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我国电力电子技术发展和展望

作者:power   来源:网络   点击:    日期:2009-10-08    

    电力电子技术已迅速发展成为一门独立的技术和学科领域。它的应用领域几乎涉及到国民经济的各个工业部门。毫无疑问,它将成为新世纪的关键支撑技术之一。电力电子技术拥有许多微电子技术所具有的特征,比如发展迅速、渗透力强、生命力旺盛,并且能与其它学科相互融合和相互发展。电力电子技术也具有其自身的特色,如高电压、大容量及控制功率范围大,因此技术创新必须跨越高电压大功率这一关。

    当前电力电子技术的发展趋势是:高电压、大容量化、高频化,主电路及保护控制电路模块化、产品小型化、智能化和低成本化。而对于电力电子产品而言,用于电力系统的电能变换设备、服务于环保和人类健康的电源装置、适合信息社会需要的电源产品、小型电源模块与装置以及高效节能低污染的“绿色”电源产品将是21世纪的主流产品。可以预见,在未来现有的电力电子器件的性能会得到不断改进,新的器件和先进的技术会不断出现。

    据介绍,目前在所有能源中电力能源约占40%,而电力能源中有40%是经过电力电子设备的转换才到使用者手中。预计十年后,电力能源中的80%要经过电力电子设备的转换,电力电子技术在21世纪将起到更大作用。

    电力电子技术是利用电力电子器件对电能进行控制和转换的学科。它包括电力电子器件、变流电路和控制电路三个部分,是电力、电子、控制三大电气工程技术领域之间的交叉学科。随着科学技术的发展,电力电子技术由于和现代控制理论、材料科学、电机工程、微电子技术等许多领域密切相关,已逐步发展成为一门多学科相互渗透的综合性技术学科。

    电力电子技术作为一门高技术学科,由于其在节能、减小环境污染、改善工作条件等方面有着重要的作用,现在已广泛的应用于传统工业(例如:电力、机械、交通、化工、冶金、轻纺等)和高新技术产业(例如航天、现代化通信等)。

    据美国总统科学和技术顾问委员会称,国家关键性的科技领域有七个方面:能源、环保、资讯与通信、生命科学、材料和交通。每一领域中电力电子技术都扮演者重要的角色。可见,电力电子技术是现代社会的重要支撑科技,在国民经济各个领域中有着广泛的应用和美好的前景。

    下面着重讨论电力电子技术在电力系统中的一些应用。
 
在高压直流输电(HVDC)方面的应用

    直流输电在技术方面有许多优点:(1)不存在系统稳定问题,可实现电网的非同期互联;(2)可以限制短路电流;(3)没有电容充电电流;(4)线路有功损耗小;(5)输送相同功率时,线路造价低;(6)调节速度快,运行可靠;(7)适宜于海下输电。随着大功率电子器件(如:可关断的晶闸管、MOS控制的晶闸管、绝缘门极双极性三极管等)开断能力不断提高,新的大功率电力电子器件的出现和投入应用,高压直流输电设备的性能必将进一步得以改善,设备结构得以简化,从而减少换流站的占地面积、降低工程造价。
 
在柔性交流输电系统(FACTS)中的应用

    20世纪80年代中期,美国电力科学研究院(EPRI)N.G.Hingorani博士首次提出柔性交流输电技术的概念。近年来柔性交流输电技术在世界上发展迅速,已被国内外一些权威的输电工作者预测确定为“未来输电系统新时代的三项支持技术(柔性输电技术、先进的控制中心技术和综合自动化技术)之一”。现代电力电子技术、控制理论和通讯技术的发展为FACTS的发展提供了条件。采用IGBT等可关断器件组成的FACTS元件可以快速、平滑地调节系统参数,从而灵活、迅速地改变系统的潮流分布。
 
在电力谐波治理方面的应用

    有源滤波是治理日益严重的电力系统谐波的最理想方法之一。有源滤波器的概念最早是在20世纪70年代初提出来的,即利用可控的功率半导体器件向电网注入与原有谐波电流幅值相等、相位相反的电流,使电源的总谐波电流为零,从而实现实时补偿谐波电流的目的。随着中国电能质量治理工作的深入开展,使用以瞬时无功功率理论为理论基础的有源滤波器进行谐波治理将会有巨大的市场潜力。
 
在不间断电源(UPS)中的应用

    UPS紧急供电系统是电力自动化系统安全可靠运行的根本保证,是计算机、通信系统以及要求提供不能中断场合所必须的一种高可靠、高性能的电源。现代UPS普遍采用脉宽调制技术和功率M0SFET、IGBT等现代电力电子器件,降低了电源的噪声,提高了效率和可靠性。■




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