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大容量電力電子技術(shù)與應(yīng)用分析

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大容量電力電子技術(shù)屬于新型電子技術(shù)，最早誕生于上世紀(jì)60年代的美國(guó)，實(shí)現(xiàn)了電力學(xué)、電子學(xué)與控制理論的融合，在多個(gè)領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。本文闡述了大容量電力電子技術(shù)的基礎(chǔ)理論，并針對(duì)具體的應(yīng)用與發(fā)展展望進(jìn)行闡述。

大容量電力電子技術(shù) 理論 應(yīng)用

在科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步下，我國(guó)的電子技術(shù)水平也得到了顯著提升，電子技術(shù)在生活的各個(gè)領(lǐng)域都有所應(yīng)用，任何電器的正常使用都需要應(yīng)用電力，正是由于電力電子技術(shù)的支持，國(guó)民經(jīng)濟(jì)才能得到飛速發(fā)展。近些年來(lái)，在新能源發(fā)電、智能電網(wǎng)、電力牽引、電氣節(jié)能的高速發(fā)展下，各個(gè)領(lǐng)域?qū)τ诖笕萘侩娏﹄娮蛹夹g(shù)的要求越來(lái)越高，如何實(shí)現(xiàn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的智能化、自動(dòng)化、節(jié)能化、機(jī)電一體化，成為業(yè)界重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。

1 大容量電力電子技術(shù)的基礎(chǔ)理論

大容量電力電子技術(shù)是基于電子電路、電力電子器件等學(xué)科基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)，其主要的設(shè)計(jì)和控制方式就是集中參數(shù)、理想開(kāi)關(guān)與信號(hào)脈寬調(diào)制，長(zhǎng)期以來(lái)，由于多種因素的影響，大容量電力電子技術(shù)存在瞬態(tài)過(guò)程不清晰、器件模型過(guò)于理想化的問(wèn)題。為了解決這一難題，國(guó)家在政策、資金和技術(shù)上予以了大量的支持，對(duì)于促進(jìn)電力電子學(xué)科的發(fā)展起著積極的效用。

近幾年來(lái)，我國(guó)針對(duì)“大容量特定電力電子技術(shù)”、“大容量電力電子系統(tǒng)電磁瞬態(tài)過(guò)程”進(jìn)行了深入的研究，并從瞬態(tài)換流回路、電磁能量變換以及系統(tǒng)可靠性角度來(lái)提出了新的研究模式，深入分析了關(guān)于大功率器件開(kāi)關(guān)瞬態(tài)模型、分布雜散參數(shù)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)線性化問(wèn)題等，成功建立了關(guān)于集中參數(shù)、器件與裝置、分布式參數(shù)、控制主回路的定量模型，提出了大容量電力電子技術(shù)研究的新思路，這對(duì)于促進(jìn)相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展有著積極的作用和價(jià)值。

2 大容量電力電子技術(shù)的應(yīng)用

2.1 大容量電力電子技術(shù)在電氣節(jié)能中的應(yīng)用

將大容量電力電子技術(shù)應(yīng)用在大型風(fēng)機(jī)水泵中，可以有效降低能耗，并具有高可靠性與高性價(jià)比的優(yōu)勢(shì)，目前常用的多為組合式電力電子變換器，如H級(jí)橋聯(lián)型多電平變換器，通過(guò)H橋單元的級(jí)聯(lián)，能夠輸出高電壓，提高輸出功率，憑借其高冗余程度、結(jié)構(gòu)模塊化、容易實(shí)現(xiàn)高壓多電平的優(yōu)勢(shì)，H級(jí)橋聯(lián)型多電平變換器成為現(xiàn)階段應(yīng)用最為廣泛的一種多電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。實(shí)踐顯示，容量與電壓呈正比，容量越大，大容量電力電子的技術(shù)水平也會(huì)更高，具體需要根據(jù)實(shí)際需求來(lái)合理選用。我國(guó)在關(guān)于風(fēng)機(jī)水泵節(jié)能高壓變頻器的研究與應(yīng)用上，已經(jīng)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，憑借優(yōu)良的可靠性與性價(jià)比，得到了越來(lái)越多用戶的認(rèn)可，市場(chǎng)占有率也呈逐年上升趨勢(shì)。

2.2 大容量電力電子技術(shù)在電力牽引中的應(yīng)用

將大容量電力電子技術(shù)應(yīng)用在電力牽引中，可以有效改善電力電子變換器的功率，滿足精準(zhǔn)控制的要求，保證系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性與安全性，就現(xiàn)階段的研究來(lái)看，大功率電力電子器件變換器是研究主流，具有代表性的就是絕緣柵雙極型晶體管與集成門極換流晶閘管。在我國(guó)自主研發(fā)的六軸和諧貨運(yùn)電力機(jī)車中，就應(yīng)用了6500V/600A絕緣柵雙極型晶體管元件，應(yīng)用這一元件，單軸功率達(dá)到了1600kW，機(jī)車總功率有9600kW，達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平。

2.3 大容量電力電子技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用

智能電網(wǎng)是下一階段我國(guó)電網(wǎng)發(fā)展的主要方向，隨著我國(guó)特高壓輸電網(wǎng)的大力建設(shè)，固態(tài)斷路器、靜止無(wú)功補(bǔ)償器、固態(tài)變壓器、有源濾波器、靜止同步補(bǔ)償器、動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器等大容量電力電子技術(shù)也得到了廣泛應(yīng)用。以柔性直流輸電為例，其中，核心器件就是大功率全控型大容量電力電子技術(shù)，拓?fù)鋭t應(yīng)用了模塊化多電平變化器，變換器是由不同的功率模塊構(gòu)成，每一個(gè)功率模塊，都有特定的橋臂與直流電容，模塊的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，如果要增加電平，只要調(diào)整基本單元即可滿足要求。

3 關(guān)于大容量電力電子技術(shù)的發(fā)展展望

我國(guó)大容量電力電子技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)有近60年的歷史，取得了顯著的進(jìn)展，但是由于我國(guó)原本的基礎(chǔ)水平薄弱，加之財(cái)力有限，現(xiàn)有的發(fā)展水平還無(wú)法滿足我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需求，綜合來(lái)看，我國(guó)的大容量電力電子產(chǎn)品多為中低端產(chǎn)品，高端產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、研發(fā)、生產(chǎn)與發(fā)達(dá)國(guó)家還有一定的距離，我國(guó)許多研究院、研究所乃至高校，由于轉(zhuǎn)制、經(jīng)費(fèi)來(lái)源等方面的原因，將大部分研究力量從應(yīng)用基礎(chǔ)研究轉(zhuǎn)向產(chǎn)品試制、開(kāi)發(fā)，而忽視了電力電子技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)的研究，目前我國(guó)的核心功率半導(dǎo)體器件，依然以進(jìn)口為主，且從產(chǎn)業(yè)鏈方面來(lái)看，我國(guó)的大容量電力電子技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈還需要進(jìn)一步完善，提高產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。為此，我國(guó)需要以現(xiàn)有的理論研究為基礎(chǔ)，重點(diǎn)發(fā)展新的理論、概念、方法，將理論成果融合到產(chǎn)品中，推動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展，重點(diǎn)開(kāi)展關(guān)于柔性直流輸電基礎(chǔ)理論的研究，隨著相關(guān)理論研究的深入下，我國(guó)的大容量電力電子技術(shù)將會(huì)迎來(lái)更好的前景。

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