電力電子技術運用及發展研究
電力電子技術是利用電力電子器件對電能進行控制和轉換的學科。它包括電力電子器件、變流電路和控制電路三部分,是電力、電子、控制三大電氣工程技術領域之間的交叉學科。隨著科學技術的發展,電力電子技術由于和現代控制理論、材料科學、電機工程、微電子技術等血多領域密切相關,已逐步發展成為一門多學科相互滲透的綜合性技術學科。隨著電力電子、計算機技術的迅速發展,交流調速取代直流調速已成為發展趨勢。變頻調速以其優異的調速和啟、制動性能被國內外公認為是最有發展前途的調速方式。變頻技術是交流調速的心技術,電力電子和計算機技術又是變頻技術的核心,而電力電子器件是電力電子技術的基礎。電力電子技術是近幾年迅速發展的一種高新技術,廣泛應用于機電一體化、電機傳動、航空航天等領域,現已成為各國競相發展的一種高新技術。
一、電力電子技術應用
用電領域中的電力電子技術,電動機的優化運行。全世界的用電量中約有60%左右是通過電動機來消耗的。高能量密度的電源應用,電化學電源廣泛應用在作為國民經濟的銅、鋁、鋅、鎳等有色金屬以及氯堿等電解產業中;體積小、重量輕、效率高的各種開關電源應用也是十分廣泛;信息領域中的電力電子技術,電力電子技術為信息技術提供先進的電源和運動控制系統,日益成為信息產品中不可缺少的一部分;發電領域中的電力電子技術,發電機的直流勵磁。常規發電機中勵磁的建立已經由傳統的直流磁勵機轉變為由中頻交流勵磁機加電力電子整流的方法,并已取得良好的經濟效益,可靠性較高。水輪發電機的變頻勵磁。發電頻率取決于發電機的轉速,采用了電力電子技術后,將水輪發電機直流勵磁轉變為低頻交流變頻勵磁。當水流量減少時,提高勵磁頻率,可以把發電頻率補償到額定,延長水輪發電機的發電周期,解決了水力發電中發電機工作時間受季節性水流量影響而導致的頻率無法調節、浪費較多水能的問題;環保型能源發電,利用太陽能、風能、潮汐能、地熱能等新能源發電,是解決一次能源危機(煤、石油、天然氣等石化類能源日趨匱乏)的重要途徑,它們是可再生的綠色能源。
二、電力電子器件發展趨勢
縱觀幾十年的發展歷史,半導體器件起到了推動電子技術發展的作用,晶閘管等電力半導體器件扮演了電力電子發展中的主要角色。電力電子技術的創新與電力電子器件制造工藝,己成為世界各國工業自動化控制和機電一體化領域競爭最激烈的陣地,各發達國家均在這一領域注入極大的人力,物力和財力,使之進入高科技行業,就電力電子技術的理論研究言,目前日本、美國及法國、荷蘭、丹麥等西歐國家可以說是齊頭并進,在這些國家各種先進的電力電子功率量不斷開發完善,促進電力電子技術向著高頻化邁進,實現用電設備的高效節能,為真正實現工控設備的小型化,輕量化,智能化奠定了重要的技術基礎,也為21世紀電力電子技術的不斷拓展創新描繪了廣闊的前景。
1.全球范圍內石油儲量、煤儲量逐漸在減少,生態平衡也嚴重受到破壞,環境污染越來越嚴重,現在世界各國普遍關注新能源的應用..新能源發電中的電力電子技術應用特點如下:一次能源供給隨機性大,風能、太陽能都隨天氣情況而有很大變化;并網發電要求高,電網側要求輸入電能波動小,電能質量高等。
2.電力牽引(electrictraction)是利用電能為動力的一種軌道運輸牽引動力形式。電力機車或動車的牽引電動機將電能轉換為機械能,驅動鐵路列車、電動車組和城市軌道交通電動車輛組運行。因此,在以后的發展中,要不斷應用先進的技術來扼殺電力牽引的缺點,達到盡量完美。
3.智能電網,就是電網的智能化,它是建立在集成的高速雙向通信網絡的基礎上,通過先進的傳感和測量技術、控制方法以及先進的決策支持系統技術的應用,實現電網的可靠、經濟、高效、環境友好和使用安全的目標。智能電網技術正蓬勃發展,太陽能和風能發電是智能電網的分布式發電組成部分。從更高的層面來講,現今的電網變得比以往更大、更安全及更高能效,但其智能化程度仍然偏低,故智能電網是當今的重要發展趨勢。我國開發研制電力電子器件的綜合技術能力與國外發達國家相比,仍有較大的差距,要發展和創新我國電力電子技術,并形成產業化規模,就必須走有中國特色的產學創新之路,即牢牢堅持和掌握產、學、研相結合的方法走共同發展之路。
從跟蹤國外先進技術,逐步走上自主創新,從交叉學科的相互滲透中創新,從器件開發選擇及電路結構變換上創新,這對電力技術創新是尤其實用的。目前世界上許多大公司已開發出IPM智能化功率模塊,日本三菱、東芝及美國的國際整流器公司已有成熟的產品推出。國產電力半導體器件研發生產能力還落后于世界電力電子器件的發展水平,在新世紀國際電力電子崛起之時,中國電力半導體器件的落后狀態將會影響中國經濟的發展,國產電力半導體器件產業任重而道遠。從發展前景看,以電力半導體器件及“變頻技術”為核心的電力電子行業,在國家政策的強持下將會走向更加輝煌的明天。
責任編輯:電力交易小郭
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