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电力电子技术诞生近半个世纪以来，使电气工程、电子技术、自动化技术等领域发生了深刻的变化，同时也给人们的生活带来了巨大的影响。目前，电力电子技术仍以迅猛的速度发展着，新的电力电子器件层出不穷，新的技术不断涌现，其应用范围也不断扩展。不论在全世界还是在我国，电力电子慢慢的被人所熟知，下面我们就电力电子电路和其应用、结构等进行简单阐述。
1.电力电子电路
1.1 电子电路的概念
电子电路时利用电力电子器件对工业电能进行变换和控制的大功率电子电路。因为电路中无旋转元、部件，故又称静止式变流电路，以区别于传统的旋转式变流电路（由电动机和发电机组成的变流电路）。电力电子电路始见于20世纪30年代，包括由气体闸流管和汞弧整流管组成的低频变流电路和由高频电子管组成的变流电路。它们构成了第一代电力电子电路。60年代由晶闸管组成了第二代电路，泛称半导体电力电子电路（又称半导体变流电路）。80年代，由于可关断晶闸管（GTO）和双极型功率晶体管（GTR）等新型器件的实用化，又逐渐在不同领域中取代了普通晶闸管并形成第三代电路。由于它们具有控制极关断和工作频带较宽的优点，使电力电子电路具有更佳的技术和经济性能，获得了更为广泛的应用。
1.2 电力电子电路的特征
电力电子器件一般都工作在开关状态导通时（通态）阻抗很小，接近于短路，电压降接近于零，而电流由外电路决定阻断时（断态）阻抗很大，接近于断路，电流几乎为零，而管子两端电压由外电路决定电力电子器件的动态特性（也就是开关特性）和参数，也是电力电子器件特性很重要的方面，有些时候甚至上升为第一位的重要问题。作电路分析时，为简单起见往往用理想开关来代替
1.3 典型电力电子电路的系统结构
电力电子电路的系统包括以下三种：
（1）电力电子器件：如功率二极管、晶闸管、功率MOSFET、IGBT、MCT等，分为不控型、半控型、全控型三种类型。
（2）电力电子电路：包括整流（AC/DC变换）、逆变（DC/AC变换）、直流变换（DC/DC变换）、交流变换（AC/AC变换）四大基本类型的变换电路。
（3）电力电子电路的辅助电路：包括控制电路、驱动电路、缓冲电路、保护电路等几大类电路。
1.4 电力电子电路的分类
按实现电能变换时电路功能分类，可分为4种。
①整流电路（AC/DC变换电路）：具有整流功能的电路。凡将交流电能转换为直流电能的过程泛称为整流。
②逆变电路（DC/AC变换电路）：具有逆变功能的电路。凡将直流电能转换为交流电能的过程称为逆变。
③交流变换电路（AC/AC变换电路）：能将交流电能的大小和频率加以改变的电路。前者称交流调压电路；后者称变频电路。
④直流变换电路（DC/DC变换电路）：能将直流电能的大小和方向加以改变的电路。由于采用斩波控制方式，故又称直流斩波电路。
2.电力电子技术的应用
自20世纪80年代，柔流输电（FACTS）概念被提出后，电力电子技术在电力系统中的应用研究得到了极大的关注，多种设备相继出现。已有不少文献介绍和总结了相关设备的基本原理和应用现状。以下按照电力系统的发电、输电和配电以及节电环节，列举电力电子技术的应用研究和现状。
2.1 在输电环节中的应用
电力电子器件应用于高压输电系统被称为“硅片引起的第”，大幅度改善了电力网的稳定运行特性。配电系统迫切需要解决的问题是如何加强供电可靠性和提高电能质量。电能质量控制既要满足对电压、频率、谐波和不对称度的要求，还要抑制各种瞬态的波动和干扰。电力电子技术和现代控制技术在配电系统中的应用，即用户电力（Custom Power）技术或称DFACTS技术，是在FACTS各项成熟技术的基础上发展起来的电能质量控制新技术。可以将DFACTS设备理解为FACTS设备的缩小版，其原理、结构均相同，功能也相似。由于潜在需求巨大，市场介入相对容易，开发投入和生产成本相对较低，随着电力电子器件价格的不断降低，可以预期DFACTS设备产品将进入快速发展期。
2.2 在节能环节的运用
在电气设备中，变压器和交流异步电动机等都属于感性负载，这些设备在运行时不仅消耗有功功率，而且还消耗无功功率。因此，无功电源与有功电源一样，是保证电能质量不可缺少的部分。在电力系统中应保持无功平衡，否则，将会使系统电压降低，设备破坏，功率因数下降，严惩时会引起电压崩溃，系统解裂，造成大面积停电事故。所以，当电力网或电气设备无功容量不足时，应增装无功补偿设备，提高设备功率因数。
2.3 优化电能的使用
通过电力电子技术对电能的处理，使电能的使用达到合理、高效和节约，实现了电能使用最佳化。例如，在节电方面，针对风机水泵、电力牵引、轧机冶炼、轻工造纸、工业窑炉、感应加热、电焊、化工、电解等14个方面的调查，潜在节电总量相当于1990年全国发电量的16%，所以推广应用电力电子技术是节能的一项战略措施，一般节能效果可达10%-40%。
3.电力电子技术目前在我国存在的主要问题
虽然我国电力电子的开发研究已有50年历史，过去已经取得了长足的进步，但是与超大规模集成电路的发展一样，该领域科技发展速度太快，加之我国财力和原有基础薄弱等因素的限制，特别是当前面临国外高科技冲击等原因，我国电力电子有种被“边缘化”的趋势：即各行各业都迫切需要它，但是，各应用领域均没将其作为研究重点，国内解决不了的就依靠进口！
当前存在的主要问题是：目前我国生产的大多数电力电子产品和装置还主要基于晶闸管；虽然也能制造一些高技术的电力电子产品和装置，但是它们均是采用国外生产的电力电子器件和组件多以组装集成的方式制造的；特别是先进的全控型电力电子器件则全部依赖进口，而许多关系到国民经济命脉和国家安全的若干关键领域中的核心技术、软、硬件和关键设备，国外均是对我国进行控制和封锁的。特别是关系到国民经济命脉和国家安全的若干关键领域中的核心技术与国外先进水平的差距更大，迅速改变这一现状是我们面临的挑战和义不容辞的任务。
参考文献
2我国电力电子在发展过程中遇到的问题
目前，我国在研究电力电子技术方面还存在着诸多的问题，这些问题都严重的制约了我国经济的发展。主要问题有：现今我国电力电子产品大多是采用的晶闸管，虽然利用晶闸管可以创造出一部分科技含量较高的产品和设备，但是这些产品和设备多使用的是国外的生产设备以及多组分组集成制造法，特别是很多先进的全控型电力电子器件，几乎全都需要从国外进口，才能满足国内的技术要求，尤其是很多关系着我国的经济发展以及社会安全的关键领域中的核心技术、设备、软件等。另外，我国电力电子技术与国外发达国家的差距甚大，这在一定程度上影响着我国与国外经济的合作。在过去的几十年中，我国经济发展的各部门都先后从欧美发达国家中引进了先进的电力电子技术，并且开始重视国内技术的发展。就目前的发展情况而言，虽然表面上显示出我国在很多技术方面可以满足国内的要求，但实际上在很多关键技术领域，我国的电力电子技术依然需要进口，国内的技术水平依然相对较低。国内与国外发达国家在电力电子技术方面的主要区别在于电力电子技术的发展依然存在着技术含量低、产品可靠性差、数字控制水平满足不了社会的要求、系统控制软件的水平低、应用程序的控制技术差、重大项目领域缺乏经验等问题。这就使得我国必须要依赖从国外进口高性能、高功率的电力电子转换器设备才能满足国内的使用。
3提高我国电力传动系统性能的主要方法
现今，我国电力传动系统研究工作主要围绕着交流传动系统进行。伴随着交流电动机调速装置的性能越来越完善以及调速理论的重大突破，电动机的调速技术渐渐从直流发电机—电动机组调速、晶闸管可控整流器、直流调压调速向交流电动机变频调速转变。之所以交流传动系统发展的这么迅速，其原因与我国在功率半导体器件的制造技术、交流电动机控制技术、以大规模集成电路和微型计算机为基础的数字化控制技术、电力变换技术等关键性技术方面的突破有关。要提高交流传动系统的整体性能，可从以下三个方面开展研究工作：（1）PWM技术的应用随着电压型PWM逆变器在高性能交流驱动系统中的广泛应用，我国对PWM技术的研究更为深入。PWM功率半导体器件的开关控制主要采用是高频技术，一般来说，PWM技术可分为三类进行研究，即随机PWM、正弦PWM以及优化PWM。正弦PWM的开关频率对于提升电力电子器件的功率有着非常突出的作用，这使得该技术在中小功率交流驱动系统中的应用极为广泛。不过，这种技术不适用于容量过大的电源转换设备，因为高开关频率将会引起极大的开关损失。（2）直接转矩、矢量控制技术的应用对于交流电机的交流驱动系统而言，其具有强耦合、多变量、非线性等特点，这就使得其控制工作变得十分的动态化，不过我国目前在这方面的研究还是较为成功的。在上世纪七八十年代，我国就提出了交流电机的动态控制理论，该理论要求不仅要对各个变量的振幅进行全面的控制，同时还要对各个阶段进行控制。直接转矩控制技术以及矢量控制技术是我国在交流驱动系统控制中的主要技术，此外，随着科学技术的发展，神经网络控制、模糊控制等智能控制技术也在我国逐渐发展起来，对提高交流传动系统的控制精确度有着极其重要的作用。（3）微电子技术的应用微电子技术对于提高我国数字控制处理芯片的运算能力以及可靠性有着极大的作用。当前，适合用在交流传动系统中的微处理器有ApplicationSpecificIntegratedCircuit—ASIC、DigitalSignalProcessor—DSP、单片机等。其中，高性能计算机的结构形式主要采用的是多总线结构、多处理器结构以及流水线结构等。
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
就目前来看，电力企业在不断发展，也开始进行有效的网络融合，电子装备作为电力技术与通信技术的重要装备，需要进行有效研究，通过分析其结合措施，研究其发展趋势，这也是配电网工作中的重要研究方向，如何使电力电子装备更好的进行网络互联，通过其网络化技术的运用，在结合先进的电子装备，不断提高电力电子装置的使用用途。进而推动配电网工作的顺利进行。下面具体分析。
1电力电子装备技术
电力电子装备技术是通过技术手段进行的，是在电力电子装备有效发挥效率的重要途径，结合电子装备改变与完善配电网技术，在运行过程中，我们要进行以下几方面了解：
1.1变换器。变换器就是一种处理器，在配电网中作为有效的处理设备，是电力电能功率的调节装置，通过提高频率与幅度进行有效配电工作。如今，人们用电需求加大，对于该设备来说也需要进行有效升级，进而保证配电网顺利进行配电，在长期发展过程，变换器也在不断升级与改进，运行的稳定性得到了进一步认可，即使面对大功率系统也可以进行有效调节，在运行过程通过有效的转换与并联，这样也对提高变换器的性能与处理配电数据有很大助力，在综合处理过程也达到了与配电网相互结合的目的，提高了运行稳定性，也便于配电网各项工作的进行。
1.2半导体开关。作为电力电子装备技术中的核心配件，半导体开关十分重要，这也是整个配电网工作中的重要技术系统，在配电网中该器件的性能会影响到实际的配电效果，是电力电子装置技术实施效果的重要展现。在半导体开关选择上，该原件必须要重视材料与工艺，这样才能提高配电工作效率。首先在材料方面，运行过程是有温度限制的，随着技术发展，新型的科技材料也运用与电力电子器件中，半导体开关作为重要原件也必须采用最新的材料技术，例如SiC，这类材料的使用功率稳定，而且符合大功率使用范围。在压力大的半导体开关中也比较适用。其提升器件热传导效率更是明显，与其他材料比较优势明显。还有我们了解的GaN，这也是一种新型材料，对于频率高的半导体开关器件来说有很好的迁移率，在性能方面可以提升1MHz。从这些方面看在材料选择上必须给予明确与重视。其次是工艺方面，在配电网中使用的半导体器件制作过程也是十分关机的，不容忽视，随着技术的提高，其工艺也进一步完善，提高了开关速度的同时，也在功率消耗等方面有了进一步提高，同时我们更要注重在绝缘与磁性元件等方面的工艺运用，在大小控制上也要有所提高，总之，只有通过有效的新技术降低生产能效，才能进一步提高配电网工作效率。
1.3电力电子系统。在一些规模相对较大、或比较特殊的电力电子装备中，其所运用的变换器不止一个，且其中还需要一些电路对装备的工作进行辅助，在这种情况下，电力电子系统也就形成了。在系统中，可以通过并联、串联以及级联的方式，对变换器进行连接，从而确保变换器能够对电能进行妥善处理。由于电力电子系统中的变换器较多，所以需要多个控制器对其进行控制，具体来讲，控制器可以分为系统控制器与变换器控制器两种，前者一般只有一个，后者可以有多个，前者可以与每个变换器控制器进行通信。
2电力电子装备的互联和网络化技术
近年来，电力电子装备被广泛的应用到电力系统中，配电网中的电力电子装备技术也比较常见，但是配电网将这些电力电子装备的功率端连在了一起，却不能够协调这些电子电力设备的运行，这对于配电网电能管理的灵活性和可控性有着不利影响，通信技术不断发展，网络化的应用越来越广泛也越来越成熟，合理的应用通信技术，实现电力电子装备的互联与网络化是当前配电网电子电力装备研究过程中的重点方向。在配电网中可以将电子电力装备看成是一个个的节点，通过通信技术、互联网技术将每一个这样的节点互相连接起来，这就是电子电力装备的互联，通信网络将这些节点的电能状态数据实时的收集起来，并发出节点指令，从整体上协调电子电力装备的运行，保证整个配电网电能管理的灵活性和可控性，这就是电力电子装备的网络化技术。在当今的电力电子装备互联和网络化技术体系适用性十分广泛，可以直接面对民用用户和工业用户，其主要的构架以及具体的技术主要有以下三个要素：
2.1即插即用的功率接口。即插即用的功率接口能够将各种电气设备、分布发电等终端接入到配电网中，不同设备的电能输入形式和电网有差别，而即插即用的功率接口能够将电能转化为功能，将设备电能的输入形式转化为与电网匹配的形式，这种功率接口就是一个电力电子装备，即插即用的功率接口还要具备通信接口，实现网络的连接，通信接口能够识别终端设备，并上传终端设备运行的信息，接受系统的调控指令。
2.2能量路由器。能量路由器是整个网络中的智能能量管理模块，能量路由器的工作原理及功能主要有以下几个方面：1）实现能量的双向流动，实现中压配电网和低压区域网直接的互相连接，提供低压直流母线，以供可再生能源电力电子设备的使用；接收即插即用功率接口所上传的有关终端设备运行的信息，通过对信息的分析及配电网的指令下达一些终端设备的额参考指令；能量路由器能够维持配电网电压的稳定、保证低压穿越以及限制故障电流；2）能量路由器的电压等级以及功率等级不尽相同，具体根据用电用户的不同而定。
2.3标准的操作系统能量流和信息流是电子电力装备互联网技术中的基础，标准的操作系统是一个通用的网络协议，这个网络协议能够统一所有的功率接口以及能量路由器，对网络中设备的识别、监测、以及统一的协调处理有着重要的作用，当前能量层已经初步形成并且逐步完善，但通信层还需要进一步的发展，智能电表等智能化设备的应用还要加强。综上所述，对于配电网工作的认识不仅要局限于整体方面，对于电力电子设备更要给予高度重视，通过明确电力电子设备运行过程的优势与不足，进一步提高与完善，在结合相关的互联与网络技术的结合，从而改变配电网结构，提高配电过程运行效率。在如今的配电网中我们更要重视电力电子设备实际运行效果，只有不断通过技术上的提升才能进行有效配电工作调节，在未来发展过程，也要明确电力电子技术与通信技术是必须要进行有效融合的，只有明确配电网工作发展方向，进而进行有效技术创新，进行必要的网络互联，才能提高电力行业进一步发展，提高人们用电质量。
作者:王维 赵明颖 单位:国网七台河供电公司
参考文献:
1配电网电力电子装备技术现状分析
1.1变换器。变换器是电功率处理器的一种，把某种幅度、频率转化成其他的幅度和频率的电能，这样的转化是变换器的主要作用。随着信息技术的不断发展，变换器技术也得到了不断的发展和进步。再加上电力电子技术人员的研究，拓展机构已经研发并展现，这一技术的出现和应用，使得双向或者多向电能流动控制成为可能。与此同时，在发展的过程中不断地优化，变换器的效率也得到了明显的提高，利用率甚至达到了百分之九十九，在大功率的系统中，变换器技术对电压及其电流的处理可以达到轻松应对的效果。1.2半导体开关器件。电力电子装备技术的基础是半导体开关器，主要包括了SCR/IGCT/IGBT等器件。目前的发展阶段，电力电子装备技术应当把重心放到现有的半导体开关器件上，性能和水平和研发新型的半导体开关有关。半导体开关器件中，不管是材料的选择，还是器件工艺的选取，对于整个电路的绝缘材料和磁性元件都有一定的适应和改造作用，不仅可以降低能耗，还可以把器件的体积减少到实际需要的范围之内。1.3电力电子装备系统。多个变换器和电路两个部分组成了电子装备系统，并且在电力电子装备系统中得到了很大的应用。在连接方式上能够实现能量的处理。但是在很多的大型规模中，就需要借助多个控制器来维持系统的平衡性和正常运转。配备的控制器分为变化器控制器和系统控制器两个部分。变化器控制器的主要作用是负责单一的变化，系统控制器是负责全部变化器的所有运行情况，并进行相关指令的调查。
2电力电子装备的互联与网络技术
2.1即插即用的功率接口。随着电力电子装备技术在生活中的广泛应用，电力系统在运行的过程中，配电网可以见到电力电子装备技术。即插即用的功率接口是把各种各样的电气设备、发电等端口进行接入配电网中，各种设备之间存在差异，因此电能输入在形式上可以和电网进行区别开来。即插即用的功率接口是把电能转化成为功能，并直接将各种各样的设备电能输入形式和电网匹配的形式进行一个实际情况的转化。因此，一个接口属于一个电力电子装备，不仅如此，即插即用的功率接口还可以当做通信接口。最终，实现网络的连接。通信接口也可以对终端设备进行识别，在终端设备运行的信息上进行上传并接收系统的调控指令。2.2能量路由器。能量路由器在整个电力电子装备中，实现网络化技术智能管理模块。能量路由器是属于中低配网、低压区域网的相应接口；能量路由器在正常运营的范围之内可以实现电能双向流动，更可以提供相应低压直流母线来提供再生能源电力设备。与此同时，能量路由器通信接口所具备的通信功能，从而把终端设备的运营信息上传到网络的终端系统中去。这样就可以接收到调控指令，指令的确定需要在终端设备的具体工作上进行决定，能量路由器对其中的故障电流起到了限制性的作用，并保持了低压配电网电压的稳定性，接受到系统的保障性效果。2.3操作系统。互联网技术的操作在本质上是一个通用的网络协议，想要实现设备上的网络督促，就要做到网络监督和识别上的统一；想要实现管理上的统一，就必须先统一协调全部功率的接口及其能量撸起的二者全部支持和协调网络协议。在实际的操作过程中，用户可以把网络协议直接安装到自己的手机或者电脑上去，在有网络信号的情况下，就可以对自身家用电的使用效果进行实时性监控。这样就可以及时的保证了对网络上电价信息的有效反馈。针对发生的故障和情况，可以有效的进行实际情况的措施优化和预防。目前，新常态的背景下，配电网电力电子装备的互联和网络化的技术，最重要的是信息流极和能量流极两个方面；虽然我国在配电网能量层面上已经初步实现了互联功能，可是通信层面上的建设和构建还有待提高和进步。在电力电子装备互联网与网络化的技术构架中分为了功能接口、能量路由器在整个网络中的管理模模块、操作系统三个部分。也就是说电力电子装备互联网技术的基础是信息流和能量流两个部分的内容。也就是标准的操作系统，一个通用的网络协议，可以利用即插即用的功率接口实现识别和监测。
3结束语
随着社会的进步，电力电子装备技术的发展状况对配电网的性能改造和优化，有着十分重要的作用，也有效的推动了直流配电网的进步和发展。配电网的电力电子技术是基于电力电子装备的有效运营的基础上进行的，它是一个时变形很强的系统，最后可以达到电能变化的目的。配电网中电力电子装备的互联和网络技术的结合，是现代化电网发展的一个趋势也是一个过程。针对于电能和信息集成一体化的重要意义，为智能化电网和管理产生一个很大的推动性作用。
随着科学技术不断发展，电子电力技术已经逐渐发展成熟，并在电力系统中取得良好效果。电子电力技术不仅提升了电力系统稳定性，还在根本上保证了电力系统运行整体效果。电子电力系统在电力系统运用中形成几大类装置，为推动电力电子技术的深入运用需对电子电力装置的特点和性能进行分析，推动电子电力技术在电力系统中的发展。
1电力电子技术在发电环节应用
电子电力技术在发电环节应用的根本目的是改善电力系统发电环节设备运行效率。电力系统发电环节设备主要包括各种型号发电机、发电用水泵及风机、太阳能控制系统等。
1.1发电厂风机水泵的变频调速
发电厂约有一半的电力损耗来源于风机水泵，由于风机水泵运行效率较低，因此其消耗大部分能量都被白白消耗。基于此必须降低风机水泵的能量损耗，对其进行自动变频，即在传统发电厂风机水泵无论是否需要其都是以额定功率工作。实现自动变频后会根据发电厂具体需求随时控制风机水泵消耗功率，实现节能目的。当前对发电厂风机水泵实现变频控制一般采用高压或低压变频器，其中低压变频已经发展成熟，市场上已经由较多型号低压变频产品。高压变频仍旧处于发展中，一些高端技术问题仍有待克服。
1.2太阳能控制系统
太阳能是当前运用较为广泛的清洁能源之一，在未来拥有广泛用用前景，是未来能源重要构成部分。对大功率太阳能发电系统而言，无论其构成方式是并网还是独立，都需要进行交直流电转换，因此往往在太阳能控制系统中加入逆变器，利用其强大追踪功能实现对太阳能控制系统的控制工作。
1.3水力和风力发电机的变速恒频励磁
水力发电机有效功率主要由水头流量及其压力决定，水力发电机组实际转速随着水头的变化幅度发生相应变化。风力发电实际有效功率与风俗间存在3次方正相关关系，若想提升风力发电机组发电效率需对其进行变速运行。除此之外可对励磁电流的频率进行调整，确保其实际输出功率保持不变，实现这些控制技术的关键在于引进变频电源。
1.4对大型发电机的静止励磁进行控制
当前使用的静止励磁具有价格经济、结构简单、稳定性强等优点，主要采用晶闸管整流自并励方式展开工作，已经被广泛运用于各大电力系统中。将电力电子技术运用于大型发电机中，节省传统电力系统的励磁机，以此实现快速调节目的，在此基础上在大型发电集中引进静止励磁更加有效，能够获得良好效果。
2电力电子技术在输电环节中的应用
2.1轻型直流输电和直流输电技术
直流输电具有控制简单、调节灵活、输电容量大、具有较强稳定性等优点，因此被广泛应用于海底电缆输电以及远距离输电过程中，若将直流电电压提升至一定高度使之成为高压进行输送将会在很大程度上降低电力运输过程损耗。随着科学技术不断进步，直流电运输技术已经得到飞速发展，目前已经出出现轻型直流输电技术，解决直流电运输过程中可能存在的问题，直流电运输已经从传统方式转变为无交流电源的负荷点送电。轻型直流输电在实现无源逆变时利用较为先进的脉宽调制技术，并配以一些可关断电力电子器件，实现直流电输送突破。
2.2FACTS技术
FACTS技术是头型交流电技术的简称，产生运用于20实际80年代中后期，该项技术的主要优势是可实现对交流电实际输电功率的有效控制，从根本上提升电力系统稳定性，当前FACTS技术主要功能是实现稳定电压、控制电流、抑制故障、抑制谐波、暂态稳定、无功补偿等，目前已经出现针具有以上功能的各项技术，并已经被运用于电力系统在。
3电力电子技术在配电环节中的应用
配电环节是电力系统重要组成部分，该阶段主要问题是提升电能质量，加强电力系统供电稳定性。电力电子技术在配电环节中的应用就是针对配电环节存在的固有问题进行针对性改善，提升电能质量主要从两方面展开，首先对各种异常瞬态的干扰和波动进行抑制，在此基础上实现电力系统对频率、电压、谐波的实际需求。将电力电子技术运用于配电系统时，人们将其称作DFACTS技术，此处DFACTS技术主要是发展于传统FACTS技术基础上，两种技术在功能上十分相近，基本原理类似，DFACTS技术主要功能有抑制负荷所产生的无功、谐波、不对称、闪变、不平衡等。
4电力电子技术在节能环节中的应用
4.1减少无功损耗，提高功率因素
电气设备运行过程中既消耗有功功率，又消耗无功功率，由此可见，无功功率在功能性方面与有工功率类似，因此无功电源和有功电源相似，提升无功功率工作效率能够从根本上提升电能质量。电力系统中减少无功损耗具有重要意义，倘若电力系统中无功电源未达到平衡将会导致系统电压下降，并由此直接导致功率因数下降，设备因此遭受损坏，并可能出现更大范围的停电事故，影响人们正常生活、生产，因此需增加无功补偿设备设施，当电力系统无功功率容量存在不足时便自动补偿，以此提升设备功率。
4.2变负荷电动机调速运行
电子电力技术在电力系统节能环节应用主要包括变负荷电动机的调速技术和电动机本身技术的应用。当前我国水泵及变负荷风机在我国电力系统中并不常见，国外在该方面应用较为广泛，使用，水泵及变负荷风机进行交流调速效果良好，能够有效提升电力系统效率及进度，节能效率可达百分之三十，其不足之处主要为应用成本高，且在运作过程中会造成一定环境污染。
5结语
电力电子技术已经在电力系统得到广泛应用，为电力系统运行发展提供强有力技术支持，电力电子技术目前已经在发电环节、输电环节、配电环节、变负荷电动机调速运行等方面进行应用研究，电力电子技术在未来必将取得更广泛应用。
作者:郑璐 单位:国网河南许昌县供电公司
1．1电力电子技术的产生
电力电子技术最早产生于20世纪50年代，以晶闸管问世为标准。电力电子技术是现代电力系统的传动技术，其利用晶闸管发展为可控硅整流装置，也意味着电力系统传动技术发展到新的阶段。以可控硅整流装置为标志，电能转换进入电力电子器件构成的变流器时代。因此可以总结出，可控硅整流装置是电力电子技术产生的重要标志。
1．2电力电子器件的发展
电力系统在电力电子技术产生后获得了迅速发展，第一代的电力电子器件以电力二极管和晶闸管为代表。晶闸管和电力二极管具有体积小、耗能低的特征，取代了传统的汞弧整流器，大大推动了电力电子技术的发展。电力二极管在改善电路性能方面有着明显的作用，能够有效电路损耗和提高电源使用率。电力二极管经过几十年的发展，种类各异，功能齐全，第二代电子电力器件同时还具有自动关断的能力。与第一代电子电力器件相比，第二代电子电力器件在开关速度方面有着明显的提升，能够用于开关频率较高的电路中。
1．3第三代电力电子器件的产生
20世纪90年代是电力电子技术快速发展的时期，其结构和体积都得到了进一步改良，具有体积小、结构紧凑的特点，同时还出现了多种电力器件结合的电子模块形式，为电力器件的广泛使用奠定了基础。第三代电力电子器件在集成模块基础上，将多种电力器件相结合，组合为集成电路。以功率集成电路出现为标志，电力电子技术向高频化、标准模块化、智能化方向发展。通过以上分析可以总结出，电力电子技术大约经历了三个发展阶段，目前电力电子技术正向以高频技术处理问题为主的现代电力电子技术方向发展。随着可持续发展战略的提出，电力电子技术必然会在实现高频技术的基础上，向节能、环保方面改进，促进电力系统在更为科学合理的道路上发展。
2电力电子技术在电力系统中应用分析
通过以上分析可以看出，电力电子技术是电工技术中的新技术，是电技术与弱电技术的结合，推动着国民经济的发展，影响着输电系统的变革。本文主要从发电、输电、配电、节能等方面分析电力电子技术的应用。
2．1电力电子技术在发电系统中的应用
电力电子技术在发电环节中能够改善发电机等设备的运行，进而调节运行系统功率，比如大型发电机中的静止励磁控制就运用了晶闸管，从而简化静止励磁的结构，提高其可靠性，并且价格更为低廉。在水力、风力发电机方面，电力电子技术能够依靠变频电源调整励磁电流频率，进而调整水力、风力发电功率，确保其控制在稳定的范围内，降低风速不同所引起的频差。风机水泵耗电量比较大，效率也比较低，电力电子技术运用于风机水泵中能够较好解决运行效率问题，但是目前生产高压大容量变频器的企业有限。太阳能发电控制系统运用电力电子技术表现在使用最大功率跟踪功能的逆变器，能够有效跟踪功率变换，及时调整频率，降低能耗，保持节能的作用。
2．2电力电子技术在输电系统中的应用
电力电子技术运用于输电系统中表现为柔流输电技术，能够将电力电子技术与现代控制技术相融合，对参数、相位角、功率等进行持续调节的控制技术，能够大幅度降低输电过程中产生的能量，能够大幅度提升输电的稳定性。高压直流输电技术是目前电能输送最引人关注的部分，这一技术能够解决诸多问题，特别是长距离输送电能降低能量耗损，稳定性强，没有电抗压降，整体压降小，所以整体来看，这一线路投资少，具有很强的稳定性。根据物理原理，直流输电线路两端接入大功率晶闸管、有源逆变器等，组成复合结构变换器，并由多个晶闸管串联组成，从而实现电力电子技术在输电系统中的应用。
2．3电力电子技术在配电过程中的应用
电力电子技术运用于配电过程主要表现为满足配电频率、电压、谐波上相应的条件，从而保证配电系统能够送出高质量的电力。另外，由于配电过程中需要阻止电能的不稳定被动和影响现象，这样就要求电力电子技术给予支持。电力电子技术是配电环节的质量控制部分，以用户电力技术和FACTS技术为实现形式，前者能够解决配电系统即将发生的问题，比如配电系统过程中的稳定性和安全性，保障配电输电过程中的电能质量等。后者在配电线路中通过增设电力电子装置，从而加强电流、电压和功率的可控性，满足电力传输的要求。FACTS技术也是配电系统对电能的输送能力和有效控制力，是电力电子技术在配电系统中的新型研发技术，并且随着电子技术的不断发展，FACTS技术正处于和用户电力技术同步并合用的趋势，比如定制电力(DFACTS)技术就是其中非常有代表性的技术。
2．4电力电子技术在电力系统节能方面的应用
电力电子技术在电力系统节能方面的运用主要表现在变负荷电动机调速运行和提高电能使用率两个方面。首先从变负荷电动机调速运行角度来分析，由于电厂生产和配送电过程中会产生大量电能浪费，比如上文提到的发电能源处于变化过程中，发电机组配合度比较低，无功功率的浪费现象层出不穷，这样就需要及时调整和控制变负荷电动机的运转速度，实现电能较高效率的生产和配用。目前西方发达国家已经熟练掌握该项技术，但是我国还处于探索阶段，因此需要加强科研投入，在意识和行动上对变负荷电动机的应用及时足够的重视。另外一方面，变负荷电动机也存在一定的缺陷，比如其成本比较高，运行过程中对电网产生的影响比较大，只适合在大型电厂中使用，导致其很难普及，因此需要从提高电能使用率角度给予补充，达到电力节能的目标。其次从提高电能使用率角度来分析，我国电力系统现用的电力设备在配送电过程中会产生大量的电能，其成本比较高，对电能质量影响也比较大，因此需要利用电力电子技术来增设可控设备，对配送电过程中的电能进行实时调控，确保电能高质量和高稳定性。
作者:骆小明 单位:广州广电计量检测股份有限公司
参考文献:
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.电力电子技术的应用
2.1一般工业
工业中大量应用各种交直流电动机。直流电动机有良好的调速性能，给其供电的可控整流电源或直流斩波电源都是电力电子装置。近年来，由于电力电子变频技术的迅速发展，使得交流电机的调速性能可与直流电机相媲美，交流调速技术大量应用并占据主导地位。大至数千kW的各种轧钢机，小到几百W的数控机床的伺服电机，以及矿山牵引等场合都广泛采用电力电子交直流调速技术。一些对调速性能要求不高的大型鼓风机等近年来也采用了变频装置，以达到节能的目的。还有些不调速的电机为了避免起动时的电流冲击而采用了软起动装置，这种软起动装置也是电力电子装置。电化学工业大量使用直流电源，电解铝、电解食盐水等都需要大容量整流电源。电镀装置也需要整流电源。电力电子技术还大量用于冶金工业中的高频、中频感应加热电源、淬火电源及直流电弧炉电源等场合。
2.2交通运输
电气化铁道中广泛采用电力电子技术。电气机车中的直流机车中采用整流装置，交流机车采用变频装置。直流斩波器也广泛用于铁道车辆。在未来的磁悬浮列车中，电力电子技术更是一项关键技术。除牵引电机传动外，车辆中的各种辅助电源也都离不开电力电子技术。电动汽车的电机靠电力电子装置进行电力变换和驱动控制，其蓄电池的充电也离不开电力电子装置。一台高级汽车中需要许多控制电机，它们也要靠变频器和斩波器驱动并控制。飞机、船舶需要很多不同要求的电源，因此航空和航海都离不开电力电子技术。如果把电梯也算做交通运输，那么它也需要电力电子技术。以前的电梯大都采用直流调速系统，而近年来交流变频调速已成为主流。
2.3电子装置用电源
各种电子装置一般都需要不同电压等级的直流电源供电。通信设备中的程控交换机所用的直流电源以前用晶闸管整流电源，现在已改为采用全控型器件的高频开关电源。大型计算机所需的工作电源、微型计算机内部的电源现在也都采用高频开关电源。在各种电子装置中，以前大量采用线性稳压电源供电，由于高频开关电源体积小、重量轻、效率高，现在已逐渐取代了线性电源。因为各种信息技术装置都需要电力电子装置提供电源，所以可以说信息电子技术离不开电力电子技术。
中图分类号：TM1 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）12-0229-01
现如今的高新技术有很多都是和电网的相位、电压、电流和频率等基本参数的转换与控制相关。现代电力电子技术能实现对这些参数的高效处理与精确控翻，对大功率的电能频率的变换能够得到很好的实现，这样可以支持多项高新技术的发展。
1 现代电力电子技术的内涵
现如今电力电子技术主要是处理的对象时功率，主要是来实现高效率和高品质的用电。电力电子技术主要通过电力半导体器件和自动控制技术、计算机和电磁技术的三者综合运用来实现获取、传输、变换和利用。在各种高质量、高效和高可靠性的电源中能够起到非常重要的作用，可以让当代的电力电子技术得到很充分的运用。功率IGBT和MOSFET是非常具有代表性，其功率半导体复合器件主要具有高频、高压和大电流等的特点。这类的特点也意味着传统的电力电子技术不能够适应现如今的社会发展，电力电子技术已经进入了一个全新的高速发展的时代。具有功能驱动、节能明显和先进等特点的IGBT，MOSFET等新型电力电子器件，所以可以在新型家电、感应加热、通信、计算机电源和电动交通工具等领域中有很好的发展前景。
2 现代电力电子技术的历史沿革
电子技术和微电子技术在80年代以来在各自的发展滞后得到了有效的结合，也就产生了全新概念的全控型的高频化电力电子集成器件。可关断晶体管（GTO）电力晶体管（GTR）以及此类晶体管的模块也得到了实用化。从此滞后，各种高频化和全控化的新型器件也相继出现，例如（功率MOSFET）绝缘门板晶体管（IGT或IGBT）、静电感应晶体管（SIT）、静电感应晶闸管（srrH）、MOS晶阐管（MCT），MOS晶体管（MGT）。这也意味着一个具有高频化和全控型的全新电力电子器件时代的诞生，传统的电力电子技术即将被淘汰。代电力电子技术大跨步进入高速发展的新时代。新一代电力电子器件的特点主要有多功能化、高频化、全控化和集成化。新型多功能的器件的出现促进了控制系统和变流电路的技术不断发展和成熟。现如今电力电子技术主要是由各种PWM电路、高频斩波电路和脉宽调制双零谐振电路组成。因此从今天的时代进入变频器，极大地丰富了电力电子技术的功能，不断开拓新的应用领域的时代的传统不断变化的需求的电力电子技术。
3 现代电力电子技术的发展
电力电子技术的发展自从20世纪90年代以来主要具有两个方面的特点：电子技术与微电子技术的不断完善结合和现有的各类新型电力电子技术器件参数的不断完善和提高。电力电子器件的发展特点使其迅速的想着大容量化和智能化的方向不断的发展，也预示着一个电力电子技术来到全新的时代。电力电子技术是多技术和多学科的相互渗透和创新结合的技术，在工业领域中对具有很强的渗透性。80年代后期，主要是以各种PWM电路和全控型新器件的现代化电力电子技术为代表。在此时代主要是家用电器等、交流电气牵引以及交流调速系统等领域运用的比较频繁。这个时代的发展预示着电力电子技术进入了新的发展阶段。在这个时代的电子电力系统当中，大型机组工作状态的改变和运转变流装置起着非常重要的作用。现代主要是给与直流输电以及系统运行的成熟控制和测试等安全保护提供一些技术手段。超导磁浮铁道系统主要有机车牵引、轻轨车以及地铁在电力电子技术应用领域已经非常普及。日本在火车在高速运行时有PWM逆变交流牵引系统取代原来的直流系统的技术是世界第一。先进的国家都非常的关注超导磁浮铁道系统的研究，其能够让火车高达500公里每小时。这样能够解除交通压力和提高运输能力，对国民经济的发展有着非常重要的作用。现如今的电力电子技术是传统产业和信息产业的主要是被控强电、弱电和接口桥梁。此技术的发展能够提高生产效率、降低消耗和节能。
4 结语
电力电子技术能能够让国家的基础产业得到非常快速的发展，其与国家发展的方针和政策的配合下能够在21世纪显得尤为重要。因此，电力技术成为了21世纪可持续发展不可或缺的组成部分，成为高科技产业链的关键所在，能够推动我国的工业技术创新。
参考文献
[1]刘莉宏.现代电力电子技术的发展及其应用[期刊论文]《北京工业职业技术学院学报》，2006年3期.
1 电力电子技术的发展
随着20世纪50年代末第一只晶闸管的问世，电力电子技术便登上了历史舞台，在这以后的几年里，电能的控制经历了从旋转交流机组到电力电子器件构成的交流器机组的转变，这一过程的转变标志着电力电子技术的真正诞生。在随后的几十年里，电力电子技术依次经历了第一代电力电子器件、第二代电力电子器件以及第三代电子器件的过渡。在第一代电力电子器件中，电力二极管和晶闸管作为典型的代表器件，这些器件的小体积、低功耗等优点使得他们有了极其广泛的运用，第一代电力电子器件的普及为电力系统的发展起到了巨大的推动作用。随着可关断晶闸管(GTO)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)、电力晶体管(GTR)、静电感应晶体管(SIT)、MOS控制晶闸管(MCT)、电力场控晶体管(MOSFET)等通断两态双可控器件的问世，标志着电力电子器件已经实现了从第一代到第二代的过渡，之后，由于电力电子技术发展的要求，又进入到了第三代电力电子器件的时代，相比第一、二代电力电子器件，第三代电力电子器件有着明显的优势，因为它更注重电力电子技术的环保性、节能性、自动性以及智能型。
2 电力电子技术在电力系统中的应用
上个世纪80 年代，由于相关技术的不断发展及更新，提出了柔流输电理念，因为这个概念的提出，使得很多的研究人员开始将注意力转向电力电子技术在电力系统中的应用上来，也正因为如此，在以后很短的一段时间里，相继出现了多种电力设备，这为电力系统的发展提供了契机。根据自身多年的工作经验以及其他研究人员的研究成果，笔者将从电力系统中的“发电环节”、输电环节、“配电环节”以及“节能环节”四个环节分别阐述电力电子技术的应用。
2.1 电力电子技术在发电环节中的应用
电力系统的发电环节是一个比较复杂的环节，因为它的运行涉及到发电机组的很多种设备，在发电环节容易出现问题，正因为如此，将电力电子技术应用到发电环节就显得很有必要，在此环节中，电力电子技术的主要目的是为了改善这些设备的运行特性。在静止励磁的环节中，通常都会采用晶闸管整流自并励连接方式，因为这样做除了具有设备结构简单、工作运行时可靠性高的优点外，还能降低该过程的的造价，因此晶闸管整流自并励方式已经被世界很多大型电力系统所采用。电力电子技术的介入，省去了励磁机环节，使其大大的加快了自身的调节性能，不仅如此，还为其提供了充分发挥作用并产生良好控制效果的有利条件。水头压力和流量是决定水力发电有效功率的因素，当水头压出现较大的变化幅度时，机组的最佳转速变将会受到较大影响。虽然与水力发电不完全一致，但是风力发电有着相似的变化特点，因为在风力发电系统中，风力发电的有效功率和当时的风速的三次方成正比关系，风速的变化将直接影响到风车能捕捉到的最大风能。通过以上水力和风力发电系统中的一些特点的分析，我们知道，如果想获得最大的有效功率，可以通过将机组变速来实。变频电源是这项应用的技术核心。另外，在电力系统的发电环节，可以通过使用一些较低电压或高压的变频器来使水泵实现变频调速，这样做可以达到一定的节能目的。正因为低压变频技术的这些优点，使得它一度成为一个研究的热点，如今，该技术已经非常的成熟，国内外已经有了很多的生产厂家。但是同时具备高压大容量变频器设计很生产的企业却很少，这方面的技术还有待我们的深入研究。
2.2 电力电子技术在输电环节中的应用
在高压输电系统中，通过将电力电子技术运用进去，引发了一次电力系统中的革命，这次革命被称之为“硅片引起的第”，因为电力电子器件的应用，极大地改善了电力网的稳定性。相比交流输电，直流输电具有很明显的三个优点：①输电容量大；②稳定性好；③容易控制。正因为如此，在电力输送的环节，通常都是采用直流输电。对于一些距离较远的电力输送以及一些特殊的电力输送，高压直流输电拥有其自身独特的优势。1970 年第一项晶闸管换流器的问世，标志着电力电子技术正式应用到直流输电环节，从那以后，世界上所有的新建直流输电系统基本上都是采用晶闸管换流阀。从此，电力电子技术正式迎来了它在电力输送环节中的应用巅峰期。FACTS 技术是在电力电子技术的基础上发展出来的一项输电技术，FACTS 技术是在 20 世纪80 年代后期发展出来的。它除了可以灵活的对交流输电功率进行控制外，还可以极大地提高电力系统的稳定性。
2.3 电力电子技术在配电环节中的应用
在目前的配电系统中，供电可靠性和电能质量是两个重要的环节，但是目前世界上还没有几个发电系统能将这两者存在的问题处理的很好，所以，如何保证供电的可靠性以及提高电能的质量是配电系统中迫切需要解决的问题。在这两个环节中，电能质量的保证显得更为棘手，因为要实现对电能质量的控制，除了要满足对电压、频率、谐波和不对称度的要求外，更要抑制各种瞬态的波动和干扰的影响。电力电子技术在一定程度上能够满足这些要求，DFACTS 技术就是电力电子技术配电系统中应用的一个体现，它结合了现代控制技术，在某种意义上，可以把 DFACTS 技术认为是 FACTS 技术的缩小版本，因为他们的原理以及结构都是相同的，最主要的是他们的功能大体相似。
2.4 电力电子技术在节能环节中的应用
（1）变负荷电动机调速运行：电力电子技术能够在节能环节中起到变负荷电动机调速运行的作用，变频调速具有以下几个方面的优点：①调速范围广；②精确度和效率高；③能实现连续无级调速。正是因为以上的优点，使得在调速过程中降低了转差损耗，节电率通常都可以达到35%左右。
（2）减少无用功损耗，提高功率因数：在电气设备中，对于一些感性负载，例如变压器和交流异步电动机，他们在工作的时候，不像其他的电气设备一样，他们不仅要消耗有功功率，还要消耗一部分的无功功率，对于无功功率这一部分能量，它的消耗对实际的电能生产是没有任何帮助的，但是在电力系统中却要保持无功功率的平衡，因为这样能够阻止系统中的电压降低，对电气设备起到了保护作用。所以，电力网或者电气设备一旦出现无功功率容量不足时，应该及时的增加相关的无功功率补偿设备，以便提高设备的功率因数。
3 结语
本文主要从电力系统的四个环节（“发电环节”、输电环节、“配电环节”以及“节能环节”四个环节）分别阐述了电力电子技术的应用，虽然这几个环节已经较全面的概括了电力电子技术在电力系统中的应用情况，但是希望相关的研究者继续深化这方面的研究，为世界电力系统的快速稳定发展提供一点可靠的依据。
参考文献
前言
电力电子技术是应用于电力领域的相关技术，它以电力变换为主要研究内容。为了实现更高效，更方便的使用能源，人们不断将其进行变换和控制，并取得了一定的应用成果。
1 应用现状
1.1 输电系统
在电力系统中，有一种技术应用叫做柔流输电技术，他的应用，是将电力电子技术与控制技术进行有效融合，从而使其生成一种较为新型的技术，这样的技术应用，能够有效将二者的特性进行相应发挥。并且，这项技术的应用有效发挥了其电能消耗量小的特点，并不断促进了电能的平稳输出，在一定的程度上促进了电力技术的发展，使得电力应用得以高效运行，而且，在相应电流稳定输出的基础上，它还在相关技术的基础上有所突破和进展，使得资源被充分利用，并有效服务于人们的生产和生活。但是在这样类似的输电系统中，电力电子的应用拘束已经进入了更搞得发展水平，并持续改进其中不足。在电力输出方面，我国近几年的发展更着重集中于高雅的直流方式。
1.2 控制静止励磁
在对静电励磁控制方面，因为除了大型的发电设备以外，他还能被应用于风力发电方面，针对电力电子技术中的变速恒频励磁，它的相关控制在风力发电机中具有重要的作用。并且，在相应的控制技术下，晶闸管整流技术也得以开发，得以广泛应用，它不仅结构性能简单，在成本年开发上的资金投入极少，而且，它的优势还有可靠性低等多方面，这是使得它能够被长久使用的重要支撑，从而能够从经济上得以节省，在一定意义上实现了可持续发展。它已经被人们大力应用于较为大型的发电机组等方面的运行，提高了工作速度，加大了工作效率，使其拥有了较好的发展前景。
1.3 变速恒频励磁
在风力发电的运转过程中，其转子励磁的应用，使得发生的电流跳转频率的选择，可以通过变频电源来运作，从而使其功率的发挥得以最大化，从而避免一些因为风速问题而产生的频率差，以免风力发电的稳定差不能够被有效实现和发挥。在正常运行的情况下，他的应用有着较好的耗电率，在火电厂中，它是用电大户，但是，即使它的效率并不高，却可以应用相关的变频调速的技术来改善他的工作效率，但是从目前的情况来看，这样的生产并不多见，因此，在相关的技术应用上，企业可以在日后的发展中根据自身条件适当向其进行延伸探索。在之前的技术应用中，其主要被应用于水利和风力的相关发电过程中，在水力发电机中，水力的大小是由发电机的功率大小所决定的，并且它对于水流量的多少，也起到了决定性的作用，也就是说，在水力发电的过程当中，发电机的功率对生产电量的大小是相关联的，并且起着决定性的作用。然而在风力发电的运用中，对其电量高低起着至关重要作用的则是风速大小，因此，风力发电的应用会受到相应环境因素的影响，从而使其工作效率极大降低。为此，要想在没有风的天气也能促进发电机的运作效率，就需要加入变速运行的相关技术，将励磁电流进行调整频率，促进输出功率的增大，使其运转速度得以增加，不断提高工作效率。
1.4 配电环节的应用
电力电子在配电系统中的应用已经具有一定的实践，在这个过程中，他的具体应用并不能尽如人意，针对相应的损耗电力方面的问题，首先，要想他的应用被有效实施，应该在电压控制方面给予足够的支持基础，其次，要在满足了电压控制的情况下，对各方面因素有可能影响其运作质量的原因进行有效评估，以备能够尽量掌握和控制突发问题的影响，并保证一定程度的资源损失。然而，这个问题的有效解决，是用户电力技术在DFACTS设备中的研发所产生的，这种设备的产生，能够加强供电方面的可靠性，并且还能有效提高它的效率和质量。
2 未来发展方向
电力系统在未来的发展中，必将融入更多的新兴技术，在人们的日常生产和生活中起到积极的作用，给予电力电子技术的发展前景，其在日后的发展中，定将走向更高的领域。但是，其发展过程中，必须要能够持续发展技术支持。在过去的几十年里，在传统的电力行业的发展过程中，电力电子技术渐渐地在新兴产业中崭露头角，并持续发展进步，在传统的设备运用中有很多旧的不合理的应用技术，也都逐渐被电力电子技术所取代。并且随着新能源开发的d起，电子产品消费量的逐渐增加，使得电力电子技术越来越多的受到大众的好评与喜爱，从而得到了广泛的应用。而电力电子技术的基础原理更需要被电力行业所吸收，并且其成功的应用于此，比如在二十世纪八十年代左右，相对于较大的功率电子相关技术就已经开始得到了应用实践。但是为了使其更好的服务于大众，它的脚步会不断前进发展，得到良好的应用。
3 结束语
电力电子技术的应用和发展，为人们的生活和生产带来了极大的方便，它使电力系统在运行方面更加的安全、高效、优质，使得其在电力系统中得以被广泛应用，从而为电力系统在百年发展的历史上具有了一个革命性的变革，也必将推动电力电子技术在更高水平上的技术发展。
参考文献
