大容量电力电子应用系统分析

一、应用热点

（一）电气节能

节能是社会所关注的一个焦点问题，尤其是在能源相对比较短缺的现代社会，能源的使用和节约问题也是经济发展过程中必须解决的问题。电动机作为最大的电能消耗载体，在电能节约方面也有很大的发展空间。我国在电动机运转上所消耗的电量达12000亿千瓦时，超过了全国工业总用电量的60%。变频技术的应用，能够有效控制电机的合理运行，从而实现节能的目的。就目前情况来看，使用变频调速的水泵和风机系统是电机系统中重点的节能对象。以电力电子技术为基础的变频器，是实现电气节能最为关键的设备。而变频器的使用，需要解决其成本问题，提高应用的可靠性。

（二）新能源发电

就现阶段的情况来看，电力电子技术在可再生能源发电领域以及分布式发电领域中有着极为广泛的应用，尤其是目前太阳能、风能、地热能、生物能等可再生能源的大力开发，在很大程度上推动了我国电力行业的发展与进步。利用电力电子变化技术能够在很大程度上确保新能源大量转化电能，以确保我国社会经济发展的用电需求，也能在一定程度上提升电能的利用效率，降低国家电网负荷。新能源发电中，电力电子技术在应用的过程中存在其独特性，主要表现在一次性能源供给存在较大的随机性，例如太阳能、风能受到天气条件最为直接的影响。同时并网发电的要求相对于一般发电要更高一些，主要体现在电网侧要求输电波动不宜过大，另外要求电能输送质量也非常高。就我国目前的发电现状来看，并网发电变换器主要是从国外进口，国内尚缺乏相关的设计经验，在应用方面也处于初级阶段，运行的可靠性较差，而且相关功能与性能也不能够充分契合我国现阶段发电现状。因此，必须确保并网发电变化器发展朝向大容量、高质量方面，也需要确保能源的直接变换，提高变换器的运转效率与运转可靠性，以为我国电能转换事业奠定坚实的基础。

（三）电力牵引

电力牵引需要有电力电子的控制和变换技术做基础，是交通发展的重要内容。目前电力电子技术在电力牵引中主要的发展方向有三点，一是电力电子在变换器装置上功率密度和效率的提升，以及冷却技术和集成技术的发展；二是控制方面的研究和发展，如直接转矩控制和矢量控制；三是能量综合管理技术和冗余控制的应用。

（四）智能电网

在科学技术不断发展、能源需求、环境问题等多重因素的作用下，使得社会对电力等清洁能源的需求越来越大。如何使电力资源得到有效调配催生了智能电网概念。智能电网融合了包括数字化、信息化等多种前沿的科学技术，其以节能、环保、高效、可靠稳定的优势在世界范围内得到迅速推广。智能电网最于本世纪初由美国和欧盟等发达国家提出，其构建初衷是建立灵活、清洁、经济、安全的智能电网，并以此作为发展目标。美国在电网建设中，主要侧重于电网的安全稳定性控制，因此在电网的“自愈”能力方面做了重要探索和试点研究。其输配电网应用了智能电表和信息通信等技术，使得电网市场的信息更加透明，最终达到节约电力能源的目的。当前我国的特高压电网也处于重要的改革期，智能电网作为电力的发展新方向，也成了我国发展的新方向。基于特高压输电传输距离远、损耗小、成本低的特点，在我国发展迅速。当前已有一条由陕北——晋东南——南阳——荆门（1000kV，已运营）和云南——广东、向家坝——上海两条（800kV）的在建项目。但电力的发展却受到电子器件、主电路结构及控制等电力设备的制约。

二、关键应用技术与问题

大容量电子应用系统的关键技术主要元素为：硬件设备、方法（拓扑）、控制技术。硬件设备，因高电压大电流系统的需求，使得应用系统需要更好更高功率的半导体器件，从而充分保障系统的可靠性和安全性。但当前主要困扰的是，传统的应用系统其效益低、电流容量小，难以适应电力的长远发展。探索新的硬件设备成为其发展的重要出路。拓扑方法和控制技术，传统的控制技术（PWM），其指标性能较低，难以适应市场的发展需求。基于当前存在半导体开关器件技术的掌握还不完全、主电路的设计与实际存在差异、设备与装置的电磁暂态过程描述不清、设备与设备协调机理不清晰等问题。发展自适应设备模型、明晰安全工作区域的定义、落实能源控制等关键问题仍是学者深入探讨研究的方向。

作者:徐周 单位:贵州工程应用技术学院