電力技術論文模板(10篇)

導言：作為寫作愛好者，不可錯過為您精心挑選的10篇電力技術論文，它們將為您的寫作提供全新的視角，我們衷心期待您的閱讀，并希望這些內容能為您提供靈感和參考。

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2提高電力計量技術管理水平的措施

2.1不斷完善電力計量管理體系。要想有效地提升電力計量技術的管理，我們首先要做的是不斷完善電力計量管理體系，建立電力計量的管理機構，在工作中實行崗位責任制，保證工作人員對其相應工作責任，提高部門之間的合作效率。同時，完善各種管理制度，并制定相應的執行計劃。例如，制定電力計量質量的標準化管理、設備管理人員的工作制度、供電系統的管理制度、電力計量設備管理制度、設備的維修與保養制度等。此外，要實行獎懲管理制度，對工作優秀人員進行物質獎勵，工作出現問題的人員進行懲罰，提高工作人員的責任心。2.2增強電力計量專業培訓。建立完善的電力企業研發和管理人員培訓機制，按照企業發展要求，制定培訓周期和培訓時長。同時，加大科技投資，鼓勵產品技術創新，提高研發實力，積極引入國外前沿技術，并不斷的進行推廣，使產品質量獲得不斷地完善，提高產品的科技含量，保證企業電力計量技術的不斷發展。

2.3做好設備綜合管理。設備綜合管理在為電力計量管理中有著重要的地位，在管理中要建立相應的設備檔案信息，同時根據信息制定相應的編制，并能夠按照計劃進行審查設備更新、修配、購置、改造等，實現多層次和全方面的監管。此外，要及時的掌握設備運行情況，實行在線管理，能夠在設備故障中技術的做出反饋，并制定規范的維護措施，保證設備的正常運行；改進設備中的傳感部件，關注核心部件的運行狀態，不斷地引入加自校正、自診斷以及狀態識別功能，提高其質量，延長其工作壽命。企業還應加強技術調研，明確自身技術條件，構建符合企業安防展的綜合管理體系，同時，要制定設備綜合管理制度，充分的發揮人力資源的優勢，形成有效地檢查制度，保證設備管理的合理化，技術管理的科學化、制度管理的規范化，實現企業的高質和高效的運行。

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1.2電力技術對電網調度運行的應用

（1）電力技術是電網運行的關鍵，只有將電力技術運用到電力調度運行中去才能保證電網的安全有效運行。

（2）電網的調度是對電網輸送電能過程中的狀態實行實時監控，確保經濟調度并對所有的意外情況發生的可能性進行有效地分析和對已經發生的安全事故進行處理。電網的運行的質量和效率直接關乎到整個電網的運行以及電力有關的企業的經濟效益。

（3）隨著科學技術的發展，多種多樣的電力技術被發明創造出來，運用先進的電力技術能夠有效的提高電網電力調度的效率，并能對運行的電網進行信息采集、監控、分析運行狀態并對所有的數據進行處理工作，診斷出電網的錯誤點并能快速修復故障，也可以調整整個電網的負荷，對電能進行優化配置，使電網順利輸送電能。綜上可見電力技術是電力調度必不可少的技術并能有效地推動電網的安全性，使電網穩定運行。

2電力技術在電力調度運行中的應用

2.1基于廣域測量系統(WAMS)的動態EMS系統(AEMS)

2.1.1什么是AEMS所謂的AEMS是建立在WAMS之上的由動態測量系統、通信系統、中央處理系統、和同步定時系統四部分共同組成的一個電力技術系統。這個能夠對同步定時的母線電壓和發電機電勢正序分量的空間矢量族。因此這個系統可以實現對電網的整體狀態的動態評估，測量發電機的運行狀態和電網輸電過程中其他的震蕩現象。

2.2為什么要建立AEMS？隨著經濟對于電力的需求，電網改造工作正在全國范圍內進行著改造工作，這也就使得電力的協調工作越來越困難，并且整個電力的運輸安全穩定性下降，這種情況在現有的EMS系統下對于電力的運行變得極為不利，因此必須加強整個電網的調度的穩定與安全性的研究與探討工作。從而使得更為先進的AEMS得以運用。

2.1.1電力電子技術的應用

（1）高壓直流輸電。高壓直流輸電是一種可以保證整個電網系統動態的穩定性和電力疏導的兩端系統的穩定性能的技術，并且高壓直流輸電中的核心設備和技術（換流閥和換流技術）正在變革和研究。它主要是在長距離輸電的情況不受穩定性的限制。在運用中由于直流電不必要求兩端的系統進行同步的工作，因此可以用兩個甚至更多個不同頻率的交流電網進行鏈接工作，因此對于這種高壓直流輸電的運用在經濟性和技術兩個層面來說的話，未來的發展前途不可估量。

（2）不間斷電源。不間斷電源是一種緊急的供電系統，這種系統是電力自動化系統能夠安全、穩定運行的最基本的要求和基本保障，這種電源對于計算機通信系統和其余的不能斷電的場合來說是一種非常可靠并且具有極高性能的電源，在電力調度中得到極大的推廣和廣泛的應用。

（3）柔流輸電。柔流輸電主要是采用現行的電力電子技術對交流輸電系統進行連續、靈活、重復控制等柔性控制，并對協調控制進行有效地優化工作，這樣可以有效提高對于電力疏導能力和它的可控性。對于柔流電控制系統目前有數十種，可以按照它的安裝位置分為三大類即發電型、輸電型和供電型。他們這三種類型的安裝裝置都是通過快速有效地控制電力系統中電壓、功率等變量，并通過對變量的控制來加強電網交流電的運行穩定性。目前為止已經運用的柔流電控制器有串聯補償器和靜止調相機等多種。

2.3安全穩定控制技術

2.2.1安全穩定控制技術的作用安全穩定控制技術就是一種系統保護或者說是一種特殊的保護整個電力系統的穩定和安全運行的控制技術，隨著電網的革新和智能化這種系統得到了更大面積的推廣和應用。

2.2.2安全穩定控制技術的分類

（1）按照應用分：受端電網側、送端電網側、電網解列。

（2）按照范圍分：區域電網控制、大區聯網控制、局部電網控制。

（3）按照穩定類型分：電壓穩定控制、設備過負荷控制、暫態穩定控制、失步控制。

3變電站綜合自動化技術

3.1什么是變電站綜合自動化技術變電站綜合自動化技術是目前正在處于試用階段的一項新發展起來的技術，它是以計算機技術為基礎，用現有的數據通信為手段達到信息共享的目標。能夠實現當前電網下對于故障錄波、電度采集、四遙、重合閘和對電路的保護，是一種多功能的專家綜合系統。

3.2變電站綜合自動化技術的特點目前的電網大多是采用分層分布式綜合自動化系統，這種系統是一種新型的設計系統，它主要是用面向間隔的設計代替了傳統的面相功能的設計。這種系統是通過安裝的數據采集裝置和我們的變電站系統相連，通過專用的網絡實現所有數據的共享工作。這種系統具有實時性、靈活性和可靠性。在很大的程度上實現了專業的電網調度自動化，從而很好的管理了整個電網的運行。

3.3對于調度運行工作的要求隨著電力系統的電網的完善和改造，對于縣級等小電網設施是一個不小的沖擊，這類電網時間較久系統落后，調度等方面比較閉塞，所以必須進行大面積的改造工作來實現新興技術的應用，以達到更好的調度工作。

4雷電定位技術的應用

4.1為什么要運用雷電定位技術在平時的電力輸送過程中，遇到陰雨天氣對于電網的損壞程度很大，并且在摸查時候困難較大，不能有效找到出事地點，從而可能引起大面積的停電造成經濟損失和人民的生活不便。因此采用雷電定位技術就可以有效解決這種問題的出現，提高了工作的效率。

4.2雷電定位系統的作用在電路被雷電擊中之后會出現電路跳閘的情況，及時找到被雷電擊中的的位置是一個十分重要的任務，在雷電定位系統沒有使用之前往往會消耗大量的人力物力進行查找事故點，這種工作往往浪費時間不容易而沒有效果。在采用了雷電定位系統之后可以就跳閘的部位進行有效的定位，在短時間內可以分析出具體的遭受雷擊的部位，通過電腦告訴有關人員，然后指揮人員會派出專人進行現場查看工作，這樣很大程度上節約了時間，提高了效率，可以有效的避免經濟損失。

4.3確定線路跳閘原因與雷擊的關聯性在沒有雷電定位系統之前，出現跳閘的情況我們會認為是出現了雷擊，但是在系統出現之后我們可以很容易的確定雷擊部位，并通過傳回的數據進行有效地分析，準確判斷是否跳閘與雷擊有關。這個系統的運用有效的提高了工作人員的工作效率。

4.4對雷擊的有效防范這個雷擊定位系統能夠將多處的雷擊破壞進行有效地定位工作，并將所有的數據進行匯總反饋工作。在匯總后可以有效地分析出雷擊的次數并可以針對這些雷擊的次數及地點采取有效的防范措施。

5電力調度運行對電力市場化運營技術的應用

電力是一種特殊的能源，要想在能源市場是取得應有的份額，必須發展電力市場化系統。電力市場化系統是電力大規模化和自動化發展后的必然趨勢。

5.1電力市場化運營技術在電力調度上的作用要想實現電力企業市場化必須要提高電力系統的穩定性，并且聯合電力市場上的其余成員制定一定的電力運營規則，實現電能安全生產、傳輸、配送服務上的和諧統一，要想實現這一目標離不開強有力的技術支持，其中EMOS系統深受電力工作者的喜愛。

5.2調度人員對電力市場化運營的意義雖然電力供應的市場運營需要依賴先進的技術，但是調度工作者在這個運營的過程中也有著不可替代的地位，他們是系統的操作者和實行者。在所有的技術支持的條件下他們還必須有自己的判斷意識，做到公正、公平、公開。因此所有的工作人員要充分認識電力企業運營市場化，提升自己的業務水平和操作水準，在系統支持和運行安全的基礎上掌握電網的調度，從而滿足市場和消費者的需求，進而促進企業的市場利益最大化。

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電力系統深受能源危機困擾，雖已開始研制新能源結構，但應用效果一直不好，新能源很難與傳統電力裝置、設備形成默契配合。由于電力技術的決策能力、更新速度很強、很快，所以要想將風能、太陽能、水能等綠色能源引入電力系統，依靠電力技術是最為可靠、有效的方式。首先，根據電力技術測量、轉換、控制、管理能源的能力，改變電力系統原有能源輸出格局，盡可能切斷新能源輸出裝置與系統中其他運行設備的牽絆和影響，僅以能源輸出為價值標準，設計、添置綠色能源裝置，以最大限度提高能源的利用率；其次，強化變流調速技術、集優生產技術、能源轉化技術在電力系統中的應用地位，定期、定時核算綠色能源輸出、不可再生能源輸出過程中的“能量效益”，并對系統、裝置、技術進行定向修改；最后，拓展電力技術的應用范圍，圍繞計算機技術，監控綠色能源在電力系統中的運行情況，以“消耗”“、效益”為兩大基本點，總結分析不符合電力技術應用安全的相關問題，并及時改正。

1.2實現機電一體化

機電一體化是電氣工程、電力系統發展的必經之路，也是帶動高效生產的有效手段，為此，電力技術可以聯合網絡技術、自動化處理技術、智能監測等技術，共同推進多門技術的融合發展，進而促進電力系統的正向發展。機電一體化技術在投入使用之前，應接受多次測量和考察，因為要避免生產風險、提高生產效率，所以必須經過電力技術來處理相關系統數據，只有這樣，才能將系統運行狀態控制在可控范圍內。然而，機電一體化對電力系統運行功能的要求和服務設定復雜，僅靠電力技術很難支撐起整個系統的運行重任，所以，一般情況下，電力系統會選擇“區域一體化”的生產、改造方式，選擇風險小、收益高、符合電力技術應用條件的系統模塊，幫助小范圍系統實現“自動”，并計算應用效果，確定技術無誤且高效之后，再擴大一體化改造范圍。由此可見，電力技術雖然是電力系統一體化發展的有力手段，但其應用效果依然具有不可控特質，在應用時應格外注意、小心。

1.3引入智能技術

智能手機、平板電腦已經成為電子終端控制的主要裝置設備，它在人們日常生活與工作中的應用地位非常高，因此，電力行業也應適當引入智能技術，并創設以智能控制系統為核心管理中樞的技術集團，以便于工作人員正確、有效、科學的管控電力系統。經過智能技術修飾，電力系統在故障排除、判斷、處置方面的優勢能力更強了，并基本實現了“自動化”。以往，一個小故障便會導致整個電力系統陷入癱瘓，現如今，運行故障會翻譯成“特殊數據”，經智能處理器處理，被挖掘、傳送，傳達給管理人員，主動上報“故障”。這種高效的生產、管理方式，不僅節省了故障清查、判斷的時間，還為電力系統提供了堅固的安全保障。從應用效果上看，智能技術在電力系統中發揮的作用是顯而易見的，但從發展空間上看，其應用環境卻日常復雜，所以，需要廣大電力系統的工作人員謹慎考慮、認真探究，以福利避害為原則，引入智能技術。

2電力技術在電力系統中的發展展望

目前，我國綜合國力日益提升，能源生產責任越來越重，為迎合不斷提高的生產要求、服務要求，電力系統仍需不斷革新、創造，最大限度的發揮其功能價值、生產價值。筆者結合多年工作經驗，根據自己對電力系統運行、發展的困難與問題了解，從內、外兩方面探究電力技術的發展方向。接下來幾年，電力技術在電力系統中的應用地位會不降反升，因為隨著工業規模化生產系統的落成，系統生產形式、能力、效率的準確性要求很越來越高，所以，電力系統只有依靠電子技術方能將能源生產、輸出、管理限制在可控、可管的范圍內。一方面，應擴大電力技術的包容性，將其與現代高科技技術再融合，研發技術的新功能、新工藝，為電力系統運行提供便利條件；另一方面，省察電力技術自身存在的安全風險、耗能等管理不當問題，并設置研究專題，開展專項調查，以糾正、改善電力技術在電力系統中應用效果不利的地方。通過內、外兩方面發展手段，電力技術的發展道路會更加明朗，其會成為促進經濟社會發展的源動力。

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（二）配電電壓突然發生中斷電壓瞬間中斷主要是指在二分之一周期內到3秒之間，電力由于某種原因突然中斷。中斷的可分為短時中時以及長時，短時中時一般持續3—60s，長時大約會持續1分鐘左右。電壓的瞬時中斷會中斷一些企業的生產流程，比如一些大型的石化企業以及制造業等。如果出現瞬時中斷，那么就會造成大量的材料浪費，進而給企業增加不小的生產成本。

（三）瞬時脈沖現象瞬時脈沖現象對于高精密儀器的影響非常大。它出現的主要原因由于電力供應不足導致的。瞬時脈沖是指在極為短暫的時間里，電壓或者電流突然出現增高的現象。瞬時脈沖持續的時間一般很短，雖然如此，但這在極短的時間里，電壓或者電流的變化率是非常大的。這種變化率對精密儀器的沖擊是非常嚴重的。精密儀器對電壓電流是很敏感的，如果遭受瞬時脈沖，那么精密儀器很容易被損壞。因此，瞬時脈沖也是評價電力系統供電質量的一個很重要的指標。

二、定制電力技術及其應用分析探討

針對當前配電側電能質量出現的問題，依靠現代電子技術以及現代控制技術，定制電力技術應運而生。下面對定制電力技術及其應用進行詳細的分析。

（一）定制電力技術和傳統的做法相比較，定制電力技術主要是從用戶的角度出發的，以用戶所能感受到的影響為依據，同時還從電能的可靠性以及供電質量兩個方面進行考慮。定制電力技術依靠現代電力電子技術以及現代控制技術科計算機技術，將它們應用到配電系統中去，從而形成了電能質量補償控制設備。它對消除電壓波動以及供電短路等現象具有非常重要的作用，大大提升了供電的可靠性以及電能的質量。定制電力技術對用戶的電力設備也有很高的要求，要求用戶方能夠對配電系統的運行狀態做出實時的反應，同時能夠快速的把電能質量調整到所需要的程度上，這就需要使用專業的固態開關來確保用戶電力裝置快速動作。當前，伴隨著GTO等大功率開關器件應用逐漸普及，制造成本也在不斷的下降，這就使得定制電力技術在電力系統中的應用逐漸的普遍化。除此之外，微機控制技術、數字信號處理技術以及光纖通信技術等也隨著社會的發展而逐漸走向成熟，這也為定制電力技術的實施奠定了技術上的基礎。

（二）定制電力技術在配電側電能質量中的應用使用傳統的方法來提升配電側電能質量的方法主要是調壓以及局部并聯電容器等方法。這些方法的優點在于比較簡便快捷，同時也存在著無法克服的缺點，比如傳統的調壓不能克服變壓器運行不穩定的問題以及局部并聯電容器所使用的范圍比較有限等。使用定制電力技術能夠有效的克服上面的幾個問題。

1、備用的儲能設備所謂的備用儲能設備就是指備用電源，它可以在電力系統供電無法滿足用電需求的情況下，對用戶進行供電。備用儲能設備主要包含靜態電源切換開關、儲能模塊以及交流器模塊等。

2、靜態切換開關設備的應用靜態切換開關設備是依據切換開關的原理而產生的，這種靜態切換開關設備的主要功能在于確保重要的負荷不受到外在因素的影響，從而可以非常有效的把負荷從出現故障的電路上切換到備用的電路上面來。這種開關的優點在于可以確保主電源以及備用電源一直都是出于一個工作狀態上面，這種靜態切換開關是一種比較特殊的機械切換開關，它能夠使得在正常運行的狀態下主電源工作出于正常的狀態，而替換電源是處于備用狀態的。如果需要用到備用電源，替換電源就會成為主電源，原來的主電源就處于備用電源的狀態。較差電流的產生與否主要取決于電壓水平以及相位的狀態。

3、靜態串聯補償器的應用靜態串聯補償器作為使用非常廣泛的一種定制電力技術，其設計的主要目標是為了解決電壓驟降以及電壓驟斷現象，它使用的是串聯的方式，可以在配電主電路器上直接應用，進而保持供電的持續性和穩定性。除上面的功能之外，靜態串聯補償器還可以用做備用的補償器，從而確保電力系統一直處于穩定的工作狀態。然而，靜態串聯補償器也有其弱點，就是工作的范圍比較小，只能在電壓突然下降50%的情況下使用。如果電力系統的電壓發生變化，那么靜態串聯補償器可以向電力系統注入電壓，從而保證電壓不出現波動的情況。因此，與傳統的補償方式相比較的話，靜態串聯補償器的效率是非常高的。

4、靜態電壓調節器的應用和傳統的電壓調節器相比，靜態電壓調節器能夠在很短的時間對對電壓進行校正，同時可以實現50%以上電壓由于驟降而得到的補償。其內部使用了諧波消除設備，所以不會出現諧波污染問題。另外，在電壓處于額定電壓之下的時候，靜態電壓調節器能夠實現從供電側系統向配電側系統進行電能的補充。

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在發電環節中，電子技術主要應用于變頻調速以及勵磁控制方面。在各大應用中，最廣泛的就是靜止勵磁系統，電子技術能夠取代傳統的勵磁機環節，從而使運作的成本更低，但是卻能夠利用簡單的構造得到更高性能的運作。與此同時，正是由于電子技術將勵磁機這一環節取代，才使靜止勵磁迅速的進行自我調節，這就大大的提高了電力系統自身的運作效率。與此同時，在電廠發電機組的變速恒頻勵磁中，也應用到了電力技術。在水力發電方面，對于水力發電來說，在單位時間內，水流動量的大小以及水流源頭的壓力大小都會影響其效率的高低。所以，為了使電力技術在電力系統中的應用更加有效率，就需要對勵磁電流的頻率進行適當的規劃以及調整，從而使電流的頻率以及轉速與電子技術上的要求相同，這樣就能夠保證發電機組在最高效率的情況下運作，使電力系統更加滿足人們的需求以及應用，這個原理在風力發電以及核電中同樣適用。為了使電力技術更加有效，還應該對風機水泵以及控制機組進行適當的規劃。當電場中的電力系統在工作的時候，發電機組耗電量非常大，但是由于現今要求可持續發展，節約能源，就可以運用風機水泵變頻機來將傳統的變頻器替代下來，這樣，在高壓電轉換為低壓電，或者是低壓電轉換為高壓電的時候，就可以降低電能轉換過程中的電能損耗的問題。所以，在實際的發電過程中，應該多運用風機水泵變頻機，不斷地進行探索與研究，進行最有利的電力系統規劃。

2輸電線路上的規劃

由于電子技術在輸電線路的應用上主要是高壓直流電技術、柔流電技術、還有靜止無功補償技術等等方面，所以，就需要在這些方面進行有力的規劃。首先，柔流輸電技術在輸電線路中，主要是以柔性的交流電設備進行運作。傳統的用于控制電力功率的方式過于粗糙，不能夠實現一邊輸電一邊調整電能，這就使得傳輸電力時損耗大量的電力，但卻要投入高昂的成本費用。但是現今常用的柔流輸電技術能夠在輸電線路的關鍵部位應用電子裝置進行控制，以便在電力輸送的過程中將電能功率進行最合理的分配，大大降低電力輸送的成本，減少電能的消耗，從而能夠使電力系統的更加穩定、更加可靠。其次，在輸電系統中，高壓直流輸電技術則是以晶閘管作為主要代表。晶閘管作為一項重要的電力技術發明，自被發明之后，就應用在直流電的輸電線路中，在電力系統輸送的過程中，電流的轉換大大而降低了生產的成本，提高了電流交換設備在同等設備方面的競爭力。再者，靜止無功補償器經常被應用到電路輸送的補償以及負荷補償中，對于大功率的電網，靜止無功補償器用來控制電壓，同時也用來提高電力系統的穩定能力。它在運作的過程中，主要是通過電感器來得到無功功率，再通過調控電抗器，來進行平滑轉變，它主要適用于中壓輸電線路以及高壓輸電線路中。

3配電過程中的規劃

為了是配電系統提供更高質量的資源，就需要滿足電壓、諧波等方面的條件，與此同時，還要考慮到阻止電能配送的一切不夠穩定的因素。在整個配電過程中，電力技術是控制著整個程序的質量，通過用戶電力技術來實現。這就需要對整個配電過程進行合理的規劃，這樣才能夠保證電力技術與電力系統的運作過程更加融洽、適合。

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二、電力電子變流技術的應用形式

作為電力電子技術中的一部分,電力電子變流技術從上個世紀七、八十年代開始被廣泛應用到電力系統中。一經應用便受到社會各界的極大關注。隨著不斷的發展,電力電子變流技術以整流電路、交流調壓電路、逆變電路、斬波電路等形式在電力系統中都得到了廣泛的應用,并取得了相應的良好效果。

(一)整流電路

整流電路是用可以調節大小的直流電代替了交流電供給直流用電設備的一種電力電子變流電路。整流電路通過整流二極管將輸出的電壓較低的交流電轉化成直流電,實現對交流電的整流。交流電壓在通過整流電路之后,就會變成混合電壓,既有交流電壓也有直流電壓。整流電路被應用到一些相應的用電控制和相關輸電環節,實現了快速高效控制并推動了電網的穩定運行。與此同時,整流電路還用多相整流的方式減少和控制了輸出電壓的脈動情況,并減少了電能的損失。整流電路一般是由變壓器、濾波器和整流主電路組成的,在調節直流電動機的速度和調節發電機的勵磁、電鍍、電解等方面得到了相應的普遍運用。整流電路的變壓器的設置是為了使輸入的相應的交流電壓與輸出的直流電壓之間保持相匹配協調,并實現對交流電網與整流電路之間的隔離。變壓器在整流電路中的設置情況需要依據相應的具體情況來確定。整流電路中的濾波器是為了能夠將直流電壓中的交流電壓過濾掉而在主電路與負載之間進行的相應連接。2。世紀70年代,整流電路的主電路主要是由晶閘管和整流二極管。隨著不斷發展,發光二極管等新形材料逐漸被應用到主電路中。電力系統中的整流電路主要包括半波整流電路、全波整流電路和橋式整流電路。其中,半波整流電路是整流電路系統中最為簡單的一種,它能夠通過電源變壓器將220伏電壓轉變成所需要的電壓大小,整流二極管能將相應的交流電轉換成直流電。經過反復的轉換過程,一半的交流電被演變成了直流電,這也是半波整流的由來。半坡整流電路的電流利用率比較低,多用于電壓高、電流小的領域。全波整流電路可以認為是由兩個半波整流電路組成的,其通過對整流電路的相應調整,達到了對電能的高效運用,但其二級管所承受的電壓相對較大。橋式整流電路是使用最為廣泛的整流電路,它通過接入兩個二極管使電路形成了橋的形狀。橋式整流電路既能夠高效利用電能,還能夠使承受的反向電壓相應減少,對其穩定運行有一定的作用。

(二)交流調壓電路

交流調壓電路是運用改變電壓、相數等方式實現新形式的交流電代替原來的交流電的一種變流電路,其主要被應用在控制電熱、控制燈光和控制交流電動機速度等方面。交流調壓電路在被廣泛應用到電力系統中的同時,也實現了在高壓電器中的應用。交流調壓電路雖然會產生諧波,但其對電路系統的影響并不是很大,而且該電路還具有設置簡單、方便控制和調節,對有色金屬的消耗較小等特點。此外,交流調壓電路還能在電動機的整個運行過程進行調壓,以保持電壓的穩定和電動機的正常運轉。交流電壓器通過依照相應的規律控制交流開關從而達到控制輸出電壓的目的。交流調壓器控制電壓的方式主要有周波控制調壓、相位控制調壓和斬波控制調壓。其中,周波控制調壓是通過交流開關關閉和開通相應的周波,從而改變輸出電壓的波形達到改變輸出電壓大的目的。相位控制調壓是通過改變晶閘管電壓到觸發點之間的電角度,從而改變輸出電壓的方式。斬波控制調壓是通過利用開關將電源周期內進行切斷,將輸出電壓也相應切成小段,再通過改變其寬度或開關通斷的周期來調節輸出電壓的方式。

(三)逆變電路

逆變電路是用不同的交流電代替直流電的一種變流電路,可用于構成各種交流電源,在工業領域有比較廣泛的運用。生活中的一些直流電源向交流負載供電時就需要逆變電路來實現。逆變電路通過相應的開關和晶閘管來改變直流電路的電壓或電流,從而把直流電轉變成交流電的過程。逆變電路有單相和多相之分。逆變電路常常被拿來與變頻做相關聯系。逆變電路能夠通過轉變電流頻率實現與水力、風力發電機的輸出頻率相一致的目標,從而能夠使水力、風力發電取得高效運轉。為了實現發電廠節能運行,可將逆變電路應用到對風機水泵的調節中去,以通過轉變頻率的方式調節風機水泵的運行速度,實現其節能高效運轉。此外,通過運用帶有逆變電路的逆變器,可實現對太陽能發電的轉換運用。

(四)斬波電路

斬波電路是用斬波器使改變原有電路的電壓,使一種新的固定電壓或可調電壓的直流電來代替原來電壓的直流電的一種變流電路。它在一些電動機的驅動中得到了廣泛應用,如開關電源等。斬波電路是為了電力運用的相應需要,將相應的一部分正弦波斬掉,從而改變電路電壓的變流技術。斬波電路的斬波器往往會采用脈寬調制和頻率調制兩種方式。斬波電路主要包括升壓斬波電路、降壓斬波電路和升降壓斬波電路等。斬波電路能夠在節約電能的基礎上使相應的電動機能夠平穩加速。與此同時,斬波電路還能夠起到調節電壓和對電網側諧波進行有效控制的作用。

三、電力電子變流技術的作用

(一)促進電力電子技術的發展

隨著電力電子控制設備和變流技術的不斷發展和廣泛應用,電力電子變流技術在促進電力電子的智能化發展方面發揮出了重要的作用,也對實現微電子技術與變流技術的有機整合提供了相應的支持和幫助。這不僅有利于電力電子變流技術的進一步發展,也能夠在一定程度上推動電子技術的重大發展,為新的電子革命的到來起到了相應的推動作用。

(二)對電能的使用更加高效合理

傳統的電力技術在電能運用上存在著相應的浪費和管控不足等情況,不利于電能的高效配置和合理利用。而通過在電力系統中運用電力電子變流技術則能夠實現轉變電流和電壓,從而達到相應的用電需求,也能夠實現節約電能,高效用電的目標,促使社會對電能的應用更加科學合理。在實際應用中,如果將電力電子變流技術針對一些電力設備進行相關的節能操作,則可以實現相當可觀的節電效果。這對減少不必要的用電浪費和提高用電效率有著良好的推動作用。

(三)推動電力系統的全面發展

傳統的機電設備往往有著龐大的體積和反應較慢的低頻運行效果,對電力系統的發展造成相應的不良影響。而將電力電子變流技術應用到電力系統當中來,不僅可以使電力系統的工作效率大大提高,還可以減小機電設備的體積,并能提高機電設備的運行速度,使其實現高效率、高頻化的運作。這些變化既能夠實現電力設備的高效運作,也能夠推動電力系統的全面發展。(四)促進在相關產業中的普及和信息化發展在電力電子變流技術的發展過程中,其逐漸滿足了人們生產和生活的各種需要,也逐步被應用到人們的生產和生活當中的各個領域中,不僅促進了人們生產生活領域相關內容的開展,也在一些傳統產業中實現了對這種技術的普及應用。與此同時,由于電力電子變流技術能夠溝通機電設備與計算機之間的聯系,其能夠有效地將微電子技術運用到相關產業中,從而推動了相關產業和電力系統的信息化發展。

四、電力電子變流技術在電力系統中的應用

(一)在發電環節的應用

在電力系統的發展中,電力發電的方式也是多種多樣的,既有傳統的火力、水力發電,也有新興的太陽能發電、風能發電和核能發電。由于能源總量十分有限,傳統的發電方式不能夠在可持續發展的基礎上更好地滿足人們的用電需求,人們對新興發電方式的關注度也就越來越高。但新興發電方式有其優越性的同時,也存在著一定不穩定。電力電子變流技術則能彌補新興發電方式或受環境影響或受電力儲存的影響而導致的發電和用電效果不佳的情況,使其得到高效運用。同時,變流技術還能夠改善各種發電系統中的相關設備,以促進它們在發電過程中的有效運用,保證發電環節的正常運轉。

(二)在輸電環節的應用

電力系統的輸電環節往往存在著電網運行不穩定等方面的問題,將能夠執行相應的變流技術的電力電子器件應用到輸電系統中,能夠克制相應的電壓不穩的問題,并實現電流形式的轉換,使電網的運行狀況更加穩定和完善。不管是在直流輸電過程中還是在交流輸電過程中,電力電子變流技術都充分發揮了其轉換頻率或者抗擊諧波等一系列的重要作用,保證了電力輸送的正常與穩定,完善了供電質量。

(三)在配電環節的應用

電力系統在進行配電操作的時候也要依靠對電力電子技術的應用。電力電子變流技術不僅能夠用在配電系統的操作電源上,還能夠應用到蓄電充電方面,既能保障了配電環節的電流轉換,也能協助相應的電力儲備,保證了配電工作有條不紊。與此同時,人們的日常生活用電也離不開對電力電子變流技術的應用,它既可以維護日常用電的穩定性,還能通過相應設備使家用電器節省用電量。

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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、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。

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。

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。

二、電力電子技術的應用

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、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。3、電力系統

電力電子技術在電力系統中有著非常廣泛的應用。據估計，發達國家在用戶最終使用的電能中，有60%以上的電能至少經過一次以上電力電子變流裝置的處理。電力系統在通向現代化的進程中，電力電子技術是關鍵技術之一。可以毫不夸張地說，如果離開電力電子技術，電力系統的現代化就是不可想象的。直流輸電在長距離、大容量輸電時有很大的優勢，其送電端的整流閥和受電端的逆變閥都采用晶閘管變流裝置。近年發展起來的柔流輸電（FACTS）也是依靠電力電子裝置才得以實現的。無功補償和諧波抑制對電力系統有重要的意義。晶閘管控制電抗器（TCR）、晶閘管投切電容器（TSC）都是重要的無功補償裝置。近年來出現的靜止無功發生器（SVG）、有源電力濾波器（APF）等新型電力電子裝置具有更為優越的無功功率和諧波補償的性能。在配電網系統，電力電子裝置還可用于防止電網瞬時停電、瞬時電壓跌落、閃變等，以進行電能質量控制，改善供電質量。

在變電所中，給操作系統提供可靠的交直流操作電源，給蓄電池充電等都需要電力電子裝置。

4、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。

5、家用電器

照明在家用電器中占有十分突出的地位。由于電力電子照明電源體積小、發光效率高、可節省大量能源，通常被稱為“節能燈”，它正在逐步取代傳統的白熾燈和日光燈。變頻空調器是家用電器中應用電力電子技術的典型例子。電視機、音響設備、家用計算機等電子設備的電源部分也都需要電力電子技術。此外，有些洗衣機、電冰箱、微波爐等電器也應用了電力電子技術。電力電子技術廣泛用于家用電器使得它和我們的生活變得十分貼近。

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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

電源系統的綠色化有兩層含義:首先是顯著節電,這意味著發電容量的節約,而發電是造成環境污染的重要原因,所以節電就可以減少對環境的污染;其次這些電源不能(或少)對電網產生污染,國際電工委員會(IEC)對此制定了一系列標準,如IEC555、IEC917、IECl000等。事實上,許多功率電子節電設備,往往會變成對電網的污染源:向電網注入嚴重的高次諧波電流,使總功率因數下降,使電網電壓耦合許多毛刺尖峰,甚至出現缺角和畸變。20世紀末,各種有源濾波器和有源補償器的方案誕生,有了多種修正功率因數的方法。這些為2l世紀批量生產各種綠色開關電源產品奠定了基礎。

現代電力電子技術是開關電源技術發展的基礎。隨著新型電力電子器件和適于更高開關頻率的電路拓撲的不斷出現,現代電源技術將在實際需要的推動下快速發展。在傳統的應用技術下,由于功率器件性能的限制而使開關電源的性能受到影響。為了極大發揮各種功率器件的特性,使器件性能對開關電源性能的影響減至最小,新型的電源電路拓撲和新型的控制技術,可使功率開關工作在零電壓或零電流狀態,從而可大大的提高工作頻率,提高開關電源工作效率,設計出性能優良的開關電源。

總而言之,電力電子及開關電源技術因應用需求不斷向前發展,新技術的出現又會使許多應用產品更新換代,還會開拓更多更新的應用領域。開關電源高頻化、模塊化、數字化、綠色化等的實現,將標志著這些技術的成熟,實現高效率用電和高品質用電相結合。這幾年,隨著通信行業的發展,以開關電源技術為核心的通信用開關電源,僅國內有20多億人民幣的市場需求,吸引了國內外一大批科技人員對其進行開發研究。開關電源代替線性電源和相控電源是大勢所趨,因此,同樣具有幾十億產值需求的電力操作電源系統的國內市場正在啟動,并將很快發展起來。還有其它許多以開關電源技術為核心的專用電源、工業電源正在等待著人們去開發。

參考文獻

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(3)葉治正,葉靖國:開關穩壓電源。高等教育出版社,1998

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電力線通信簡稱PLC（PowerLineCommunication0）是利用配電網低壓線路傳輸多媒體信號的一種通信方式。在發送時利用GMSK（高斯濾波最小頻移鍵控）或OFDM（正交頻分多路復用）調制技術將用戶數據進行調制，把載有高頻信息的高頻加載于電流，然后再電力線上傳輸，在接收端先經過濾波器將調制信號取出，再經過解調，就可得到原通信信號，并傳送到計算機或電話，實現信息傳遞。類似的電力線通技術信早已有所應用，電力系統中在中高壓輸電網(35千伏以上)上通過電力載波機利用較低的頻率以較低速率傳送遠動數據或話音，就是電力線通信技術應用的主要形式之一，已經有幾十年歷史。

PLC接入設備分局段設備和用戶端PLC調制解調器。局段負責與內部PLC調制解調器的通信和與外部網絡連接。在通信時來自用戶的數據進入調制解調器后，通過用戶配電線路傳輸到局端設備，局端設備將信號解調出來，再轉到外部的Internet。該技術不需要重新布線，在現有低壓配電線路上實現數據、語音、和視頻業務的承載。終端用戶只需插上電源插座即可實現因特網接入，電視接收、打電話等。同樣電力線通信技術也可應用于其他相關領域，對于重要場所的監控和保護，一直需要投入大量的人力和財力，現在只需利用電源線，用極低的代價更新原有監控設備即可實現實時遠程監控。目前電力系統抄表,基本上主要依靠人工抄表完成。人工抄表的準確性、同步性難以保證。同時由于抄表地點分散，表記數量眾多，所以抄表的工作量巨大。基于電力線路載波(PLC)通信方式的自動抄表裝置，由于不需要重鋪設通信信道，節省了施工及線路費用,成為現代電力通訊的首選方式，使得抄表的工作量大大減少。近年來居民小區及大樓朝智能化發展，現在的智能化建筑已經實現了5A。但是這些不同的系統自動化需要不同的網絡支持；給建設和維護網絡系統帶來了巨大的壓力。借助電力線通信技術，無論是監控、消防、樓宇還是辦公或者通信自動化都可以利用電力線實現，便于管理和擴展。

電力線通信主要優勢：

電力線通信有無可比擬的網絡覆蓋優勢，我國擁有全世界排名第二的電力輸電線路，擁有用電用戶超過10億，居民家里誰都離不開電力線；顯然連接這10億用戶的既存電力線是提供上網服務的巨大物質基礎。在廣闊的農村地區，特別是那些電話網絡不太發達的地區，PLC更有用武之地，畢竟電力網規模之大是任何網都不可比擬的。雖然這些地區上網短期需求量并不大，市場發展成熟較慢，但會存在電力線上網先入為主的局面，對PLC的長遠發展和擴展非常有利。

電力線通信可充分利用現有低壓配電網絡基礎設施，不需要任何新的線路鋪設，隨意接入，簡單方便的安裝設備及使用方式，節約了資源和費用，無需挖溝和穿墻打洞，避免了對建筑物和公共設施的破壞，同時也節省了人力，共享互聯網絡連接，高通訊速率可達141Mbps（將未通過升級設備可達200Mbps）。PLC調制解調器放置在用戶家中，局端設備放置在樓宇配電室內，隨著上游芯片廠商14M產品技術相對成熟。PLC設備整體投入不斷下降，據調查當前14M的PLCModem產品其成本已降到普通的ADSL接入貓相仿的水平，而局端設備則更便宜。由于一般一個局端拖帶PLC調制解調器的規模為20-30臺，因此隨著用戶的增長，局端設備可以隨時動態增加，這一點對于運營商來說，不必在設備采購初期投入巨大的資金。因此也有寬帶網絡接入最后一公里最具競爭力的解決方案之稱。

電力線通信的缺點

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建立完整的電力檢修與電力施工工作制度是強化電力檢修與電力施工的主要方法之一。在實際發展建設過程中首先應該提高員工的服從精神，服從是后期任務執行和落實的前提保障。電力企業為強化電力檢修和施工技術還應該建立健全的檢修與施工規章制度，職工在服從企業發展需求的同時還應該堅決服從和認真執行企業安排的各項任務，為電力企業檢修與施工提供制度保障。

1.2提高企業的電力檢修與電力施工工作的執行力度

強化電力企業電力檢修與施工必須結合企業發展的實際狀況，從各項目建設和發展目標著手，采取有效措施提高電力企業電力檢修與施工工作的執行力度。電力企業應該從全體職工的思想認識著手，通過宣傳或者教育大會的形式不斷強化職工對電力檢修和施工技術控制重要性的認識，從根本上提高職工為企業發展建設服務的意識。企業職工在正確認識企業發展實際發展狀況，了解電力檢修與施工重要性后，才能在實際工作中積極主動投入到電力檢修與施工技術普及工作中，并為企業的發展建設提供動力依據。

1.3提高人員的安全處理技能提高人員的安全處理

技能是強化電力檢修與施工技術的重要手段。在實際施工建設過程中，電力企業由于存在較大的安全隱患，一旦出現安全問題將嚴重威脅檢修人員和施工人員的生命安全和電力企業的財產安全。因此，企業應該加大電力企業安全檢修和施工重要性的宣傳力度，引導全體職工明確電力企業安全檢修和施工的重要性和緊迫性。另外，企業還應該通過安全知識培訓等方法不斷提高企業職工的安全處理技能，在實際培訓工作中職工不僅能了解企業的發展狀況，還能明確各項操作工藝的實質要求，職工自身的安全處理技能才能不斷強化。另外，職工安全處理機能提升后，在實際檢修和施工過程中還能有效保證各個工序的安全施工，使電力系統安全、穩定、有效地運轉，減少因長期高負荷工作產生的安全問題。

1.4適當加大電力企業的投入，確保設備的安全使用

為保障電力企業檢修與施工的順利進行，電力企業必須結合實際發展狀況，適當加大資金投入，在提高設備質量的前提下，確保設備的安全使用。電力企業機械設備種類非常多，各種機械設備是企業各項工作順利開展的基礎保障。因此，企業應該加大資金投入力度，在落實各項防范措施的同時，強化電力企業對各項設施的檢查和維護管理工作。另外，加大企業資金投入還能使企業獲得更加先進的機械設備，在滿足企業發展需求的同時，為電力企業朝著智能化、多元化以及數字化的方向發展提供技術保障。最后，在組建電力施工建設時，電力企業還應該注重地下電纜的配電安全監察，針對可能出現問題的環節及時采取有效解決措施，為電力企業電力檢修和施工技術普及工作提供動力保障。