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开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇现代电力电子技术，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
【关键词】电力系统 开关电源 不间断电源
一、电力电子技术的发展
1957年美国通用电气公司研制出了第一个晶闸管，标志着电力电子技术的诞生。而1958年以集成电路的诞生为标志的微电子技术带动了一系列高新技术产业的发展，标志着第一次电子技术革命的开始。现代电力电子技术的发展方向，是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学，向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。电力电子器件按照能被控制电路信号所控制的程度分为不可控器件、半控型器件和全控型器件。不可控器件主要指电力二极管、该二极管虽不可控，可因为结构简单，使用方便成本低，仍被广泛应用。半控型器件主要指晶闸管，由它所组成的电路灵活成熟、开关损耗小、开关时间短，在电源、通用逆变器、电机控制等电路中应用广泛。但驱动电流大、耐浪涌电流能力差、容易受二次击穿。以电子技术和微电子技术的发展为背景，全控型器件是在八十年代末期和九十年代初期发展起来了，主要有电力晶体管（GTR）、电力场效应晶体管（电力MOSFET）、绝缘栅双极晶体管（IGBT）。其特点是集高频、高压和大电流于一身，是大型的功率半导体复合器件，全控型器件的诞生表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。
二、现代电力电子的应用领域
（一）电力系统及节能方面
电力电子技术在电力系统领域中的应用着非常广泛和重要，在发电通过改变设备的运行特性为主要目的；而电子技术在高压输电领域的应用，极大的提高了电网运行的稳定性，被称为“硅片引起的第”；在配电领域，则通过电力电子装置来防止电网瞬间停电、瞬间电压跌落、闪变等，以进行电能质量控制，加强供电可靠性，改善供电质量。同时还通过减少无功损耗，提高功率指数，来达到节能的目的。在发达国家有60%以上的电能至少经过一次以上的电力电子变流装置进行处理。通过这种处理可以节约能源和提高用电设备的性能。直流输电在长距离、大容量输电中有很大的优势，其送电端的整流阀和受电端的逆变阀都使用晶闸管变流装置。
（二）交通运输
电子技术在铁路运输、船舶、航天、电动汽车等行业都有广泛的应用，称为新兴产业不可缺少的重要技术。新型环保绿色电动汽车与混合动力电动汽车都正在积极的发展中。汽车是靠汽油引擎的运行发展起来的一种机械，它排出大量的二氧化碳与其他废气，严重污染了环境。而绿色电动汽车的电机用蓄电池为能源，靠电力电子装置来进行电力变换与驱动控制，其蓄电池的充电也是离不开电力电子技术的。显然，未来电动汽车大有可能取代燃油汽车。。而在电气机车中的直流机车就是采用整流装置来供电的，而交流机车则采用变频装置来供电，都离不开电子技术的应用，直流折波器和铁道车辆、磁悬浮列车中的电力电子技术更是关键技术的应用实例。船舶、飞机也需要各种不同要求的电源，所以航海、航空都离不开电力电子技术。
（三）开关电源
首先高速发展的计算机技术在带领人类进入了信息社会的同时，也促进了电源技术的迅速发展。八十年代，计算机全面采用了开关电源，率先完成计算机电源换代。接着开关电源技术相继进入了电子、电器设备领域。开关电源和线性电源相比，二者的成本都随着输出功率的增加而增长，但二者增长速率各异。线性电源成本在某一输出功率点上，反而高于开关电源。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术在不断地创新，这一成本反转点日益向低输出电力端移动，这为开关电源提供了广泛的发展空间。高频开关电源（也称为开关型整流器SMR）通过MOSFET或IGBT的高频工作，开关频率一般控制在50-100kHz范围内，实现高效率和小型化。近几年，开关整流器的功率容量不断扩大，单机容量己从48V/12.5A、48V/20A扩大到48V/200A、48V/400A。开关电源的发展方向是高频、高可靠、低耗、低噪声、抗干扰和模块化，关键技术是高频化。由于开关电源轻、小、薄的特点，其应用日益广泛。现在开关电源产品广泛应用于工业自动化控制、军工设备、科研设备、LED照明、工控设备、通讯设备、电力设备、仪器仪表、医疗设备、半导体制冷制热、空气净化器，电子冰箱，液晶显示器，LED灯具，通讯设备，视听产品，安防监控，LED灯袋，电脑机箱，数码产品和仪器类等领域。
（四）不间断电源（UPS）
电子技术带给计算机领域的还有不间断电源技术。所谓不间断电源（UPS）是指计算机、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。交流市电输入经整流器变成直流，一部分能量给蓄电池组充电，另一部分能量经逆变器变成交流，经转换开关送到负载。为了在逆变器故障时仍能向负载提供能量，另一路备用电源通过电源转换开关来实现。目前在线式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS发展也很迅速，已经有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多种规格的产品。
三、总结
90年代以后，电子技术朝着大功率化、模块化、变频化和智能化发展。电化学专业、铁道电气车、钢铁工业、电力工业的迅速发展给电力电子器件提供了用武之地。通过电子技术和微电子技术的结合，促成了功率集成电路的诞生，最终促使了大量新结构、新材料器件等电子器件的诞生和发展，给工业、航天等带来了极大的帮助和便利，对节约能源、改造传统产业、发展新型产业作出了巨大的贡献。总而言之，电力电子因应用需求不断向前发展，新技术的出现又会使许多应用产品更新换代，还会开拓更多更新的应用领域。
参考文献：
[1]周明宝.电力电子技术[M].北京：机制工业出版社，1985.
[2]陈国呈，周勤利.变频技术研究[J].上海大学自动化学院学报，1995（6）：23-26.
[3]王正元.面向新世纪的电力电子技术电源技术应用，2001
【关键词】电力电子；技术煤矿；节能
1.现代电力电子技术在煤矿电气的应用
传动系统中的应用国际上，技术先进的产煤国家，井下使用现代电力电子技术和装备已相当广泛。如调速变频电牵引采煤机，风机、水泵、提升机等矿用设备调速系统；原不调速系统实现变频调速；原直流调速系统正被交流变频调速系统逐步代替。
1.1提高生产工艺流程自动化控制系统智能化水平
电气传动自动化技术是以生产机械的驱动装置—电动机为自动控制对象、以微电子器件（包括微计算机系统）为核心、以电力电子装置为执行机构，在自动控制理论指导下，按给定的规律控制电动机的转速进行自动调节，以满足生产工艺的最佳要求，达到提高效率、降低能耗、提高产品（或系统运行）质量、减少系统环节、降低劳动强度的优化效果。现代变频装置的智能化程度比较高，自身具有很强的保护功能，对于被驱动负载来说，它既是一个功能很强的控制环节，又是很准确的电动执行机构。作为电气传动自动化系统，可称得上是控制和执行器的机电一体化环节。采用此项技术和设备，不但可容易地实现较高性能的单机自动化，而且实现矿井的顺槽自动化控制要简单和容易得多。
1.2提高电气传动系统的机电一体化水平，减小驱动设备占用空间
电气传动系统的机电一体化是现代矿井采、掘、运、提等大型生产装备机电一体化的最重要组成部分，这不但可有效地提高生产工艺流程自动化控制系统智能化水平，而且可有效地减小设备占用空间。由于井下空间有限，限制了装备的体积及使用范围：缩小装备的体积可以有效地减少恫室开挖量，节约投资。随着现代电力电子技术的不断发展和进步，发展无机械齿轮机，技术已日臻成熟，并且已进入实用阶段。如：交流主轴驱动系统、滚筒内装电动机式提升绞车等已投入使用，既减少了机械传动环节系统体积，又有效地提高了整体的传动效率，为矿井电气传动系统改造提供了诱人的新技术前景。
2.现代电力电子技术在电机调速及拖动中的应用
矿井中电机是耗能大户，并且集中在提升机电机通风机电机、主排水泵电机、压缩机电机以及采煤机电机等几个大型电机上，耗能比较集中，因此为实现电力电子技术改造提供了方便。以TKD和JKMK系列提升机电控系统为主的交流提升电控系统在我国使用最为普遍，这些控制系统都是采用转子附加电阻来调速的。由于交流提升机在减速段机械特性软调速性能较差，后来又出现直流调速提升机，由于在开始发展直流控制系统时电力电子技术特别是大功率电力电子元件及控制模块还不是很成熟，因此这种直流调速方案主要采用F—D系统（直流发电机拖动直流电动机）。这种系统中拖动发电机的电动机除了检修以外，一般停机，因此电能浪费严重，以某矿副井提升机为例：该矿副井提升机采用的是直流F—D直流拖动系统，提升电机的功率是1250kw，为其提供直流电源的是功率为1450kw的直流发电机，拖动发电机的是功率为1600kw的交流同步电动机，在提升机进行电力电子技术改造前每个月的耗电量在40—45万kw·h之间。除此之外，整个控制系统仍然采用传统的继电器控制，所有参数也是模拟量，因此控制复杂、故障率高、参数易变、维护量大，每年的维修费用15万元左右，维修时间超过500h。该矿于2004年5月对电控系统进行改造，改造成电力电子整流直流调速系统，整套系统采用进口整流控制柜和PLC控制系统。改造后，每月电量消耗在20万kw·h左右，节能非常明显，两年内节约的电费就收回了项目投资。同时控制系统数字化、模块化，结构紧凑、集成度高、故障率低、维护方便，年维修费用2万元以下，年维修时间200h左右。节能效果良好，经济和社会效益明显。
相对于直流调速系统，交流电机费用低、结构简单、维护方便，因此受到用户的青睐，特别是交流电机的变频调速性能和直流调速基本相似，因此变频调速的发展速度很快，并且有逐步取代直流调速的趋势。交流电机采用变频技术相对直流电机采用直流调速性能基本相似，但是变频技术相对直流调速方案总体经济效益较好，这一点在电梯调速方面的成功应用可以得到验证。
煤炭企业大功率电机直接使用变频调速的难度在于电机的额定电压以6kv为主，应用高压交流电机和高压变频调速的方案目前还没有一个成功应用的例子。随着变频技术的进步，具有内置式PID以及张力卷取软件、速度级链速度跟随以及电流平衡等功能的大功率高压变频器技术的成熟。目前的矿用提升机交流电控系统除了调速性能不理想外其转子串接的加速电阻也消耗部分电能，而且维修量大。
矿用刮板输送机和带式输送机是煤矿生产的重要设备之一，这些设备启动频繁，负荷变化大，目前使用的启动设备大多数采用普通磁力启动器配液压联轴器，启动效果不很理想，同时也无法达到节能效果。随着隔爆型变频器技术的成熟，矿用运输设备采用变频器是完全可行的，而且可以同时达到节能和软启动的目的。但是隔爆型变频器造价高，推广起来有一定的难度，不过现在国内有的企业通过和国外技术合作、引进或自制研制成功了隔爆型节能软启动开关，这种开关造价比变频器低，还可以通过调整输出电压来达到节能的目的，在目前条件下，这种开关还是值得推广的。
3.现代电力电子技术的其它应用
煤炭企业一般距离市区较远，因此煤矿的工人村都有相对对立的物业管理体系，例如必须具备对立的供水系统。现在大多数矿山工人采用的都是定时供水制，只在规定的时间内供水，供水的时候，就是用水的高峰期，每个用户还要用容器存一部分水备用，实际上并不一定能用完，长流水的地方也比较多，因此造成水资源和电能的浪费。另外，由于用水集中，为了保证有足够的水压，供水的水泵和电机都比较大，因此也造成了设备资源的浪费。全自动无塔变频供水装置这项技术在全国推广使用已经好几年了，这项技术投资少，自动化程度高，同时还可以达到节水节能的目的，但是在煤炭企业应用还不是太广泛，还没有认识到其优势。某矿工人原来使用的也是定时供水制，自从改造成全动无塔变频供水以后，节约水资源10%以上，节约电能15%以上，而且还可以保证全天候供水，方便了居民生活，经济和社会都很好。
我国于1996年正式启动绿色照明计划，绿色照明计划的关键就是利用电力电子技术开发节能光源和节能灯具。煤矿井下大量使用照明，目前矿井使用的照明设备以普通荧光灯白炽，因此大规模推广使用节能灯具有着重要意义。以百万吨矿井生产照明用电容量为50kw计算时，推行节能技术可以节约电量15%，全国年产原煤12亿t，年节约电量近80GW时，细算起来是一个不小的数字。但是，我国在开发成本低、电磁污染低、可靠性高的性能先进的电子整流器方面，特别是能适应煤矿井下恶劣条件的先进节能灯具技术还不是很成熟。
当前,电力电子作为节能、节才、自动化、智能化、机电一体化的基础,正朝着应用技术高频化、硬件结构模块化、产品性能绿色化的方向发展。在不远的将来,电力电子技术将使电源技术更加成熟、经济、实用,实现高效率和高品质用电相结合。
1.电力电子技术的发展
现代电力电子技术的发展方向,是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学,向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代,并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。八十年代末期和九十年代初期发展起来的、以功率MOSFET和IGBT为代表的、集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件,表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。
1.1整流器时代
大功率的工业用电由工频(50Hz)交流发电机提供,但是大约20%的电能是以直流形式消费的,其中最典型的是电解(有色金属和化工原料需要直流电解)、牵引(电气机车、电传动的内燃机车、地铁机车、城市无轨电车等)和直流传动(轧钢、造纸等)三大领域。大功率硅整流器能够高效率地把工频交流电转变为直流电,因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得以很大发展。当时国内曾经掀起了-股各地大办硅整流器厂的热潮,目前全国大大小小的制造硅整流器的半导体厂家就是那时的产物。
1.2逆变器时代
七十年代出现了世界范围的能源危机,交流电机变频惆速因节能效果显著而迅速发展。变频调速的关键技术是将直流电逆变为0~100Hz的交流电。在七十年代到八十年代,随着变频调速装置的普及,大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管(GTR)和门极可关断晶闸管(GT0)成为当时电力电子器件的主角。类似的应用还包括高压直流输出,静止式无功功率动态补偿等。这时的电力电子技术已经能够实现整流和逆变,但工作频率较低,仅局限在中低频范围内。
1.3变频器时代
进入八十年代,大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展,为现代电力电子技术的发展奠定了基础。将集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合,出现了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的问世,导致了中小功率电源向高频化发展,而后绝缘门极双极晶体管(IGBT)的出现,又为大中型功率电源向高频发展带来机遇。MOSFET和IGBT的相继问世,是传统的电力电子向现代电力电子转化的标志。据统计,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半导体器件市场上已达到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在电力电子领域巳成定论。新型器件的发展不仅为交流电机变频调速提供了较高的频率,使其性能更加完善可靠,而且使现代电子技术不断向高频化发展,为用电设备的高效节材节能,实现小型轻量化,机电一体化和智能化提供了重要的技术基础。
2.现代电力电子的应用领域
2.1计算机高效率绿色电源
随着现代社会的不断发展,现代电力系统技术也取得了不断地突破与革新。其中电力电子技术发挥了重要的作用，也在电力系统中得到的更加深入而又广泛的应用。通过将创新的电子技术、电子设备与研发的电子材料相结合，大大加快了现代电力建设事业的发展。本文主要针对电子技术子在现代电力系统中的应用与发展进行了相关探讨，并对未来应用作出展望。
关键词：
电子技术；电力系统；应用发展
1前言
随着人们生活水平的不断提高，整体经济水平的不断发展，电子设备与电力电子在现代电力系统中应用越来越广泛。但是电力等能源需求也越来越大，随着引起了能源危机与生活需求的矛盾。电力电子技术在整个能源开发中扮演着十分重要的角色，新型电力能源的研究与开发都离不开电力电子作为基础。因此，电子技术于电力系统的相互结合，不仅关系到电力能源的革新发展，对于社会的长足未来也都起到了关键作用。国内对于电力系统网络较早就展开了建设研究，至今也取得了斐然的成果与成熟的电力网络构架。
2电子技术在现代电力系统中的应用
电力系统本身具有复杂性、专业性与各领域技术结合的综合性。经过多年的发展与融合，电子技术在各行各业都得到了广泛运用，也推动了电力能源的快速发展。对电力系统的性能与效率都起到了极大的促进作用。在电力系统中包含发电、配电、输电等各个关键环节，电子技术的深度结合都必不可少。随着电网的规模性能逐渐壮大高效，对电力电子技术也要求越来越高。通过优化完成电网变网的运行管理，在效率、精度、性能、质量等各方面指标都得到了更好的控制管理，对于电力系统的运营成本与难度都有效降低了。安全稳定的运行，使整个系统容错性增加，运行更趋于完善。
2.1发电环节应用现代电力系统作为一个复杂的综合系统，其发电环节技术成分含量较高，多个发电组与设备相结合，并且设备本身结构十分复杂。因此，相关的操作技术人员需要有过硬的专业技能知识，这样才能更好的完成电力设备中相关设计管理，运行维护等系列工作。发电环节中与电子技术的相互结合，对于发电系统整体的效率都能有很大的提升。励磁控制作为目前发电机控制的主流控制方法，主要通过品闸管整流电路完成设备的连接。具有较高的可靠性，并且系统整体控制结构简单，性价比较高，造价与系统性能均较为合理。静止励磁控制在对原有励磁机完成优化后，消除了惯性环节，系统稳定性与高效性能变得更为完备。对于系统的运行规律变换，一般结合电子变频设备，控制调节发电中机组的运用速度。使得电力功效得到提高，自身变化率也完成自动化控制，结合励磁控制，整体变得更加稳定高效，而且自身系统功率耗费也降低到了最低。其他电力领域也均有广泛参考，如风力水力发展等。由于发电设备电量使用不可转移改变，并耗电比较大，例如在风力发电中，为了消除不同风速变化导致的频差，其功率消耗高达整个用电的65%，电子变频器的出现很好的缓解了这一问题，通过有效地控制调节，能源消耗更低，大大降低了成本输入。
2.2输电环节应用电子电力技术的不断发展与提高，在电力系统中应用越来越广泛。电子元件的大量生产与应用，为现展提供更多的技术硬件支持与广阔的平台。在系统中的输电环节，电子器件的结合运用，一方面电力电网运用的可靠性得到了保证，电网稳定性也得到了相应提高，安全可靠的发展都展现电子技术在电力系统中的关键作用。在当前输电环节中,一般采用直流与轻型直流这两种较为常见输电模式,不仅能够增加输电的容量大小,并且能够更加灵活方便的控制调整。整个输出过程稳定可靠。这对于远距离的传输电力实现了较好的支持供应。其中，直流输电最大的优势还在于能够满足不同的电力输出要求，采取针对性的不同输电方式。随着技术的不断发展，柔流输电技术被研发并最近应用。这种融合了微电子、未处理、电力电子技术、自动化控制、通信交互等多种融合的技术平台，能够完成交流输电的适时控制，使整个电网达到长时的稳定状态，同时输电环节的输出成本也相应降低。柔流输电技术为电力系统提供了无功功率和感应，提高了输电质量与传输效率。
2.3配电环节应用在输电环节中，保证电能质量有效控制调节十分重要。在配电过程中，对频率、谐波、电压等指标有效控制，以此到达电能质量的标准，并且还需要考虑到干扰与瞬态波动的影响。在目前的电子应用中，一般是基于DFACTS电能质量调节装置进行控制。完成对电能质量的约束规范。由于柔流输出系统日趋成熟。作为简约版本的FACTS设备技术，DFACTS自身的工作原理、性能结构、功能指标均大同小异。由于电力电子期间的飞速发展，目前电气设备出现了供过于求的市场状态。DFACTS自身应用前景广阔，市场需求大，并且自身技术并不复杂，造价成本较低，更加容易被市场所接纳，整个设备产品将进入高速发展地势态。目前一般采用电力通信技术为微波、无线扩频、电力载波、光纤通信等。除了数据语音、电信业务、自动化控制等，还有相应的业务保护，安全控制数据等。而电力通信的自动化与电力系统自动化相照应。现在大多已经满足了稳定、可靠、高效的优化通信。目前一般光纤采用OPGW与ADSS类型技术，能够与电力系统本身的线路资源相结合，避免产生频率资源、路由协调、兼容性之间的矛盾与冲突，自身具有较强的主动权，控制灵活。
3结束语
由于技术的不断发展进步，对应的电子技术、电子设备、电子材料等，都在飞速发展。在电力系统建设中，作为主要组成的电力电子器件，也得到了相应的完善与优化。不断满足高要求的新型电子技术也不断呈现研发。同时，现代电力系统构建态势也呈现多元化，综合性。可以预测，基于目前的发展，未来较长一段时间中，电子技术在电力系统中依然扮演着重要作用，满足大规模电网改进建设。不断研究新技术，并加以改进应用。完善促进现代电力系统的健康发展育稳定高效建设，争取取得更大的科技进步。
参考文献：
[1]张娜.电力电子技术的发展及应用探究[J].电子技术与软件工程,2015(03).
[2]于闯.浅析电力电子技术在电力系统中的应用[J].科技经济市场,2015(07).
自本世纪50年代末第一只晶闸管问世以来,电力电子技术开始登上现代电气传动的舞台,以此为基础开发的可控硅整流装置,是电气传动领域的一次革命,使电能的变换和控制成为现实,这标志着电力电子的诞生。70年代出现了第一代电力电子器件,随着电力电子技术理论研究和制造工艺水平的不断提高,先后研制出GTR、GTO,功率MOSFET等自关断全控型第二代电力电子器件,而以绝缘栅双极晶体管(IGBT)为代表的第三代电力电子器件,开始向高电压高频率、响应快、低损耗方向发展。而进入90年代电力电子器件正朝着复合化、标准模块化、智能化、功率集成的方向发展。各种电力电子新器件不断涌现,为我们带来了极大的便利。它的应用范围已从传统的工业、交通、电力等部门,扩大到信息通信、家用电器以至宇宙开发等领域。事实上,电力电子技术的发展已不局限于高电压大电流的工业范畴,当你开车、乘电梯、使用计算机、打开空调、用微波炉、使用电冰箱、用手机、看电视、听音乐时,都离不开电力电子技术,为适应21世纪科技发展对人才培养的要求,培养出“宽口径、厚基础、强能力、高素质”的人才,教学改革势在必行。
二、教学内容与教学体系的改革
我院教学选用上海理工大学莫正康教授编著的《电力电子应用技术》,它包括电力电子器件制造技术与应用电力电子器件组成电路、装置和系统的技术,是以功率半导体开关器件为基础,对电能进行控制、变换与处理,成为弱电控制强电的纽带,是电气工程与自动化专业不可缺少的一门专业基础课。参考教材采用西安交通大学王兆安和黄俊两位教授主编的《电力电子技术》,结合教育技术发展的新形式与新要求,选用华中科技大学陈坚教授编著的《电力电子学———电力电子变换和控制技术》,上述三部著作的作者都是电力电子领域的知名学者和专家,在各自擅长的专业方向上有着深厚的知识积累,其著作各有所长,互有偏重。
1.教学内容的精选。本教材紧紧围绕电力电子器件的工程应用,重点讲授了IG-BT、电力MOSFET等全控型电力电子器件,AC/DC、DC/DC、DC/AC和AC/AC四大类基本变流电路,以及PWM控制技术,有利于学生把握学科概貌。参考教材在软件开关技术的基本知识DC/AC变换器以及电力补偿与控制等方面各有侧重,有利于教师针对不同的专业方向组织教学内容,为学生打下宽厚的专业基础。
2.基本设计方法与工程实际相结合。电力电子技术是一门实用性很强的技术。教材结合工程实际介绍了许多电力电子电路与电力电子装置,在讲解基本原理和设计方法时,反映出作者丰富的工程实践经历、科学研究水平和教学经验。
3.加强对学生的自学和思维能力的培养。几部教材都是电力电子领域的经典之作,教材中安排了许多具有工程背景的例题和习题,对学生今后的工作具有现实指导意义。在讲授本教材的基础上,指导学生阅读和使用参考教材,对提高教学质量、增强学生主动学习性、培养学生思考问题和解决问题的能力有作积极作用。
三、教学方法的改革
《电力电子应用技术》涉及高等数学、电工基础、电力技术、电力拖动等知识。它具有电路图与电路分析多、波形图与波形分析多的特点。是电气工程专业中的主干教材。我们采用:
1.抓住教学重点、互动教学。传统教学中教师的讲课往往追求讲得细,讲得透,面面俱到,滴水不漏,可以说教师将几乎所有问题都讲到了,精讲才是问题的关键。教师在讲授典型电路时应抓住电力电子器件在电路中导通与截止的变化过程,从波形分析中让学生理解电路的工作情况,同时应注意培养读图与分析问题的培养。要把学生作为教育的中心,使学生在学习的整个过程中保持主动性,启发式教育的核心,就是要培养学生独立思考和创新思维,因此除了精讲以外,选则部分内容留给学生自学然后开展课堂讨论,这种教学互动式的课堂讨论教学方法是积极有效和切实可行的,它有利于帮助学生克服依赖性,培养和发展自学能力和思维能力,要给学生以恰到好处、画龙点睛般的点拨和启迪,这就要求教师必须具备渊博的知识,在深度和广度上远比课本多得多,才能让学生接受到更多的新知识,才能不断激发学生的学习兴趣,从而提高教学质量。
2.采用多媒体技术实现教学现代化。传统的教学是单一黑板、粉笔的课堂教学模式,画电路图、波形图和书写推导公式实在太浪费时间。随着科学技术的发展,教学手段现代化是教育发展的必然结果。我院先后自行开发出可控整流电路工作原理与仿真CAI教学软件,以及电力电子电路辅助教学课件。多媒体教学手段的应用,把教学内容直观、形象、生动地呈现在学生面前,使得学生更易于理解、接受和掌握课程的重点内容,提高课堂教学效果,激发了学生学习的兴趣,提高了学生分析问题与解决问题的能力。
【关键词】 电力电子;应用;趋势
一、电力电子技术应用概况
1.用电领域中的电力电子技术。(1)电动机的优化运行。全世界的用电量中约有60%左右是通过电动机来消耗的。采用计算机―电力电子技术结合的智能变频控制技术,使电动机经常处于高效状态,可以节约大量电能,具有巨大的效益。(2)高能量密度的电源应用。电化学电源广泛应用在作为国民经济的铜、铝、锌、镍等有色金属以及氯碱等电解产业中;体积小、重量轻、效率高的各种开关电源应用也是十分广泛;新世纪中,随着电力电子技术的发展,变频电源应用也日益广泛;还有不间断电源(UPS)、稳压稳流电源、高精度洁净电源等特种电源,采用电力电子技术后,各方面指标均大大改善。
2.信息领域中的电力电子技术。电力电子技术为信息技术提供先进的电源和运动控制系统,日益成为信息产品中不可缺少的一部分。在信息产品的主电路中,正在用MOS场效应管取代双极晶体管来完成各种变换,其用量越来越多。FAX机、计算机、VCD、DVD等许多整机中都装备着多种电动机。尤其在各种打印机中,离开对电动机运动的高精度控制,其打印效果是不可想象。信息产品和其他产品中用VDMOS、IGBT做无触点开关的市场更大,程控交换机的每条线都至少用1个VDMOS管。为此,我国目前每年要进口几千万只。
3.发电领域中的电力电子技术。(1)发电机的直流励磁。常规发电机中励磁的建立已经由传统的直流磁励机转变为由中频交流励磁机加电力电子整流的方法,并已取得良好的经济效益,可靠性较高。(2)水轮发电机的变频励磁。发电频率取决于发电机的转速,采用了电力电子技术后,将水轮发电机直流励磁转变为低频交流变频励磁。当水流量减少时,提高励磁频率,可以把发电频率补偿到额定,延长水轮发电机的发电周期,解决了水力发电中发电机工作时间受季节性水流量影响而导致的频率无法调节、浪费较多水能的问题。这对大型水力发电设施来说,可带来巨大的经济效益。(3)环保型能源发电。利用太阳能、风能、潮汐能、地热能等新能源发电,是解决一次能源危机(煤、石油、天然气等石化类能源日趋匮乏)的重要途径,它们是可再生的绿色能源。这些能源转换的电能,其电压、频率难免波动,无法并网应用,只有通过电力电子变换装置,才能使这些波动的电能以恒压恒频方式输出,实现这些新能源的实用化。
4.储能领域中的电力电子技术。(1)蓄电池与电容器组储能。把夜间电网提供的多余交流电整流成直流电,储存在建筑物地下室内的“蓄电池―电容器组”;白天,再把这些储存的电能逆变成交流电供给整个建筑物内的用电,已经成为某些地方的时尚。(2)抽水储能发电。白天,水库泄水发电;晚间,利用多余的电网电能使发电机转变成电动机运行,驱动水泵把下游水库的水抽进上游水库,增加上游水库蓄水,使白天可以更多地发电,这种电能量变换过程效率较低。(3)超导线圈的磁场储能。在超导体线圈中,数十万安培的直流电流在其中流动是不会损耗的,这种储能器体积小,转换效率高。当前还没有妥善解决如何实现交流电能同该低电压超大电流的直流电能的互相转换的问题。
二、电力电子器件发展趋势
纵观几十年的发展历史,半导体器件起到了推动电子技术发展的作用,晶闸管等电力半导体器件扮演了电力电子发展中的主要角色。进入70年代,半控型晶闸管开始形成由低电压小电流到高电压大电流的系列产品,被称为第一代电力电子器件,随着电力电子技术理论研究和半导体制造工艺水平的不断提高,先后研制出GTR、GTO、功率MOSFET等自关断全控型第二代电力电子器件。近期研制的以绝缘栅双极晶体管(IGBT)为代表的第三代电力电子器件,开始向大容量高频率、响应快、低损耗方向发展,这又是一个飞跃。步入90年代后,电力电子器件正朝着复杂化、模块化、智能化、功率集成的方向发展,以此形成了电力电子技术的理论研究、器件开发研制、应用的高新技术领域等,在国际上形成了新的技术热门。目前世界上许多大公司已开发出IPM智能化功率模块,日本三菱、东芝及美国的国际整流器公司已有成熟的产品推出。国产电力半导体器件研发生产能力还落后于世界电力电子器件的发展水平,在新世纪国际电力电子崛起之时,中国电力半导体器件的落后状态将会影响中国经济的发展,国产电力半导体器件产业任重而道远。
电力电子技术是智力、信息、知识密集型技术,也是我国经济与社会可持续发展项目之一,对促进国民经济发展,特别是电子工业发展极具价值。从发展前景看,以电力半导体器件及“变频技术”为核心的电力电子行业,在国家政策的强持下将会走向更加辉煌的明天。
参考文献
20世纪80年代以来,微电子技术与电力电子技术在各自发展的基础上相结合而产生了一代高频化、全控型的电力集成器件,带来了电力电子技术的新时代,实现了由传统的电力电子技术向现代电力电子技术的转变。
1现代电力电子器件
现代电力电子器件是指全控型的电力半导体器件,分为三大类[1]:双极型器件、单极型器件和混合型器件。
1.1双极型器件,是指在器件内部电子和空穴两种载流子都参与导电过程的半导体器件这类器件具有通态压降低、阻断电压高和电流容量大的特点。适合中大容量的变流装置。其中,我们常见的交流装备有:门极关断(GTO)晶闸管、电力晶体管(GTR)、静电感应晶闸管(SITH)。
1.2单极型器件,是指器件内只有一种载流子(多数载流子)参与导电过程的半导体器件具有代表性的产品有电力场控晶体管(电力MOSFET)和静电感应晶体管(SIT)。单极型器件开关的时间较短,一般多在几十纳秒以下,这是因为大部分的载流子导电,无少子存储效应。
1.3混合型器件,是指双极型器件与单极型器件的集成混合其主导器件为GTR、GTO晶闸管和SCR,将MOSFET用来做控制器件混合集成之后产生的器件。这种器件不仅具有GTR、GTO晶闸管和SCR等双极型器件电流密度高、导通压降低的优点,又具备MOSFET等单极型器件输入阻抗高、响应速度快的优点。因此,人们开始高度重视这种新型混合器件。IGBT被人们公认为最有发展潜力的复合器件之一。
2绝缘栅双极型晶体管(IGBT)
2.1IGBT的地位及作用
IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor),中文我们称之为“绝缘栅双极晶体管”,是一种复合全控型电压驱动式功率半导体器件。它是电力电子技术的核心技术,且是电机控制和功率变换器的首选器件。广泛用于轨道交通、航空航天等战略性行业,具有高频率、高电压、大电流,易于开关等优良性能,被业界誉为功率变流装置的“CPU”。它是电力电子领域非常理想的开关器件,其频率特性介于MOSFET和功率晶体管之间,可正常工作在几十Hz的频率范围内,故在较高频率的大、中频率应用中占主要地位[2]。
2.2IGBT的工作原理(如图1)IGBT和电力MOSFET有很大的渊源,可以说IGBT是根据电力MOSFET的原理发展出来的,在结构上面,两者有很大的相似之处。但是,IGBT具有很强的电流控制能力。原因归结于两者间结果的不同之处,即:IGBT多一个P层发射级。在IGBT导通时,这个p层发射级可由P+注入区向N基区发射载流子(空穴),以调制漂移区的电导率。IGBT的开通和关断是由门极电压来控制的。门极是以正向栅极电压时,MOSFET内形成沟道并未PNP晶体管提供基极电流,从而使IGBT导通。在门极施以负电压时,MOSFET内的沟道消失,PNP晶体管的基极电流被切断,IGBT关断。
3IGBT的应用领域
IGBT作为电机控制和功率半导体器件首选器件,在轨道交通、航空航天、船舶驱动、新能源电动汽车、风力发电、太阳能发电、高压变频、工业传动及电力传输等多个重要行业和领域广泛运用。目前,在轨道交通高速动车组、大功率电力机车、城轨车辆几乎普遍采用IGBT;在节能环保领域,IGBT成为节能设备最核心的部件;在电力传输领域,IGBT在柔性输电等技术中发挥越来越大的作用。同时,大功率IGBT也是谐波治理中最理想的开关器件。因此,IGBT具有良好的市场前景。在未来很长一段时间内,为适应全球降低CO2排放的战略需要,IGBT将更加广泛地应用于可再生能源发电、智能配电与控制、分布式发电、电力牵引等领域,成为节能技术和低碳经济的主要支撑。
4IGBT的发展现状
IGBT是电力电子时代的新宠。它是一种很优秀的电力电子器件,已逐渐替代了晶闸管,成为电力电子技术平台性的器件。虽然国外的IGBT产业取得了很大进展,但令人叹惋的是,我们国家目前并未形成自己的IGBT产业,目前我们使用的IGBT管子全部是进口购买的。我国只能进口国外IGBT芯片,自己进行少量封装。因此对于我们这样一个拥有13亿人口的大国,像IGBT这样的基础元件及其相关技术,必须拥有自己的IGBT产业。随着国家对电力电子技术发展的重视,相信很快就会用上自己生产出的IGBT。
关键词：电力电子技术应用发展前景
一、电力电子技术概述
1、电力电子技术的含义
电力电子技术是利用电力电子器件对电能进行变换和控制且应用于电力领域的电子技术，它是一门新兴学科。电力电子技术功率强大、可供诸如电力系统那样大的电流以及高电压场合应用，它与传统的电子技术相比，其特殊之处是因为它能够通过大电流和承受高电压，而且还有在大功率情况下，器件发热、运行效率的问题。电力电子技术分为两个分支：电力电子器件制造技术和交流技术。
2、电力电子技术的地位和作用
电力电子技术至今诞生近50年，特别是近年来更是取得了突飞猛进的发展，已经形成十分完整的科学体系和理论。信息技术的发展造就了信息时代“弱电控制强电”电力电子技术的实现是人类社会的第二次电子革命。由于将来工业高度自动化，计算技术、电力电子技术以及自动控制技术将会成为三种最重要的技术。
二、电力电子技术的发展
1、整流器时代
大功率的工业用电由工频（50Hz）交流发电机提供，但是大约20%的电能是以直流形式消费的，其中最典型的是电解，牵引，和直流传动三大领域。大功率硅整流器能够高效率地把工频交流电转变为直流电。
2、逆变器时代
世界范围的能源危机出现在七十年代，由于交流电机变频调速节能效果显著而迅速得到发展。将直流电逆变为0-100Hz的交流电是变频调速的关键技术。随着变频调速装置的普及，当时电力电子器件的主角是大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管和门极可关断晶闸管，类似的应用还包括高压直流输出，静止式无功功率动态补偿等。
3、变频器时代
进入八十年代，出现了一批全新的全控型功率器件、首先是功率MOSFET的问世，致使中小功率电源向高频化发展，而后又出现了绝缘门极双极晶体管，又为大中型功率电源向高频发展提供了机遇。新型器件的发展不仅使交流电机变频调速提高了频率，使其性能更加完善可靠，而且也使现代电子技术不断向高频化发展，为用电设备提供了重要的技术基础，那就是高效节材节能，实现小型轻量化，机电一体化和智能化。
三、电力电子技术的应用
1、电力拖动
随着电力电子技术的发展，交流调速的水平已经取得了巨大的进步，在很多应用场合直流调速已经逐步被取代，尤其是在大功率应用场合更是显示出其优势。同时，根据不同的调速特性要求，开关磁阻调速，无换向器直流调速，内馈调速等，也有一些应用的场合。这种技术的产生为交流电机的调速运行奠定了技术基础。
2、交流输配电系统（FACTS）
目前，FACTS已经发展成为有十多类产品的大家族，主要分为两大类，一类是针对电网的污染而设计的功率因数校正和谐波治理装置，另一类是针对高压直流输电（HVDC）而设计的直流输电装置。滤波装置的发展从最早用机械开关投切电感和电容来吸收或者发出无功，发展到基于现代电力电子技术为基础的滤波装置。
超导技术在近期不断的发展，使得电力有源滤波装置的发展又进入了一个新的阶段。超导就是利用一定工艺制成的材料，在一定的外部条件作用下，使它的电阻值降得很低。因此，为了大大减少电路的损耗，可以利用超导储能。超导储能还具备响应快，联系方便，可随意控制有功和无功等优点。
对于大容量远距离输电来说HVDC技术具有很强的经济性，并具备交流输电所没有的优越性。经过多年的改革及发展，虽然我国的电网建设已经比较成熟，但是类似三峡这样一些大的发电站的建成并逐渐投产，对我国的电网输电能力及输电安全性还是新的挑战，直流输电以它优越的特性在三峡向华东电网输电的任务中发挥了重大作用。
3、应用电源系统
应用电源系统主要指的是直流电源，电焊机，脉冲电源，UPS电源，稳压电源等等。这些应用也是电力市场的主要用户之一。开关电源技术随着电力电子技术的发展也得到了促进和发展。其高频化工作的特点也带来了很多优点，如：隔离变压器小型化，开关噪声高频化等，使得开关电源的体积，重量，噪声等大大减少。同时，软开关技术的发展，带有源滤波整流器的发展，以及N+1冗余的设计思想，都使得应用电源的发展水平不断提升。
4、分布电力能源
近年来，小水力，风力，太阳能等再生能源得到了越来越广泛地开发和利用。然而，要能够使这些分布散，功率小，电压等级多样的电站并网运行，就使得电力电子技术的并网研究就显得十分重要。目前虽然国内外已经有很多学者在从事这方面的工作，但是发展的水平还相对比较低。
四、电力电子技术发展前景
1、标准化。根据情况，从业者在不断完善行业标准，并且在产品研制过程中严格贯彻执行相关的标准。
2、大容量化。高压和大电流的产品市场需求量比较大，但是由于电力电子器件发展水平的限制，这方面的进展还很不理想。
3、高性能化。电力电子技术的发展虽然比较迅速，并且在许多领域都开始大规模的应用和推广，但是在控制性能的改善上还需要作大量的研究工作。
关键词：电力电子技术；开关电源
现代电源技术是应用电力电子半导体器件,综合自动控制、计算机(微处理器)技术和电磁技术的多学科边缘交又技术。在各种高质量、高效、高可靠性的电源中起关键作用,是现代电力电子技术的具体应用。
当前,电力电子作为节能、节才、自动化、智能化、机电一体化的基础,正朝着应用技术高频化、硬件结构模块化、产品性能绿色化的方向发展。在不远的将来,电力电子技术将使电源技术更加成熟、经济、实用,实现高效率和高品质用电相结合。
1.电力电子技术的发展
现代电力电子技术的发展方向,是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学,向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代,并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。八十年代末期和九十年代初期发展起来的、以功率MOSFET和IGBT为代表的、集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件,表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。
1.1整流器时代
大功率的工业用电由工频(50Hz)交流发电机提供,但是大约20%的电能是以直流形式消费的,其中最典型的是电解(有色金属和化工原料需要直流电解)、牵引(电气机车、电传动的内燃机车、地铁机车、城市无轨电车等)和直流传动(轧钢、造纸等)三大领域。大功率硅整流器能够高效率地把工频交流电转变为直流电,因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得以很大发展。当时国内曾经掀起了-股各地大办硅整流器厂的热潮,目前全国大大小小的制造硅整流器的半导体厂家就是那时的产物。
1.2逆变器时代
七十年代出现了世界范围的能源危机,交流电机变频惆速因节能效果显著而迅速发展。变频调速的关键技术是将直流电逆变为0~100Hz的交流电。在七十年代到八十年代,随着变频调速装置的普及,大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管(GTR)和门极可关断晶闸管(GT0)成为当时电力电子器件的主角。类似的应用还包括高压直流输出,静止式无功功率动态补偿等。这时的电力电子技术已经能够实现整流和逆变,但工作频率较低,仅局限在中低频范围内。
1.3变频器时代
进入八十年代,大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展,为现代电力电子技术的发展奠定了基础。将集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合,出现了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的问世,导致了中小功率电源向高频化发展,而后绝缘门极双极晶体管(IGBT)的出现,又为大中型功率电源向高频发展带来机遇。MOSFET和IGBT的相继问世,是传统的电力电子向现代电力电子转化的标志。据统计,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半导体器件市场上已达到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在电力电子领域巳成定论。新型器件的发展不仅为交流电机变频调速提供了较高的频率,使其性能更加完善可靠,而且使现代电子技术不断向高频化发展,为用电设备的高效节材节能,实现小型轻量化,机电一体化和智能化提供了重要的技术基础。
2.现代电力电子的应用领域
2.1计算机高效率绿色电源
高速发展的计算机技术带领人类进入了信息社会,同时也促进了电源技术的迅速发展。八十年代,计算机全面采用了开关电源,率先完成计算机电源换代。接着开关电源技术相继进人了电子、电器设备领域。
计算机技术的发展,提出绿色电脑和绿色电源。绿色电脑泛指对环境无害的个人电脑和相关产品，绿色电源系指与绿色电脑相关的高效省电电源,根据美国环境保护署l992年6月17日"能源之星"计划规定,桌上型个人电脑或相关的设备,在睡眠状态下的耗电量若小于30瓦,就符合绿色电脑的要求,提高电源效率是降低电源消耗的根本途径。就目前效率为75%的200瓦开关电源而言,电源自身要消耗50瓦的能源。
2.2通信用高频开关电源
通信业的迅速发展极大的推动了通信电源的发展。高频小型化的开关电源及其技术已成为现代通信供电系统的主流。在通信领域中,通常将整流器称为一次电源,而将直流-直流(DC/DC)变换器称为二次电源。一次电源的作用是将单相或三相交流电网变换成标称值为48V的直流电源。目前在程控交换机用的一次电源中,传统的相控式稳压电源己被高频开关电源取代,高频开关电源(也称为开关型整流器SMR)通过MOSFET或IGBT的高频工作,开关频率一般控制在50-100kHz范围内,实现高效率和小型化。近几年,开关整流器的功率容量不断扩大,单机容量己从48V/12.5A、48V/20A扩大到48V/200A、48V/400A。
因通信设备中所用集成电路的种类繁多,其电源电压也各不相同,在通信供电系统中采用高功率密度的高频DC-DC隔离电源模块,从中间母线电压(一般为48V直流)变换成所需的各种直流电压,这样可大大减小损耗、方便维护,且安装、增加非常方便。一般都可直接装在标准控制板上,对二次电源的要求是高功率密度。因通信容量的不断增加,通信电源容量也将不断增加。
2.3直流-直流(DC/DC)变换器
DC/DC变换器将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压,这种技术被广泛应用于无轨电车、地铁列车、电动车的无级变速和控制,同时使上述控制获得加速平稳、快速响应的性能,并同时收到节约电能的效果。用直流斩波器代替变阻器可节约电能(20~30)%。直流斩波器不仅能起调压的作用(开关电源),同时还能起到有效地抑制电网侧谐波电流噪声的作用。
通信电源的二次电源DC/DC变换器已商品化,模块采用高频PWM技术,开关频率在500kHz左右,功率密度为5W~20W/in3。随着大规模集成电路的发展,要求电源模块实现小型化,因此就要不断提高开关频率和采用新的电路拓扑结构,目前已有一些公司研制生产了采用零电流开关和零电压开关技术的二次电源模块,功率密度有较大幅度的提高。
2.4不间断电源(UPS)
不间断电源(UPS)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。交流市电输入经整流器变成直流,一部分能量给蓄电池组充电,另一部分能量经逆变器变成交流,经转换开关送到负载。为了在逆变器故障时仍能向负载提供能量,另一路备用电源通过电源转换开关来实现。
现代UPS普遍了采用脉宽调制技术和功率M0SFET、IGBT等现代电力电子器件,电源的噪声得以降低,而效率和可靠性得以提高。微处理器软硬件技术的引入,可以实现对UPS的智能化管理,进行远程维护和远程诊断。目前在线式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS发展也很迅速,已经有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多种规格的产品。
2.5变频器电源
变频器电源主要用于交流电机的变频调速,其在电气传动系统中占据的地位日趋重要,已获得巨大的节能效果。变频器电源主电路均采用交流-直流-交流方案。工频电源通过整流器变成固定的直流电压,然后由大功率晶体管或IGBT组成的PWM高频变换器,将直流电压逆变成电压、频率可变的交流输出,电源输出波形近似于正弦波,用于驱动交流异步电动机实现无级调速。
国际上400kVA以下的变频器电源系列产品已经问世。八十年代初期,日本东芝公司最先将交流变频调速技术应用于空调器中。至1997年,其占有率已达到日本家用空调的70%以上。变频空调具有舒适、节能等优点。国内于90年代初期开始研究变频空调,96年引进生产线生产变频空调器,逐渐形成变频空调开发生产热点。预计到2000年左右将形成。变频空调除了变频电源外,还要求有适合于变频调速的压缩机电机。优化控制策略,精选功能组件,是空调变频电源研制的进一步发展方向。
2.6高频逆变式整流焊机电源
高频逆变式整流焊机电源是一种高性能、高效、省材的新型焊机电源,代表了当今焊机电源的发展方向。由于IGBT大容量模块的商用化,这种电源更有着广阔的应用前景。
逆变焊机电源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)变换的方法。50Hz交流电经全桥整流变成直流,IGBT组成的PWM高频变换部分将直流电逆变成20kHz的高频矩形波,经高频变压器耦合,整流滤波后成为稳定的直流,供电弧使用。
由于焊机电源的工作条件恶劣,频繁的处于短路、燃弧、开路交替变化之中,因此高频逆变式整流焊机电源的工作可靠性问题成为最关键的问题,也是用户最关心的问题。采用微处理器做为脉冲宽度调制(PWM)的相关控制器,通过对多参数、多信息的提取与分析,达到预知系统各种工作状态的目的,进而提前对系统做出调整和处理,解决了目前大功率IGBT逆变电源可靠性。
国外逆变焊机已可做到额定焊接电流300A,负载持续率60%,全载电压60~75V,电流调节范围5~300A,重量29kg。
2.7大功率开关型高压直流电源
大功率开关型高压直流电源广泛应用于静电除尘、水质改良、医用X光机和CT机等大型设备。电压高达50~l59kV,电流达到0.5A以上,功率可达100kW。
自从70年代开始,日本的一些公司开始采用逆变技术,将市电整流后逆变为3kHz左右的中频,然后升压。进入80年代,高频开关电源技术迅速发展。德国西门子公司采用功率晶体管做主开关元件,将电源的开关频率提高到20kHz以上。并将干式变压器技术成功的应用于高频高压电源,取消了高压变压器油箱,使变压器系统的体积进一步减小。
国内对静电除尘高压直流电源进行了研制,市电经整流变为直流,采用全桥零电流开关串联谐振逆变电路将直流电压逆变为高频电压,然后由高频变压器升压,最后整流为直流高压。在电阻负载条件下,输出直流电压达到55kV,电流达到15mA,工作频率为25.6kHz。
2.8电力有源滤波器
传统的交流-直流(AC-DC)变换器在投运时,将向电网注入大量的谐波电流,引起谐波损耗和干扰,同时还出现装置网侧功率因数恶化的现象,即所谓"电力公害",例如,不可控整流加电容滤波时,网侧三次谐波含量可达(70~80)%,网侧功率因数仅有0.5~0.6。
电力有源滤波器是一种能够动态抑制谐波的新型电力电子装置,能克服传统LC滤波器的不足,是一种很有发展前途的谐波抑制手段。滤波器由桥式开关功率变换器和具体控制电路构成。与传统开关电源的区别是:(l)不仅反馈输出电压,还反馈输入平均电流;(2)电流环基准信号为电压环误差信号与全波整流电压取样信号之乘积。
2.9分布式开关电源供电系统
分布式电源供电系统采用小功率模块和大规模控制集成电路作基本部件,利用最新理论和技术成果,组成积木式、智能化的大功率供电电源,从而使强电与弱电紧密结合,降低大功率元器件、大功率装置(集中式)的研制压力,提高生产效率。
八十年代初期,对分布式高频开关电源系统的研究基本集中在变换器并联技术的研究上。八十年代中后期,随着高频功率变换技术的迅述发展，各种变换器拓扑结构相继出现,结合大规模集成电路和功率元器件技术,使中小功率装置的集成成为可能,从而迅速地推动了分布式高频开关电源系统研究的展开。自八十年代后期开始,这一方向已成为国际电力电子学界的研究热点,论文数量逐年增加，应用领域不断扩大。
分布供电方式具有节能、可靠、高效、经济和维护方便等优点。已被大型计算机、通信设备、航空航天、工业控制等系统逐渐采纳,也是超高速型集成电路的低电压电源(3.3V)的最为理想的供电方式。在大功率场合,如电镀、电解电源、电力机车牵引电源、中频感应加热电源、电动机驱动电源等领域也有广阔的应用前景。
3.高频开关电源的发展趋势
在电力电子技术的应用及各种电源系统中，开关电源技术均处于核心地位。对于大型电解电镀电源,传统的电路非常庞大而笨重,如果采用高顿开关电源技术,其体积和重量都会大幅度下降,而且可极大提高电源利用效率、节省材料、降低成本。在电动汽车和变频传动中,更是离不开开关电源技术，通过开关电源改变用电频率,从而达到近于理想的负载匹配和驱动控制。高频开关电源技术,更是各种大功率开关电源(逆变焊机、通讯电源、高频加热电源、激光器电源、电力操作电源等)的核心技术。
3.1高频化
理论分析和实践经验表明,电气产品的变压器、电感和电容的体积重量与供电频率的平方根成反比。所以当我们把频率从工频50Hz提高到20kHz,提高400倍的话,用电设备的体积重量大体下降至工频设计的5~l0%。无论是逆变式整流焊机,还是通讯电源用的开关式整流器,都是基于这一原理。同样,传统"整流行业"的电镀、电解、电加工、充电、浮充电、电力合闸用等各种直流电源也可以根据这一原理进行改造,成为"开关变换类电源",其主要材料可以节约90%或更高,还可节电30%或更多。由于功率电子器件工作频率上限的逐步提高,促使许多原来采用电子管的传统高频设备固态化,带来显著节能、节水、节约材料的经济效益,更可体现技术含量的价值。
3.2模块化
模块化有两方面的含义,其一是指功率器件的模块化,其二是指电源单元的模块化。我们常见的器件模块,含有一单元、两单元、六单元直至七单元,包括开关器件和与之反并联的续流二极管,实质上都属于"标准"功率模块(SPM)。近年,有些公司把开关器件的驱动保护电路也装到功率模块中去,构成了"智能化"功率模块(IPM),不但缩小了整机的体积,更方便了整机的设计制造。实际上,由于频率的不断提高,致使引线寄生电感、寄生电容的影响愈加严重,对器件造成更大的电应力(表现为过电压、过电流毛刺)。为了提高系统的可靠性,有些制造商开发了"用户专用"功率模块(ASPM),它把一台整机的几乎所有硬件都以芯片的形式安装到一个模块中,使元器件之间不再有传统的引线连接,这样的模块经过严格、合理的热、电、机械方面的设计,达到优化完美的境地。它类似于微电子中的用户专用集成电路(ASIC)。只要把控制软件写入该模块中的微处理器芯片,再把整个模块固定在相应的散热器上,就构成一台新型的开关电源装置。由此可见,模块化的目的不仅在于使用方便,缩小整机体积,更重要的是取消传统连线,把寄生参数降到最小,从而把器件承受的电应力降至最低,提高系统的可靠性。这样,不但提高了功率容量,在有限的器件容量的情况下满足了大电流输出的要求,而且通过增加相对整个系统来说功率很小的冗余电源模块,极大的提高系统可靠性,即使万一出现单模块故障,也不会影响系统的正常工作,而且为修复提供充分的时间。3.3数字化
在传统功率电子技术中,控制部分是按模拟信号来设计和工作的。在六、七十年代,电力电子技术拟电路基础上的。但是,现在数字式信号、数字电路显得越来越重要,数字信号处理技术日趋完善成熟,显示出越来越多的优点:便于计算机处理控制、避免模拟信号的畸变失真、减小杂散信号的干扰(提高抗干扰能力)、便于软件包调试和遥感遥测遥调,也便于自诊断、容错等技术的植入。所以,在八、九十年代,对于各类电路和系统的设计来说,模拟技术还是有用的,特别是:诸如印制版的布图、电磁兼容(EMC)问题以及功率因数修正(PFC)等问题的解决,离不开模拟技术的知识,但是对于智能化的开关电源,需要用计算机控制时,数字化技术就离不开了。
3.4绿色化
电源系统的绿色化有两层含义:首先是显著节电,这意味着发电容量的节约,而发电是造成环境污染的重要原因,所以节电就可以减少对环境的污染;其次这些电源不能(或少)对电网产生污染,国际电工委员会(IEC)对此制定了一系列标准,如IEC555、IEC917、IECl000等。事实上,许多功率电子节电设备,往往会变成对电网的污染源:向电网注入严重的高次谐波电流,使总功率因数下降,使电网电压耦合许多毛刺尖峰,甚至出现缺角和畸变。20世纪末,各种有源滤波器和有源补偿器的方案诞生,有了多种修正功率因数的方法。
总而言之,电力电子及开关电源技术因应用需求不断向前发展,新技术的出现又会使许多应用产品更新换代,还会开拓更多更新的应用领域。开关电源高频化、模块化、数字化、绿色化等的实现,将标志着这些技术的成熟,实现高效率用电和高品质用电相结合。这几年,随着通信行业的发展,以开关电源技术为核心的通信用开关电源,仅国内有20多亿人民币的市场需求,吸引了国内外一大批科技人员对其进行开发研究。开关电源代替线性电源和相控电源是大势所趋,因此,同样具有几十亿产值需求的电力操作电源系统的国内市场正在启动,并将很快发展起来。还有其它许多以开关电源技术为核心的专用电源、工业电源正在等待着人们去开发。
参考文献：
[1]林渭勋:浅谈半导体高频电力电子技术,电力电子技术选编,浙江大学,384-390,1992。
1.电力电子技术的发展
现代电力电子技术的发展方向,是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学,向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代,并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。八十年代末期和九十年代初期发展起来的、以功率MOSFET和IGBT为代表的、集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件,表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。
1.1整流器时代
大功率的工业用电由工频(50Hz)交流发电机提供,但是大约20%的电能是以直流形式消费的,其中最典型的是电解(有色金属和化工原料需要直流电解)、牵引(电气机车、电传动的内燃机车、地铁机车、城市无轨电车等)和直流传动(轧钢、造纸等)三大领域。大功率硅整流器能够高效率地把工频交流电转变为直流电,因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得以很大发展。当时国内曾经掀起了-股各地大办硅整流器厂的热潮,目前全国大大小小的制造硅整流器的半导体厂家就是那时的产物。
1.2逆变器时代
七十年代出现了世界范围的能源危机,交流电机变频惆速因节能效果显著而迅速发展。变频调速的关键技术是将直流电逆变为0~100Hz的交流电。在七十年代到八十年代,随着变频调速装置的普及,大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管(GTR)和门极可关断晶闸管(GT0)成为当时电力电子器件的主角。类似的应用还包括高压直流输出,静止式无功功率动态补偿等。这时的电力电子技术已经能够实现整流和逆变,但工作频率较低,仅局限在中低频范围内。
1.3变频器时代
进入八十年代,大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展,为现代电力电子技术的发展奠定了基础。将集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合,出现了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的问世,导致了中小功率电源向高频化发展,而后绝缘门极双极晶体管(IGBT)的出现,又为大中型功率电源向高频发展带来机遇。MOSFET和IGBT的相继问世,是传统的电力电子向现代电力电子转化的标志。据统计,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半导体器件市场上已达到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在电力电子领域巳成定论。新型器件的发展不仅为交流电机变频调速提供了较高的频率,使其性能更加完善可靠,而且使现代电子技术不断向高频化发展,为用电设备的高效节材节能,实现小型轻量化,机电一体化和智能化提供了重要的技术基础。
2.现代电力电子的应用领域
2.1计算机高效率绿色电源
高速发展的计算机技术带领人类进入了信息社会,同时也促进了电源技术的迅速发展。八十年代,计算机全面采用了开关电源,率先完成计算机电源换代。接着开关电源技术相继进人了电子、电器设备领域。
计算机技术的发展,提出绿色电脑和绿色电源。绿色电脑泛指对环境无害的个人电脑和相关产品，绿色电源系指与绿色电脑相关的高效省电电源,根据美国环境保护署l992年6月17日“能源之星"计划规定,桌上型个人电脑或相关的设备,在睡眠状态下的耗电量若小于30瓦,就符合绿色电脑的要求,提高电源效率是降低电源消耗的根本途径。就目前效率为75%的200瓦开关电源而言,电源自身要消耗50瓦的能源。
2.2通信用高频开关电源
通信业的迅速发展极大的推动了通信电源的发展。高频小型化的开关电源及其技术已成为现代通信供电系统的主流。在通信领域中,通常将整流器称为一次电源,而将直流-直流(DC/DC)变换器称为二次电源。一次电源的作用是将单相或三相交流电网变换成标称值为48V的直流电源。目前在程控交换机用的一次电源中,传统的相控式稳压电源己被高频开关电源取代,高频开关电源(也称为开关型整流器SMR)通过MOSFET或IGBT的高频工作,开关频率一般控制在50-100kHz范围内,实现高效率和小型化。近几年,开关整流器的功率容量不断扩大,单机容量己从48V/12.5A、48V/20A扩大到48V/200A、48V/400A。
因通信设备中所用集成电路的种类繁多,其电源电压也各不相同,在通信供电系统中采用高功率密度的高频DC-DC隔离电源模块,从中间母线电压(一般为48V直流)变换成所需的各种直流电压,这样可大大减小损耗、方便维护,且安装、增加非常方便。一般都可直接装在标准控制板上,对二次电源的要求是高功率密度。因通信容量的不断增加,通信电源容量也将不断增加。
2.3直流-直流(DC/DC)变换器
DC/DC变换器将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压,这种技术被广泛应用于无轨电车、地铁列车、电动车的无级变速和控制,同时使上述控制获得加速平稳、快速响应的性能,并同时收到节约电能的效果。用直流斩波器代替变阻器可节约电能(20~30)%。直流斩波器不仅能起调压的作用(开关电源),同时还能起到有效地抑制电网侧谐波电流噪声的作用。
通信电源的二次电源DC/DC变换器已商品化,模块采用高频PWM技术,开关频率在500kHz左右,功率密度为5W~20W/in3。随着大规模集成电路的发展,要求电源模块实现小型化,因此就要不断提高开关频率和采用新的电路拓扑结构,目前已有一些公司研制生产了采用零电流开关和零电压开关技术的二次电源模块,功率密度有较大幅度的提高。
2.4不间断电源(UPS)
不间断电源(UPS)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。交流市电输入经整流器变成直流,一部分能量给蓄电池组充电,另一部分能量经逆变器变成交流,经转换开关送到负载。为了在逆变器故障时仍能向负载提供能量,另一路备用电源通过电源转换开关来实现。
现代UPS普遍了采用脉宽调制技术和功率M0SFET、IGBT等现代电力电子器件,电源的噪声得以降低,而效率和可靠性得以提高。微处理器软硬件技术的引入,可以实现对UPS的智能化管理,进行远程维护和远程诊断。
目前在线式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS发展也很迅速,已经有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多种规格的产品。
2.5变频器电源
变频器电源主要用于交流电机的变频调速,其在电气传动系统中占据的地位日趋重要,已获得巨大的节能效果。变频器电源主电路均采用交流-直流-交流方案。工频电源通过整流器变成固定的直流电压,然后由大功率晶体管或IGBT组成的PWM高频变换器,将直流电压逆变成电压、频率可变的交流输出,电源输出波形近似于正弦波,用于驱动交流异步电动机实现无级调速。
国际上400kVA以下的变频器电源系列产品已经问世。八十年代初期,日本东芝公司最先将交流变频调速技术应用于空调器中。至1997年,其占有率已达到日本家用空调的70%以上。变频空调具有舒适、节能等优点。国内于90年代初期开始研究变频空调,96年引进生产线生产变频空调器,逐渐形成变频空调开发生产热点。预计到2000年左右将形成。变频空调除了变频电源外,还要求有适合于变频调速的压缩机电机。优化控制策略,精选功能组件,是空调变频电源研制的进一步发展方向。
2.6高频逆变式整流焊机电源
高频逆变式整流焊机电源是一种高性能、高效、省材的新型焊机电源,代表了当今焊机电源的发展方向。由于IGBT大容量模块的商用化,这种电源更有着广阔的应用前景。
逆变焊机电源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)变换的方法。50Hz交流电经全桥整流变成直流,IGBT组成的PWM高频变换部分将直流电逆变成20kHz的高频矩形波,经高频变压器耦合,整流滤波后成为稳定的直流,供电弧使用。
由于焊机电源的工作条件恶劣,频繁的处于短路、燃弧、开路交替变化之中,因此高频逆变式整流焊机电源的工作可靠性问题成为最关键的问题,也是用户最关心的问题。采用微处理器做为脉冲宽度调制(PWM)的相关控制器,通过对多参数、多信息的提取与分析,达到预知系统各种工作状态的目的,进而提前对系统做出调整和处理,解决了目前大功率IGBT逆变电源可靠性。
国外逆变焊机已可做到额定焊接电流300A,负载持续率60%,全载电压60~75V,电流调节范围5~300A,重量29kg。
2.7大功率开关型高压直流电源
大功率开关型高压直流电源广泛应用于静电除尘、水质改良、医用X光机和CT机等大型设备。电压高达50~l59kV,电流达到0.5A以上,功率可达100kW。
自从70年代开始,日本的一些公司开始采用逆变技术,将市电整流后逆变为3kHz左右的中频,然后升压。进入80年代,高频开关电源技术迅速发展。德国西门子公司采用功率晶体管做主开关元件,将电源的开关频率提高到20kHz以上。并将干式变压器技术成功的应用于高频高压电源,取消了高压变压器油箱,使变压器系统的体积进一步减小。
国内对静电除尘高压直流电源进行了研制,市电经整流变为直流,采用全桥零电流开关串联谐振逆变电路将直流电压逆变为高频电压,然后由高频变压器升压,最后整流为直流高压。在电阻负载条件下,输出直流电压达到55kV,电流达到15mA,工作频率为25.6kHz。
2.8电力有源滤波器
传统的交流-直流(AC-DC)变换器在投运时,将向电网注入大量的谐波电流,引起谐波损耗和干扰,同时还出现装置网侧功率因数恶化的现象,即所谓“电力公害”,例如,不可控整流加电容滤波时,网侧三次谐波含量可达(70~80)%,网侧功率因数仅有0.5~0.6。
电力有源滤波器是一种能够动态抑制谐波的新型电力电子装置,能克服传统LC滤波器的不足,是一种很有发展前途的谐波抑制手段。滤波器由桥式开关功率变换器和具体控制电路构成。与传统开关电源的区别是:(l)不仅反馈输出电压,还反馈输入平均电流;(2)电流环基准信号为电压环误差信号与全波整流电压取样信号之乘积。
2.9分布式开关电源供电系统
分布式电源供电系统采用小功率模块和大规模控制集成电路作基本部件,利用最新理论和技术成果,组成积木式、智能化的大功率供电电源,从而使强电与弱电紧密结合,降低大功率元器件、大功率装置(集中式)的研制压力,提高生产效率。
八十年代初期,对分布式高频开关电源系统的研究基本集中在变换器并联技术的研究上。八十年代中后期,随着高频功率变换技术的迅述发展，各种变换器拓扑结构相继出现,结合大规模集成电路和功率元器件技术,使中小功率装置的集成成为可能,从而迅速地推动了分布式高频开关电源系统研究的展开。自八十年代后期开始,这一方向已成为国际电力电子学界的研究热点,论文数量逐年增加，应用领域不断扩大。
分布供电方式具有节能、可靠、高效、经济和维护方便等优点。已被大型计算机、通信设备、航空航天、工业控制等系统逐渐采纳,也是超高速型集成电路的低电压电源(3.3V)的最为理想的供电方式。在大功率场合,如电镀、电解电源、电力机车牵引电源、中频感应加热电源、电动机驱动电源等领域也有广阔的应用前景。
3.高频开关电源的发展趋势
在电力电子技术的应用及各种电源系统中，开关电源技术均处于核心地位。对于大型电解电镀电源,传统的电路非常庞大而笨重,如果采用高顿开关电源技术,其体积和重量都会大幅度下降,而且可极大提高电源利用效率、节省材料、降低成本。在电动汽车和变频传动中,更是离不开开关电源技术，通过开关电源改变用电频率,从而达到近于理想的负载匹配和驱动控制。高频开关电源技术,更是各种大功率开关电源(逆变焊机、通讯电源、高频加热电源、激光器电源、电力操作电源等)的核心技术。
3.1高频化
理论分析和实践经验表明,电气产品的变压器、电感和电容的体积重量与供电频率的平方根成反比。所以当我们把频率从工频50Hz提高到20kHz,提高400倍的话,用电设备的体积重量大体下降至工频设计的5~l0%。无论是逆变式整流焊机,还是通讯电源用的开关式整流器,都是基于这一原理。同样,传统“整流行业”的电镀、电解、电加工、充电、浮充电、电力合闸用等各种直流电源也可以根据这一原理进行改造,成为“开关变换类电源”,其主要材料可以节约90%或更高,还可节电30%或更多。由于功率电子器件工作频率上限的逐步提高,促使许多原来采用电子管的传统高频设备固态化,带来显著节能、节水、节约材料的经济效益,更可体现技术含量的价值。
3.2模块化
模块化有两方面的含义,其一是指功率器件的模块化,其二是指电源单元的模块化。我们常见的器件模块,含有一单元、两单元、六单元直至七单元,包括开关器件和与之反并联的续流二极管,实质上都属于“标准”功率模块(SPM)。近年,有些公司把开关器件的驱动保护电路也装到功率模块中去,构成了“智能化”功率模块(IPM),不但缩小了整机的体积,更方便了整机的设计制造。实际上,由于频率的不断提高,致使引线寄生电感、寄生电容的影响愈加严重,对器件造成更大的电应力(表现为过电压、过电流毛刺)。为了提高系统的可靠性,有些制造商开发了“用户专用”功率模块(ASPM),它把一台整机的几乎所有硬件都以芯片的形式安装到一个模块中,使元器件之间不再有传统的引线连接,这样的模块经过严格、合理的热、电、机械方面的设计,达到优化完美的境地。它类似于微电子中的用户专用集成电路(ASIC)。只要把控制软件写入该模块中的微处理器芯片,再把整个模块固定在相应的散热器上,就构成一台新型的开关电源装置。由此可见,模块化的目的不仅在于使用方便,缩小整机体积,更重要的是取消传统连线,把寄生参数降到最小,从而把器件承受的电应力降至最低,提高系统的可靠性。另外,大功率的开关电源,由于器件容量的限制和增加冗余提高可靠性方面的考虑,一般采用多个独立的模块单元并联工作,采用均流技术,所有模块共同分担负载电流,一旦其中某个模块失效,其它模块再平均分担负载电流。这样,不但提高了功率容量,在有限的器件容量的情况下满足了大电流输出的要求,而且通过增加相对整个系统来说功率很小的冗余电源模块,极大的提高系统可靠性,即使万一出现单模块故障,也不会影响系统的正常工作,而且为修复提供充分的时间。
3.3数字化
在传统功率电子技术中,控制部分是按模拟信号来设计和工作的。在
六、七十年代,电力电子技术完全是建立在模拟电路基础上的。但是,现在数字式信号、数字电路显得越来越重要,数字信号处理技术日趋完善成熟,显示出越来越多的优点:便于计算机处理控制、避免模拟信号的畸变失真、减小杂散信号的干扰(提高抗干扰能力)、便于软件包调试和遥感遥测遥调,也便于自诊断、容错等技术的植入。所以,在
八、九十年代,对于各类电路和系统的设计来说,模拟技术还是有用的,特别是:诸如印制版的布图、电磁兼容(EMC)问题以及功率因数修正(PFC)等问题的解决,离不开模拟技术的知识,但是对于智能化的开关电源,需要用计算机控制时,数字化技术就离不开了。
3.4绿色化
电源系统的绿色化有两层含义:首先是显著节电,这意味着发电容量的节约,而发电是造成环境污染的重要原因,所以节电就可以减少对环境的污染;其次这些电源不能(或少)对电网产生污染,国际电工委员会(IEC)对此制定了一系列标准,如IEC555、IEC917、IECl000等。事实上,许多功率电子节电设备,往往会变成对电网的污染源:向电网注入严重的高次谐波电流,使总功率因数下降,使电网电压耦合许多毛刺尖峰,甚至出现缺角和畸变。20世纪末,各种有源滤波器和有源补偿器的方案诞生,有了多种修正功率因数的方法。这些为2l世纪批量生产各种绿色开关电源产品奠定了基础。
1电子技术发展现状
在电子技术中，处理电子信号是一个极其重要的工程，其处理方式多为信号的放大和转换。信号放大是将接收到的电子信号强化其等级和强度，便于再次接收或传输信号；信号转换是将信号表达形式进行转换，便于达到接收设备型号的要求。以应用的方向为根本，电子技术通常可分作信息电子技术和电力电子技术两类。以应用的方式为根本，信息电子技术能够细分为模拟（Analog）电子技术和数字（Digital）电子技术。
1.1信息电子技术
在汽车工业中，信息电子技术的应用形成了“电子汽车”概念并成为现实。智能化传感器通常用作处理、模拟信号的提供，并可以放大信号；软件技术，是不断广泛应用的各类新型技术的背景下，能对原有软件进行完善或根据需要连入互联网中；在汽车的安全、环保、发动机、传动系和速度控制以及故障诊断中，嵌入式微机处理机的应用已经较为普及。现阶段中，汽车性能利用微处理机进行改善是汽车电子设备重要的发展趋势。
1.2电力电子技术
电力电子技术的发展将传统电力电子技术转变为现代电力电子技术完美实现。传统电力电子技术通常为低频技术，波段强度和信号传输都较低；现代电力电子技术通常为高频技术，有较高的信号传输强度和频率[1]，对于现代信息高传输要求能够更好地满足。对于电力电子技术的应用范围和规模来说，在传统工业和高新技术产业中的应用基本普及。应用于高新技术产业中，协同其他科学技术为现代化建设提供了大量帮助。
2通信工程发展现状
通信工程在信息科技中是一个充满活力快速发展的领域，特别是光纤通信、互联网络通信和数字移动通信的发展，使人们传递和获取信息使更加便捷。由于人们不断提高的信息交流和传递要求，各类信息沟通使人们的日常生活和工作得到了很大改变，其中现代网络技术极其明显。现阶段中，网络技术的影子在日常生活中随处可见，人们对信息交流的的需求随着网络技术的应用得到了满足，可以看出，通信工程未来的发展极为可观。对信息产业极其广阔的覆盖面而言，不仅包括了获取和处理媒介信息的设备设施，还包含光纤、激光、卫星、计算机和自动控制等，信息产业凭借着新技术、大范围和高产值等特点，逐步朝着组成我国国民经济建设重要产业的方向发展。通信工程的现代光、电、声硬件基础技术，在相关软件的协同下能将信息交流实现。20世纪末至今，多媒体和互联网的应用得到了很大的推广，也很好地推动了通信工程的发展。21世纪初，逐步开始了通信和宽带技术的发展。
3电子技术与通信工程的关系
3.1电子技术对通信工程的推动作用
电子技术与通信技术的发展存在着不可缺少的联系。电子技术对通信技术的每个发展和进步阶段产生了支撑作用。例如在通信技术中，交换设备是基础设施重要的组成部分，但也是通信工程技术研究的瓶颈。这个瓶颈在应用电子技术以后得到了解决[2]，并不断完善了交换设備。现阶段中，通信技术的发展与电子技术的支持脱离不开，并且为通信技术发展道路提供了强劲的推动力量。
3.2通信工程对电子技术的推动作用
通信工程的快速发展也必然对电子技术的发展提供了的强劲推动力量。人与人之间交流和沟通能力的加强是通信技术产品的主要功能，促使信息能够以更高效率的传递在人与人之间，这也使的技术信息的传播得到了很好的促进。这些快速传播的信息提供给电子技术高速发展的必备条件。另外，通信技术的发展与电子技术的发展存在着依赖和被依赖的关系，从而推动电子技术的进一步发展并为通信技术提供了发展的需求。
4结束语
随着社会的进步和经济的发展，科学技术也得到了快速提升，人们需求的信息交流和传递不断增高，因此，在以后的发展过程中，不同的信息交流和沟通形式会使人们的生活得到极大的改变。这就要求我们必须将电子技术和通信工程之间的关系牢牢抓住并促进其得到更好的发展，便于未来和交流各类信息的需求得到满足。
参考文献
[1]梁晓楠.关于电子技术和通信工程的几点思考[J].中外企业家，2016，（03）：107.
[2]沈强.电子技术和通信工程探析[J].科技展望，2015，（14）：152.
【关键词】智能电网；电力电子技术；应用；优化措施
电网系统朝着智能化的方向发展，是新时期电力事业现代化建设的必然要求，更是电力电子技术快速发展下，电网构建的重要支撑。基于电力电子技术的应用，优化并保障电网安全，促进电网资源的可持续发展，充分体现出电力电子技术巨大的应用价值。因此，随着电力电子技术的应用及发展，其在智能电网构建中的应用日益广泛，并发挥着重要的作用。本文立足智能电网的构建需求，具体阐述了电力电子技术在智能电网构建中的具体应用。
1电力电子技术在智能电网构建中的作用
1.1依托电力电子技术，优化并保障电网安全
构建现代化智能电网，是新时期国家电力事业发展的重要方向。依托电力电子技术，是优化并保障电网安全的重要技术支撑。智能电网是一个复杂而系统的工程，基于系统的复杂变化、用户环境的不同，电网运行的稳定安全，更加强调电网应具备良好的适应能力和反应能力。电力电子技术是电网智能化构建的重要技术保障，对于提升电网架构能力、优化电网自动化程度，都发挥着重要的作用。因此，在技术应用及发展的过程中，电网智能化的构建能力将得到较大提升。
1.2基于电力电子技术，优化电网资源及发展
资源问题是电力事业发展的焦点，也是环境保护的重要领域。一方面，电力事业的发展，应基于电力电子技术，不断优化电网资源发展，对资源的调度、控制起到重要的作用；另一方面，建立起高效、清洁的电网系统，是新时期电力发展的重要方向。基于电力电子技术健全电网结构，进而在保障电网安全稳定、经济效益的前提之下，大力推进电网资源建设，特别是可再生资源的发展，实现节能减排。
2智能电网构建中电力电子技术的应用
2.1高压直流输电技术
如图1所示，高压直流输电技术的结构图。从图可以知道，在发电及用电系统中，所运用的是交流电，而在输电环节中，运用的直流输电系统。在换流变压器的输送之下，将输电线中的交流电输送至整流设备，进而实现交流电向高压直流电的转变。从实际而言，远距离的输电状态，在输电技术的选择上，更适合采用高压直流输电技术。（1）可以在线路故障之时，能够降低故障对电网造成的影响，“在大功率、点对点”的远距离输电中，确保了电网运行的安全；（2）远距离的大容量输电，要求智能电网的稳定性。
2.2智能开关技术
在保护电力系统的设备技术中，智能开关技术非常重要，是在电压（电流）制定相位断开电路的设备。从智能开关的结构来看，电源总开关、分开关是主体，对于断开或闭合电路起到重要作用。如图2所示，智能开关的技术结构图，从中可以知道，智能开关中总电源开关，能够对电路“过压”状态的保护。并且，在A、B、C分开关，能够对漏电、过流等问题，起到有效的保护作用。分开关的整体式结构，也在很大程度上确保了用户端的用电安全。因此，随着电力电子技术的不断发展，智能开关的应用及发展得到提高，特别是高性能开关设备的发展，推进了电网智能化建设。
2.3高压变频技术
基于节点的需求，在智能电网的构建中，高压变频技术的应用，可以实现节电，广泛应用于工业生产企业。但是，高压变频技术存在“高次谐波”污染。高压变频器在节能性能的实现，主要是基于功率单元串联多电平技术。该结构系统，不仅具有结构紧凑、工艺密度高等特点，而且能够实现灵活的操控，具有较好的实用性。
2.4需求侧技术
在现代电网构建中，基于用户的电力需求，应确保电力供应的稳定性与质量。首先，电力企业应提高配电自动化技术与电力电子技术的有机结合，进而为用户提供优质的电力服务；其次，电力企业要基于能源节约的目标，在需求侧进行技术优化，在需求侧技术的应用中，实现清洁能源与新能源的并网；再次，在故障限流的保障中，应基于需求侧技术的运用，为用户提供所需的电力要求，并智能网络的构建下，确保电力供应的效率及质量。
3结束语
总而言之，在智能电网的构建中，电力电子技术的应用及发展价值日益突显，在很大程度上支撑力智能电网的发展。依托电力电子技术中的“高压变频技术”、“智能开关技术”和“需求侧技术”，优化智能电网结构，确保智能电网的运行稳定及安全。
参考文献
[1]马红歌.电力电子技术在智能电网中的应用[J].数字技术与应用,2014(02).
