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【關鍵詞】電力電子;系統;集成;標準芯片

電力電子技術被廣泛應用在各行各業，尤其是建筑工業中，電力電子技術設備使用率較高。電力電子技術的應用不僅提高了這些應用行業的技術性、安全性以及工程成本管理質量，還極大的增加了人們對電力電子技術的信任。電力電子技術的應用不僅能夠降低工程對人力的使用，在降低人員雇傭成本的同時降低了事故發生的概率，尤其是一些危險性較高的行業如煤礦開采。電力電子技術的應用是時展、人們需求日益提高、企業發展的要求，因此，對電力電子集成技術畸形研究和探索是極其有必要的。

1、標準芯片的集成分析

電力電子集成技術的運用極大的促進了電力電子模板的設計和建成。電力電子模板設計不同于其他模板設計，其設計工作難度更大、對技術性要求更高，當然其成品模板的技術性優勢也更高，具有較高的通用性且無論是接口還是系統都具有標準化水平，能夠實現對電壓、功率以及數據的良好傳輸。此外，電力電子模板的接口較為標準，能夠將整個電力電子系統間的各個設備有效的連接，從而實現整個電力電子系統的集成化效果，便于整個電力電子系統滿足用戶的需求，提高系統的工作效率。

2、對變流器拓撲選擇的相關標準分析

變流器是電源產品的核心，在大多數的通信和移動設備中使用的都是直流電，照明設備大多采用的是交流電，然而，現在在電燈等照明的器件中會放入很多強度比較大的氣體，在變流器應用的環節中，由于LED 技術的高速發展，照明電源中的直流電會被分流。

為此，要分析在通信和移動技術中所使用的直流電，分析這些設備中使用的變流器的特點，然后制定拓撲的相關指標，對傳統的變流器拓撲和現代化的變流器拓撲進行比較和評估，分析出變流器拓撲選擇的標準主要有以下幾個：

2.1 輸入電壓的差異

如果輸入的電壓過高，就可以采用零電壓的形式，如果輸入的電壓過低，就必須使用同步整流，將電壓提高到標準的范圍內，現在，如果電壓低于12V 時就必須進行同步整流。

2.2 功率等級的差別

如果功率的等級大，在拓撲的時候就需要運用大量的開關，如果功率的等級小，只需要幾個開關就可以進行拓撲，在一般情況下，如果功率大于1 千瓦時，就要用4 個以上的開關，如果功率小于1 千瓦，運用兩個開關即可。電源數量與拓撲指標的關系分析見下表。

3、中功率變流器拓撲的選擇

全橋的拓撲方法在中功率的條件下應用比較多，能夠提供標準化的模塊，在對全橋拓撲形式進行選擇的時候，處除了進行初步的選擇之外，還要進行拓撲適應特征的實驗，對轉化的效率進行分析，分析拓撲過程中產生的耗損，分析器件的應力是否合適，分析拓撲在串聯和并聯的效果是否是好的，從而判斷集成性效果。從開關的方式來分析，全橋開關能夠使用傳統的OWM 開關和移向全橋開關，從拓撲的原理來分析，能夠將其設置成諧振型的拓撲和OMW 型的拓撲。為了使拓撲的效果更好，應該將電壓設置成400V，然后輸入，在拓撲指標的基礎上，對全橋拓撲的效果進行對比分析，從而得出結論。

4、變流器的對抗特點分析

電力電子集成系統的設計能夠實現電力電子系統模板設計的快速化、高效化以及其質量保證。電力電子模板的設計關乎用戶對電力電子系統性能是否滿意、系統穩定性是否合格，而且，電力電子模板設計工作中會出現諸多問題，例如電力電子模板兼容性以及串并聯的使用等。尤其要注意對合并模板過程中開關波紋大小的調整，保證其數值穩定在安全范圍內。此外，由于模板中設計的過濾裝置會使得整個電力電子系統電壓錯亂，極易出現設備燒毀事故，而究其原因，主要是因為過濾裝置安裝后導致整個電力電子系統的大小信號不穩定，從而導致設備對電壓的失控。鑒于電力電子系統大小信號穩定性的重要作用，必須在設備運行期間加強對信號穩定性的關注度，否則將導致電力電子集成系統的整體和局部故障，甚至造成整個系統的毀壞。

5、輸入阻抗的改進措施

變流器是整個電力電子集成系統中的重要設備，它保證來了電力電子系統對電流的變壓處理，但是，該設備的應用也極大的降低了電力電子系統的穩定性和安全性，例如系統電壓失控、電流變壓處理故障等等。面對這些問題，此時最好的解決措施就是對電壓環的環路線路進行調整，對環路中的相位裕度調整至90度左右，此時會出現電流量以及電流阻抗量數值變化的情況，這是要對電流環的穿越頻率進行提高并對過濾裝置的波紋進行設置，此時就能緩解電流環周邊組抗力降低的問題了。

另外，變流器因為電壓變化以及連鑄機設備的運轉影響也會出現阻抗力降低的問題，此問題最突出表現在電壓環穿越頻率和阻抗力的降低。面對這一問題，為了避免阻抗力的下降常見的解決措施為提高電壓穿環附近的帶寬數值，并將其相位裕度數值限定在60度左右。此外，極大影響阻抗力數值變化的設備運轉環境還有運用峰值的模式對變流器進行拓撲，這將導致阻抗力數值的驟然下降。阻抗數值是不能隨意變化的，否則將造成系統的損壞。面對這類問題，普遍采取的措施為采取合適的拓撲方式并限定相位裕度的數值，調整電力電子系統運轉的荷載條件，降低系統輸出和輸入的功率數值差異。電壓環中阻抗力的驟降對整個電力電子系統的穩定性將造成極大的影響，因此，必須重視這一問題的解決，不斷總結和記錄，對新出現影響阻抗力數值問題的原因進行探究和分析。

6、阻抗的輸出措施

阻抗力數值大小和穩定性關系到整個電力電子系統的安全性和運轉的有效性，因此，必須重視對整個電力電子系統阻抗力數值的調整，尤其是其輸入和輸出數值，更需要注意調整。在對阻抗力輸出數值進行調整時，要降低其數值，避免數值過大，而相應的阻抗力輸入數值要調整到一定數值，利用一或者二階段系統的輸出條件，對阻抗力進行調整，這樣能夠避免阻抗力數值的驟然下降。此外，還要控制好阻抗和諧振的頻率，無論是一階還是二階輸出系統，都要重視對頻率的調整和把握。

7、結語

總而言之，電力電子技術在建筑工業等行業中的應用已取得顯著的成效，極大的提高了其工作效率、質量以及安全性，電力電子技術在諸多行業和工程中被廣泛的肯定。而隨著計算機網絡技術的發展，其技術應用率更是被提高到更高的階段。因此，必須重視對電力電子集成技術的研究，從這方面來提高電力電子技術和系統的質量水平。電力電子集成技術發展的根本就是不斷的利用計算機網絡等新興技術來對工程施工的科技含量進行提高，這些技術是實現電力電子技術系統被更廣泛的使用的根本。

參考文獻：

[1] 錢照明， 張軍明， 謝小高， 顧亦磊， 呂征宇， 吳曉波. 電力電子系統集成研究進展與現狀[J]. 電工技術學報，2012，03：1-14.

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【關鍵詞】電力電子電路；電力電子；電子元件

電力電子技術誕生近半個世紀以來，使電氣工程、電子技術、自動化技術等領域發生了深刻的變化，同時也給人們的生活帶來了巨大的影響。目前，電力電子技術仍以迅猛的速度發展著，新的電力電子器件層出不窮，新的技術不斷涌現，其應用范圍也不斷擴展。不論在全世界還是在我國，電力電子慢慢的被人所熟知，下面我們就電力電子電路和其應用、結構等進行簡單闡述。

1.電力電子電路

1.1 電子電路的概念

電子電路時利用電力電子器件對工業電能進行變換和控制的大功率電子電路。因為電路中無旋轉元、部件，故又稱靜止式變流電路，以區別于傳統的旋轉式變流電路（由電動機和發電機組成的變流電路）。電力電子電路始見于20世紀30年代，包括由氣體閘流管和汞弧整流管組成的低頻變流電路和由高頻電子管組成的變流電路。它們構成了第一代電力電子電路。60年代由晶閘管組成了第二代電路，泛稱半導體電力電子電路（又稱半導體變流電路）。80年代，由于可關斷晶閘管（GTO）和雙極型功率晶體管（GTR）等新型器件的實用化，又逐漸在不同領域中取代了普通晶閘管并形成第三代電路。由于它們具有控制極關斷和工作頻帶較寬的優點，使電力電子電路具有更佳的技術和經濟性能，獲得了更為廣泛的應用。

1.2 電力電子電路的特征

電力電子器件一般都工作在開關狀態導通時（通態）阻抗很小，接近于短路，電壓降接近于零，而電流由外電路決定阻斷時（斷態）阻抗很大，接近于斷路，電流幾乎為零，而管子兩端電壓由外電路決定電力電子器件的動態特性（也就是開關特性）和參數，也是電力電子器件特性很重要的方面，有些時候甚至上升為第一位的重要問題。作電路分析時，為簡單起見往往用理想開關來代替

1.3 典型電力電子電路的系統結構

電力電子電路的系統包括以下三種：

（1）電力電子器件：如功率二極管、晶閘管、功率MOSFET、IGBT、MCT等，分為不控型、半控型、全控型三種類型。

（2）電力電子電路：包括整流（AC/DC變換）、逆變（DC/AC變換）、直流變換（DC/DC變換）、交流變換（AC/AC變換）四大基本類型的變換電路。

（3）電力電子電路的輔助電路：包括控制電路、驅動電路、緩沖電路、保護電路等幾大類電路。

1.4 電力電子電路的分類

按實現電能變換時電路功能分類，可分為4種。

①整流電路（AC/DC變換電路）：具有整流功能的電路。凡將交流電能轉換為直流電能的過程泛稱為整流。

②逆變電路（DC/AC變換電路）：具有逆變功能的電路。凡將直流電能轉換為交流電能的過程稱為逆變。

③交流變換電路（AC/AC變換電路）：能將交流電能的大小和頻率加以改變的電路。前者稱交流調壓電路；后者稱變頻電路。

④直流變換電路（DC/DC變換電路）：能將直流電能的大小和方向加以改變的電路。由于采用斬波控制方式，故又稱直流斬波電路。

2.電力電子技術的應用

自20世紀80年代，柔流輸電（FACTS）概念被提出后，電力電子技術在電力系統中的應用研究得到了極大的關注，多種設備相繼出現。已有不少文獻介紹和總結了相關設備的基本原理和應用現狀。以下按照電力系統的發電、輸電和配電以及節電環節，列舉電力電子技術的應用研究和現狀。

2.1 在輸電環節中的應用

電力電子器件應用于高壓輸電系統被稱為“硅片引起的第”，大幅度改善了電力網的穩定運行特性。配電系統迫切需要解決的問題是如何加強供電可靠性和提高電能質量。電能質量控制既要滿足對電壓、頻率、諧波和不對稱度的要求，還要抑制各種瞬態的波動和干擾。電力電子技術和現代控制技術在配電系統中的應用，即用戶電力（Custom Power）技術或稱DFACTS技術，是在FACTS各項成熟技術的基礎上發展起來的電能質量控制新技術。可以將DFACTS設備理解為FACTS設備的縮小版，其原理、結構均相同，功能也相似。由于潛在需求巨大，市場介入相對容易，開發投入和生產成本相對較低，隨著電力電子器件價格的不斷降低，可以預期DFACTS設備產品將進入快速發展期。

2.2 在節能環節的運用

在電氣設備中，變壓器和交流異步電動機等都屬于感性負載，這些設備在運行時不僅消耗有功功率，而且還消耗無功功率。因此，無功電源與有功電源一樣，是保證電能質量不可缺少的部分。在電力系統中應保持無功平衡，否則，將會使系統電壓降低，設備破壞，功率因數下降，嚴懲時會引起電壓崩潰，系統解裂，造成大面積停電事故。所以，當電力網或電氣設備無功容量不足時，應增裝無功補償設備，提高設備功率因數。

2.3 優化電能的使用

通過電力電子技術對電能的處理，使電能的使用達到合理、高效和節約，實現了電能使用最佳化。例如，在節電方面，針對風機水泵、電力牽引、軋機冶煉、輕工造紙、工業窯爐、感應加熱、電焊、化工、電解等14個方面的調查，潛在節電總量相當于1990年全國發電量的16%，所以推廣應用電力電子技術是節能的一項戰略措施，一般節能效果可達10%-40%。

3.電力電子技術目前在我國存在的主要問題

雖然我國電力電子的開發研究已有50年歷史，過去已經取得了長足的進步，但是與超大規模集成電路的發展一樣，該領域科技發展速度太快，加之我國財力和原有基礎薄弱等因素的限制，特別是當前面臨國外高科技沖擊等原因，我國電力電子有種被“邊緣化”的趨勢：即各行各業都迫切需要它，但是，各應用領域均沒將其作為研究重點，國內解決不了的就依靠進口！

當前存在的主要問題是：目前我國生產的大多數電力電子產品和裝置還主要基于晶閘管；雖然也能制造一些高技術的電力電子產品和裝置，但是它們均是采用國外生產的電力電子器件和組件多以組裝集成的方式制造的；特別是先進的全控型電力電子器件則全部依賴進口，而許多關系到國民經濟命脈和國家安全的若干關鍵領域中的核心技術、軟、硬件和關鍵設備，國外均是對我國進行控制和封鎖的。特別是關系到國民經濟命脈和國家安全的若干關鍵領域中的核心技術與國外先進水平的差距更大，迅速改變這一現狀是我們面臨的挑戰和義不容辭的任務。

參考文獻

[1]陳章潮，唐德光.城市電網規劃與改造[M].北京：中國電力出版社，1985.

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論文摘要 在人類所利用的能源當中，電能是最清潔最方便的；電氣傳動無疑有著很大的意義，隨著電力電子技術、計算機技術以及自動控制技術的迅速發展，電氣傳動技術也得到了長足的發展。本文在對大量國內外文獻分析的基礎上，總結和論述了我國在電力電子和電力傳動系統領域的研究現狀。

從學術的角度來看，電力電子技術的主要任務是研究電力電子器件（功率半導體）設備，轉換器拓撲結構，控制和電力電子應用，實現電力和磁場的能量轉換、控制、傳輸和存儲，以便實現合理和有效使用的各種形式的能源，高品質的人力的電力和磁場的能量。

1 電力電子的研究方向

就目前情況而言，我國電力電子的研究范圍與研究內容主要包括：1）電力電子元器件及功率集成電路；2）電力電子變換器技術的研究主要包括新的或電力能源的節約和新能源電力電子，軍事和空間應用等作為特殊的電力電子轉換器技術的智能電力電子變換器技術，控制電力電子系統和計算機仿真建模；3）電力電子技術的應用，其研究內容包括超高功率轉換器，在能源效率，可再生能源發電，鋼鐵，冶金，電力，電力牽引，船舶推進應用，電力電子系統的信息化和網絡；電力電子系統的故障分析和可靠性；復雜的電力電子系統的穩定性和適應性；4）電力電子系統集成，其研究內容包括標準化電力電子模塊；單芯片和多芯片系統設計，集成電力電子系統的穩定性和可靠性。

2 我國電力電子發展中存在的問題

當前的主要問題是：中國的電力電子產品和設備目前生產的大部分是也主要是晶閘管，雖然它可以創造一些高科技電子產品和電氣設備，但他們都使用電力電子外國生產設備和多組分組裝集成的制造方法，尤其是先進的全控型電力電子器件全部依賴進口，而許多關系到國民經濟和國家安全，在一些關鍵領域的核心技術，軟件，硬件和關鍵設備，我國的外資控制和封鎖。特別是在關系國民經濟和國家安全，更多先進水平的核心技術差距的關鍵領域，這種情況正在迅速變化的挑戰和我們的道德律令。

在過去，雖然我國國民經濟的各個部門，先后引進了國外先進技術，已開始注意到國內突出的問題，從表面上看，雖然對引進技術的絕大多數可以在幾年后達到國產化率70％的要求，但只要仔細分析，不難發現，并最終拒絕外國公司轉讓技術和關鍵部件，都涉及到高科技的電力電子技術和動力傳動產品在核心技術。

目前國外和問題的主要區別是：電力電子器件的全面控制，不能制造國內制造的高功率轉換器，低技術，設備可靠性差，電力電子數字控制技術水平仍處于初級階段；應用程序的控制技術和系統控制軟件的水平較低；缺乏經驗的重大項目等。高性能高功率轉換器設備幾乎全部從國外進口。

3 電力傳動系統的發展現狀分析

目前我國電力傳動系統的研究主要圍繞交流轉動系統展開，隨著交流電動機調速理論的突破和調速裝置（主要是變頻器）性能的完善，電動機的調速從直流發電機-電動機組調速、晶閘管可控整流器，直流調壓調速逐步發展到交流電動機變頻調速。交流傳動系統之所以發展得如此迅速，和一些關鍵性技術的突破性進展有關。它們是功率半導體器件（包括半控型和全控型）的制造技術、基于電力電子電路的電力變換技術、交流電動機控制技術以及微型計算機和大規模集成電路為基礎的全數字化控制技術。為了進一步提高交流傳動系統的性能，國內有關研究工作正圍繞以下幾個方面展開：

1）輸入電流為正弦和四象限運行開辟了新的途徑

高性能交流驅動系統電壓型PWM逆變器中的應用日益廣泛，PWM技術的研究更深入。 PWM功率半導體器件采用高頻開啟和關閉，成為一個在一定寬度的電壓脈沖序列法律的變化，為了實現頻率，變壓器，有效地控制和消除諧波的直流電壓。 PWM技術可分為三類：正弦PWM，優化PWM及隨機PWM。正弦PWM的電壓，電流和磁通正弦PWM計劃的目標包括。正弦PWM普遍提高功率器件的開關頻率將是一個非常出色的表現，在中小功率交流驅動系統等被廣泛使用。但為大容量的電源轉換設備，高開關頻率將導致大的開關損失，以及高功率設備，如GTO的開關頻率仍不做的非常高的在這種情況下，在最佳的PWM技術只是滿足的需求該設備。

2）應用矢量控制技術、直接轉矩控制技術及現代控制理論

交流電機交流驅動系統是一個多變量、非線性、強耦合、時變控制對象，變頻調速控制，電機控制的穩定狀態方程的研究動態控制非常令人滿意的結果的特點。 70年代初提出研究交流電機的控制過程的動態，不僅要控制每個變量的振幅，而控制的階段，為了實現交流電機磁通和轉矩的解耦矢量變換方法，促使高性能交流驅動系統逐漸向實際使用。高動態性能的電流矢量控制變頻器已成功應用于軋機主傳動，電力牽引系統和數控機床。此外，為了解決系統的復雜性和控制精度之間的矛盾，但也提出一個新的控制方法，如直接轉矩控制，方向控制電壓，特別是與微處理器控制技術，現代控制理論在各種控制方法也得到了應用，如二次型性能指標最優控制和雙位模擬調節器控制，可以提高系統的動態性能，滑（滑模）變結構控制可以提高系統的魯棒性，狀態觀測器和卡爾曼濾波器可以得到狀態信息不能測量，自適應控制能夠全面提高系統的性能。此外，智能控制技術，如模糊控制，神經網絡控制，也開始在交流變頻調速驅動系統用于提高控制精度和魯棒性。

3）廣泛應用微電子技術

隨著微電子技術的發展，數字式控制處理芯片的運算能力和可靠性得到很大提高，這使得全數字化控制系統取代以前的模擬器件控制系統成為可能。目前適于交流傳動系統的微處理器有單片機、數字信號處理器（Digital Signal Processor——DSP）、專用集成電路（Application Specific Integrated Circuit——ASIC）等。其中，高性能的計算機結構形式采用超高速緩沖儲存器、多總線結構、流水線結構和多處理器結構等。核心控制算法的實時完成、功率器件驅動信號的產生以及系統的監控、保護功能都可以通過微處理器實現，為交流傳動系統的控制提供很大的靈活性，且控制器的硬件電路標準化程度高，成本低，使得微處理器組成的全數字化控制系統達到了較高的性能價格比。

4 結論

雖然我國電力電子與電力系統傳動系統技術得到了長足的發展，但與發達國家相比仍然存在較大差距，許多關鍵技術有待突破，關鍵部件還長期依賴進口的局面還沒有打破。

參考文獻

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【關鍵詞】電力系統；電力電子技術；重要性；應用

對現代電工技術而言，電力電子技術是一項新技術，是在功率半導體器件、計算機技術、電路技術、現代控制技術等支撐下形成的一個技術平臺，充分體現出電子技術與電力的充分融合，它在電力系統中的應用成為一項重要課題。

1電力系統中電力電子技術的特點及應用重要性

1.1電力電子技術的現代化特點

如今，新型電力電子器件的優勢越來越明顯，它使電力電子技術不斷取得突變，逐漸擁有一系列現代化特點：一是全控化，它由普通的半控型晶閘管逐漸發展成為各種各樣的自關斷器件，這是電力電子技術的一項重大突破。自關斷電力電子器件全控化的實現大大簡化了電路，傳統復雜的換相電路被取代。二是集成化，它的分立方式與一般電力電子器件完全不同，任何全控型器件都由多個單元器件并聯而成，并在一個基片上集成。三是高頻化，它指的是由于電力電子器件實現了集成化，所以其工作速度得到了顯著的提升。四是高效率化，它主要體現在兩個方面，包括變換技術與器件，即電力電子器件不斷減少導通壓降，損耗得到降低；變換技術能加快器件開關的上升與下降過程，所以開關損耗也得到降低；器件運行狀態合理，運行效率有所提高，且軟開關技術在變換器中的應用進一步提高了運行效率。

1.2電力系統中應用電力電子技術的重要性

在繼承傳統技術優勢的基礎上，現代電力電子技術做出了一系列適應經濟社會發展需求的改變、調整，促使整個電力系統中電力電子技術扮演的角色越來越重要。一是優化使用電能，即電力電子技術不僅能保證電力系統運行正常，還能合理利用、配置電能及其他系統資源，促進電能實現10%~40%的優化，將其應用于電力系統是值得重視的。二是基于改造傳統的產業而進一步推動機電產業實現一體化發展，即隨著不斷研發新型產業、發展高端科學技術，更多產業需在投入使用之前全面實施電力電子技術的處理、加工，以確保電力系統穩定安全運行。三是為發展變頻化、高頻化提供方向，即為使機電設備、儀器等能在縮小體積的基礎上調整并提高其響應電力系統的速度，就需突破傳統工頻運作模式的限制，分析、研究電力系統的變頻化技術、高頻化技術，以支撐電力系統運行。四是電力電子技術正在朝著智能化的方向發展，它需要在信息、功率和諧發展的環節堅持促進電力電子技術與微電子技術的一體化進程，以推動整個電力系統盡早實現二次改革。

2電力系統中電力電子技術的具體應用

2.1應用于發電系統

在電力系統的發電系統中應用電力電子技術的主要目的在于使多種設備能改善運行特性，包括發電機組等，主要有大型發電機靜止勵磁控制、發電廠風機水泵變頻調速、風力或水力發電機變速恒頻勵磁、太陽能發電控制系統等。具體而言，在發電環節應用電力電子技術主要是通過發電機組的變頻調速、勵磁控制來體現。對各大型電廠的發電機組來說，靜止勵磁系統的應用是最廣泛、最普遍的，而大力發展電力電子技術使其將勵磁機環節取代，促使靜止勵磁系統真正實現低成本、高性能的運作以及簡化的控制構造。同時，電子技術對勵磁機環節的取代使得靜止勵磁能有效地、迅速地對自身進行調節，以促進整個電力系統大大提高運作效率。

2.2應用于輸電系統

電力電子技術在輸電系統的具體應用主要包括三個方面：一是直流輸電技術的應用，即出現第一項晶閘管換流器的階段就標志著電力電子技術在直流輸電中的應用，使電力系統具備穩定性良好、輸電容量大、控制調節便捷等優勢，這是電力電子技術應用于電力系統的一大亮點，為進一步建設電網提供條件。二是柔流輸電技術的應用，即該項電力電子技術能對交流輸電的阻抗、電壓進行快速調節，為控制交流輸電的功率提供保障，使電力系統控制的穩定性得到有效的改善。同時，柔流輸電技術在電力系統中得到廣泛應用的另一個原因在于它操作方便、價格低廉，其設備較其他設備而言不僅使用方便且便宜實惠，是大多數電力企業都會選擇的電力電子設備。三是靜止無功補償器（SVC）的應用，它早在20世紀70年代就在電力系統中得到了廣泛的應用，尤其是電力系統的輸電線路補償、負荷補償。對大功率輸電系統來說，應用靜止無功補償器能有效控制電壓，同時提高電力系統的阻尼與穩定性。在設計靜止無功補償器時并沒有包括旋轉部件的內容，不會使用容量大的電容器，所需無功功率的獲得主要是通過電感器來實現，通過迅速調控電抗器來實現將無功功率的發出平滑轉變成吸收的目的。

2.3應用于配電系統

在配電系統中，電力電子技術的應用主要是指用戶電力技術的應用，目的在于提高供電質量、增強供電可靠性。當下，配電系統的任務在于保證正常供電，使正常供電的連續性不受到妨礙，同時想方設法提高電能質量。如今，用戶電力技術依舊是控制電能質量的最新電力電子技術，不僅能滿足電壓、頻率、諧波以及不對稱度等要求，還能對各種瞬態的干擾、波動等進行有效的抑制。用戶電力技術的功能、結構等類似于柔流輸電技術，將它應用于配電系統是未來電力電子技術應用于電力系統的重點研究領域。隨著電子設備價格不斷下降，未來的需求量將越來越大，使電力電子技術的發展也獲得良好基礎。

3結語

隨著科學技術的高速發展，電力電子技術成為發展多項高新技術的基礎，它將朝著促進經濟發展、減少電磁干擾等方向繼續改進和優化，在國民生活質量的提高方面發揮關鍵性作用，為電力系統的可持續發展提供保障，而這也是電力電子技術未來的發展趨勢。

參考文獻

[1]程鵬飛.電力電子技術的應用及發展前景探析[J].科學之友，2013（04）：158+160.

[2]管炳文.電力電子技術應用系統發展熱點綜述[J].電子技術與軟件工程，2014（16）：151.

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隨著社會經濟的快速發展，互聯網技術已經與配電網電力電子裝備聯系的越來越緊密，對配電網電力電子裝備的發展產生了重要影響。本文結合了當前配電網電力電子裝備的發展實際，對配電網電力電子裝備的互聯與網絡技術進行了探討，分析了互聯與網絡技術在配電網電力電子裝備中的應用，希望能夠為今后有關方面的研究提供積極的借鑒意義。

【關鍵詞】配電網 電力電子裝備 互聯與網絡技術

現階段，通信技術與電力電子技術的相互結合已經成為了配電網絡發展的主流趨勢，并且電力電子設備的廣泛應用，對于配電網系統的變革將起到巨大的推動作用。在如今通信技術與電力電子技術相互融合的過程中，有必要探析配電網電力電子裝備中的互聯與網絡技術。

1 配電網電力電子裝備技術現狀分析

電力電子裝備技術其實就是電力電子裝備實現電能的變化，在實現電力電子裝備技術在配電網應用的過程中，有三種技術是不可或缺的，分別是變換器、半導體開關器件以及系統三個方面的技術。下面，筆者將進行具體的闡述。

1.1 變換器

變換器是電功率處理器的一種，變換器的作用主要是可以將某種幅度、頻率轉化成其他種類的幅度和頻率的電能，這樣一種轉化的結果可以使得配電網的配電以及用戶的用電得到保障。隨著科學技術的不斷進步，變電器數也在不斷發展，經過電力電子技術人員的研究，拓撲機構已經研發出來，這一技術的出現，使得雙向或者多向電能流動得到控制。與此同時，在不斷發展的過程中，變換器的效率明顯提高，甚至已經高達99%。尤其是在大功率系統當中，變換器技術對于電壓和電流的處理可以輕松應對。

1.2 半導體開關器件

半導體開關器件作為電力電子裝備技術的基礎，主要包括了SCR、IGCT以及IGBT等器件。現階段，電力電子裝備技術應當將重心放在提升現有半導體開關器件的水平和性能與研發新型半導體開關器件上。半導體開關器件中，無論是材料的選取，還是器件的工藝選擇，對于整體電路性能都會產生重要的影響。在對半導體開關器件的絕緣材料和磁性元件進行適當的改造之后，能夠在降低能耗的前提下將器件的體積減小到合適的范圍。

1.3 電力電子裝備系統

電力電子裝備系統的構成主要有多個變換器以及電路兩部分，主要的應用領域在大型的電力電子裝備。通常而言，在電力電子裝備系統中，變電器連接的各種方式能夠實現能量的處理。但是很多時候系統規模比較大，必須借助多個控制器才能保持系統的平穩運行。配備的控制器分為兩種：變化器控制器和系統控制器。變換器控制器負責的是單一變化，而系統控制器負責的是全部變化器的運行數據，并下達相應的指令。

2 電力電子裝備的互聯和網絡化技術

近些年來，電力電子裝備技術已經廣泛應用于電力系統運行過程中，配電網中也可以經常見到電力電子裝備技術，以下就是電力電子裝備技術的互聯和網絡化的主要架構，包括三個方面的內容：

2.1 即插即用的功率接口

即插即用的功率接口可以把各式各樣的電氣設備、發電等終端接入到配電網中，不同的設備之間，它們的電能輸入的形式與電網是有所區別的，但是即插即用的功率接口可以把電能轉化為功能，并且可以直接將各種設備電能輸入的形式轉化成可以和電網相匹配的形式，這樣的一個接口就屬于一個電力電子裝備。與此同時，即插即用的功率接口還應當具有通信接口，能夠實現網絡連接。當然，通信接口要能夠對終端設備進行識別，而且將終端設備運行的信息上傳，使得其可以接受到系統的調控指令。

2.2 能量路由器

能量路由器是整個電力電子裝備網絡化技術過程中的智能管理模塊，并且還屬于中壓低配網、低壓區域網的相應接口。能量路由器在正常運行期間能夠很好地實現電能的雙向流動，既可以提供相應的低壓直流母線，也可以提供可再生能源的電力設備。此外，能量路由器還擁有相應通信接口所擁有的功能，可以把終端設備的運行信息上傳到各個網絡端口，以此接受調控指令。指令值的確定需要由終端設備的具體工作狀況決定，能量路由器這其中可以對故障電流起到限制作用，并且對低壓的穿越起到保障效果，進而使得低壓配電網的電壓保持穩定。

2.3 操作系統

互聯與網絡技術操作系統其本質上就是一個通用的網絡協議。要想對所有設備做到網絡監督、統一識別，將管理效果提升上去，就必須統一協調全部功率接口和能量路由器，讓二者能夠同時支持這一網絡協議。在操作系統實際運行過程當中，用戶可以將這一網絡協議安裝到自己的電腦或者手機中，起到實時監控自家用電的效果，同時還可以充分了解到網絡上的電價信息等，并通過對得到的有關信息進行數據整理和分析，進而采取必要的應對措施，提前預防。現階段，在配電網電力電子裝備的互聯與網絡化技術當中，最為重要的兩個方面要屬信息流極與能量流極了。雖然配電網能量層已經初步實現了互聯功能，然而通信層面的建設還是需要逐步加強。

3 結語

總而言之，電力電子裝備技術的發展對于配電網的性能改造具有十分重要的作用，并且有效推動了直流配電網的進步和發展。作為一個時變性很強的系統，配電網電力電子技術能夠借助電力電子裝備的有效運行達到電能變化的目的，電力電子裝備技術同互聯網通信技術的相互結合，是今后電網向前發展的潮流趨勢，不僅對于電能與信息集成一體化有重要意義，對于我國的智能化電網建設和管理也起到了巨大的推動作用，

參考文獻

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作者簡介

胡望波（1977-），男，湖北省黃岡市人。學士學位。現為湖北咸寧職業技術學院講師。研究方向為電子技術、制冷與空調技術。

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摘 要：文中概述性地介紹電力電子技術在電力系統中的各類應用，重點在發電環節中、輸電環節中、在配電環節中的應用和節能環節的運用。

關鍵詞：直流輸電；電力電子；發電機

一、前言

電力電子技術是一個以功率半導體器件、電路技術、計算機技術、現代控制技術為支撐的技術平臺。經過 5 0 年的發展歷程，它在傳統產業設備發行、電能質量控制、新能源開發和民用產品等方面得到了越來越廣泛的應用。最成功地應用于電力系統的大功率電力電子技術是直流輸電（HVDC）。自 20 世紀 80 年代，柔流輸電（FACTS）概念被提出后，電力電子技術在電力系統中的應用研究得到了極大的關注，多種設備相繼出現。本文介紹了電力電子技術在發電環節中、輸電環節中、在配電環節中的應用和節能環節的運用。

二、電力電子技術的應用

自 2 0 世紀 8 0 年代，柔流輸電（F A C T S ）概念被提出后，電力電子技術在電力系統中的應用研究得到了極大的關注，多種設備相繼出現。已有不少文獻介紹和總結了相關設備的基本原理和應用現狀。以下按照電力系統的發電、輸電和配電以及節電環節，列舉電力電子技術的應用研究和現狀。

（ 一 ）在發電環境中的應用

電力系統的發電環節涉及發電機組的多種設備，電力電子技術的應用以改善這些設備的運行特性為主要目的。

1 大型發電機的靜止勵磁控制靜止勵磁采用晶閘管整流自并勵方式，具有結構簡單、可靠性高及造價低等優點，被世界各大電力系統廣泛采用。由于省去了勵磁機這個中間慣性環節，因而具有其特有的快速性調節，給先進的控制規律提供了充分發揮作用并產生良好控制效果的有利條件。

2 水力、風力發電機的變速恒頻勵磁水力發電的有效功率取決于水頭壓力和流量，當水頭的變化幅度較大時（尤其是抽水蓄能機組），機組的最佳轉速便隨之發生變化。風力發電的有效功率與風速的三次方成正比，風車捕捉最大風能的轉速隨風速而變化。為了獲得最大有效功率，可使機組變速運行，通過調整轉子勵磁電流的頻率，使其與轉子轉速疊加后保持定子頻率即輸出頻率恒定。此項應用的技術核心是變頻電源。

3 發電廠風機水泵的變頻調速

發電廠的廠用電率平均為 8 % ，風機水泵耗電量約占火電設備總耗電量的 6 5 % ，且運行效率低。使用低壓或高壓變頻器，實施風機水泵的變頻調速，可以達到節能的目的。低壓變頻器技術已非常成熟，國內外有眾多的生產廠家，并不完整的系列產品，但具備高壓大容量變頻器設計和生產能力的企業不多，國內有不少院校和企業正抓緊聯合開發。

（ 二 ） 在輸電環境中的應用

電力電子器件應用于高壓輸電系統被稱為“硅片引起的第”，大幅度改善了電力網的穩定運行特性。

1 直流輸電（HVDC）和輕型直流輸電（HVDC Light）技術直流輸電具有輸電容量大、穩定性好、控制調節靈活等優點，對于遠距離輸電、海底電纜輸電及不同頻率系統的聯網，高壓直流輸電擁有獨特的優勢。1 9 7 0 年世界上第一項晶閘管換流器，標志著電力電子技術正式應用于直流輸電。從此以后世界上新建的直流輸電工程均采用晶閘管換流閥。

2 柔流輸電（FACTS）技術

FACTS 技術的概念問世于 20 世紀 80年代后期，是一項基于電力電子技術與現代控制技術對交流輸電系統的阻抗、電壓及相位實施靈活快速調節的輸電技術，可實現對交流輸電功率潮流的靈活控制，大幅度提高電力系統的穩定水平。20 世紀90 年代以來，國外在研究開發的基礎上開始將FACTS 技術用于實際電力系統工程。其輸出無功的大小，設備結構簡單，控制方便，成本較低，所以較早得到應用。

（ 三 ）在配電環節中的應用

配電系統迫切需要解決的問題是如何加強供電可靠性和提高電能質量。電能質量控制既要滿足對電壓、頻率、諧波和不對稱度的要求，還要抑制各種瞬態的波動和干擾。電力電子技術和現代控制技術在配電系統中的應用，即用戶電力（Custom Power）技術或稱DFACTS 技術，是在FACTS 各項成熟技術的基礎上發展起來的電能質量控制新技術。可以將DFACTS 設備理解為FACTS設備的縮小版，其原理、結構均相同，功能也相似。由于潛在需求巨大，市場介入相θ菀祝開發投入和生產成本相對較低，隨著電力電子器件價格的不斷降低，可以預期DFACTS 設備產品將進入快速發展期。

（ 四 ）在節能環節的運用

1 變負荷電動機調速運行電動機本身挖掘節電潛力只是節電的一個方面，通過變負荷電動機的調速技術節電又是另一個方面，只有將二者結合起來，電動機節電方較完善。目前，交流調速在冶金、礦山等部門及社會生活中得到了廣泛的應用。首先是風機、泵類等變負荷機械中采用調速控制代替擋風板或節流閥控制風流量和水流量具有顯著的效果。國外變負荷的風機、水泵大多采用了交流調速，我國正在推廣應用中。

變頻調速的優點是調速范圍廣，精度高，效率高，能實現連續無級調速。在調速過程中轉差損耗小，定子、轉子的銅耗也不大，節電率一般可達30% 左右。其缺點主要為：成本高，產生高次諧波污染電網。

2 減少無功損耗，提高功率因數在電氣設備中，變壓器和交流異步電動機等都屬于感性負載，這些設備在運行時不僅消耗有功功率，而且還消耗無功功率。因此，無功電源與有功電源一樣，是保證電能質量不可缺少的部分。在電力系統中應保持無功平衡，否則，將會使系統電壓降低，設備破壞，功率因數下降，嚴懲時會引起電壓崩潰，系統解裂，造成大面積停電事故。所以，當電力網或電氣設備無功容量不足時，應增裝無功補償設備，提高設備功率因數。

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關鍵詞: 高職院校《電力電子技術》課程教學改革

“電力電子技術”是電力電子變換和控制技術的簡稱,是一門新興的電子技術、控制技術和電力技術的交叉學科,被國際電工委員會(IEEE)命名為電力電子學(PowerElectronics)或稱為電力電子技術,是電氣工程及自動化、工業自動化和其他相關專業的一門重要的專業基礎課。通過本課程的學習,學生不僅可掌握電力電子線路的基本理論、基本概念和基本分析方法,為后續專業課程的學習打下良好的基礎,而且可應用本課程知識獨立分析、解決實際的工程技術問題。

目前,隨著教學改革的不斷深入和人才培養計劃的調整,專業課程的課時大多被壓縮。而《電力電子技術》課程的教學內容越來越豐富,教學要求也越來越高,無論是使用的教材,還是實驗實踐手段,都不能適應電力電子技術的發展。因此,高職院校對《電力電子技術》課程的教學內容、教學方法、教學手段和實驗實踐等進行全面的改革勢在必行。

一、精心優化教學內容,以適應新形式下的教學要求

教學內容和課程體系的改革是教學改革的重點和難點。隨著電力電子技術的發展,各種新型的電力電子器件的不斷涌現,《電力電子技術》課程的教學內容也在不斷豐富和不斷更新,教師需要向學生傳授的知識量多且面廣,故精心優化教學內容顯得尤為重要。

首先,教師要注意做好本課程與先修課程和后續課程的銜接,了解先修課程的教學情況,保持整個專業課程體系前后銜接,避免內容的重復和疏漏。例如“自關斷器件”一章,電子技術基礎中已講授過小功率晶體管、場效應管的結構、原理、特性和應用。在本門課程中,對功率晶體管、功率場效應管應重點講述其與小功率管的不同之處。對于晶閘管直流電動機系統部分,重點應在整流、有源逆變兩種狀態下,電流連續、斷續時的電動機機械特性,而直流可逆調速系統的內容則簡略講解,詳細的分析需放到后續課程“變頻調速技術”中講解。

其次,針對高職院校的教學是以技能培訓為目標這一宗旨,理論教學應遵循必須夠用的原則,降低理論難度,對繁雜的公式推導一律簡化或省略,力求做到深入淺出,通俗易懂。如在完成課堂教學的過程中,涉及數學分析時,教師首先應削弱純粹的理論推導和證明的教學部分,以減少分析量;又如在電力電子器件方面教師應壓縮和刪減半控型器件及控制電路的教學,強化全控型器件及控制電路的教學,重點介紹以IGBT、電力MOS―FET為代表的全控型器件。

最后,以應用為主線。電力電子技術既是一門技術基礎課程,又是實用性很強的一門課程。在教學中教師要緊密結合實際應用,介紹電力電子裝置,如把調光臺燈、變頻器、開關電源、軟起動器等具體實物帶入課堂,并在課堂上演示給學生看,增強學生的求知欲望。另外,教師要及時將本學科領域的最新科技成果引入教學,保證課程內容的基礎性和先進性。教師可告訴學生三峽工程的直流輸電工程,將直流500kV、3000A的綠色能源輸送到距離一千多千米以外的上海。全國九大城市的變頻調速和直流斬波地鐵、磁懸浮列車,每年產值近200億元的UPS,每年節電近8億度的系列變頻設備都成為電力電子對國民經濟的新貢獻。教師讓學生了解到電力電子技術的發展現狀及其在國民經濟中的重大作用,可大大激發學生的學習熱情,擴大學生的視野,啟發學生的創新思維。

二、改進教學方法和教學手段,培養學生的素質和能力

《電力電子技術》既是一門十分重要的專業基礎課,又是一門與工程實際緊密結合的課程。在學習這一門課時,學生常常提出這樣的問題:學了這門課有什么用?我們不是泛泛地回答:這是專業知識體系要求的,而是在第一節課帶來了許多具體實物,如調光臺燈、變頻器等,并在課堂上演示給學生看,學生對此很感興趣,覺得電力電子技術的應用就在身邊。當看了這些實物演示后,我們問學生:為什么臺燈能調光,為什么電機能調速?實物演示大大增強了學生對這門課的求知欲望。

多年來,《電力電子技術》課程的教學方法是以教師為中心,教師對教材中的每一個章節都講得很細,力求在課堂上使學生完全弄懂,這樣學生總是處于被動接收的地位,極大地妨礙了學生學習的主動性和積極性的發揮,不利于學生的素質和能力的培養;同時,由于課時的相對減少,教師無法在課堂上講得過多過細。因此,教師在教學中要力求突出內容的重點和難點,但又要保證教學內容的系統性和完整性,對內容相似或易于理解的內容,予以簡講或指出其要點,并精選一部分內容留給學生去自學。另外,教師應注意因材施教、循循善誘,與學生多溝通,根據學生的掌握情況及時調整教學;耐心對待學生,運用多種多樣的教學方法,如比喻法、類比法、啟發質疑法、邊講邊練法、實驗演示法,提高學生的學習興趣,多講多練,保證例題講解比重;每章配一次習題課,以學生練習為主,教師評講為輔,反復強化重要的知識;加強綜合訓練,培養學生自主學習、增強分析問題和解決問題的能力。

《電力電子技術》教學內容結構圖、波形圖多,所以充分利用多媒體、網絡資源等現代科技進行教學是最有效可行的方法之一。教師運用現代化教學手段可以增加直觀程度、增大授課信息量,可以形象地表達一些文字語言難以描述清楚的問題,對學生更好地理解教材內容有事半功倍的效果。教師在教學過程中,也要避免過于依賴多媒體設備而忽略教師對教學的組織和教學內容的講授,尤其不能只管播放課件,不顧學生的學習態度,不管學生的學習效果,否則使用多媒體課件不但收不到教學效果,反而會影響學生的學習積極性和對知識的掌握,因此,采用板書或課件,有選擇、分主輔相結合的方式,更能充分發揮現代教學手段的優點,達到預期的教學效果。由于波形分析比較枯燥和繁瑣,學生容易產生抗拒情緒,導致學習效果下降,針對這一難點,教學方法就顯得尤為重要。教師在課程初期分析簡單電路時應盡可能講解詳細一些,以保證學生能掌握自行分析的方法,從而提高在后期復雜電路的波形分析中的教學效果,也可以嘗試采用兩組學生各分析一部分波形再進行綜合評議的多種教學方法。

三、加強實驗實踐環節,注重實踐能力的培養

電力電子技術有很強的實踐性,實驗是培養理論聯系實際、動手能力、嚴謹的科學態度和科學研究方法的重要手段。為了開好實驗課,我系投入大量實驗建設經費,購買了六套浙江天煌公司的“電力電子與自動控制系統”實驗平臺,同時增加了一些新的器件樣品,使學生有更好的硬件條件開展實驗。我們將單元電路的實踐教學穿插在理論課的中間,使學生在“做中學”,從而更好地掌握電力電子技術的理論知識,并在課程結束后安排課程實訓,可將電力電子技術及其他先修課程(電工基礎、電子技術、電機學等)中所學到的理論和實踐知識全面地結合起來,培養和提高學生自我獲取知識的能力。在實驗教學過程中,為了避免學生按照實驗指導書“依葫蘆畫瓢”,教師要讓學生明確實驗教學的目標、任務,以及各階段做什么、怎么做、達到什么標準,而不需要詳盡地介紹到每一個具體細節。學生在實驗實訓中既動手又動腦,既能發現問題,又能在教師啟發指導下分析問題和解決問題,才能從本質上學好這門課程,從而最終實現本課程在高職院校的教學目標。

四、改革考試制度

考題除了深度、廣度和難度符合教學大綱要求外,更要著重對分析問題和解決問題的能力進行考核。近年來我們在《電力電子技術》課程的筆試考試中采用半開卷考試,即學生可以帶一張寫有與考試內容有關的稿紙參加考試,這促使學生在復習中進行自我總結。筆試考試的組織嚴密、規范,試卷規范,評分客觀、公正,并建立了對考試結果進行教學質量分析的制度。課程成績中,筆試成績占60%,我們將平時作業與測驗、實驗、課程設計和答疑情況也記入總成績,占40%,使成績考核更全面、客觀反映學生實際。

五、結語

通過近幾年來的教學探索,我院《電力電子技術》課程的教學改革工作取得了較好的教學效果,得到了廣大學生和督導老師的好評。學生的專業技術和創新能力得到了進一步提高,學生在相關后續課程的學習、課程設計、畢業設計中也表現出較好的能力。同時我們也感到要搞好這項改革工作,既需要學院的投入,又需要教師的艱苦努力和無私奉獻。我們要積極探索教學內容、教學方法和教學手段的改革,以更好地適應時代和社會對技能型專業人才培養的需要。

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