電力技術論文匯總十篇

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篇（1）

當前,電力電子作為節能、節才、自動化、智能化、機電一體化的基礎,正朝著應用技術高頻化、硬件結構模塊化、產品性能綠色化的方向發展。在不遠的將來,電力電子技術將使電源技術更加成熟、經濟、實用,實現高效率和高品質用電相結合。

1.電力電子技術的發展

現代電力電子技術的發展方向,是從以低頻技術處理問題為主的傳統電力電子學,向以高頻技術處理問題為主的現代電力電子學方向轉變。電力電子技術起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其發展先后經歷了整流器時代、逆變器時代和變頻器時代,并促進了電力電子技術在許多新領域的應用。八十年代末期和九十年代初期發展起來的、以功率MOSFET和IGBT為代表的、集高頻、高壓和大電流于一身的功率半導體復合器件,表明傳統電力電子技術已經進入現代電力電子時代。

1.1整流器時代

大功率的工業用電由工頻(50Hz)交流發電機提供,但是大約20%的電能是以直流形式消費的,其中最典型的是電解(有色金屬和化工原料需要直流電解)、牽引(電氣機車、電傳動的內燃機車、地鐵機車、城市無軌電車等)和直流傳動(軋鋼、造紙等)三大領域。大功率硅整流器能夠高效率地把工頻交流電轉變為直流電,因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶閘管的開發與應用得以很大發展。當時國內曾經掀起了-股各地大辦硅整流器廠的熱潮,目前全國大大小小的制造硅整流器的半導體廠家就是那時的產物。

1.2逆變器時代

七十年代出現了世界范圍的能源危機,交流電機變頻惆速因節能效果顯著而迅速發展。變頻調速的關鍵技術是將直流電逆變為0~100Hz的交流電。在七十年代到八十年代,隨著變頻調速裝置的普及,大功率逆變用的晶閘管、巨型功率晶體管(GTR)和門極可關斷晶閘管(GT0)成為當時電力電子器件的主角。類似的應用還包括高壓直流輸出,靜止式無功功率動態補償等。這時的電力電子技術已經能夠實現整流和逆變,但工作頻率較低,僅局限在中低頻范圍內。

1.3變頻器時代

進入八十年代,大規模和超大規模集成電路技術的迅猛發展,為現代電力電子技術的發展奠定了基礎。將集成電路技術的精細加工技術和高壓大電流技術有機結合,出現了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的問世,導致了中小功率電源向高頻化發展,而后絕緣門極雙極晶體管(IGBT)的出現,又為大中型功率電源向高頻發展帶來機遇。MOSFET和IGBT的相繼問世,是傳統的電力電子向現代電力電子轉化的標志。據統計,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半導體器件市場上已達到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在電力電子領域巳成定論。新型器件的發展不僅為交流電機變頻調速提供了較高的頻率,使其性能更加完善可靠,而且使現代電子技術不斷向高頻化發展,為用電設備的高效節材節能,實現小型輕量化,機電一體化和智能化提供了重要的技術基礎。

2.現代電力電子的應用領域

2.1計算機高效率綠色電源

高速發展的計算機技術帶領人類進入了信息社會,同時也促進了電源技術的迅速發展。八十年代,計算機全面采用了開關電源,率先完成計算機電源換代。接著開關電源技術相繼進人了電子、電器設備領域。

計算機技術的發展,提出綠色電腦和綠色電源。綠色電腦泛指對環境無害的個人電腦和相關產品，綠色電源系指與綠色電腦相關的高效省電電源,根據美國環境保護署l992年6月17日“能源之星"計劃規定,桌上型個人電腦或相關的設備,在睡眠狀態下的耗電量若小于30瓦,就符合綠色電腦的要求,提高電源效率是降低電源消耗的根本途徑。就目前效率為75%的200瓦開關電源而言,電源自身要消耗50瓦的能源。

2.2通信用高頻開關電源

通信業的迅速發展極大的推動了通信電源的發展。高頻小型化的開關電源及其技術已成為現代通信供電系統的主流。在通信領域中,通常將整流器稱為一次電源,而將直流-直流(DC/DC)變換器稱為二次電源。一次電源的作用是將單相或三相交流電網變換成標稱值為48V的直流電源。目前在程控交換機用的一次電源中,傳統的相控式穩壓電源己被高頻開關電源取代,高頻開關電源(也稱為開關型整流器SMR)通過MOSFET或IGBT的高頻工作,開關頻率一般控制在50-100kHz范圍內,實現高效率和小型化。近幾年,開關整流器的功率容量不斷擴大,單機容量己從48V/12.5A、48V/20A擴大到48V/200A、48V/400A。

因通信設備中所用集成電路的種類繁多,其電源電壓也各不相同,在通信供電系統中采用高功率密度的高頻DC-DC隔離電源模塊,從中間母線電壓(一般為48V直流)變換成所需的各種直流電壓,這樣可大大減小損耗、方便維護,且安裝、增加非常方便。一般都可直接裝在標準控制板上,對二次電源的要求是高功率密度。因通信容量的不斷增加,通信電源容量也將不斷增加。

2.3直流-直流(DC/DC)變換器

DC/DC變換器將一個固定的直流電壓變換為可變的直流電壓,這種技術被廣泛應用于無軌電車、地鐵列車、電動車的無級變速和控制,同時使上述控制獲得加速平穩、快速響應的性能,并同時收到節約電能的效果。用直流斬波器代替變阻器可節約電能(20~30)%。直流斬波器不僅能起調壓的作用(開關電源),同時還能起到有效地抑制電網側諧波電流噪聲的作用。

通信電源的二次電源DC/DC變換器已商品化,模塊采用高頻PWM技術,開關頻率在500kHz左右,功率密度為5W~20W/in3。隨著大規模集成電路的發展,要求電源模塊實現小型化,因此就要不斷提高開關頻率和采用新的電路拓撲結構,目前已有一些公司研制生產了采用零電流開關和零電壓開關技術的二次電源模塊,功率密度有較大幅度的提高。

2.4不間斷電源(UPS)

不間斷電源(UPS)是計算機、通信系統以及要求提供不能中斷場合所必須的一種高可靠、高性能的電源。交流市電輸入經整流器變成直流,一部分能量給蓄電池組充電,另一部分能量經逆變器變成交流,經轉換開關送到負載。為了在逆變器故障時仍能向負載提供能量,另一路備用電源通過電源轉換開關來實現。

現代UPS普遍了采用脈寬調制技術和功率M0SFET、IGBT等現代電力電子器件,電源的噪聲得以降低,而效率和可靠性得以提高。微處理器軟硬件技術的引入,可以實現對UPS的智能化管理,進行遠程維護和遠程診斷。

目前在線式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS發展也很迅速,已經有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多種規格的產品。

2.5變頻器電源

變頻器電源主要用于交流電機的變頻調速,其在電氣傳動系統中占據的地位日趨重要,已獲得巨大的節能效果。變頻器電源主電路均采用交流-直流-交流方案。工頻電源通過整流器變成固定的直流電壓,然后由大功率晶體管或IGBT組成的PWM高頻變換器,將直流電壓逆變成電壓、頻率可變的交流輸出,電源輸出波形近似于正弦波,用于驅動交流異步電動機實現無級調速。

國際上400kVA以下的變頻器電源系列產品已經問世。八十年代初期,日本東芝公司最先將交流變頻調速技術應用于空調器中。至1997年,其占有率已達到日本家用空調的70%以上。變頻空調具有舒適、節能等優點。國內于90年代初期開始研究變頻空調,96年引進生產線生產變頻空調器,逐漸形成變頻空調開發生產熱點。預計到2000年左右將形成。變頻空調除了變頻電源外,還要求有適合于變頻調速的壓縮機電機。優化控制策略,精選功能組件,是空調變頻電源研制的進一步發展方向。

2.6高頻逆變式整流焊機電源

高頻逆變式整流焊機電源是一種高性能、高效、省材的新型焊機電源,代表了當今焊機電源的發展方向。由于IGBT大容量模塊的商用化,這種電源更有著廣闊的應用前景。

逆變焊機電源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)變換的方法。50Hz交流電經全橋整流變成直流,IGBT組成的PWM高頻變換部分將直流電逆變成20kHz的高頻矩形波,經高頻變壓器耦合,整流濾波后成為穩定的直流,供電弧使用。

由于焊機電源的工作條件惡劣,頻繁的處于短路、燃弧、開路交替變化之中,因此高頻逆變式整流焊機電源的工作可靠性問題成為最關鍵的問題,也是用戶最關心的問題。采用微處理器做為脈沖寬度調制(PWM)的相關控制器,通過對多參數、多信息的提取與分析,達到預知系統各種工作狀態的目的,進而提前對系統做出調整和處理,解決了目前大功率IGBT逆變電源可靠性。

國外逆變焊機已可做到額定焊接電流300A,負載持續率60%,全載電壓60~75V,電流調節范圍5~300A,重量29kg。

2.7大功率開關型高壓直流電源

大功率開關型高壓直流電源廣泛應用于靜電除塵、水質改良、醫用X光機和CT機等大型設備。電壓高達50~l59kV,電流達到0.5A以上,功率可達100kW。

自從70年代開始,日本的一些公司開始采用逆變技術,將市電整流后逆變為3kHz左右的中頻,然后升壓。進入80年代,高頻開關電源技術迅速發展。德國西門子公司采用功率晶體管做主開關元件,將電源的開關頻率提高到20kHz以上。并將干式變壓器技術成功的應用于高頻高壓電源,取消了高壓變壓器油箱,使變壓器系統的體積進一步減小。

國內對靜電除塵高壓直流電源進行了研制,市電經整流變為直流,采用全橋零電流開關串聯諧振逆變電路將直流電壓逆變為高頻電壓,然后由高頻變壓器升壓,最后整流為直流高壓。在電阻負載條件下,輸出直流電壓達到55kV,電流達到15mA,工作頻率為25.6kHz。

2.8電力有源濾波器

傳統的交流-直流(AC-DC)變換器在投運時,將向電網注入大量的諧波電流,引起諧波損耗和干擾,同時還出現裝置網側功率因數惡化的現象,即所謂“電力公害”,例如,不可控整流加電容濾波時,網側三次諧波含量可達(70~80)%,網側功率因數僅有0.5~0.6。

電力有源濾波器是一種能夠動態抑制諧波的新型電力電子裝置,能克服傳統LC濾波器的不足,是一種很有發展前途的諧波抑制手段。濾波器由橋式開關功率變換器和具體控制電路構成。與傳統開關電源的區別是:(l)不僅反饋輸出電壓,還反饋輸入平均電流;(2)電流環基準信號為電壓環誤差信號與全波整流電壓取樣信號之乘積。

2.9分布式開關電源供電系統

分布式電源供電系統采用小功率模塊和大規模控制集成電路作基本部件,利用最新理論和技術成果,組成積木式、智能化的大功率供電電源,從而使強電與弱電緊密結合,降低大功率元器件、大功率裝置(集中式)的研制壓力,提高生產效率。

八十年代初期,對分布式高頻開關電源系統的研究基本集中在變換器并聯技術的研究上。八十年代中后期,隨著高頻功率變換技術的迅述發展，各種變換器拓撲結構相繼出現,結合大規模集成電路和功率元器件技術,使中小功率裝置的集成成為可能,從而迅速地推動了分布式高頻開關電源系統研究的展開。自八十年代后期開始,這一方向已成為國際電力電子學界的研究熱點,論文數量逐年增加，應用領域不斷擴大。

分布供電方式具有節能、可靠、高效、經濟和維護方便等優點。已被大型計算機、通信設備、航空航天、工業控制等系統逐漸采納,也是超高速型集成電路的低電壓電源(3.3V)的最為理想的供電方式。在大功率場合,如電鍍、電解電源、電力機車牽引電源、中頻感應加熱電源、電動機驅動電源等領域也有廣闊的應用前景。

3.高頻開關電源的發展趨勢

在電力電子技術的應用及各種電源系統中，開關電源技術均處于核心地位。對于大型電解電鍍電源,傳統的電路非常龐大而笨重,如果采用高頓開關電源技術,其體積和重量都會大幅度下降,而且可極大提高電源利用效率、節省材料、降低成本。在電動汽車和變頻傳動中,更是離不開開關電源技術，通過開關電源改變用電頻率,從而達到近于理想的負載匹配和驅動控制。高頻開關電源技術,更是各種大功率開關電源(逆變焊機、通訊電源、高頻加熱電源、激光器電源、電力操作電源等)的核心技術。

3.1高頻化

理論分析和實踐經驗表明,電氣產品的變壓器、電感和電容的體積重量與供電頻率的平方根成反比。所以當我們把頻率從工頻50Hz提高到20kHz,提高400倍的話,用電設備的體積重量大體下降至工頻設計的5~l0%。無論是逆變式整流焊機,還是通訊電源用的開關式整流器,都是基于這一原理。同樣,傳統“整流行業”的電鍍、電解、電加工、充電、浮充電、電力合閘用等各種直流電源也可以根據這一原理進行改造,成為“開關變換類電源”,其主要材料可以節約90%或更高,還可節電30%或更多。由于功率電子器件工作頻率上限的逐步提高,促使許多原來采用電子管的傳統高頻設備固態化,帶來顯著節能、節水、節約材料的經濟效益,更可體現技術含量的價值。

3.2模塊化

模塊化有兩方面的含義,其一是指功率器件的模塊化,其二是指電源單元的模塊化。我們常見的器件模塊,含有一單元、兩單元、六單元直至七單元,包括開關器件和與之反并聯的續流二極管,實質上都屬于“標準”功率模塊(SPM)。近年,有些公司把開關器件的驅動保護電路也裝到功率模塊中去,構成了“智能化”功率模塊(IPM),不但縮小了整機的體積,更方便了整機的設計制造。實際上,由于頻率的不斷提高,致使引線寄生電感、寄生電容的影響愈加嚴重,對器件造成更大的電應力(表現為過電壓、過電流毛刺)。為了提高系統的可靠性,有些制造商開發了“用戶專用”功率模塊(ASPM),它把一臺整機的幾乎所有硬件都以芯片的形式安裝到一個模塊中,使元器件之間不再有傳統的引線連接,這樣的模塊經過嚴格、合理的熱、電、機械方面的設計,達到優化完美的境地。它類似于微電子中的用戶專用集成電路(ASIC)。只要把控制軟件寫入該模塊中的微處理器芯片,再把整個模塊固定在相應的散熱器上,就構成一臺新型的開關電源裝置。由此可見,模塊化的目的不僅在于使用方便,縮小整機體積,更重要的是取消傳統連線,把寄生參數降到最小,從而把器件承受的電應力降至最低,提高系統的可靠性。另外,大功率的開關電源,由于器件容量的限制和增加冗余提高可靠性方面的考慮,一般采用多個獨立的模塊單元并聯工作,采用均流技術,所有模塊共同分擔負載電流,一旦其中某個模塊失效,其它模塊再平均分擔負載電流。這樣,不但提高了功率容量,在有限的器件容量的情況下滿足了大電流輸出的要求,而且通過增加相對整個系統來說功率很小的冗余電源模塊,極大的提高系統可靠性,即使萬一出現單模塊故障,也不會影響系統的正常工作,而且為修復提供充分的時間。

3.3數字化

在傳統功率電子技術中,控制部分是按模擬信號來設計和工作的。在六、七十年代,電力電子技術完全是建立在模擬電路基礎上的。但是,現在數字式信號、數字電路顯得越來越重要,數字信號處理技術日趨完善成熟,顯示出越來越多的優點:便于計算機處理控制、避免模擬信號的畸變失真、減小雜散信號的干擾(提高抗干擾能力)、便于軟件包調試和遙感遙測遙調,也便于自診斷、容錯等技術的植入。所以,在八、九十年代,對于各類電路和系統的設計來說,模擬技術還是有用的,特別是:諸如印制版的布圖、電磁兼容(EMC)問題以及功率因數修正(PFC)等問題的解決,離不開模擬技術的知識,但是對于智能化的開關電源,需要用計算機控制時,數字化技術就離不開了。

3.4綠色化

電源系統的綠色化有兩層含義:首先是顯著節電,這意味著發電容量的節約,而發電是造成環境污染的重要原因,所以節電就可以減少對環境的污染;其次這些電源不能(或少)對電網產生污染,國際電工委員會(IEC)對此制定了一系列標準,如IEC555、IEC917、IECl000等。事實上,許多功率電子節電設備,往往會變成對電網的污染源:向電網注入嚴重的高次諧波電流,使總功率因數下降,使電網電壓耦合許多毛刺尖峰,甚至出現缺角和畸變。20世紀末,各種有源濾波器和有源補償器的方案誕生,有了多種修正功率因數的方法。這些為2l世紀批量生產各種綠色開關電源產品奠定了基礎。

現代電力電子技術是開關電源技術發展的基礎。隨著新型電力電子器件和適于更高開關頻率的電路拓撲的不斷出現,現代電源技術將在實際需要的推動下快速發展。在傳統的應用技術下,由于功率器件性能的限制而使開關電源的性能受到影響。為了極大發揮各種功率器件的特性,使器件性能對開關電源性能的影響減至最小,新型的電源電路拓撲和新型的控制技術,可使功率開關工作在零電壓或零電流狀態,從而可大大的提高工作頻率,提高開關電源工作效率,設計出性能優良的開關電源。

總而言之,電力電子及開關電源技術因應用需求不斷向前發展,新技術的出現又會使許多應用產品更新換代,還會開拓更多更新的應用領域。開關電源高頻化、模塊化、數字化、綠色化等的實現,將標志著這些技術的成熟,實現高效率用電和高品質用電相結合。這幾年,隨著通信行業的發展,以開關電源技術為核心的通信用開關電源,僅國內有20多億人民幣的市場需求,吸引了國內外一大批科技人員對其進行開發研究。開關電源代替線性電源和相控電源是大勢所趨,因此,同樣具有幾十億產值需求的電力操作電源系統的國內市場正在啟動,并將很快發展起來。還有其它許多以開關電源技術為核心的專用電源、工業電源正在等待著人們去開發。

參考文獻

(l)林渭勛:淺談半導體高頻電力電子技術,電力電子技術選編,浙江大學,384-390,1992

(2)季幼章:迎接知識經濟時代,發展電源技術應用,電源技術應用,N0.2,l998

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目前在電力技術中較為新穎的一種技術形式，實際上就是燃料電池，而燃料電池本身在實際使用的過程中，實際上就是通過內部化學物質反應的方式，將釋放出的相關化學能，直接轉換成為電能。從相關的統計數據來看，燃料電池表現出的發電率極高，如果說單純的采取聯合循環式的燃料電池進行使用，那么其所表現出的發電率能夠維持在85%左右。不僅如此，還由于燃料電池表現出的負荷不高，那么負荷變化的情況下，便能夠有效的進行跟蹤，滿足高調峰需求。燃料電池在節能上也只是存在著較低的污染問，在燃料電池技術持續完善的情況下，甚至能夠達到零排放以及節水的效果，進而最大限度的促使能源缺乏現象得以解決。

1.2交流輸電

交流電技術已經在是如今的電力技術體系中，發展到了一個極為成熟的地步，特別是在電力的分配以及輸送上，都呈現出了極大的提升。在實際使用的過程中，完全可以有效的促使電網資源利用效率大幅度提升，這對于電能體系的利用高效性有著極大的促進意義。在這一過程中，交流輸電電力技術在大功率之下，表現出的高壓開關，一般都是直接使用的大功率電子器件，而FACTS設備實際上還包含了其他形式的電力設備技術，這方面的技術應用，對于電力系統實際運行過程中的調節工作，有著極為良好的改善效果。并且在電力系統運行穩定的功能需求上，交流輸電技術在其中發揮出了至關重要的作用。

1.3太陽能電力技術

太陽能技術本身屬于大自然中可使用的最多自然資源，并且在這其中也表現出了較高的能量轉換率。太陽能輻射本身在實際對地球進行照射的過程中，會由于緯度的差異性，而表現出一定的不同，地球上最大太陽照射率870-3400KWh/m2。根據中國科學院對電力研究的分析，太陽能電池和其他電池有所不同———只可用于小面積地方。每年的供量大概是3500KWh/m2到5500KWh/m2之間。一般來說可以滿足我國普通家庭一年的用電量。太陽能發電技術具體包擴了兩個方面：①利用太陽能的熱動力發電的技術；②利用光伏發電的技術。所謂光伏發電，就是利用太陽能將其轉變為電能，的技術。隨然太陽能發電具有很多優勢，但是因為一些局限性，在全球范圍內光伏發電的規模還十分小，但是在未來幾十年內，相較于常規電力技術，光伏發電技術肯定會慢慢啤機開來。

1.4城市化的供電技術

隨著現代化社會的不斷發展，電能的質量和供電的可靠性要求也在提高。在現代化社會里存在著較為復雜供電方式和供電的負荷密度，需要相當大的發展空間和靈活性，并且需要較為穩定可靠的電力技術相輔相成，從而真正意義上的滿足電網的升格和不斷增加的供電負荷，其電網建設所具備的電力技術也相對復雜。例如：新型的GIS設備、集成技術和配電網的保護等。高壓下的直流配電技術，即骨干網架的高壓直流電纜，以及自變流的電力技術的一種流向用戶工頻或者是高頻下供電技術在城市供電中普遍應用。

2電力生產安全

2.1繼電保護運行管理與技術監督

在電力生產安全方面需要保證電氣設備運行的可靠性，因此要求我們能在日常工作中及時發現并排除安全隱患，建立電氣設備隱患和缺陷庫，減少保護裝置動作的機會。如確有故障存在，則需要保護裝置可靠正確動作切除故障，將故障設備隔離，避免擴大事故范圍，以免造成更大的損失。在此基礎上整合計算機的運行維護與管理、保護裝置的入網管理，降低電氣設備的缺陷發生率，對保護裝置嚴格按規范進行定期校驗，并有試驗合格可以投入運行的確切結論，對于母差、主變差動及光纖縱差等保護尤其要重點關注，保證各二次回路的正確接線，避免繼電保護裝置設備產生誤動或拒動。

2.2完善電力生產的安全機制

安全機制在一定程度上可以帶動工作人員的安全生產積極性，從而實現了安全事故的控制管理和安全生產的良性循環，保證了工作人員生命安全和電網安全。建立相關的安全機制，規范了生產管理的各項工作流程，體現了標準化作業的安全性，保證了電力生產的正常、穩定、安全進行。通過安全保障機構建立，以安全生產為第一要素，重點扶持安全生產，并且建立有效可行的機制；建立責任制度和安全管理制度，規范生產行為，讓考核、管理和執行做到有據可依的網絡化的機制體系，從根本上落實電力生產安全。

2.3加強電力企業的安全文化的建設

企業中的員工是企業主體部分，無論是企業的內部還是外部都不能脫離人員因素的重要影響作用，所以，調動企業員工的能動性就顯得非常重要。因此，從管理角度入手，需加強電力企業生產安全方面的管理，提高員工的生產效率與工作責任心，從而為電力發展創造更大的發展空間和經濟效益。逐級簽訂《安全目標責任書》、《人員互保責任書》、《四不傷害責任書》等，使每一個員工始終繃緊安全這根弦，做到警鐘長鳴。其次，建設電力生產的安全文化中心的根本是樹立安全意識，讓員工從根本上認識到生產安全的利害關系，使安全意識深入人心。

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電力系統深受能源危機困擾，雖已開始研制新能源結構，但應用效果一直不好，新能源很難與傳統電力裝置、設備形成默契配合。由于電力技術的決策能力、更新速度很強、很快，所以要想將風能、太陽能、水能等綠色能源引入電力系統，依靠電力技術是最為可靠、有效的方式。首先，根據電力技術測量、轉換、控制、管理能源的能力，改變電力系統原有能源輸出格局，盡可能切斷新能源輸出裝置與系統中其他運行設備的牽絆和影響，僅以能源輸出為價值標準，設計、添置綠色能源裝置，以最大限度提高能源的利用率；其次，強化變流調速技術、集優生產技術、能源轉化技術在電力系統中的應用地位，定期、定時核算綠色能源輸出、不可再生能源輸出過程中的“能量效益”，并對系統、裝置、技術進行定向修改；最后，拓展電力技術的應用范圍，圍繞計算機技術，監控綠色能源在電力系統中的運行情況，以“消耗”“、效益”為兩大基本點，總結分析不符合電力技術應用安全的相關問題，并及時改正。

1.2實現機電一體化

機電一體化是電氣工程、電力系統發展的必經之路，也是帶動高效生產的有效手段，為此，電力技術可以聯合網絡技術、自動化處理技術、智能監測等技術，共同推進多門技術的融合發展，進而促進電力系統的正向發展。機電一體化技術在投入使用之前，應接受多次測量和考察，因為要避免生產風險、提高生產效率，所以必須經過電力技術來處理相關系統數據，只有這樣，才能將系統運行狀態控制在可控范圍內。然而，機電一體化對電力系統運行功能的要求和服務設定復雜，僅靠電力技術很難支撐起整個系統的運行重任，所以，一般情況下，電力系統會選擇“區域一體化”的生產、改造方式，選擇風險小、收益高、符合電力技術應用條件的系統模塊，幫助小范圍系統實現“自動”，并計算應用效果，確定技術無誤且高效之后，再擴大一體化改造范圍。由此可見，電力技術雖然是電力系統一體化發展的有力手段，但其應用效果依然具有不可控特質，在應用時應格外注意、小心。

1.3引入智能技術

智能手機、平板電腦已經成為電子終端控制的主要裝置設備，它在人們日常生活與工作中的應用地位非常高，因此，電力行業也應適當引入智能技術，并創設以智能控制系統為核心管理中樞的技術集團，以便于工作人員正確、有效、科學的管控電力系統。經過智能技術修飾，電力系統在故障排除、判斷、處置方面的優勢能力更強了，并基本實現了“自動化”。以往，一個小故障便會導致整個電力系統陷入癱瘓，現如今，運行故障會翻譯成“特殊數據”，經智能處理器處理，被挖掘、傳送，傳達給管理人員，主動上報“故障”。這種高效的生產、管理方式，不僅節省了故障清查、判斷的時間，還為電力系統提供了堅固的安全保障。從應用效果上看，智能技術在電力系統中發揮的作用是顯而易見的，但從發展空間上看，其應用環境卻日常復雜，所以，需要廣大電力系統的工作人員謹慎考慮、認真探究，以福利避害為原則，引入智能技術。

2電力技術在電力系統中的發展展望

目前，我國綜合國力日益提升，能源生產責任越來越重，為迎合不斷提高的生產要求、服務要求，電力系統仍需不斷革新、創造，最大限度的發揮其功能價值、生產價值。筆者結合多年工作經驗，根據自己對電力系統運行、發展的困難與問題了解，從內、外兩方面探究電力技術的發展方向。接下來幾年，電力技術在電力系統中的應用地位會不降反升，因為隨著工業規模化生產系統的落成，系統生產形式、能力、效率的準確性要求很越來越高，所以，電力系統只有依靠電子技術方能將能源生產、輸出、管理限制在可控、可管的范圍內。一方面，應擴大電力技術的包容性，將其與現代高科技技術再融合，研發技術的新功能、新工藝，為電力系統運行提供便利條件；另一方面，省察電力技術自身存在的安全風險、耗能等管理不當問題，并設置研究專題，開展專項調查，以糾正、改善電力技術在電力系統中應用效果不利的地方。通過內、外兩方面發展手段，電力技術的發展道路會更加明朗，其會成為促進經濟社會發展的源動力。

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電力負荷在鐵路運行中，電力主要為以下的設備進行供電：自動閉塞信號，通信系統，集中調度，車站計算機聯鎖，自動化的駝峰等設備。在整個鐵路運輸系統中，每一個環節的供電都是很重要的。如果有任何一個環節出現了斷電，都將影響了整個鐵路的運行情況，將造成鐵路運行停止嚴重時將造成人員傷亡。根據事故造成的后果將電力分成三個等級：一級負荷：中斷供電將造成人員傷亡；造成鐵路運輸秩序的嚴重的混亂；中斷供電將在政治經濟上造成重大的損失。二級負荷：中斷供電將在政治經濟上造成較大的損失。將影響重要用電單位的正常工作，嚴重影響鐵路的正常運輸。三級負荷：不屬于一級負荷，二級負荷的為三級負荷。鐵路電力遠動系統的結構鐵路電力自動化系統的監控對象包括：變配電所，電氣集中電源，信號電源，自動/貫通電力線路，各種高低壓開關等。將調度自動化主站分為：供電段電力調度自動化系統和鐵路局調度信息管理系統。供電段電力調度自動化系統是以生產運營為主的。鐵路局調度信息管理系統是以信息管理為主的。鐵路電力自動化系統由以下幾個部分組成：鐵路局自動化管理系統，變配電所自動化系統，信號電源和電氣集中電源，自動化監控終端，通信系統，開關自動監控裝置，水電段供電段電力調度自動化主站系統等部分組成。局級電力調度管理主站局級電力調度管理主站為鐵路局的信息管理中心。它的自動化的監視和管理整個全局的每個供電段的電力系統的運行情況。將統計整個范圍的電力生產信息，管理電力生產設備和牽引電力遠動系統，行車調度的信息交換的接口。局級系統采用IOM/交換式以太網計算的環境。段級電力調度管理主站供電段電力調度系統是由：調度主站，信號電源監控裝置，變配電所綜合自動化系統，通信系統，車站開關監控系統。這些系統共同完成在其范圍內的鐵路電力運行的監視，報警，控制，和故障處理以及調度等工作。高速鐵路有綜合自動化調度系統將設置于綜合維修中心中。而電力系統是該系統的一個子系統。信號電源監控信號電源對電源供應的要求很高，并且供電的運行較為復雜。信號電源監控由信號電源控制裝置完成。它的主要任務是：對信號電源的監視，開關狀態控制，施壓報警和故障錄波等功能，故障定位和隔離。變配電所自動管理系統變配電所自動管理系統是鐵路電力管理系統的基本組成單元，完成的是：配電所內部的數據的傳輸，轉發和遙控等命令的執行。它的主要功能有：SCADA監控，所內的保護，與監控車站開關相結合實現自動化控制功能。例如：故障定位，恢復和對故障的隔離向調度中心轉發變配電所的實時數據。接受主站下發的相關命令。在變配電所系統中實現了無人留守的自動化的控制。在變配電所自動管理系統中實現了視屏的監視也是很有必要的，它能更好的使電力系統的運行完善化，更為有效。電力線路的自動化系統電力線路包括：自閉和貫通線的管理。具體是指：對較長的電力線路，進行分段，在每臺分段開關處安裝好開關監控器，對開關設備進行自動化的監控，還有對故障的定位，分析和排除恢復。鐵路線路的供電距離較長，環境比較惡劣，自動化的供電管理保障了鐵路供電的安全。車站的控制車站是整個鐵路系統的基本單元，是保證鐵路運行的重要組成部分。線路自動化分段的開關和車站信號電源都在車站中，實現了對信號電源和線路的監控工作。

機電設備的監控系統

鐵路的機電設備監控系統首先采用的第三代的BAS技術，通常叫做：網絡集成系統。這種系統在鐵路設備的監控系統得到了廣泛的應用。當這種系統應用于鐵路中時，需要第二代的BAS技術作為補充。第三代的BAS技術主要包括：PLC等智能控制器。它是以太網為接口，遵循的是TCP/IP協議。使得系統的網絡化的結構更為扁平。對于大型的車站和特別長的隧道，網絡的結構可以選擇環形網絡結構或者是雙層的網絡結構。它屬于整個系統的子系統。通過通信控制器將整個網絡連通。為值班員提供相關的交互服務。為了增強抗干擾能力和延長網絡化的距離，交換機可以選擇光纖交換機。因為在變電所中自動化的裝置比較密集。

中央監控站

中央監控站可以配置遠程抄表和負荷管理工作站以及監控工作站。維護工作站，報表工作站，數據庫服務器，通信服務器，打印機投影系統，UPS，WEB服務器，GPS。為了提高系統的可靠性，關鍵設備例如：數據庫服務器，通信服務器，監控工作站等可以選擇冗余設置。遠程抄表以及負荷管理工作站，用電負荷的遠程自動，負荷以及表計的控制。數據統計與分析。報表工作站主要用于自動編輯生成各種表，生產和統計計算報表。驅動打印機打印。監控工作站主要是為工作人員數據的監視，分析，模式，節能設備控制等等的控制。通信監控器主要用于中央監控站與各個子系統之間進行通信。完成了數據的處理和轉發。通信監控器還可以作為BAS系統于其它系統例如：BAS系統等系統的接口裝置。也可以配置單獨的PC機來代替監控器。WEB服務器提供了WEB服務功能。這種服務器可以將歷史數據和監控的數據以網頁的形式傳輸出去。這樣可以有效的完成了對鐵路的監控任務。維護工作站用于系統維護人員執行參數整定，系統的配置，進程，網絡管理以及系統的維護等任務。控制層應該根據受控制的對象和現場環境的具體要求選擇合適的監控方案和設備。最為典型的方案是DDC監控器。對于變配電所等比較大的系統。這些系統需要許多設備終端。控制層可將這些終端連接起來組成子系統。并通過通信控制器接入通信網絡。現場層是指：對各種儀器儀表和傳感器進行數據采集包括，脈沖數據，模擬數據，數字量，交流量等。通過開關閥門來接收控制器以及上一級主站的命令。當然為了保證系統的正常運行，也需要配置相關的手動裝置。以便現場維護任務尤其是在緊急情況下。

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二、電力技術的應用對電力系統的意義

電力技術的主要目的是實現對電力系統設備的控制，這種技術主要是通過計算機技術、電子信息技術和半導體技術來實現的，雖然電力技術在我國的電力系統中應用的時間不算長，但其發展速度卻十分迅速，我國的電力系統已經有了一套比較完整的體系。電力技術在發電系統中的應用可以有效改善發電機等多種設備的運行特征，從而實現對電力系統功率的調節。主要的表現是：對大型發電機的靜止勵磁的控制、對水力和風力發電機的變速恒頻勵磁控制和對發電廠風機水泵的變頻調速控制。在火電廠中，風機水泵的發電量占很大的比重，但它的效率也比較低，通過變頻調速可以實現提高運行的效率，但是我國目前的企業很少有能夠生產高壓大容量的變頻器，其精確度也有待提高。電力技術的目的是為了實現對電能的有效利用和提升電力行業的服務質量，其主要的特點有以下幾個方面：提高電力行業的經濟效益，電力技術的廣泛應用不僅可以提高資源的利用率，降低人力成本和管理成本，而且還可以促進和完善電力系統的功能，從而使我國的電力行業朝著低耗能和高效率的方向發展。電力技術的應用使我國的電力行業和其他的新興產業相融合，調整了產業結構，機電一體化的進程促進了電力行業的發展，提升了電力企業的實力。

三、應用到電力系統中的主要電力技術

傳統的電力系統是通過電纜進行傳輸的，而電纜一般是鋪在地下的，這也就增加了故障排查的難度。太赫茲波可以穿過泥土、塑料和石灰板等難以移動和清除的物質，可以對鋪在地下的電纜進行有效的觀察。太赫茲波發達的敏感性可以探測到非常細微的問題和缺陷，因此太赫茲探測器在電力系統中的應用不僅可以大大降低工作人員的勞動強度，維護人員安全，而且可以提高檢測的精確度，降低企業的成本。太赫茲檢測技術的運用還可以有效的抑制偷電行為，大范圍的檢測到偷電狀況，減少偷電行為發生的概率。在電力系統中應用GPRS技術，可以實現電力系統對通信速度、質量和可靠性的要求。GPRS既可以作為遠動通信的備用頻道，又可以作為非實時系統的主要通道。它是一種基于GSM無線系統的無線分組交換技術，也就是無線分組業務，可以通過無線IP實現終端和終端或者終端到互聯網之間的連接。GPRS技術的引用可以使用戶免受斷線的阻擾，保證數據傳送和語音通話能夠同時進行，分組交換技術的優勢主要體現在兩個方面：一方面提高傳輸速率，GPRS可以同時利用一個無線頻道的全部時隙，可以達到理論上的最大傳輸速率，但在現實中，運營商不可能把所有的時隙分配給數據服務，但與其他的數據交換服務相比，仍然有很大的優勢；另一方面是永不斷線，只要在無線頻道中，用戶發送或者接受的消息就能通過GPRS實現實時連接。因為以上的優點，GPRS技術在電力系統中得到了廣泛的應用。

四、電力技術在電力系統中的應用

（一）電力技術在發電環節中的應用

電力技術在發電環節中應用主要體現在對發電機中電磁和頻率的控制。在我國大型電廠的發電機中主要采用的是靜態電磁系統，隨著電力技術的發展，電磁控制樞紐逐漸被取代，實現了對靜態電磁的方便控制。不僅對靜態電磁的進行了自身調整，也提高了電力系統的運行速度。電力技術在電廠電力系統中的普及，可以有效控制發電時水源頭的壓強和水力的流速，使水力發電系統隨著水流的壓強和流速改變而改變，從而保障發電機以穩定的效率運行。

（二）電力技術在輸電環節中的應用

輕型直流輸電技術（HDVC　LIGHT）具有可靠性高、容量大、易調節和靈活性強等優點，這種技術應用到海底電纜或者在遠距離輸電時有著明顯的優勢，可以避免出現停運或者閃爍的狀況。柔流輸電技術（FACTS）最早是在20世紀80年代提出的，是目前發展比較迅速的新型技術，這種技術良好地結合了電子技術和控制技術，實現了對電力系統中電壓、相位和功率等參數的控制，不僅改善了電能的輸送狀況，而且降低了電能在運輸過程中出現的損耗，該技術的運用大大增強了電力系統的穩定性。對于電能的輸送，高壓直流輸電技術成為近來關注的焦點，遠距離的高壓輸電可以解決許多問題，與交流電相比，減少在相同條件下電能的損耗，穩定的電流減少了電抗壓降，整體壓降的減小可以減少對線路的投資，提供輸送的穩定性。

（三）電力技術在配電環節中的應用

電力技術在電力系統中的應用不僅可以改善電能的配送質量，還可以增強供電的可靠性，最終實現各個電能用戶都能快捷、安全、公平的用電。為了使電力技術在電力系統中的良好運用就需要對功率、電壓、諧波等參數進行精確的控制，防止電能在輸送的過程中出現波動或者擾動。電力技術是這一環節中應用到的主要技術，它和柔流電輸電技術的應用技術原理是一樣的。電力技術不僅可以擴展系統的配電能力，而且可以提高配電質量和可靠性。該電力技術的另一個優點是開發的成本比較低，因此其市場前景非常廣闊。提高電力技術在電力系統中的應用還要強化我國的智能型電網，建設智能型電網可以實現電力的科學發展，從而更有利的實現電力能源的良好輸送和提高使用的效率。建設智能型電網還可以提高其經濟效益，促進節能減排，減少污染物的排放數量。實現清潔能源的標準化和電力系統控制運行的智能化。智能化的電網還可以實現電網和用戶的雙向互動，便于為用戶提供優質的服務。智能電網實現的電力跨省交易也加大了對電力資源的調劑，有效避免自然災害對電力系統的危害，為用戶提供安全穩定的電源。

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二、電力電子變流技術的應用形式

作為電力電子技術中的一部分,電力電子變流技術從上個世紀七、八十年代開始被廣泛應用到電力系統中。一經應用便受到社會各界的極大關注。隨著不斷的發展,電力電子變流技術以整流電路、交流調壓電路、逆變電路、斬波電路等形式在電力系統中都得到了廣泛的應用,并取得了相應的良好效果。

(一)整流電路

整流電路是用可以調節大小的直流電代替了交流電供給直流用電設備的一種電力電子變流電路。整流電路通過整流二極管將輸出的電壓較低的交流電轉化成直流電,實現對交流電的整流。交流電壓在通過整流電路之后,就會變成混合電壓,既有交流電壓也有直流電壓。整流電路被應用到一些相應的用電控制和相關輸電環節,實現了快速高效控制并推動了電網的穩定運行。與此同時,整流電路還用多相整流的方式減少和控制了輸出電壓的脈動情況,并減少了電能的損失。整流電路一般是由變壓器、濾波器和整流主電路組成的,在調節直流電動機的速度和調節發電機的勵磁、電鍍、電解等方面得到了相應的普遍運用。整流電路的變壓器的設置是為了使輸入的相應的交流電壓與輸出的直流電壓之間保持相匹配協調,并實現對交流電網與整流電路之間的隔離。變壓器在整流電路中的設置情況需要依據相應的具體情況來確定。整流電路中的濾波器是為了能夠將直流電壓中的交流電壓過濾掉而在主電路與負載之間進行的相應連接。2。世紀70年代,整流電路的主電路主要是由晶閘管和整流二極管。隨著不斷發展,發光二極管等新形材料逐漸被應用到主電路中。電力系統中的整流電路主要包括半波整流電路、全波整流電路和橋式整流電路。其中,半波整流電路是整流電路系統中最為簡單的一種,它能夠通過電源變壓器將220伏電壓轉變成所需要的電壓大小,整流二極管能將相應的交流電轉換成直流電。經過反復的轉換過程,一半的交流電被演變成了直流電,這也是半波整流的由來。半坡整流電路的電流利用率比較低,多用于電壓高、電流小的領域。全波整流電路可以認為是由兩個半波整流電路組成的,其通過對整流電路的相應調整,達到了對電能的高效運用,但其二級管所承受的電壓相對較大。橋式整流電路是使用最為廣泛的整流電路,它通過接入兩個二極管使電路形成了橋的形狀。橋式整流電路既能夠高效利用電能,還能夠使承受的反向電壓相應減少,對其穩定運行有一定的作用。

(二)交流調壓電路

交流調壓電路是運用改變電壓、相數等方式實現新形式的交流電代替原來的交流電的一種變流電路,其主要被應用在控制電熱、控制燈光和控制交流電動機速度等方面。交流調壓電路在被廣泛應用到電力系統中的同時,也實現了在高壓電器中的應用。交流調壓電路雖然會產生諧波,但其對電路系統的影響并不是很大,而且該電路還具有設置簡單、方便控制和調節,對有色金屬的消耗較小等特點。此外,交流調壓電路還能在電動機的整個運行過程進行調壓,以保持電壓的穩定和電動機的正常運轉。交流電壓器通過依照相應的規律控制交流開關從而達到控制輸出電壓的目的。交流調壓器控制電壓的方式主要有周波控制調壓、相位控制調壓和斬波控制調壓。其中,周波控制調壓是通過交流開關關閉和開通相應的周波,從而改變輸出電壓的波形達到改變輸出電壓大的目的。相位控制調壓是通過改變晶閘管電壓到觸發點之間的電角度,從而改變輸出電壓的方式。斬波控制調壓是通過利用開關將電源周期內進行切斷,將輸出電壓也相應切成小段,再通過改變其寬度或開關通斷的周期來調節輸出電壓的方式。

(三)逆變電路

逆變電路是用不同的交流電代替直流電的一種變流電路,可用于構成各種交流電源,在工業領域有比較廣泛的運用。生活中的一些直流電源向交流負載供電時就需要逆變電路來實現。逆變電路通過相應的開關和晶閘管來改變直流電路的電壓或電流,從而把直流電轉變成交流電的過程。逆變電路有單相和多相之分。逆變電路常常被拿來與變頻做相關聯系。逆變電路能夠通過轉變電流頻率實現與水力、風力發電機的輸出頻率相一致的目標,從而能夠使水力、風力發電取得高效運轉。為了實現發電廠節能運行,可將逆變電路應用到對風機水泵的調節中去,以通過轉變頻率的方式調節風機水泵的運行速度,實現其節能高效運轉。此外,通過運用帶有逆變電路的逆變器,可實現對太陽能發電的轉換運用。

(四)斬波電路

斬波電路是用斬波器使改變原有電路的電壓,使一種新的固定電壓或可調電壓的直流電來代替原來電壓的直流電的一種變流電路。它在一些電動機的驅動中得到了廣泛應用,如開關電源等。斬波電路是為了電力運用的相應需要,將相應的一部分正弦波斬掉,從而改變電路電壓的變流技術。斬波電路的斬波器往往會采用脈寬調制和頻率調制兩種方式。斬波電路主要包括升壓斬波電路、降壓斬波電路和升降壓斬波電路等。斬波電路能夠在節約電能的基礎上使相應的電動機能夠平穩加速。與此同時,斬波電路還能夠起到調節電壓和對電網側諧波進行有效控制的作用。

三、電力電子變流技術的作用

(一)促進電力電子技術的發展

隨著電力電子控制設備和變流技術的不斷發展和廣泛應用,電力電子變流技術在促進電力電子的智能化發展方面發揮出了重要的作用,也對實現微電子技術與變流技術的有機整合提供了相應的支持和幫助。這不僅有利于電力電子變流技術的進一步發展,也能夠在一定程度上推動電子技術的重大發展,為新的電子革命的到來起到了相應的推動作用。

(二)對電能的使用更加高效合理

傳統的電力技術在電能運用上存在著相應的浪費和管控不足等情況,不利于電能的高效配置和合理利用。而通過在電力系統中運用電力電子變流技術則能夠實現轉變電流和電壓,從而達到相應的用電需求,也能夠實現節約電能,高效用電的目標,促使社會對電能的應用更加科學合理。在實際應用中,如果將電力電子變流技術針對一些電力設備進行相關的節能操作,則可以實現相當可觀的節電效果。這對減少不必要的用電浪費和提高用電效率有著良好的推動作用。

(三)推動電力系統的全面發展

傳統的機電設備往往有著龐大的體積和反應較慢的低頻運行效果,對電力系統的發展造成相應的不良影響。而將電力電子變流技術應用到電力系統當中來,不僅可以使電力系統的工作效率大大提高,還可以減小機電設備的體積,并能提高機電設備的運行速度,使其實現高效率、高頻化的運作。這些變化既能夠實現電力設備的高效運作,也能夠推動電力系統的全面發展。(四)促進在相關產業中的普及和信息化發展在電力電子變流技術的發展過程中,其逐漸滿足了人們生產和生活的各種需要,也逐步被應用到人們的生產和生活當中的各個領域中,不僅促進了人們生產生活領域相關內容的開展,也在一些傳統產業中實現了對這種技術的普及應用。與此同時,由于電力電子變流技術能夠溝通機電設備與計算機之間的聯系,其能夠有效地將微電子技術運用到相關產業中,從而推動了相關產業和電力系統的信息化發展。

四、電力電子變流技術在電力系統中的應用

(一)在發電環節的應用

在電力系統的發展中,電力發電的方式也是多種多樣的,既有傳統的火力、水力發電,也有新興的太陽能發電、風能發電和核能發電。由于能源總量十分有限,傳統的發電方式不能夠在可持續發展的基礎上更好地滿足人們的用電需求,人們對新興發電方式的關注度也就越來越高。但新興發電方式有其優越性的同時,也存在著一定不穩定。電力電子變流技術則能彌補新興發電方式或受環境影響或受電力儲存的影響而導致的發電和用電效果不佳的情況,使其得到高效運用。同時,變流技術還能夠改善各種發電系統中的相關設備,以促進它們在發電過程中的有效運用,保證發電環節的正常運轉。

(二)在輸電環節的應用

電力系統的輸電環節往往存在著電網運行不穩定等方面的問題,將能夠執行相應的變流技術的電力電子器件應用到輸電系統中,能夠克制相應的電壓不穩的問題,并實現電流形式的轉換,使電網的運行狀況更加穩定和完善。不管是在直流輸電過程中還是在交流輸電過程中,電力電子變流技術都充分發揮了其轉換頻率或者抗擊諧波等一系列的重要作用,保證了電力輸送的正常與穩定,完善了供電質量。

(三)在配電環節的應用

電力系統在進行配電操作的時候也要依靠對電力電子技術的應用。電力電子變流技術不僅能夠用在配電系統的操作電源上,還能夠應用到蓄電充電方面,既能保障了配電環節的電流轉換,也能協助相應的電力儲備,保證了配電工作有條不紊。與此同時,人們的日常生活用電也離不開對電力電子變流技術的應用,它既可以維護日常用電的穩定性,還能通過相應設備使家用電器節省用電量。

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2電力電子技術的未來發展趨勢

從近幾十年的發展歷程中我們可以看出，半導體的發明與應用有效地推動了電子技術的快速發展，其中晶閘管等電力半導體在這一過程中發揮了重要的作用。在進入20世紀70年代后，半控型晶閘管形成由低電壓小電流到高電壓大電流的系列產品，被稱為第一代電力電子器件。隨著電力電子技術理論研究和半導體制造工藝水平的不斷提高，先后研制出GTR、GTO、功率MOSFET等自關斷全控型第二代電力電子器件。近期研制的以絕緣柵雙極晶體管(IGBT)為代表的第三代電力電子器件，開始向大容量高頻率、響應快、低損耗的方向發展，這又是一個飛躍。步入20世紀90年代后，電力電子技術得到突飛猛進的發展，與該技術有關的產品也得到進一步升級，大都朝著智能化、模塊化方向發展，逐步形成了電力電子技術的三步走模式及理論的研發，產品的研制、產品的應用，成為國際科研領域的新星，成為經濟社會發展的熱門行業。但是，就目前我國電力電子技術發展現狀來看，還不容樂觀，其中電力半導體器件的研發與應用同西方發達國家相比，還存在較大的差距，還比較落后，所以，如果在21世紀國際電力電子技術迅猛發展的背景下，我國半導體器件的落后狀態得不到改善，將直接影響我國國民經濟的快速發展，因此，對于我國電力電子技術的發展趨勢來說，仍然任重而道遠。

篇（8）

“電力技術是通向可持續發展的橋梁”，這個論斷已經逐漸成為人們的共識。研究表明，為了實現可持續發展，應盡可能把一次能源轉換為電能使用，提高電力在終端能源中的比例。因為，在保證相同的能源服務水平的前提下,使用電力這種優質能源最清潔、方便，易于控制、效率最高。如果能將大量分散燃用的化石燃料都高效潔凈地轉換為電力使用，人們賴以生存的環境和生活質量就會大大改善。因此，電能高效潔凈地生產、傳輸、儲存、分配和使用的技術將成為電力技術的重點領域。以下將對若干電力前沿技術的現狀和未來發展前景進行簡單評述。

1.分布式電源

當今的分布式電源主要是指用液體或氣體燃料的內燃機(IC)、微型燃氣輪機（Microtur_bines）和各種工程用的燃料電池（FuelCell）。因其具有良好的環保性能，分布式電源與“小機組”已不是同一概念。

1.1微型燃氣輪機

微型燃氣輪機（MicroTurbine）,是功率為幾千瓦至幾十千瓦，轉速為96000r/min，以天然氣、甲烷、汽油、柴油為燃料的超小型燃氣輪機，工作溫度500℃，其發電效率可達30%。目前國外已進入示范階段。其技術關鍵是高速軸承、高溫材料、部件加工等。可見，電工技術的突破常常取決于材料科學的進步。

1.2燃料電池

燃料電池是直接把燃料的化學能轉換為電能的裝置。它是一種很有發展前途的潔凈和高效的發電方式，被稱為21世紀的分布式電源。

1.2.1燃料電池的工作原理

燃料電池的工作原理頗似電解水的逆過程。氫基燃料送入燃料電池的陽極(電源的負極)轉變為氫離子，空氣中的氧氣送入燃料電池的陰極(電源的正極)，負氧離子通過2極間離子導電的電解質到達陽極與氫離子結合成水，外電路則形成電流。

通常，完整的燃料電池發電系統由電池堆、燃料供給系統、空氣供給系統、冷卻系統、電力電子換流器、保護與控制及儀表系統組成。其中，電池堆是核心。低溫燃料電池還應配備燃料改質器（又稱為燃料重整器）。高溫燃料電池具有內重整功能，無須配備重整器。磷酸型燃料電池（PAFC）是目前技術成熟、已商業化的燃料電池。現在已能生產大容量加壓型11MW的設備及便攜式250kW等各種設備。第2代燃料電池的溶融碳酸鹽電池（MCFC），工作在高溫（600～700℃）下，重整反應可以在內部進行，可用于規模發電，現在正在進行兆瓦級的驗證試驗。固體電解質燃料電池（SOFC）被稱為第3代燃料電池。由于電解質是氧化鋯等固體電解質，未來可用于煤基燃料發電。質子交換膜燃料電池是最有希望的電動車電源。

1.2.2性能和特點

燃料電池有以下優點：（1）有很高的效率，以氫為燃料的燃料電池，理論發電效率可達100%。熔融碳酸鹽燃料電池，實際效率可達58.4%。通過熱電聯產或聯合循環綜合利用熱能，燃料電池的綜合熱效率可望達到80%以上。燃料電池發電效率與規模基本無關，小型設備也能得到高效率。（2）處于熱備用狀態，燃料電池跟隨負荷變化的能力非常強，可以在1s內跟隨50%的負荷變化。(3)噪音低；可以實現實際上的零排放；省水。（4）安裝周期短，安裝位置靈活，可省去新建輸配電系統

目前燃料電池大規模應用的障礙是造價高，在經濟性上要與常規發電方式競爭尚需時日。

1.2.3技術關鍵和研究課題

燃料電池的技術關鍵涉及電池性能、壽命、大型化、價格等與商業化有關的項目，主要涉及新的電解質材料和催化劑。熔融碳酸鹽電池（MCFC）在高溫條件下液體電解質的損失和腐蝕滲漏降低了電池的壽命，使MCFC的大型化及實用化受到限制。需要解決電池構成材料的腐蝕；電極細孔構造變化使電池性能下降等問題。固體氧化物燃料電池（SOFC）使用固體電解質且工作溫度很高,對構成材料及其加工有特殊要求。為了得到高溫下化學性穩定和致密性（不通過氣體）的電解質，在氧化鋯中加入Y2O3生成釔穩定氧化鋯。為了降低工作溫度，應盡可能減少電解質薄膜厚度。通常采用熔射法、燒結法和電化學蒸發涂層法制備電解質薄膜。實用的電解質膜的厚度為0.03～0.05mm。比較先進的已達到0.01mm。這樣薄的電解質陶瓷材料除應當有足夠的機械強度外，必須具有高度的氣體致密性，否則將喪失燃料電池的性能。燃料極使用鎳鋯等耐熱金屬陶瓷，鎳還用作燃料重整的催化劑，空氣極在運行中處在高溫氧化中，難以使用一般金屬。鉑的穩定性好，但費用昂貴，需要尋找替代材料，可用電子導電陶瓷。為了降低工作溫度，另外一個重要的研究方向是尋找低溫的質子導電的電解質。工作溫度倘若能降低到700℃以下，SOFC的造價就可以大幅度降低。2.大功率電力電子技術的應用硅片引起的“第

2.1大功率電力電子器件的重大進展

電力電子學（PowerElectronics）的應用已經有多年的歷史。電力電子學器件用于電力拖動、變頻調速、大功率換流已經是比較成熟的技術。大功率電子器件（HighPowerElectronics）的快速發展也引起了電力系統的重大變革，通常稱為硅片引起的第。

近年來，大功率電子器件已經廣泛應用于電力的一次系統。可控硅（晶閘管）用于高壓直流輸電已經有很長的歷史。大功率電子器件應用于靈活的交流輸電（FACTS）、定質電力技術（CustomPower）以及新一代直流輸電技術則是近10年的事。新的大功率電力電子器件的研究開發和應用，將成為電力研究前沿。

2.2靈活交流輸電技術(FACTS)

靈活交流輸電技術是指電力電子技術與現代控制技術結合以實現對電力系統電壓、參數(如線路阻抗)、相位角、功率潮流的連續調節控制，從而大幅度提高輸電線路輸送能力和提高電力系統穩定水平，降低輸電損耗。

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電力線通信簡稱PLC（PowerLineCommunication0）是利用配電網低壓線路傳輸多媒體信號的一種通信方式。在發送時利用GMSK（高斯濾波最小頻移鍵控）或OFDM（正交頻分多路復用）調制技術將用戶數據進行調制，把載有高頻信息的高頻加載于電流，然后再電力線上傳輸，在接收端先經過濾波器將調制信號取出，再經過解調，就可得到原通信信號，并傳送到計算機或電話，實現信息傳遞。類似的電力線通技術信早已有所應用，電力系統中在中高壓輸電網(35千伏以上)上通過電力載波機利用較低的頻率以較低速率傳送遠動數據或話音，就是電力線通信技術應用的主要形式之一，已經有幾十年歷史。

PLC接入設備分局段設備和用戶端PLC調制解調器。局段負責與內部PLC調制解調器的通信和與外部網絡連接。在通信時來自用戶的數據進入調制解調器后，通過用戶配電線路傳輸到局端設備，局端設備將信號解調出來，再轉到外部的Internet。該技術不需要重新布線，在現有低壓配電線路上實現數據、語音、和視頻業務的承載。終端用戶只需插上電源插座即可實現因特網接入，電視接收、打電話等。同樣電力線通信技術也可應用于其他相關領域，對于重要場所的監控和保護，一直需要投入大量的人力和財力，現在只需利用電源線，用極低的代價更新原有監控設備即可實現實時遠程監控。目前電力系統抄表,基本上主要依靠人工抄表完成。人工抄表的準確性、同步性難以保證。同時由于抄表地點分散，表記數量眾多，所以抄表的工作量巨大。基于電力線路載波(PLC)通信方式的自動抄表裝置，由于不需要重鋪設通信信道，節省了施工及線路費用,成為現代電力通訊的首選方式，使得抄表的工作量大大減少。近年來居民小區及大樓朝智能化發展，現在的智能化建筑已經實現了5A。但是這些不同的系統自動化需要不同的網絡支持；給建設和維護網絡系統帶來了巨大的壓力。借助電力線通信技術，無論是監控、消防、樓宇還是辦公或者通信自動化都可以利用電力線實現，便于管理和擴展。

電力線通信主要優勢：

電力線通信有無可比擬的網絡覆蓋優勢，我國擁有全世界排名第二的電力輸電線路，擁有用電用戶超過10億，居民家里誰都離不開電力線；顯然連接這10億用戶的既存電力線是提供上網服務的巨大物質基礎。在廣闊的農村地區，特別是那些電話網絡不太發達的地區，PLC更有用武之地，畢竟電力網規模之大是任何網都不可比擬的。雖然這些地區上網短期需求量并不大，市場發展成熟較慢，但會存在電力線上網先入為主的局面，對PLC的長遠發展和擴展非常有利。

電力線通信可充分利用現有低壓配電網絡基礎設施，不需要任何新的線路鋪設，隨意接入，簡單方便的安裝設備及使用方式，節約了資源和費用，無需挖溝和穿墻打洞，避免了對建筑物和公共設施的破壞，同時也節省了人力，共享互聯網絡連接，高通訊速率可達141Mbps（將未通過升級設備可達200Mbps）。PLC調制解調器放置在用戶家中，局端設備放置在樓宇配電室內，隨著上游芯片廠商14M產品技術相對成熟。PLC設備整體投入不斷下降，據調查當前14M的PLCModem產品其成本已降到普通的ADSL接入貓相仿的水平，而局端設備則更便宜。由于一般一個局端拖帶PLC調制解調器的規模為20-30臺，因此隨著用戶的增長，局端設備可以隨時動態增加，這一點對于運營商來說，不必在設備采購初期投入巨大的資金。因此也有寬帶網絡接入最后一公里最具競爭力的解決方案之稱。

電力線通信的缺點

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（1）可以促使員工的工作效率得到有效提升

電力企業的規模在不斷擴大，電力企業要將為人民服務的原則給貫徹下去，通過電力通訊，來對員工更好的服務，并且促使員工的工作需求得到隨時隨地的滿足，以便更加快捷的開展工作，并且通過融合電力信息和電力通訊，將多樣化的服務提供給員工，促使員工的工作效率得到提升。

（2）多樣化的工作方式

通過融合網絡，我國現代化電子商務的需求和移動辦公需要能夠得到滿足，融合網絡數據，可以應用企業信息通訊，員工可以更加靈活的工作，操作可以隨時隨地進行，并且將電腦以及手機等通訊工具應用過來，促使現代信息化操作功能得到實現。

2電力信息和通訊技術融合的技術環境分析

電力企業在網絡技術日趨成熟和廣泛應用的大環境下，將會越來越廣泛的用于因特網的信息化業務管理內容。通過不斷引入新型技術，統一應用多種業務和技術，電網將會朝著這個方向發展。通過有效融合電力信息和電力通訊，同時將一些先進技術應用過來；具體來講，包括這些方面的內容：

（1）融合核心網技術

借助于IP/MPLS技術，來對核心網絡進行構建，促使網絡的可靠性、拓展性以及低延時性得到提高，帶寬的利用率得到提升，同時，借助于先進的信息技術，以便更好地服務于員工。

（2）融合接入網技術

如今，接入網技術獲得了較快的發展，有著更加廣泛的應用范圍，但是還沒有完善全網寬帶化。通過有效融合電力信息和電力通訊，借助于一系列的通訊條件，如因特網和WLAN等，介入多元化的寬帶。就目前的情況來講，要想促使發展需求得到滿足，就需要充分重視光纖接入網和無源光網。

3電力信息和電力通信技術的融合策略

（1）對企業工作流程進行優化，統一整合

在企業發展的過程中，需要對信息通信調度室進行統一構建，這樣調度人員就可以統一監控調度信息通信，分開調度室和機房，以便連通通信和信息，對統一的通信信息調度運行平臺進行構建。借助于通信調度，信息工作許可就可以得到實現，向通信調度反饋信息的監控結果，這樣就可以對信息傳輸狀態及時了解。要想促使通信系統運行的統一調度、統一運行目的得到實現，就需要對通信信息的運行、維護管理工作等進行強化，對信息監控系統進行全方位的構建，對各個通信站的通信運作進行實時監測，并且監督反饋工作需要及時進行。