊基礎上，將多種電力器件相結合，組合為集成電路。以功率集成電路出現為標志，電力電子技術向高頻化、標準模塊化、智能化方向發展。通過以上分析可以總結出，電力電子技術大約經歷了三個發展階段，目前電力電子技術正向以高頻技術處理問題為主的現代電力電子技術方向發展。隨著可持續發展戰略的提出，電力電子技術必然會在實現高頻技術的基礎上，向節能、環保方面改進，促進電力系統在更為科學合理的道路上發展。
2電力電子技術在電力系統中應用分析
通過以上分析可以看出，電力電子技術是電工技術中的新技術，是電技術與弱電技術的結合，推動著國民經濟的發展，影響著輸電系統的變革。本文主要從發電、輸電、配電、節能等方面分析電力電子技術的應用。
2．1電力電子技術在發電系統中的應用
電力電子技術在發電環節中能夠改善發電機等設備的運行，進而調節運行系統功率，比如大型發電機中的靜止勵磁控制就運用了晶閘管，從而簡化靜止勵磁的結構，提高其可靠性，并且價格更為低廉。在水力、風力發電機方面，電力電子技術能夠依靠變頻電源調整勵磁電流頻率，進而調整水力、風力發電功率，確保其控制在穩定的范圍內，降低風速不同所引起的頻差。風機水泵耗電量比較大，效率也比較低，電力電子技術運用于風機水泵中能夠較好解決運行效率問題，但是目前生產高壓大容量變頻器的企業有限。太陽能發電控制系統運用電力電子技術表現在使用最大功率跟蹤功能的逆變器，能夠有效跟蹤功率變換，及時調整頻率，降低能耗，保持節能的作用。
2．2電力電子技術在輸電系統中的應用
電力電子技術運用于輸電系統中表現為柔流輸電技術，能夠將電力電子技術與現代控制技術相融合，對參數、相位角、功率等進行持續調節的控制技術，能夠大幅度降低輸電過程中產生的能量，能夠大幅度提升輸電的穩定性。高壓直流輸電技術是目前電能輸送最引人關注的部分，這一技術能夠解決諸多問題，特別是長距離輸送電能降低能量耗損，穩定性強，沒有電抗壓降，整體壓降小，所以整體來看，這一線路投資少，具有很強的穩定性。根據物理原理，直流輸電線路兩端接入大功率晶閘管、有源逆變器等，組成復合結構變換器，并由多個晶閘管串聯組成，從而實現電力電子技術在輸電系統中的應用。
2．3電力電子技術在配電過程中的應用
電力電子技術運用于配電過程主要表現為滿足配電頻率、電壓、諧波上相應的條件，從而保證配電系統能夠送出高質量的電力。另外，由于配電過程中需要阻止電能的不穩定被動和影響現象，這樣就要求電力電子技術給予支持。電力電子技術是配電環節的質量控制部分，以用戶電力技術和FACTS技術為實現形式，前者能夠解決配電系統即將發生的問題，比如配電系統過程中的穩定性和安全性，保障配電輸電過程中的電能質量等。后者在配電線路中通過增設電力電子裝置，從而加強電流、電壓和功率的可控性，滿足電力傳輸的要求。FACTS技術也是配電系統對電能的輸送能力和有效控制力，是電力電子技術在配電系統中的新型研發技術，并且隨著電子技術的不斷發展，FACTS技術正處于和用戶電力技術同步并合用的趨勢，比如定制電力(DFACTS)技術就是其中非常有代表性的技術。
2．4電力電子技術在電力系統節能方面的應用
電力電子技術在電力系統節能方面的運用主要表現在變負荷電動機調速運行和提高電能使用率兩個方面。首先從變負荷電動機調速運行角度來分析，由于電廠生產和配送電過程中會產生大量電能浪費，比如上文提到的發電能源處于變化過程中，發電機組配合度比較低，無功功率的浪費現象層出不窮，這樣就需要及時調整和控制變負荷電動機的運轉速度，實現電能較高效率的生產和配用。目前西方發達國家已經熟練掌握該項技術，但是我國還處于探索階段，因此需要加強科研投入，在意識和行動上對變負荷電動機的應用及時足夠的重視。另外一方面，變負荷電動機也存在一定的缺陷，比如其成本比較高，運行過程中對電網產生的影響比較大，只適合在大型電廠中使用，導致其很難普及，因此需要從提高電能使用率角度給予補充，達到電力節能的目標。其次從提高電能使用率角度來分析，我國電力系統現用的電力設備在配送電過程中會產生大量的電能，其成本比較高，對電能質量影響也比較大，因此需要利用電力電子技術來增設可控設備，對配送電過程中的電能進行實時調控，確保電能高質量和高穩定性。
作者:駱小明 單位:廣州廣電計量檢測股份有限公司
參考文獻:
現代電力電子技術的發展方向,是從以低頻技術處理問題為主的傳統電力電子學,向以高頻技術處理問題為主的現代電力電子學方向轉變。電力電子技術起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其發展先后經歷了整流器時代、逆變器時代和變頻器時代,并促進了電力電子技術在許多新領域的應用。八十年代末期和九十年代初期發展起來的、以功率MOSFET和IGBT為代表的、集高頻、高壓和大電流于一身的功率半導體復合器件,表明傳統電力電子技術已經進入現代電力電子時代。
1.1整流器時代
大功率的工業用電由工頻(50Hz)交流發電機提供,但是大約20%的電能是以直流形式消費的,其中最典型的是電解(有色金屬和化工原料需要直流電解)、牽引(電氣機車、電傳動的內燃機車、地鐵機車、城市無軌電車等)和直流傳動(軋鋼、造紙等)三大領域。大功率硅整流器能夠高效率地把工頻交流電轉變為直流電,因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶閘管的開發與應用得以很大發展。當時國內曾經掀起了-股各地大辦硅整流器廠的熱潮,目前全國大大小小的制造硅整流器的半導體廠家就是那時的產物。
1.2逆變器時代
七十年代出現了世界范圍的能源危機,交流電機變頻惆速因節能效果顯著而迅速發展。變頻調速的關鍵技術是將直流電逆變為0~100Hz的交流電。在七十年代到八十年代,隨著變頻調速裝置的普及,大功率逆變用的晶閘管、巨型功率晶體管(GTR)和門極可關斷晶閘管(GT0)成為當時電力電子器件的主角。類似的應用還包括高壓直流輸出,靜止式無功功率動態補償等。這時的電力電子技術已經能夠實現整流和逆變,但工作頻率較低,僅局限在中低頻范圍內。
1.3變頻器時代
進入八十年代,大規模和超大規模集成電路技術的迅猛發展,為現代電力電子技術的發展奠定了基礎。將集成電路技術的精細加工技術和高壓大電流技術有機結合,出現了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的問世,導致了中小功率電源向高頻化發展,而后絕緣門極雙極晶體管(IGBT)的出現,又為大中型功率電源向高頻發展帶來機遇。MOSFET和IGBT的相繼問世,是傳統的電力電子向現代電力電子轉化的標志。據統計,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半導體器件市場上已達到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在電力電子領域巳成定論。新型器件的發展不僅為交流電機變頻調速提供了較高的頻率,使其性能更加完善可靠,而且使現代電子技術不斷向高頻化發展,為用電設備的高效節材節能,實現小型輕量化,機電一體化和智能化提供了重要的技術基礎。
2.電力電子技術的應用
2.1一般工業
工業中大量應用各種交直流電動機。直流電動機有良好的調速性能，給其供電的可控整流電源或直流斬波電源都是電力電子裝置。近年來，由于電力電子變頻技術的迅速發展，使得交流電機的調速性能可與直流電機相媲美，交流調速技術大量應用并占據主導地位。大至數千kW的各種軋鋼機，小到幾百W的數控機床的伺服電機，以及礦山牽引等場合都廣泛采用電力電子交直流調速技術。一些對調速性能要求不高的大型鼓風機等近年來也采用了變頻裝置，以達到節能的目的。還有些不調速的電機為了避免起動時的電流沖擊而采用了軟起動裝置，這種軟起動裝置也是電力電子裝置。電化學工業大量使用直流電源，電解鋁、電解食鹽水等都需要大容量整流電源。電鍍裝置也需要整流電源。電力電子技術還大量用于冶金工業中的高頻、中頻感應加熱電源、淬火電源及直流電弧爐電源等場合。
2.2交通運輸
電氣化鐵道中廣泛采用電力電子技術。電氣機車中的直流機車中采用整流裝置，交流機車采用變頻裝置。直流斬波器也廣泛用于鐵道車輛。在未來的磁懸浮列車中，電力電子技術更是一項關鍵技術。除牽引電機傳動外，車輛中的各種輔助電源也都離不開電力電子技術。電動汽車的電機靠電力電子裝置進行電力變換和驅動控制，其蓄電池的充電也離不開電力電子裝置。一臺高級汽車中需要許多控制電機，它們也要靠變頻器和斬波器驅動并控制。飛機、船舶需要很多不同要求的電源，因此航空和航海都離不開電力電子技術。如果把電梯也算做交通運輸，那么它也需要電力電子技術。以前的電梯大都采用直流調速系統，而近年來交流變頻調速已成為主流。
2.3電子裝置用電源
各種電子裝置一般都需要不同電壓等級的直流電源供電。通信設備中的程控交換機所用的直流電源以前用晶閘管整流電源，現在已改為采用全控型器件的高頻開關電源。大型計算機所需的工作電源、微型計算機內部的電源現在也都采用高頻開關電源。在各種電子裝置中，以前大量采用線性穩壓電源供電，由于高頻開關電源體積小、重量輕、效率高，現在已逐漸取代了線性電源。因為各種信息技術裝置都需要電力電子裝置提供電源，所以可以說信息電子技術離不開電力電子技術。
中圖分類號：TM1 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2013）12-0229-01
現如今的高新技術有很多都是和電網的相位、電壓、電流和頻率等基本參數的轉換與控制相關。現代電力電子技術能實現對這些參數的高效處理與精確控翻，對大功率的電能頻率的變換能夠得到很好的實現，這樣可以支持多項高新技術的發展。
1 現代電力電子技術的內涵
現如今電力電子技術主要是處理的對象時功率，主要是來實現高效率和高品質的用電。電力電子技術主要通過電力半導體器件和自動控制技術、計算機和電磁技術的三者綜合運用來實現獲取、傳輸、變換和利用。在各種高質量、高效和高可靠性的電源中能夠起到非常重要的作用，可以讓當代的電力電子技術得到很充分的運用。功率IGBT和MOSFET是非常具有代表性，其功率半導體復合器件主要具有高頻、高壓和大電流等的特點。這類的特點也意味著傳統的電力電子技術不能夠適應現如今的社會發展，電力電子技術已經進入了一個全新的高速發展的時代。具有功能驅動、節能明顯和先進等特點的IGBT，MOSFET等新型電力電子器件，所以可以在新型家電、感應加熱、通信、計算機電源和電動交通工具等領域中有很好的發展前景。
2 現代電力電子技術的歷史沿革
電子技術和微電子技術在80年代以來在各自的發展滯后得到了有效的結合，也就產生了全新概念的全控型的高頻化電力電子集成器件?？申P斷晶體管（GTO）電力晶體管（GTR）以及此類晶體管的模塊也得到了實用化。從此滯后，各種高頻化和全控化的新型器件也相繼出現，例如（功率MOSFET）絕緣門板晶體管（IGT或IGBT）、靜電感應晶體管（SIT）、靜電感應晶閘管（srrH）、MOS晶闡管（MCT），MOS晶體管（MGT）。這也意味著一個具有高頻化和全控型的全新電力電子器件時代的誕生，傳統的電力電子技術即將被淘汰。代電力電子技術大跨步進入高速發展的新時代。新一代電力電子器件的特點主要有多功能化、高頻化、全控化和集成化。新型多功能的器件的出現促進了控制系統和變流電路的技術不斷發展和成熟。現如今電力電子技術主要是由各種PWM電路、高頻斬波電路和脈寬調制雙零諧振電路組成。因此從今天的時代進入變頻器，極大地豐富了電力電子技術的功能，不斷開拓新的應用領域的時代的傳統不斷變化的需求的電力電子技術。
3 現代電力電子技術的發展
電力電子技術的發展自從20世紀90年代以來主要具有兩個方面的特點：電子技術與微電子技術的不斷完善結合和現有的各類新型電力電子技術器件參數的不斷完善和提高。電力電子器件的發展特點使其迅速的想著大容量化和智能化的方向不斷的發展，也預示著一個電力電子技術來到全新的時代。電力電子技術是多技術和多學科的相互滲透和創新結合的技術，在工業領域中對具有很強的滲透性。80年代后期，主要是以各種PWM電路和全控型新器件的現代化電力電子技術為代表。在此時代主要是家用電器等、交流電氣牽引以及交流調速系統等領域運用的比較頻繁。這個時代的發展預示著電力電子技術進入了新的發展階段。在這個時代的電子電力系統當中，大型機組工作狀態的改變和運轉變流裝置起著非常重要的作用?，F代主要是給與直流輸電以及系統運行的成熟控制和測試等安全保護提供一些技術手段。超導磁浮鐵道系統主要有機車牽引、輕軌車以及地鐵在電力電子技術應用領域已經非常普及。日本在火車在高速運行時有PWM逆變交流牽引系統取代原來的直流系統的技術是世界第一。先進的國家都非常的關注超導磁浮鐵道系統的研究，其能夠讓火車高達500公里每小時。這樣能夠解除交通壓力和提高運輸能力，對國民經濟的發展有著非常重要的作用?，F如今的電力電子技術是傳統產業和信息產業的主要是被控強電、弱電和接口橋梁。此技術的發展能夠提高生產效率、降低消耗和節能。
4 結語
電力電子技術能能夠讓國家的基礎產業得到非?？焖俚陌l展，其與國家發展的方針和政策的配合下能夠在21世紀顯得尤為重要。因此，電力技術成為了21世紀可持續發展不可或缺的組成部分，成為高科技產業鏈的關鍵所在，能夠推動我國的工業技術創新。
參考文獻
[1]劉莉宏.現代電力電子技術的發展及其應用[期刊論文]《北京工業職業技術學院學報》，2006年3期.
1 電力電子技術的發展
隨著20世紀50年代末第一只晶閘管的問世，電力電子技術便登上了歷史舞臺，在這以后的幾年里，電能的控制經歷了從旋轉交流機組到電力電子器件構成的交流器機組的轉變，這一過程的轉變標志著電力電子技術的真正誕生。在隨后的幾十年里，電力電子技術依次經歷了第一代電力電子器件、第二代電力電子器件以及第三代電子器件的過渡。在第一代電力電子器件中，電力二極管和晶閘管作為典型的代表器件，這些器件的小體積、低功耗等優點使得他們有了極其廣泛的運用，第一代電力電子器件的普及為電力系統的發展起到了巨大的推動作用。隨著可關斷晶閘管(GTO)、絕緣柵雙極晶體管(IGBT)、電力晶體管(GTR)、靜電感應晶體管(SIT)、MOS控制晶閘管(MCT)、電力場控晶體管(MOSFET)等通斷兩態雙可控器件的問世，標志著電力電子器件已經實現了從第一代到第二代的過渡，之后，由于電力電子技術發展的要求，又進入到了第三代電力電子器件的時代，相比第一、二代電力電子器件，第三代電力電子器件有著明顯的優勢，因為它更注重電力電子技術的環保性、節能性、自動性以及智能型。
2 電力電子技術在電力系統中的應用
上個世紀80 年代，由于相關技術的不斷發展及更新，提出了柔流輸電理念，因為這個概念的提出，使得很多的研究人員開始將注意力轉向電力電子技術在電力系統中的應用上來，也正因為如此，在以后很短的一段時間里，相繼出現了多種電力設備，這為電力系統的發展提供了契機。根據自身多年的工作經驗以及其他研究人員的研究成果，筆者將從電力系統中的“發電環節”、輸電環節、“配電環節”以及“節能環節”四個環節分別闡述電力電子技術的應用。
2.1 電力電子技術在發電環節中的應用
電力系統的發電環節是一個比較復雜的環節，因為它的運行涉及到發電機組的很多種設備，在發電環節容易出現問題，正因為如此，將電力電子技術應用到發電環節就顯得很有必要，在此環節中，電力電子技術的主要目的是為了改善這些設備的運行特性。在靜止勵磁的環節中，通常都會采用晶閘管整流自并勵連接方式，因為這樣做除了具有設備結構簡單、工作運行時可靠性高的優點外，還能降低該過程的的造價，因此晶閘管整流自并勵方式已經被世界很多大型電力系統所采用。電力電子技術的介入，省去了勵磁機環節，使其大大的加快了自身的調節性能，不僅如此，還為其提供了充分發揮作用并產生良好控制效果的有利條件。水頭壓力和流量是決定水力發電有效功率的因素，當水頭壓出現較大的變化幅度時，機組的最佳轉速變將會受到較大影響。雖然與水力發電不完全一致，但是風力發電有著相似的變化特點，因為在風力發電系統中，風力發電的有效功率和當時的風速的三次方成正比關系，風速的變化將直接影響到風車能捕捉到的最大風能。通過以上水力和風力發電系統中的一些特點的分析，我們知道，如果想獲得最大的有效功率，可以通過將機組變速來實。變頻電源是這項應用的技術核心。另外，在電力系統的發電環節，可以通過使用一些較低電壓或高壓的變頻器來使水泵實現變頻調速，這樣做可以達到一定的節能目的。正因為低壓變頻技術的這些優點，使得它一度成為一個研究的熱點，如今，該技術已經非常的成熟，國內外已經有了很多的生產廠家。但是同時具備高壓大容量變頻器設計很生產的企業卻很少，這方面的技術還有待我們的深入研究。
2.2 電力電子技術在輸電環節中的應用
在高壓輸電系統中，通過將電力電子技術運用進去，引發了一次電力系統中的革命，這次革命被稱之為“硅片引起的第”，因為電力電子器件的應用，極大地改善了電力網的穩定性。相比交流輸電，直流輸電具有很明顯的三個優點：①輸電容量大；②穩定性好；③容易控制。正因為如此，在電力輸送的環節，通常都是采用直流輸電。對于一些距離較遠的電力輸送以及一些特殊的電力輸送，高壓直流輸電擁有其自身獨特的優勢。1970 年第一項晶閘管換流器的問世，標志著電力電子技術正式應用到直流輸電環節，從那以后，世界上所有的新建直流輸電系統基本上都是采用晶閘管換流閥。從此，電力電子技術正式迎來了它在電力輸送環節中的應用巔峰期。FACTS 技術是在電力電子技術的基礎上發展出來的一項輸電技術，FACTS 技術是在 20 世紀80 年代后期發展出來的。它除了可以靈活的對交流輸電功率進行控制外，還可以極大地提高電力系統的穩定性。
2.3 電力電子技術在配電環節中的應用
在目前的配電系統中，供電可靠性和電能質量是兩個重要的環節，但是目前世界上還沒有幾個發電系統能將這兩者存在的問題處理的很好，所以，如何保證供電的可靠性以及提高電能的質量是配電系統中迫切需要解決的問題。在這兩個環節中，電能質量的保證顯得更為棘手，因為要實現對電能質量的控制，除了要滿足對電壓、頻率、諧波和不對稱度的要求外，更要抑制各種瞬態的波動和干擾的影響。電力電子技術在一定程度上能夠滿足這些要求，DFACTS 技術就是電力電子技術配電系統中應用的一個體現，它結合了現代控制技術，在某種意義上，可以把 DFACTS 技術認為是 FACTS 技術的縮小版本，因為他們的原理以及結構都是相同的，最主要的是他們的功能大體相似。
2.4 電力電子技術在節能環節中的應用
（1）變負荷電動機調速運行：電力電子技術能夠在節能環節中起到變負荷電動機調速運行的作用，變頻調速具有以下幾個方面的優點：①調速范圍廣；②精確度和效率高；③能實現連續無級調速。正是因為以上的優點，使得在調速過程中降低了轉差損耗，節電率通常都可以達到35%左右。
（2）減少無用功損耗，提高功率因數：在電氣設備中，對于一些感性負載，例如變壓器和交流異步電動機，他們在工作的時候，不像其他的電氣設備一樣，他們不僅要消耗有功功率，還要消耗一部分的無功功率，對于無功功率這一部分能量，它的消耗對實際的電能生產是沒有任何幫助的，但是在電力系統中卻要保持無功功率的平衡，因為這樣能夠阻止系統中的電壓降低，對電氣設備起到了保護作用。所以，電力網或者電氣設備一旦出現無功功率容量不足時，應該及時的增加相關的無功功率補償設備，以便提高設備的功率因數。
3 結語
本文主要從電力系統的四個環節（“發電環節”、輸電環節、“配電環節”以及“節能環節”四個環節）分別闡述了電力電子技術的應用，雖然這幾個環節已經較全面的概括了電力電子技術在電力系統中的應用情況，但是希望相關的研究者繼續深化這方面的研究，為世界電力系統的快速穩定發展提供一點可靠的依據。
參考文獻
前言
電力電子技術是應用于電力領域的相關技術，它以電力變換為主要研究內容。為了實現更高效，更方便的使用能源，人們不斷將其進行變換和控制，并取得了一定的應用成果。
1 應用現狀
1.1 輸電系統
在電力系統中，有一種技術應用叫做柔流輸電技術，他的應用，是將電力電子技術與控制技術進行有效融合，從而使其生成一種較為新型的技術，這樣的技術應用，能夠有效將二者的特性進行相應發揮。并且，這項技術的應用有效發揮了其電能消耗量小的特點，并不斷促進了電能的平穩輸出，在一定的程度上促進了電力技術的發展，使得電力應用得以高效運行，而且，在相應電流穩定輸出的基礎上，它還在相關技術的基礎上有所突破和進展，使得資源被充分利用，并有效服務于人們的生產和生活。但是在這樣類似的輸電系統中，電力電子的應用拘束已經進入了更搞得發展水平，并持續改進其中不足。在電力輸出方面，我國近幾年的發展更著重集中于高雅的直流方式。
1.2 控制靜止勵磁
在對靜電勵磁控制方面，因為除了大型的發電設備以外，他還能被應用于風力發電方面，針對電力電子技術中的變速恒頻勵磁，它的相關控制在風力發電機中具有重要的作用。并且，在相應的控制技術下，晶閘管整流技術也得以開發，得以廣泛應用，它不僅結構性能簡單，在成本年開發上的資金投入極少，而且，它的優勢還有可靠性低等多方面，這是使得它能夠被長久使用的重要支撐，從而能夠從經濟上得以節省，在一定意義上實現了可持續發展。它已經被人們大力應用于較為大型的發電機組等方面的運行，提高了工作速度，加大了工作效率，使其擁有了較好的發展前景。
1.3 變速恒頻勵磁
在風力發電的運轉過程中，其轉子勵磁的應用，使得發生的電流跳轉頻率的選擇，可以通過變頻電源來運作，從而使其功率的發揮得以最大化，從而避免一些因為風速問題而產生的頻率差，以免風力發電的穩定差不能夠被有效實現和發揮。在正常運行的情況下，他的應用有著較好的耗電率，在火電廠中，它是用電大戶，但是，即使它的效率并不高，卻可以應用相關的變頻調速的技術來改善他的工作效率，但是從目前的情況來看，這樣的生產并不多見，因此，在相關的技術應用上，企業可以在日后的發展中根據自身條件適當向其進行延伸探索。在之前的技術應用中，其主要被應用于水利和風力的相關發電過程中，在水力發電機中，水力的大小是由發電機的功率大小所決定的，并且它對于水流量的多少，也起到了決定性的作用，也就是說，在水力發電的過程當中，發電機的功率對生產電量的大小是相關聯的，并且起著決定性的作用。然而在風力發電的運用中，對其電量高低起著至關重要作用的則是風速大小，因此，風力發電的應用會受到相應環境因素的影響，從而使其工作效率極大降低。為此，要想在沒有風的天氣也能促進發電機的運作效率，就需要加入變速運行的相關技術，將勵磁電流進行調整頻率，促進輸出功率的增大，使其運轉速度得以增加，不斷提高工作效率。
1.4 配電環節的應用
電力電子在配電系統中的應用已經具有一定的實踐，在這個過程中，他的具體應用并不能盡如人意，針對相應的損耗電力方面的問題，首先，要想他的應用被有效實施，應該在電壓控制方面給予足夠的支持基礎，其次，要在滿足了電壓控制的情況下，對各方面因素有可能影響其運作質量的原因進行有效評估，以備能夠盡量掌握和控制突發問題的影響，并保證一定程度的資源損失。然而，這個問題的有效解決，是用戶電力技術在DFACTS設備中的研發所產生的，這種設備的產生，能夠加強供電方面的可靠性，并且還能有效提高它的效率和質量。
2 未來發展方向
電力系統在未來的發展中，必將融入更多的新興技術，在人們的日常生產和生活中起到積極的作用，給予電力電子技術的發展前景，其在日后的發展中，定將走向更高的領域。但是，其發展過程中，必須要能夠持續發展技術支持。在過去的幾十年里，在傳統的電力行業的發展過程中，電力電子技術漸漸地在新興產業中嶄露頭角，并持續發展進步，在傳統的設備運用中有很多舊的不合理的應用技術，也都逐漸被電力電子技術所取代。并且隨著新能源開發的d起，電子產品消費量的逐漸增加，使得電力電子技術越來越多的受到大眾的好評與喜愛，從而得到了廣泛的應用。而電力電子技術的基礎原理更需要被電力行業所吸收，并且其成功的應用于此，比如在二十世紀八十年代左右，相對于較大的功率電子相關技術就已經開始得到了應用實踐。但是為了使其更好的服務于大眾，它的腳步會不斷前進發展，得到良好的應用。
3 結束語
電力電子技術的應用和發展，為人們的生活和生產帶來了極大的方便，它使電力系統在運行方面更加的安全、高效、優質，使得其在電力系統中得以被廣泛應用，從而為電力系統在百年發展的歷史上具有了一個革命性的變革，也必將推動電力電子技術在更高水平上的技術發展。
參考文獻
