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电力电子基础知识归纳
1. 电力电子的定义
电力电子是一门关于控制和转换电能的学科，研究通过电子器件和电子控制实现电能的有效转换和控制。
2. 电力电子器件
2.1 双向开关器件
- MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）
- IGBT（绝缘栅双极晶体管）
2.2 单向开关器件
- 可控硅（SCR）
- 双向可控硅（GTO）
- 快速开关二极管（FRED）
- 二极管
3. 电力电子应用领域
3.1 变频器
变频器是一种通过改变电源频率来控制电机转速的装置，广泛应用于工业驱动运动控制等领域。
3.2 逆变器
逆变器是一种将直流电能转换为交流电能的装置，用于太阳能发电、电动车等领域。
3.3 交流调压器
交流调压器是一种能够调节交流电压的装置，常用于家庭和办公室电器的稳压供电。
4. 电力电子系统的优势
- 高效率：电力电子系统能够提高能源利用效率，减少能源浪费。
- 高精度：电力电子系统可以实现精确的电能控制和调节。
- 可靠性：电力电子系统具有较高的可靠性和稳定性。
以上是对电力电子基础知识的简要归纳，希望对您有所帮助。
如需更详细的信息，请参考相关教材和资料。
《电力电子技术》学习资料概述本文档旨在提供关于电力电子技术的研究资料，帮助读者了解该领域的基本概念和原理。
1. 电力电子技术简介- 电力电子技术是指利用电子器件和电力技术，将电能进行控制、变换和传输的技术领域。
- 电力电子技术广泛应用于电力系统、工业控制、电动车辆、电力传输等领域。
2. 电力电子技术的重要原理与器件2.1 可控硅器件- 可控硅器件是电力电子技术中最基本的器件之一。
- 可控硅器件可以实现对电能的方向、大小以及周期进行控制，广泛应用于电动机控制、电能变换等领域。
2.2 逆变器与变频器- 逆变器用于将直流电转换为交流电，常用于太阳能发电系统、UPS系统等。
- 变频器用于控制交流电机的转速和转矩，广泛应用于变频空调、工业驱动等领域。
2.3 共模电路- 共模电路用于电力系统的滤波和隔离。
- 共模电路能够有效抑制电力系统中的干扰信号和电磁波。
2.4 光伏逆变器- 光伏逆变器是将光伏电池所产生的直流电转换为交流电的装置。
- 光伏逆变器广泛应用于太阳能发电系统，为电网注入可再生能源。
3. 电力电子技术的应用3.1 电力系统- 电力电子技术在电力系统中起到重要作用，可以实现电力的传输、分配和控制。
- 电力电子技术能够提高电力系统的稳定性和效率。
3.2 工业控制- 电力电子技术在工业控制中应用广泛，如电动机控制、自动化生产线等。
- 电力电子技术可以实现对电力的精确控制和调节。
3.3 电动车辆- 电力电子技术是电动车辆关键技术之一。
- 电力电子技术可以实现电动车辆的电能转换和控制，提高能源利用效率。
3.4 可再生能源- 电力电子技术在可再生能源的应用中起到重要作用。
- 电力电子技术可以将风能、光能等可再生能源转换为可用的电能，推动可再生能源的开发利用。
总结本文档介绍了电力电子技术的基本概念、重要原理与器件，以及其在电力系统、工业控制、电动车辆和可再生能源中的应用。
通过学习电力电子技术，读者可以更深入了解和应用这一领域的知识。
电力电子技术知识点总结一、电力电子器件1. 晶闸管：晶闸管是一种具有双向导电性能的电子器件，可以控制大电流、大功率的交流电路。
其结构简单，稳定性好，具有一定的可逆性，可用作直流电压调节元件、交流电压调节元件、静止开关、逆变器等。
2. 可控硅：可控硅是一种具有双向导电性的半导体器件，具有控制开关特性，可用于控制大电流、大功率的交流电路。
可控硅具有可控性强，工作稳定等特点，适用于电力调节、交流电源、逆变器等领域。
3. MOSFET：MOSFET是一种以金属氧化物半导体栅极场效应晶体管为基础的器件，和普通的MOS晶体管相比，MOSFET在导通电阻上有较低的压降、耗散功率小、寄生电容小、开关速度快等优点，适用于开关电路、逆变器、电源调节等领域。
4. IGBT：IGBT是一种继承了MOSFET和双极晶体管的特点的半导体器件，具有高阻塞电压、低导通压降、大电流、耐脉冲电流等特点，适用于高频开关电路、变频器、电源逆变器、电机调速等领域。
5. 二极管：二极管是最基本的电子元件之一，具有正向导通和反向截止的特点，广泛用于整流、短路保护、开关电源等方面。
以上所述的电力电子器件是电力电子技术的基础，掌握了这些器件的特性和应用，对于电力电子技术的学习和应用具有重要的意义。
二、电力电子拓扑结构1. 变流器拓扑结构：变流器是电力电子技术中的一种重要装置，用于将直流电转换为交流电或者改变交流电的频率、电压和相数等。
常见的变流器拓扑结构包括单相全桥变流器、三相全桥变流器、单相半桥变流器、三相半桥变流器等。
2. 逆变器拓扑结构：逆变器是电力电子技术中的一种重要装置，用于将直流电转换为交流电，逆变器可以选择不同的拓扑结构和控制策略，以满足不同的电力系统需求。
常见的逆变器拓扑结构包括单相全桥逆变器、三相全桥逆变器、单相半桥逆变器、三相半桥逆变器等。
3. 母线型柔性直流输电系统：母线型柔性直流输电系统是一种新型电力电子系统，用于将大容量的交流电转换为直流电进行长距离输电。
电力电子试题及答案（注：此部分为标题）【试题一】1. 请简要说明电力电子的定义和作用。
【答案一】电力电子是以电力为能源，利用电力半导体器件进行能量转换、控制和调节的一门学科。
其作用主要包括将电力从一种形式转换为另一种形式，如直流到交流、交流到直流、改变电压和频率等。
同时，电力电子在各个领域中起到了电能传输和控制的关键作用，例如在电力系统中实现高效能源转换和配电控制，在电动汽车中驱动电动机等。
【试题二】2. 请简要介绍电力电子中常用的电力半导体器件有哪些，并简要说明其工作原理。
【答案二】常用的电力半导体器件包括：可控硅（SCR）、晶闸管（Thyristor）、功率晶体管（Power Transistor）、金属氧化物半导体场效应管（MOSFET）、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）等。
- 可控硅（SCR）：通常由四个独立的、可相互控制的结区组成。
其工作原理是由控制极施加适当的触发脉冲后，使得电流能够从阳极开始导通，并在失去触发脉冲后一直保持导通。
- 晶闸管（Thyristor）：与可控硅相似，是一种双向可控硅。
其工作原理与可控硅相同。
- 功率晶体管（Power Transistor）：它与普通晶体管相比，能够承受较大的电流和功率。
其工作原理是通过控制输入的电压和电流来控制输出的电流。
- 金属氧化物半导体场效应管（MOSFET）：通过控制栅极上的电压来控制源-漏极间的电流。
其工作原理是栅极电压的变化可以改变沟道上电子的浓度，从而影响导电能力。
- 绝缘栅双极型晶体管（IGBT）：综合了MOSFET和双极型晶体管的优点，在工作时既有MOSFET的高输入电阻和低控制功率，又有双极型晶体管的低导通压降。
【试题三】3. 请简要说明电力电子在可再生能源领域中的应用，并阐述其意义。
【答案三】电力电子在可再生能源领域中有着重要的应用。
常见的应用包括风力发电、光伏发电和可再生能源储能系统等。
- 风力发电：电力电子器件用于将风力发电机输出的交流电转换为适用于电网的交流电，并进行协调控制；同时，在风速变化较大的情况下，电力电子器件还能够进行功率调节，以维持电力系统的稳定运行。
电力电子技术概述电力电子技术是指在电力系统中应用电子元器件和电子技术，从而实现对电能的调节、变换和控制的一门技术。
它在现代电力系统中扮演着重要的角色，对于提高电力传输、转换和利用效率起到至关重要的作用。
本文将概述电力电子技术的基本原理、应用领域和未来发展趋势。
一、基本原理电力电子技术的基本原理是通过应用晶体管、二极管、开关等电子元件，实现对电能的调节和控制。
通过改变电压、电流的形状、频率和幅值来实现对电能的变换。
电力电子技术的核心是开关技术和变换技术。
1. 开关技术：开关技术是指通过控制开关的通断状态，来控制电流和电压的变化。
常见的开关元件有晶体管、功率开关管等。
通过合理的开关控制，可以实现电流的调节、电压的变换等功能。
2. 变换技术：变换技术是指通过变换电流和电压的形状、频率和幅值，将电能从一种形式转换为另一种形式。
常见的变换技术有直流-直流变换、直流-交流变换等。
通过变换技术，可以将电能从电网中提取出来，或者将直流电能转换为交流电能。
二、应用领域电力电子技术在多个领域广泛应用，其中包括能源转换、电力传输和利用、电动汽车等。
1. 能源转换：电力电子技术在可再生能源领域发挥着重要作用。
通过电力电子技术，可以将太阳能、风能等可再生能源转换为电能，从而实现清洁能源的利用。
2. 电力传输和利用：电力电子技术在电力系统中的传输和利用环节起着关键作用。
通过电力电子技术，可以实现高压交流输电与变频无级调速控制，提高电力传输效率和系统稳定性。
3. 电动汽车：电力电子技术在电动汽车领域的应用不断增加。
通过电力电子技术，可以实现电动汽车的充电与放电控制、能量回馈、效率提升等功能，推动电动汽车的发展与普及。
三、未来发展趋势随着能源需求的不断增长和环境问题的日益突出，电力电子技术将在未来得到更广泛的应用和发展。
1. 高效能源转换：未来电力电子技术将更加注重能源转换的高效率。
通过研究和改进电力电子器件的性能，提高能源转换效率，减少能源损失，从而推动清洁能源的大规模利用。
1.电力变换的种类整流 AC-DC ； 直流斩波 DC-DC;逆变 DC-AC; 交流电力控制、变频、变相 AC-AC; 第二章 电力电子器件 2.1、器件分类按照电力电子器件能够被控制电路信号所控制的程度，可以将电力电子器件分为 不可控型：二极管半控型：晶闸管及大部分派生器件全控型：IGBT 、MOSFET 、GTO 、GTR/BJT （电力晶体管） 按驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间信号的性质 电流驱动型：晶闸管、GTO 、GTR电压驱动型：IGBT 、MOSFET 、SITH(静电感应晶闸管) 按驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间信号的波形 脉冲触发型： 晶闸管、GTO 电平触发型：GTR 、MOSFET 、IGBT按器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况 单极型器件：肖特基二极管、MOSFET 、SIT双极型器件：基于PN 结的电力二极管、晶闸管、GTO 、GTR 复合型器件：IGBT 、SITH 、MCT注意：电压驱动型器件都是电平控制型器件，而电流驱动型器件则有的是电平控制型器件。
简答题：1.按驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间信号的性质，电力电子器件可分为哪几种？并每种举两个器件例子。
答：电流驱动型 电压驱动型2.画出降压斩波电路原理图并简述其工作原理。
答：降压斩波器的原理是：在一个控制周期中，让V 导通一段时间t on ，由电源E 向L 、R 、M 供电，在此期间，u o ＝E 。
然后使V 关断一段时间t off ，此时电感L 通过二极管VD 向R 和M 供电，u o ＝0。
一个周期内的平均电压U o ＝Et t t ⨯+offon on。
输出电压小于电源电压，起到降压的作用。
3.什么是软开关技术？答：它应用谐振的原理, 使开关开通前电压先降到零，关断前电流先降到零，就可以消除开关过程中电压、电流的重叠，降低它们的变化率，从而大大减小甚至消除开关损耗。
电力电子技术的定义与发展01020304定义晶闸管时代可控硅时代现代电力电子时代用于高压直流输电、无功补偿、有源滤波等，提高电力系统的稳定性和效率。
用于电动汽车、电动自行车、电梯等电机驱动系统，实现高效、节能的电机控制。
用于太阳能、风能等新能源发电系统，实现能源的高效利用和转换。
用于自动化生产线、机器人等工业设备，实现设备的精确控制和高效运行。
电力系统电机驱动新能源工业自动化数字化与智能化随着计算机技术和人工智能的发展，电力电子技术将实现数字化和智能化，提高系统的自适应能力和智能化水平。
高频化与高效化随着半导体材料和器件的发展，电力电子技术将实现更高频率和更高效率的电能转换。
绿色化与环保化随着环保意识的提高，电力电子技术将更加注重绿色、环保的设计理念，降低能耗和减少对环境的影响。
工作原理特点应用整流电路、续流电路等工作原理通过门极触发导通，无法自行关断特点耐压高、电流大、开关速度快应用直流电机调速、交流调压等工作原理特点应用工作原理特点应用逆变器、斩波器、电机驱动等工作原理特点应用工作原理开关速度快、耐压高、电流大、热稳定性好应用逆变器、斩波器、电机驱动等高端应用领域特点VS整流电路的作用整流电路的分类整流电路的工作原理整流电路的应用整流电路逆变电路逆变电路的作用逆变电路的分类逆变电路的工作原理逆变电路的应用直流-直流变流电路直流-直流变流电路的作用直流-直流变流电路的分类直流-直流变流电路的工作原理直流-直流变流电路的应用交流-交流变流电路交流-交流变流电路的作用交流-交流变流电路的工作原理A B C D交流-交流变流电路的分类交流-交流变流电路的应用电机驱动照明控制加热与焊接030201一般工业应用交通运输应用电动汽车驱动轨道交通牵引航空电源电力系统应用高压直流输电柔性交流输电通过电力电子技术可实现高压直流输电，减少输电损耗和占地面积。
智能电网风能发电通过电力电子技术可实现风能发电系统的变速恒频控制和并网运行。
电力电子技术_基础知识一、内容简述本文将阐述电力电子技术的定义与发展历程，及其在现代能源系统中的地位和作用。
我们将让读者理解电力电子技术是如何通过半导体器件将电能从源头转换到最终用户的过程。
此外还将介绍电力电子技术在可再生能源、工业控制、交通运输等领域的应用及其发展趋势。
本节将介绍电力电子系统中的主要组成部分——电力电子转换器与变换器。
这些设备是电力电子技术中的核心部件，用于实现交流（AC）和直流（DC）之间的转换，电压和电流的控制以及调整。
本部分将介绍不同类型转换器的工作原理和特性，并探讨其在各种应用场景中的应用。
本节将详细介绍在电力电子系统中使用的半导体器件和功率模块。
包括二极管、晶体管（如IGBT）、场效应晶体管（MOSFET）等的基本工作原理及其在电力转换和控制中的应用。
此外还将探讨这些器件的性能参数、特点及其在高性能电力系统中的应用挑战。
本部分将介绍电力电子系统中的控制技术和调制策略，通过适当的控制方法，可以实现电力电子系统的稳定运行和精确控制。
本部分将讨论不同类型的控制方法（如PWM调制、空间矢量调制等）以及它们在电力电子系统中的应用和实现。
电力电子系统的安全和稳定运行至关重要，本部分将介绍在电力电子系统中使用的保护和故障诊断技术。
这些技术可以确保系统在异常情况下安全运行并避免损坏，本部分将探讨不同类型的保护措施（如过流保护、过电压保护等）以及现代故障诊断技术的应用和发展趋势。
1. 介绍电力电子技术的概念及其在现代社会的重要性电力电子技术是一种结合了电力工程与电子工程的理论和技术的跨学科领域。
它主要研究利用半导体器件进行电能转换、控制和优化的技术。
简单来说电力电子技术就是研究如何将电能从一种形式转换为另一种形式，以满足不同设备和系统的需求。
这种技术在现代社会中扮演着至关重要的角色，涉及到我们日常生活中的方方面面。
随着科技的快速发展，电力电子技术的重要性日益凸显。
在现代社会的各个领域，从工业制造、交通运输、通讯设备，到家庭生活、数据中心以及可再生能源系统，几乎无处不在都需要电力电子技术的支持。
电力电子课程设计完整版一、教学目标本课程旨在电力电子领域提供一个全面的学习框架，通过深入理解电力电子的基本原理、关键技术和应用实践，使学生能够：1.知识目标：–描述电力电子的基本概念、发展和分类。
–解释电力电子器件的工作原理和特性，包括二极管、晶闸管、GTO、IGBT等。
–阐述电力电子电路的控制策略和设计方法。
–分析电力电子系统的效率、损耗和稳定性问题。
2.技能目标：–能够识别和分析不同类型的电力电子器件和电路。
–设计简单的电力电子转换电路，如AC-DC、DC-DC和DC-AC 转换器。
–运用仿真软件对电力电子系统进行模拟和优化。
–进行电力电子设备的故障诊断和维护。
3.情感态度价值观目标：–培养对电力电子技术在现代社会应用重要性的认识。
–强化节能减排和绿色技术的意识，在设计中考虑可持续性。
–激发对电力电子领域创新的兴趣，以促进技术进步和社会发展。
二、教学内容本课程的教学内容围绕电力电子的基本理论、器件结构、电路设计及其应用展开，具体包括：1.电力电子导论：电力电子的历史、发展趋势和其在现代电力系统中的应用。
2.电力电子器件：各类电力电子器件的结构、工作原理和特性分析。
3.电力电子电路：常用电力电子电路的拓扑结构、控制策略及其性能分析。
4.功率因数校正：功率因数的概念、功率因数校正电路的设计与应用。
5.变频技术：变频器的工作原理、变频技术的应用领域。
6.电力电子仿真：使用仿真工具对电力电子电路进行模拟和分析。
三、教学方法为了提高学生的综合能力和实践技能，本课程将采用多种教学方法：1.讲授法：用于基础理论知识和关键概念的传授。
2.案例分析法：分析具体的电力电子应用案例，加深对理论的理解。
3.实验法：通过实验操作，培养学生的动手能力和问题解决能力。
4.讨论法：分组讨论，促进学生之间的交流与合作，激发创新思维。
四、教学资源为确保高质量的教学效果，将充分利用以下教学资源：1.教材：《电力电子学》及相关辅助教材。
电子行业电力电子电子行业电力电子是指应用于电力系统中的电子器件、电路和控制技术。
它是电力系统的重要组成部分，用于改善电力质量、提高电能利用效率，并实现能源的安全、可靠、高效利用。
1. 电力电子的概述电力电子是电气工程的核心技术之一，它是将电力与电子技术相结合的产物。
电力电子技术通过电子器件和电路来实现对电力的转换、控制和调节。
它可以将电力从一种形式转换成另一种形式，例如将交流电转换成直流电，或是改变电力的频率、电压和电流等参数。
电力电子广泛应用于各个领域，包括发电、输电、配电、工业、交通、航空航天等。
它不仅可以实现电力的高效、稳定传输，还可以实现电力系统的自动化控制和智能化管理。
2. 电力电子的应用领域2.1 电力系统在电力系统中，电力电子主要用于电力的转换、传输和分配。
它可以实现高压直流输电、电网稳定控制、电力质量调节等功能。
电力电子技术还可以应用于可再生能源发电系统，如风力发电系统和太阳能发电系统，实现电能的高效利用。
2.2 工业控制在工业生产中，电力电子技术广泛应用于电机驱动、变频调速和电能节约等方面。
通过使用先进的电力电子器件和控制算法，可以实现对工业设备的精确控制和高效运行。
2.3 交通运输电力电子技术在交通运输领域有着重要应用，如电动汽车、高速列车、地铁等都使用了电力电子技术。
电力电子技术可以实现电能的高效转换和控制，提高交通工具的能效和运行稳定性。
2.4 新能源领域随着可再生能源的快速发展，电力电子在新能源领域的应用日益广泛。
太阳能光伏系统和风力发电系统都需要电力电子技术来实现电能的转换和调节。
3. 电力电子的发展趋势3.1 高功率密度随着电子器件技术的不断进步，电力电子设备的功率密度越来越高。
高功率密度可以实现更小体积的电子设备，提高能源利用效率和节约空间。
3.2 高效率和低损耗电力电子设备的高效率和低损耗是其发展的重要趋势。
通过改进电子器件的材料、结构和工艺，可以提高能量转换效率，减少能量损耗，并降低对环境的影响。
电力电子技术与应用电力电子技术是指利用半导体器件和电磁元件等电子器件，对电力进行高效、稳定的转换与控制的技术领域。
它在现代电力系统和电力设备中扮演着至关重要的角色。
本文将从电力电子技术的定义、应用、发展趋势等方面进行探讨。
一、电力电子技术的定义电力电子技术是指利用电子器件对电能进行调节、变换、控制的技术。
电力电子器件一般具有高功率、高频率、高唯一性和高可靠性等特点，主要包括晶体管、可控硅、IGBT等。
电力电子技术通过改变电路的开关状态和电源工作方式，实现电能的调整和转换，从而满足电力系统对不同形式电能的需求。
二、电力电子技术的应用1. 高压直流输电技术高压直流输电是电力电子技术的一项重要应用。
通过将交流电能转换为直流电能，再进行输送，可以有效降低输电损耗，提高电网稳定性。
高压直流输电技术在远距离、大容量输电方面具有明显优势，已广泛应用于长距离跨区域输电工程。
2. 可再生能源发电技术电力电子技术在可再生能源发电中起到了关键作用。
风力发电、光伏发电等可再生能源具有不稳定性和间歇性，而电力电子技术可以实现对可再生能源的有效调节和控制，使其能够稳定地并入电力系统。
此外，电力电子技术还可以实现电能的质量改善和功率因数校正。
3. 变频调速技术变频调速技术是电力电子技术在电机控制领域的应用。
通过电力电子器件对电机进行调节，可以实现电机转速的连续调整和转矩的精确控制。
变频调速技术广泛应用于电力、化工、交通等行业，可以实现能量的高效利用和运行的平稳可靠。
4. 无功补偿技术无功补偿是电力电子技术在电力系统中的重要应用之一。
通过电力电子器件对无功功率的生成和吸收进行调节，可以实现电网的无功功率平衡和电压稳定控制。
无功补偿技术对提高电力系统的电能质量和稳定性具有重要意义。
三、电力电子技术的发展趋势1. 高功率、高可靠性随着电力需求的增长和电力器件技术的不断进步，电力电子技术将朝着高功率、高可靠性方向发展。
电力电子器件的集成化和可靠性的提升将进一步推动电力电子技术的发展。
电力电子知识点总结一、电力电子的基本原理电力电子是运用半导体器件实现电能的变换、控制和调节的技术领域。
在电力电子领域中最常用的器件是晶闸管、可控硅、晶闸管二极管、IGBT等。
它们通过对电压和电流的控制，实现将电能从一种形式转换为另一种形式。
电力电子的基本原理可以分为电力电子器件、电力电子电路和电力电子系统三个方面。
1. 电力电子器件电力电子器件是实现电力电子技术的基础。
常见的电力电子器件有晶闸管、可控硅、三端闭管、IGBT等，在电力电子中起着至关重要的作用。
晶闸管是一种四层结构的半导体器件，能够控制电流的导通和截止，实现电能的控制和调节。
可控硅是一种三端器件，具有双向导通特性，广泛应用于交流电路中。
IGBT集结了MOS管和双极型晶体管的优点，具有高开关速度、低导通压降等特点，是目前应用范围最广泛的功率器件之一。
2. 电力电子电路电力电子电路是利用电力电子器件构成的电路，实现对电能的控制和调节。
常见的电力电子电路包括整流电路、逆变电路、斩波电路等。
整流电路能够将交流电转换为直流电，逆变电路能够将直流电转换为交流电，斩波电路能够实现对电压和频率的调节。
这些电路在各种电力电子设备中得到了广泛应用，如变频调速器、逆变焊接电源等。
3. 电力电子系统电力电子系统是由多个电力电子电路组成的系统，实现对电能的复杂控制和转换。
常见的电力电子系统包括交流电调压系统、柔性直流输电系统、电能质量调节系统等。
这些系统在能源转换、传输和利用方面发挥着关键作用，是现代电力系统中不可或缺的一部分。
二、电力电子的常见器件和应用电力电子领域中常见的器件有晶闸管、可控硅、IGBT等。
而在现代工业中，电力电子技术得到了广泛的应用，如变频调速器、逆变焊接电源、电动汽车充电设备等。
1. 变频调速器变频调速器是一种能够实现电机转速调节的设备，它利用电力电子技术对电机供电进行控制，实现对电机转速的调节。
通过变频调速器，可以实现电机的恒流恒功率调节，使得电动汽车、电梯、风力发电机等设备具有更加灵活和高效的性能。
我国大容量电力电子技术与应用发展综述摘要:大容量电力电子技术使用大功率半导体器件，通过信息流对能量流的精确控制，实现电能的有效变换与传输。
大容量电力电子装置广泛应用在电气节能、新能源发电、电力牵引、智能电网以及军工装备等领域的关键环节，对国民经济发展、工业生产及国家安全起到重要作用。
本文综述了我国在大容量电力电子技术与应用方面的最新进展，比较了国内外大容量电力电子研究现状的差距，并在此基础上展望和讨论了大容量电力电子技术的未来发展趋势及我国应采取的相应对策。
关键词：大容量电力电子功率半导体器件装置和系统1引言大容量电力电子技术是使用大功率半导体器件，通过信息流对能量流的精确控制以实现电能的有效变换与传输的技术，包括大功率电力电子器件、电力电子装置和系统应用三个方面，涉及电力电子器件（上游）和电力电子设备和系统（中游）、电力电子技术在各个行业的应用（下游）三个领域。
与以信息处理为主的微电子技术和常规小容量电力电子技术不同，大容量电力电子技术面对的主要功率等级在几百千瓦乃至几十吉瓦以上，电压等级在千伏乃至几十万伏以上，电流容量在几百安培乃至上万安培以上，在不同应用领域起到重大作用[1]。
近几年来，随着电气节能、新能源发电、电力牵引、智能电网以及军工装备等应用领域的高速发展，对大容量电力电子装置和系统的需求越来越大，无论是传统产业，还是高新技术产业，都迫切需要提供大容量、高质量、可靠及可控的电能。
大容量电力电子装置和系统已经成为弱电控制与强电运行之间，信息技术与先进制造技术之间，传统产业实现自动化、智能化、节能化和机电一体化之间的桥梁，被广泛应用于能源、交通、工业制造和航空航天等领域，特别在面向我国新一代电网系统和大型电力牵引系统应用中（如高铁、舰船等），随着中高压直流变换技术、分布式新能源发电技术以及电力传动技术的长足发展，大容量电力电子变换装置和系统正成为大幅提升柔性交直流电网输送能力和电力牵引控制能力的关键装置和核心接口设备。
目前大容量电力电子技术和应用正处在快速发展的阶段。
从学科发展角度来看，仍存在两个关键问题: 即大功率电力电子器件的功率处理水平与电力电子装置容量和性能需求之间的矛盾问题，电力电子装置的电能变换能力与系统应用需求之间的矛盾问题。
需要有不断的技术创新去解决这两个矛盾。
目前主要方法为:发展以大功率电力电子器件为核心的装置分析和设计技术，提高装置的电能变换能力；发展以拓扑和控制为核心的组合式电力电子技术，提高系统在不同领域的应用潜力。
2 大容量电力电子技术和应用最新进展近年来，我国大容量电力电子技术从应用基础研究、关键技术、产业规模、产业链条完善和标准体系建立等方面都取得了斐然的成就。
2.1 电气节能大型风机水泵变频调速节能是大容量电力电子技术的主要应用之一，高性价比、高可靠性的高压大容量变频器仍然是该领域研究的前沿。
鉴于器件容量和耐压能力的限制，目前在高压大容量变频器中广泛使用组合式电力电子变换器，如器件串并联和多电平技术等。
比较有代表性的是 H 桥级联型多电平变换器，通过相同的 H 桥单元的不断级联，可以实现更高电压等级的输出，从而提高变换器的输出功率。
H 桥级联型多电平变换器以其结构模块化、冗余程度高以及易于实现高压多电平等优点成为应用最广泛的多电平拓扑结构之一。
同时，包括二极管钳位、电容跨接等组合式电力电子变换器中的三电平、五电平及混合多电平变换器也都得到有效应用。
由于后者技术门槛更高，在应用上不如 H 桥级联式变换器广泛。
此外，器件直接并联以获得更大的容量、器件直接串联以获得更高的装置电压都在研究和应用之中，但其动态均流和均压仍然是瓶颈问题。
一般来讲，容量越大、电压越高，所显示的大容量电力电子技术水平就越高。
我国用于风机水泵节能的高压大容量变频器研制和应用取得了很大进展，国产高压大容量变频器的市场份额同比增加 15%，已经超过国外同类产品的份额，国产高压大容量变频器的性价比和可靠性逐步得到用户的认可。
在超大功率变频调速应用中处于国际领先地位。
如我国自主研制的基于电子注入增强栅晶体管（IEGT）的 10kV 大容量变频器，容量达到 32MV·A，已经应用于我国南水北调工程。
2.2 新能源发电大容量电力电子技术在新能源发电方面得到广泛的应用。
目前应用比较多的新能源主要有风能、太阳能、地热能、生物能和燃料电池等。
通过电力电子变换技术将新能源转化成的电能进行变换和调整，以达到最大利用率及与电网或负载合适匹配。
新能源发电中的电力电子技术应用特点为：一次能源供给随机性大，风能、太阳能都随天气情况有很大变化；并网发电要求高，电网侧要求输入电能波动小，谐波小等。
这就要求适应于新能源发电的大容量电力电子装置和系统输入电压范围大、网侧输出电能质量高，同时具有低电压穿越和孤岛保护等功能[2]。
目前我国在新能源发电中的大容量电力电子技术主要进展为：（1）向大容量发展。
风机发电系统单机容量已经达到 5MW，并已在实际风电场成功投运；光伏并网发电系统中的并网逆变器单机容量也已经达到兆瓦级功率等级，多座百兆瓦级的集中式光伏并网电站已经顺利并网发电运行。
（2）直接变换。
双馈式风机系统正在向直驱式或混合式系统方向发展，国内几家风力龙头企业正逐步用自主研制的 2 ～ 3MW 的直驱式大容量变换器替代国外同类产品。
（3）高性能。
主要体现在高效率、高可靠性和适应电网需求的低电压穿越和孤岛保护等功能方面。
2013 年我国颁布了新制订的新能源并网变换器并网准则，目前国产风力和光伏并网变换器都具备了所要求的低电压穿越和孤岛保护功能。
由于分布式光伏发电的大力推广，组合式电力电子变换器得到广泛应用。
如在大型光伏电站中使用变换器集群技术，即在兆瓦级及以上容量的变换系统中往往是两个或者多个变换器组合，在小容量变换器中使用多电平变换器来提高系统的效率或降低共模电流。
另外，集群式的微型逆变器也得到了很大的发展。
国产风力和光伏并网发电变换器逐渐代替进口同类产品。
2.3 电力牵引电力牵引主要基于大容量电力电子变换及其控制技术，目前我国用在电力牵引中的电力电子变换器也逐步以国产替代进口。
当前在电力牵引中的电力电子技术主要进展方面包括：（1）提高电力电子变换器的效率和功率密度，主要发展集成技术和冷却技术。
（2）实施精确控制，应用高性能的闭环控制，特别是针对低速和高速下的矢量控制和直接转矩控制一直是研究热点。
（3）保证可靠运行，采用冗余控制以及能量综合管理技术等。
在电力牵引的大容量变换器中，基于大功率电力电子器件的变换器成为主流，高耐压大电流的绝缘栅双极型晶体管（IGBT）得到普遍应用，集成门极换流晶闸管（IGCT）也开始有了应用。
我国自主研制的时速 200 ～ 250km 城际动车组成功运行，并批量投入运用。
我国自主研发的采用交流牵引电动机的六轴“和谐”货运电力机车，变流技术就采用了6500V/600A 的 IGBT 元件器件和双面水冷功率模块，使机车单轴功率达到 1 600kW，机车总功率达到 9 600kW，是目前世界上单轴功率最大的铁路牵引动力装备之一。
2.4 智能电网智能电网正成为我国电网发展的方向，大容量电力电子技术是智能电网核心技术之一。
我国的特高压交直流输电网的建设中，已经采用和将要采用大量基于大容量电力电子技术的电力设备，包括固态变压器、固态断路器、统一潮流控制器、静止无功补偿器、晶闸管控制串联电容补偿器、有源滤波器、动态电压恢复器和静止同步补偿器等[3]。
在柔性直流输电应用中，以大功率全控型电力电子器件为核心的变换器设计和分析技术、组合式电力电子技术都成为前沿技术。
耐压 3.3kV 以上的高压IGBT 成为主流器件，而模块化多电平变换器（MMC）成为最典型的拓扑[4]。
MMC 拓扑中，每相桥臂是由多个功率模块级联而成，每个功率模块只包括直流电容和一个桥臂，输入可采用单一直流电源供电，不需要多绕组隔离变压器。
由于该拓扑在结构上高度模块化，增加电平数只需要增加串联的基本单元数量即可，控制简单，特别适合于 6kV以上电压等级、五电平以上输出的情况[5]。
2013 年 12 月，国家 863 计划项目——南方电网广东汕头南澳岛的三端柔性直流输电工程完成了三端投产启动。
该项目的成功，使我国在多端柔性直流输电技术方面站在了世界前列。
2.5 大功率电力电子器件目前，我国晶闸管类器件产业成熟，能满足国内的需求。
5 英寸（lin ＝0.0254m）7200V/3000A、6 英寸 8500V/4000A ～ 4750A 电控晶闸管（技术水平居世界前列）和 5 英寸 7500V/3125A 光控晶闸管实现了产业化，已经用于高压直流输电和无功补偿等领域。
在国产门极可关断晶闸管（GTO）器件的基础上，研制成功 4500V/4000A 的 IGCT 器件。
一些国内企业在 IGBT 产业化中已经有所突破，从芯片设计到芯片封装、测试的完整产业链正在形成。
600V 及1200V/100A的IGBT 芯片在多家企业进入量产阶段，1 700V/100A 的 IGBT 芯片已研发成功[6]。
在国家 863 计划支持下及前期工作的基础上，我国已经着手研制产品级的碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）器件[7] ，正在研制的 SiC 器件容量等级为 1 200V/20A 和 1200V/50A 两种型号的二极管芯片和场效应管单芯片，正在研制的 GaN 器件容量等级为200V/25A 和 600V/10A 两种型号的二极管芯片和场效应模块及1200V/5A 场效应单管芯片等。
2.6 大容量电力电子技术基础理论研究大容量电力电子技术是电力电子器件、电子电路及其控制等多门学科的结合，长期以来，“理想开关、集中参数和信号脉宽调制（PWM）”一直是其主要的设计、分析和控制方法，实际应用中存在“器件模型理想化、拓扑结构线性化、瞬态过程不清、分析方法欠缺、失效机理模糊”等基础理论和分析方法中的问题[8]。
近年来，国家自然科学基金、国家 863 计划及国家支撑项目都给予了极大的支持，在电力电子学科的基础理论和分析方法研究方面取得了有意义的进展。
近年来，国内深入研究了“大容量电力电子系统电磁瞬态过程及其对可靠性的影响”和“大容量特种高性能电力电子系统理论和关键共性技术研究，从电磁能量变换、瞬态换流回路以及系统可靠性的新视角提出了有效的大容量电力电子变换系统电磁瞬态分析方法；比较深入地研究了大功率器件开关瞬态建模与应用特性、分布杂散参数的提取及影响、不同时间尺度的电磁脉冲过渡过程和系统瞬态能量平衡关系等问题；建立了器件与装置、集中参数与分布参数、以及控制与主回路之间的定量关系，建立了系统安全工作区的概念，提出了大容量电力电子变换系统设计、分析和控制的新思路。
