电力电子技术的发展趋势
2012年12月
第24期总第274期
内蒙古科技与经济
InnerMongoliaScienceTechnology&EconomyDecember2012No.24TotalNo.274
浅析电力电子技术的发展趋势
张 丽
(内蒙古电力(集团)有限责任公司培训中心,内蒙古呼和浩特 010050)
摘 要:介绍了电力电子技术研究内容,阐述了自20世纪50年代以来的发展过程及其在现代电力系统中的应用。
关键词:电力;电子技术;半导体器件;控制;
中图分类号:TM1 文献标识码:A 文章编号:1007—6921(2012)24—0082—011 电力电子技术任务和内容
电力电子的主要任务是研究电力电子(功率半导体)器件、变流器拓扑及其控制和电力电子应用系统,实现对电、磁能量的变换、控制、传输和存储,实现电能的高效转换、可靠控制,为人类提供高质量电、磁能量。
电力电子的研究范围于研究内容主要包括: 电力电子元器件及功率集成电路; 电力电子变流技术。其研究内容主要包括固态新式电源、节能变频技术、新能源应用中的电力电子变流技术;电力电子变流器智能化技术;电力电子系统中的控制和计算机仿真、建模等; 电力电子应用技术。应用包括新能源技术、特高压技术应用和电力系统故障分析和可靠性等的融接; 电力电子系统集成。其研究内容主要包括电力电子模块标准化、单芯片和多芯片系统设计;电力电子集成系统的稳定性、可靠性等。
从电力工程应用方面看,无论是输电、变电、配电、继电保护、电力通讯调度等技术应用,还是对电力设备设施状态远程监控等方面,电力电子技术都起着关键的保障作用。2 电力电子的发展与展望
电力电子器件的升级应用引发了电子技术的革命。
现代程控设备中对电力电子器件的应用要求包以下括静态和动态特性: 在阻断状态时能承受高电压; 在导通状态时,具有高的电流密度和低的导通压降; 在开关状态转换时,具有短的开、关时间,能承受高的di/dt和du/dt,以及具有全控功能。
20世纪50年代半控型硅晶闸管问世以来,伴随硅材料应用技术的发展,特别是大规模集成电路和微电子技术的迅猛发展,电力电子器件已经成为人类世界改变生活、生产方式关键因素。大致可划分为三个阶段:
第一阶段1950年～1970年,这一阶段,半导体技术在科研、生产中得到广泛应用;
第二阶段1970年～1990年,主要的电力电子器件像MOSFET、IGBT GTO光触发晶闸管等在工业控制领域发挥着倍增效率的作用,从而根本上改变了人类世界的生存方式;
第三阶段1990年至今电压全控型电力电子器件和智能型集成功率模块技术得到完善和发展,完全推动世界范围的信息化革命。电力电子器件高可控性、可靠性和智能化为4C技术延伸至各个生产领域提供了基础保证。
电力电子变流技术与电力电子器始终是推动电力电机技术发展的基础。它可以实现AC-DC,DC-DC,DC-AC及在同一频率下的AC-AC变换(交流调压)和在不同频率下的AC-AC变换(变频)等。伴随着电力电子器件的迅速发展和电力电子技术应用领域的不断扩大,为了满足高效、高能量密度、高精度、快速响应、宽调节范围、低谐波失真和成本等应用要求,电力电子变流技术的发展大致可分为三个阶段:
第一阶段应用二极管、晶闸管和不控或半控强迫换流技术;
第二阶段主要是应用自关断器件,例如GTO、功率MOSFET、BJT、IG-BT等器件,以及普遍采用PWM控制技术;
第三阶段以采用软开关、功率因数校正、消除谐波,以及考虑电磁兼容、扩大其电压、电流、功率范围和全数字控制位特征的现代变流技术。变流器基本电路拓扑的研究已相对比较成熟,当前人们只要研究应用于各种特定场合的组合拓扑(包括各种多电平拓扑)和高速数字信号处理器DSP在各种变流器中的应用,以提高变流器的效率、功率因数、可靠性、智能化水平和降低成本。
电力电子控制方面的最新研究方向应该是电力电子装置分布式系统控制,包括适合电力电子电路专用控制网络硬件和软件的研究等。随着电力电子技术在电力系统、新能源发电和磁悬浮系统、特高压输电技术等领域的应用不断推广,应用系统对控制器提出了更高的要求,如高精确度、高可靠性、高智能型易维护性等。其中快速插件性电子模块对现场易维护要求提供保障。非线性控制、网络控制在复杂电力电子系统中的应用已经取得了突破性发展。
近年来,中国电机工程学会电子技术委员会将电力电子系统集成(包括:变流器的模块化、智能化、标准化、电力电子芯片系统、多芯片封装模块、电力电子系统集成理论及集成稳(下转第84页)
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