大容量電力電子技術論文

2018-08-20 11:25:39 公務員之家　點擊量：評論 (0)

我國經濟的高速發(fā)展，對大容量電力電子技術的需求越來越多，對大容量電力電子應用系統越來越認可。隨著技術的不斷改進和完善，大容量電力電子應用系統發(fā)展前景和空間必定廣闊。我們應抓契機，加大對大容量電力電子技術的探索和分析，縮短同其他國家之間的差距。

1大容量電力電子技術的特點分析

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

(2)集成化。從分立形式的角度來看，原有電子器件同集成化器件具有很大的差異，單元器能夠對大量的全控型器件進行整合，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，能夠在短時間內快速完成相應的處理工作，GTR、IGBT及功率MOSFET對應的工作頻率分別為10、幾十和百千赫茲。

(4)高效率化。大容量電力電子應用系統中的變換技術、器件是高效率化特征的主要表現，因為逐漸變小的器件導通壓降，導致產生的導通損耗也明顯降低，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)揮了變換器軟開關技術的優(yōu)勢，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的關鍵特點之一，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，主電路體積越來越小型化。變換器因為現代先進技術別的應用和其他集成化器件的應用，體積也更小。

2電力電子技術的應用

2.1電氣節(jié)能介紹

有源濾波、電能質量及變頻調速等內容都屬于電氣節(jié)能的范疇，其中電機節(jié)能最為重要，主要是采用變頻調整方式，改善風機、泵類電機系統，而電氣節(jié)能方面中的變頻調速系統的電力來源主要是變頻器，在社會經濟發(fā)展和科學技術不斷進步的過程中，變頻調速方面的相關技術獲得了很大的完善，具有非常廣闊的應用，相關設備的更新頻率大大降低。如果我們使用變頻技術，使電機根據我們需要的速度進行運行，對原有的系統進么智能改造和控制，僅電機這一項消費我國一天就可以節(jié)約大約30%的電能，工業(yè)領域的節(jié)能效果更大。由此可見，這是我們不容忽視的一個重要作用，關系到了國民經濟高效的發(fā)展。

2.2風力、太陽能等新能源發(fā)電

目前世界范圍內應用頻率較高的可在利用新型能源主要包括：生物質能、太陽能、風能及地熱能等，但這些新型能源的利用都必須要借助大容量電力電子系統來實現。電力電子技術在利用新能源進行電力生產的過程中，具有較大的供應不確定性，必須要根據天氣的變化進行調整，必須要滿足電網電力、并網發(fā)電方面較高的要求，可以保障供應電能的質量，不存在較大的功率變化情況。由于我國的科學技術發(fā)展水平較低，依靠引進國外網格轉換器的方式來進行電力生產，需要進行進一步的研究和探索，從根本上提高設備的穩(wěn)定程度，優(yōu)化設備性能，并應用統一、規(guī)范、系統的標準對應用設備進行管理和控制。

2.3電力牽引

隨著交通流量的增大，交通事業(yè)的進步成為各個國家關注的重點，應用電力牽引方式，對電動汽車、地鐵、高速鐵路及輕軌等交通設施進行改造成為主流化趨勢。例如：高鐵的機頭。目前，高鐵已覆蓋了我國的等多數地區(qū)，已經將利用電力牽引的汽車在一些地區(qū)進行應用測試。這些混合性電力動力汽車所需的變換器的來源是國外技術發(fā)達的國家，我國要加大對電力牽引方面的研發(fā)力度，如：開發(fā)集成技術和冷卻技術來提高電力電子變換器的效率和功率密度;

2.4智能電網

智能電網是一個新概念，一般認為電力電子技術為智能電網的實施提供了堅實的技術保障，能夠提供更大的動力，還涉及到電網控制技術、傳感技術等多種先進的技術。其中，傳感技術、儲能技術、輸電技術及控制技術等都涵蓋于電力電子技術的范圍內，能夠使電網發(fā)電形式轉變?yōu)樾滦湍茉撮_發(fā)，大大提高電網的工作效率，變得更加安全可靠。我國電力體制改革和建設工作實施過程中，對特高壓輸電內容的研究充分運用了智能電網技術，并在一些城市建造成功，能夠對高達800kv的電壓進行輸送。根據我國對電網建設方面的設計規(guī)劃工作，預期在2020年投資將近一億元人民幣進行特高壓輸電建設;并2030年真正建成具有自愈能力的智能電網。

3主要關鍵技術

(1)硬件和電力半導體器件的發(fā)展分析。系統的性能和可靠性往往由設備的好壞決定，而大容量電力電子應用系統對高功率半導體器件要求更高。目前，寬帶隙的新型半導體的開發(fā)，如碳化硅材料，被人們越來發(fā)揮重視，還有對氮化鎵(GaN)設備的發(fā)展也引起了人們的關注。

(2)拓撲的研究。在對多電平變換器拓撲關系及結構方面的探索處于低級階段，預測在未來的發(fā)展過程中會向著混合式結構形式的方向發(fā)展。

(3)應用PWM控制方法。大容量多電平轉換電路是脈沖寬度調制的主要應用領域，但由于拓撲結果形式及特征各不相同，必須要滿足相應的功能要求。

4存在的關鍵問題分析

(1)半導體開關器件的特性沒有完全足夠掌握。

(2)主電路的設計未能與實際緊密結合，協調配合有所欠缺。

(3)對不清楚的裝置、設備的電磁瞬態(tài)過程進行描述。

(4)缺乏對設備的失效作用分析。

目前仍需要處理的任務為：

(1)提高設備模型的適應能力。

(2)定義對可靠運行區(qū)域。