1大容量電力電子技術(shù)的特點(diǎn)分析

(1)全控化。隨著電子信息技術(shù)的高速發(fā)展，電力電子器件也獲得了很大的完善，其功能越來(lái)越強(qiáng)大，不同類型的自關(guān)斷功率器件逐漸取代了傳統(tǒng)的半控型器件。全新的大容量電力自關(guān)斷功率器件具有全控化的作用，電路更加簡(jiǎn)單。

(2)集成化。從分立形式的角度來(lái)看，原有電子器件同集成化器件具有很大的差異，單元器能夠?qū)Υ罅康娜匦推骷M(jìn)行整合，使之于基片中形成整體。

(3)高頻化。在電子器件集成化程度逐漸提高的過程中，高頻化發(fā)展方向使工作效率大大提升，能夠在短時(shí)間內(nèi)快速完成相應(yīng)的處理工作，GTR、IGBT及功率MOSFET對(duì)應(yīng)的工作頻率分別為10、幾十和百千赫茲。

(4)高效率化。大容量電力電子應(yīng)用系統(tǒng)中的變換技術(shù)、器件是高效率化特征的主要表現(xiàn)，因?yàn)橹饾u變小的器件導(dǎo)通壓降，導(dǎo)致產(chǎn)生的導(dǎo)通損耗也明顯降低，再加上器件控制元件的切斷和連接速度較快，使得開關(guān)器件的消耗大大變小。在正常工作過程中，充分發(fā)揮了變換器軟開關(guān)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，電力電子器件的工作效率大大提升。

(5)變換器小型化。變換器規(guī)模及體積逐漸變小也是大容量電力電子技術(shù)的關(guān)鍵特點(diǎn)之一，控制元件及濾波電路由于器件工作頻率的不斷提高，電路也逐漸向著微小化、集成化的方向發(fā)展，致使其占有的空間變小，主電路體積越來(lái)越小型化。變換器因?yàn)楝F(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)別的應(yīng)用和其他集成化器件的應(yīng)用，體積也更小。

2電力電子技術(shù)的應(yīng)用

2.1電氣節(jié)能介紹

有源濾波、電能質(zhì)量及變頻調(diào)速等內(nèi)容都屬于電氣節(jié)能的范疇，其中電機(jī)節(jié)能最為重要，主要是采用變頻調(diào)整方式，改善風(fēng)機(jī)、泵類電機(jī)系統(tǒng)，而電氣節(jié)能方面中的變頻調(diào)速系統(tǒng)的電力來(lái)源主要是變頻器，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步的過程中，變頻調(diào)速方面的相關(guān)技術(shù)獲得了很大的完善，具有非常廣闊的應(yīng)用，相關(guān)設(shè)備的更新頻率大大降低。如果我們使用變頻技術(shù)，使電機(jī)根據(jù)我們需要的速度進(jìn)行運(yùn)行，對(duì)原有的系統(tǒng)進(jìn)么智能改造和控制，僅電機(jī)這一項(xiàng)消費(fèi)我國(guó)一天就可以節(jié)約大約30%的電能，工業(yè)領(lǐng)域的節(jié)能效果更大。由此可見，這是我們不容忽視的一個(gè)重要作用，關(guān)系到了國(guó)民經(jīng)濟(jì)高效的發(fā)展。

2.2風(fēng)力、太陽(yáng)能等新能源發(fā)電

目前世界范圍內(nèi)應(yīng)用頻率較高的可在利用新型能源主要包括：生物質(zhì)能、太陽(yáng)能、風(fēng)能及地?zé)崮艿龋@些新型能源的利用都必須要借助大容量電力電子系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。電力電子技術(shù)在利用新能源進(jìn)行電力生產(chǎn)的過程中，具有較大的供應(yīng)不確定性，必須要根據(jù)天氣的變化進(jìn)行調(diào)整，必須要滿足電網(wǎng)電力、并網(wǎng)發(fā)電方面較高的要求，可以保障供應(yīng)電能的質(zhì)量，不存在較大的功率變化情況。由于我國(guó)的科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平較低，依靠引進(jìn)國(guó)外網(wǎng)格轉(zhuǎn)換器的方式來(lái)進(jìn)行電力生產(chǎn)，需要進(jìn)行進(jìn)一步的研究和探索，從根本上提高設(shè)備的穩(wěn)定程度，優(yōu)化設(shè)備性能，并應(yīng)用統(tǒng)一、規(guī)范、系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)用設(shè)備進(jìn)行管理和控制。

2.3電力牽引

隨著交通流量的增大，交通事業(yè)的進(jìn)步成為各個(gè)國(guó)家關(guān)注的重點(diǎn)，應(yīng)用電力牽引方式，對(duì)電動(dòng)汽車、地鐵、高速鐵路及輕軌等交通設(shè)施進(jìn)行改造成為主流化趨勢(shì)。例如：高鐵的機(jī)頭。目前，高鐵已覆蓋了我國(guó)的等多數(shù)地區(qū)，已經(jīng)將利用電力牽引的汽車在一些地區(qū)進(jìn)行應(yīng)用測(cè)試。這些混合性電力動(dòng)力汽車所需的變換器的來(lái)源是國(guó)外技術(shù)發(fā)達(dá)的國(guó)家，我國(guó)要加大對(duì)電力牽引方面的研發(fā)力度，如：開發(fā)集成技術(shù)和冷卻技術(shù)來(lái)提高電力電子變換器的效率和功率密度;

2.4智能電網(wǎng)

智能電網(wǎng)是一個(gè)新概念，一般認(rèn)為電力電子技術(shù)為智能電網(wǎng)的實(shí)施提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)保障，能夠提供更大的動(dòng)力，還涉及到電網(wǎng)控制技術(shù)、傳感技術(shù)等多種先進(jìn)的技術(shù)。其中，傳感技術(shù)、儲(chǔ)能技術(shù)、輸電技術(shù)及控制技術(shù)等都涵蓋于電力電子技術(shù)的范圍內(nèi)，能夠使電網(wǎng)發(fā)電形式轉(zhuǎn)變?yōu)樾滦湍茉撮_發(fā)，大大提高電網(wǎng)的工作效率，變得更加安全可靠。我國(guó)電力體制改革和建設(shè)工作實(shí)施過程中，對(duì)特高壓輸電內(nèi)容的研究充分運(yùn)用了智能電網(wǎng)技術(shù)，并在一些城市建造成功，能夠?qū)Ω哌_(dá)800kv的電壓進(jìn)行輸送。根據(jù)我國(guó)對(duì)電網(wǎng)建設(shè)方面的設(shè)計(jì)規(guī)劃工作，預(yù)期在2020年投資將近一億元人民幣進(jìn)行特高壓輸電建設(shè);并2030年真正建成具有自愈能力的智能電網(wǎng)。

3主要關(guān)鍵技術(shù)

(1)硬件和電力半導(dǎo)體器件的發(fā)展分析。系統(tǒng)的性能和可靠性往往由設(shè)備的好壞決定，而大容量電力電子應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)高功率半導(dǎo)體器件要求更高。目前，寬帶隙的新型半導(dǎo)體的開發(fā)，如碳化硅材料，被人們?cè)絹?lái)發(fā)揮重視，還有對(duì)氮化鎵(GaN)設(shè)備的發(fā)展也引起了人們的關(guān)注。

(2)拓?fù)涞难芯俊Ｔ趯?duì)多電平變換器拓?fù)潢P(guān)系及結(jié)構(gòu)方面的探索處于低級(jí)階段，預(yù)測(cè)在未來(lái)的發(fā)展過程中會(huì)向著混合式結(jié)構(gòu)形式的方向發(fā)展。

(3)應(yīng)用PWM控制方法。大容量多電平轉(zhuǎn)換電路是脈沖寬度調(diào)制的主要應(yīng)用領(lǐng)域，但由于拓?fù)浣Y(jié)果形式及特征各不相同，必須要滿足相應(yīng)的功能要求。

4存在的關(guān)鍵問題分析

(1)半導(dǎo)體開關(guān)器件的特性沒有完全足夠掌握。

(2)主電路的設(shè)計(jì)未能與實(shí)際緊密結(jié)合，協(xié)調(diào)配合有所欠缺。

(3)對(duì)不清楚的裝置、設(shè)備的電磁瞬態(tài)過程進(jìn)行描述。

(4)缺乏對(duì)設(shè)備的失效作用分析。

目前仍需要處理的任務(wù)為：

(1)提高設(shè)備模型的適應(yīng)能力。

(2)定義對(duì)可靠運(yùn)行區(qū)域。

(3)理解不同時(shí)間尺度過程。

(4)能源控制問題。

5總結(jié)

我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，對(duì)大容量電力電子技術(shù)的需求越來(lái)越多，對(duì)大容量電力電子應(yīng)用系統(tǒng)越來(lái)越認(rèn)可。隨著技術(shù)的不斷改進(jìn)和完善，大容量電力電子應(yīng)用系統(tǒng)發(fā)展前景和空間必定廣闊。我們應(yīng)抓契機(jī)，加大對(duì)大容量電力電子技術(shù)的探索和分析，縮短同其他國(guó)家之間的差距，為我國(guó)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)做出貢獻(xiàn)。

作者:余永瓊            單位:成都市工程職業(yè)技術(shù)學(xué)校