电力电子技术在工业企业电能质量的控制
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191钢铁企业的用电设备大多数为感性负荷、冲击大等特点,大量使用直流电机、变压器、电力电子装置等非线性负荷。
会出现电网电压波动和闪变、三相不平衡,引起无功频繁波动、功率因数低、谐波含量超标等问题,使电网供电质量下降,严重影响到电网的运行。
由于电力电子装置的广泛应用,使得谐波和无功问题引起越来越多的关注。
同时,也由于电力电子技术的迅猛发展,在谐波治理和无功补偿方面也取得了一些突破性进展。
1 谐波及其危害各种电力电子器件在人们的生产及生活中的广泛应用,及整流、变频、逆变等非线性负荷设备的应用,诸如谐波干扰、放大等谐波问题也随之产生。
谐波影响供配电系统设备和用电设备的正常工作,影响电力测量和电能计量的准确性,同时对自动控制系统等产生干扰与危害,严重时会造成设备的损坏和电力系统事故。
2 钢铁企业负荷及其引起的电能质量问题根据生产及工艺要求,钢铁企业的用电设备如大量的电弧炉、中频炉、轧机等非线性负荷,在工作过程中产生大量的谐波,导致电流波形发生畸变,严重影响系统电能质量。
同时产生的电压闪变和波动、电压暂降等问题也对电能质量造成很大的影响。
以下仅着重分析电弧炉(EAF)、精炼炉(LF)、中频炉、轧机冲击负荷的特点及其引起的电能质量问题。
2.1 电弧炉引起的电能质量问题电弧炉包括交直流电弧炉,冶炼过程主要分两个阶段,即熔化期和精炼期。
在熔化期,电弧阻抗不稳定,电流波形不规律,故谐波含量大,具有较多的3次及3的倍数次谐波,还存在一定的偶次谐波。
对交流电弧炉来说,其中2-7次谐波幅值较大。
电弧炉产生的电能质量主要有三方面:谐波问题、电压闪变及波动问题、三相不平衡问题。
2.2 精炼炉引起的电能质量问题钢包精炼炉属含电弧和铁磁非线性设备的谐波源。
是用来对初炼炉所熔钢水进行精炼,要求具有较大的变压器容量、较大的电流波动范围、三相电流很不平衡,对供电质量及用电设备也存在很大的影响。
2.3 中频炉引起的电能质量问题中频炉是一种将工频50Hz交流电转变为中频的电源装置,把三相工频交流电,整流后变成直流电,再把直流电变为可调节的中频电流,在感应圈中产生高密度的磁力线,切割感应圈里盛放的金属材料,在金属材料中产生很大的涡流。
电力电子与电能质量随着国民经济的发展和人民生活水平的提高,大量基于计算机的控制设备和装置投入使用,这些设备的性能对于电能质量非常敏感,如果不能正常运行会造成不可估量的经济损失。
近年来,电力用户对电能质量提出了更高的要求,电能质量问题也引起了供电部门极大的重视。
但是,对于电能质量,供电部门和电力用户负有共同的责任,因为用电设备是影响电能质量的一个主要因素,尤其是大量电力电子设备的应用对电能质量有很大影响。
1.电能质量(Power Quality)的概念一个理想的电力系统是应该以恒定的频率(50Hz或60Hz)和标准的正弦波形,按规定的电压水平(标准电压)对用户供电。
从普遍意义上说,电能质量就是指优质供电。
但是,由于电力系统的设备并不是理想线性或对称的,理想的电力系统并不存在,这就产生了电能质量问题。
从严格意义上讲,电能质量的主要衡量标准主要包括:(1)电压偏差、(2)频率偏差、(3)三相电压不平衡、(4)电压波动和闪变、(5)公用电网谐波、(6)公用电网间谐波。
我国颁布了相关的国家标准,来检验电能质量是否合格。
影响电能质量的主要因素有:(1)发电机有功出力和有功符合的不平衡;(2)电力系统中无功分布不均衡;(3)电力系统中非线性设备的应用;(4)电力系统中冲击负荷的存在;(5)电力系统中用电设备三相不平衡;2.电力电子设备对电能质量的影响随着电力电子技术的发展,越来越多的电力电子设备应用到电力系统中,成为负荷的一部分。
但是,电力电子设备由于电力电子器件的非线性和快速开断特性,属于非线性时变负荷,这种负荷势必会对电能质量产生不良影响.电力电子设备对电能质量的影响主要是谐波。
由于电力电子设备的非线性,在工作时会产生大量高次谐波注入到电力系统中,使系统谐波含量增加,继而还会影响电压质量和三相平衡性。
除此之外,电网中大量整流装置的应用会引起电网功率因数下降,而功率因数下降又会增加系统的无功功率,从而引起供电电压的下降,影响用户侧电能质量.3。
电力系统的电力电子技术应用在当今社会,电力系统的稳定运行和高效发展对于各行各业的正常运转以及人们的日常生活至关重要。
而电力电子技术的出现和不断发展,为电力系统带来了重大的变革和提升。
电力电子技术作为一门新兴的交叉学科,融合了电子学、电力学和控制理论等多方面的知识,已经在电力系统的多个领域得到了广泛的应用,并发挥着越来越重要的作用。
电力电子技术在发电环节的应用显著提高了能源的利用效率和发电质量。
在传统的火力发电中,通过采用电力电子装置对锅炉的风机、水泵等进行调速控制,可以大大降低厂用电率,提高机组的运行效率。
风力发电作为一种清洁能源,其输出功率具有随机性和波动性。
为了实现稳定的电能输出,需要使用电力电子变流器将风机发出的变频交流电转换为与电网频率和电压相同的交流电。
太阳能光伏发电同样离不开电力电子技术,通过光伏逆变器将直流电转换为交流电,并实现最大功率点跟踪控制,以提高发电效率。
在输电环节,高压直流输电(HVDC)技术是电力电子技术的一个重要应用领域。
与传统的交流输电相比,HVDC 具有输电容量大、线路损耗低、不存在无功功率问题等优点。
在 HVDC 系统中,换流器是核心设备,它通过电力电子器件的开关动作将交流电转换为直流电或者将直流电转换为交流电。
此外,柔性交流输电系统(FACTS)也依赖于电力电子技术,通过在输电线路中安装静止无功补偿器(SVC)、静止同步补偿器(STATCOM)等装置,可以快速调节系统的无功功率,提高电网的稳定性和输电能力。
在配电环节,电力电子技术的应用主要体现在电能质量的改善方面。
随着各种非线性负载在电力系统中的广泛应用,如电力机车、电弧炉、变频器等,电网中的谐波污染日益严重。
有源电力滤波器(APF)作为一种有效的谐波治理装置,能够实时检测并补偿谐波电流,使电网电流保持正弦波。
此外,动态电压恢复器(DVR)可以在电网电压发生暂降或骤升时,迅速提供补偿电压,保障敏感负载的正常运行。
浅谈电力电子技术在电气工程中的应用【摘要】电力电子技术在电气工程中扮演着重要角色。
本文首先介绍了电力电子技术在变换器、电能调节、电机控制、电网优化和新能源领域中的应用。
通过对这些领域的案例分析,可以看到电力电子技术在提高能源利用率、降低能耗、实现电力系统的安全稳定运行等方面发挥着关键作用。
总结了电力电子技术对电气工程领域的推动作用,强调了其在推动电气工程技术发展、提升能源利用效率和促进新能源发展等方面的重要性。
通过本文的讨论,可以清晰地看到电力电子技术在电气工程领域中的价值和意义。
【关键词】电力电子技术、电气工程、变换器、电能调节、电机控制、电网优化、新能源、推动作用1. 引言1.1 电力电子技术在电气工程中的重要性电力电子技术在电气工程中的重要性体现在多个方面。
电力电子技术在变换器中的应用可以实现电能的有效转换和控制,提高电气设备的效率和稳定性。
电力电子技术在电能调节中发挥着关键作用,可以实现对电能的精确控制和调节,满足不同场合的需求。
电力电子技术在电机控制中的应用可以提高电机的运行效率和精度,使得电动机在各种工况下都能稳定工作。
电力电子技术在电网优化中的应用可以提高电网的运行效率和稳定性,实现对电网的智能管理和调控。
电力电子技术在新能源领域中的应用可以促进清洁能源的发展和利用,推动能源转型和可持续发展。
电力电子技术在电气工程中的重要性不容忽视,它不仅可以改善电气设备的性能和效率,还可以推动电力系统的现代化和智能化发展。
2. 正文2.1 电力电子技术在变换器中的应用电力电子技术在变换器中的应用广泛而重要,变换器是电气工程中的核心设备之一,用于将不同电压、频率和相数的电力进行转换和控制。
电力电子技术在变换器中的应用可以提高电力传输效率,实现电力系统的稳定运行和智能控制。
电力电子技术可以应用于直流变换器和交流变换器中。
直流变换器通过控制晶闸管等器件的导通和断开,将交流电转换为直流电或直流电转换为交流电。
综述现代电力电子技术在电力系统中的发展现状现代电力电子技术是当今电力系统领域中的重要组成部分,它在电力系统中起着至关重要的作用。
随着科技的不断进步和电力需求的不断增长,电力电子技术在电力系统中的应用也得到了日益广泛的推广。
本文将综述现代电力电子技术在电力系统中的发展现状,旨在全面了解电力电子技术的应用和发展趋势。
一、电力电子技术在电力系统中的应用概况随着电网建设的不断完善和电力需求的不断增长,电力系统对电力电子技术的需求也越来越大。
电力电子技术在电力系统中主要应用于功率变换、电能质量控制和电力传输等方面。
在功率变换领域,电力电子技术主要用于实现交、直流电能之间的相互转换,适应不同负载的功率要求。
在电能质量控制方面,电力电子技术可实现电能的稳定输出,提高电网的稳定性和可靠性。
在电力传输方面,电力电子技术可实现高效电能传输,减少能量损耗,提高电网的传输效率。
电力电子技术在电力系统中的应用范围非常广泛,对电力系统的运行和发展具有重要意义。
1. 变流器技术的发展变流器是电力电子技术的核心设备之一,其性能和效率直接影响到电力系统的运行质量。
近年来,随着功率半导体器件的不断进步和新型拓扑结构的不断涌现,变流器技术取得了显著的发展。
高压、高频、高效的变流器设备逐渐成为电力系统的主流,大大提高了电能转换的效率和质量。
2. 控制技术的创新随着数字电子技术的发展,控制技术在电力系统中的应用也得到了快速发展。
智能化控制系统、数字信号处理技术等先进控制技术的应用,使得电力电子设备的控制性能得到了显著提升,提高了电力系统的运行稳定性和可靠性。
3. 新能源技术的融合随着新能源技术的快速发展,新能源与电力电子技术的融合应用成为电力系统发展的重要趋势。
风能、光能等新能源技术的应用使得电力系统的结构发生了变革,电力电子技术成为了实现新能源并网的重要手段,为电力系统的清洁化和可持续发展提供了有力支持。
4. 智能电网技术的兴起智能电网技术是当今电力系统领域的热点之一,它以电力电子技术为核心,通过信息技术实现了电力系统的智能化管理和控制。
电力电子技术的应用和原理1. 引言电力电子技术是一种应用在电力系统中的技术,通过将电力转换为可控的形式,实现电力的调节、变换和控制。
本文将介绍电力电子技术的应用领域和基本原理。
2. 应用领域电力电子技术在现代电力系统中有着广泛的应用,下面列举几个主要的应用领域:•变频调速:电力电子技术可以实现交流电源向直流电源的变换,通过控制电压和频率,实现对电机的调速,广泛应用于工业控制、高速列车、船舶等领域。
•可再生能源发电:电力电子技术可以实现可再生能源(如太阳能、风能)的转换和接入电力系统。
•电力传输和配电:电力电子技术可以实现高压直流输电,提高输电效率,同时可以实现电力系统的电能质量调节和稳定。
•电力负载控制:电力电子技术可以实现对电力负载的控制,如电炉、焊机、电动汽车充电桩等。
3. 基本原理电力电子技术的基本原理主要包括以下几个部分:3.1 可控硅电路可控硅是一种具有电压控制能力的电子器件,通过控制其导通和关断的时刻,可以实现对交流电的控制。
可控硅电路是电力电子技术中最常用的电力调节器件之一。
3.2 逆变器逆变器是将直流电转换为交流电的装置,其基本原理是通过可控硅等器件对直流电进行开关调制,实现交流电的输出。
逆变器在可再生能源发电和变频调速等领域有着广泛的应用。
3.3 斩波电路斩波电路是电力电子技术中的一种电力负载控制装置,通过可控硅等器件对交流电进行斩波控制,实现对电力负载的控制。
斩波电路可以实现电力负载的连续可调,广泛应用于电力控制领域。
3.4 工频变压器工频变压器是电力电子技术中的一种常见变压器形式,通过可控硅等器件控制变压器的绕组切换,实现对电压和功率的调节。
工频变压器在电力系统的电能调节和稳定中有着重要的作用。
4. 结论电力电子技术作为一种应用在电力系统中的技术,通过将电力转换为可控的形式,实现电力的调节、变换和控制。
本文介绍了电力电子技术的应用领域和基本原理,包括变频调度、可再生能源发电、电力传输和配电以及电力负载控制等。
电力电子技术与工业企业电能质量的控制电力电子技术是近年来电力领域发展迅猛的一个重要部分,它涉及到电力系统中的电子器件、电路和控制技术,致力于提高电能的转换效率、控制电力负载和改善电力质量。
在工业企业中,电能质量的控制对于生产运行至关重要,而电力电子技术正是实现电能质量控制的关键手段之一。
本文将从电力电子技术的基本原理入手,分析在工业企业中电能质量的重要性,以及如何利用电力电子技术来实现对电能质量的有效控制。
一、电力电子技术的基本原理电力电子技术是指利用半导体器件(如二极管、晶闸管、场效应晶体管等)和电子器件(如电容、电感等)进行电能的调制、转换和控制的技术。
它主要涉及到功率电子器件、电力电子电路和控制系统等方面,可以实现对电能的有效控制和调节,提高电能的转换效率和质量。
电力电子技术包括直流-交流变换器、交流-直流变换器、交流-交流变换器等多种类型的电力电子设备。
它可以实现电能的转换和调节,使得电力系统能够更好地适应各种不同的负载要求,提高系统的稳定性和可靠性,改善电力质量,降低能源消耗和环境污染。
二、工业企业中电能质量的重要性在工业生产中,电能质量的好坏直接影响到生产设备的正常运行和生产效率,甚至会导致设备烧坏、生产事故等严重后果。
工业企业中对电能质量的要求非常高,需要保证电力系统能够提供高质量的电能以满足生产要求。
工业企业中电能质量主要包括电压、频率、波形、谐波、电能波动、电能闪变等方面。
电压的稳定性和频率的精准度是衡量电能质量的重要指标,而波形的纯净度和谐波的含量则直接影响到设备的正常运行和寿命。
工业企业中往往存在着大量的非线性负载,例如电弧炉、变频空调、电子设备等,会产生大量的谐波和电能波动,对电力系统造成严重影响。
工业企业中对电能质量的控制要求非常严格,需要采用先进的电力电子技术来实现有效的控制和调节。
三、利用电力电子技术实现电能质量的控制1. 谐波和电能波动的控制。
对于存在大量非线性负载的电力系统,可以通过安装主动滤波器、静止无功发生器、谐波逆变器等设备来实现对谐波和电能波动的控制,减少对电力系统的影响。
电力电子技术在电力系统电能经济性中的发展近年来,随着电力系统的不断发展和升级,电能经济性成为了一个重要的话题。
而电力电子技术作为电能转换的核心技术之一,在提高电能经济性方面发挥着重要的作用。
本文将介绍电力电子技术在电力系统中的应用以及对电能经济性的贡献。
一、电力电子技术在电力系统中的应用电力电子技术主要包括逆变器、直流输电、有源电力滤波器等相关技术。
这些技术通过改变电能的形式、控制电能的流动等方式,实现了电能的高效利用和灵活调控。
首先是逆变器技术的应用。
逆变器可以将直流电能转换为交流电能,使得电力系统能够更好地与不同负载进行连接。
逆变器广泛应用于光伏发电站、风力发电等可再生能源发电系统中,将直流发电转换为交流电供电给用户,提高了能源的利用效率。
其次是直流输电技术的应用。
直流输电技术可以降低输电线路的电阻和电感损耗,提高输电效率。
通过采用高压直流输电,可以减少输电线路的电流,减小线路损耗和电压降低,提高电力输送的效率和可靠性。
直流输电技术的应用,不仅可以提高电能经济性,还能满足远距离、大容量输电的需求。
另外,有源电力滤波器技术也在电力系统中得到了广泛应用。
有源电力滤波器可以通过控制电流的相位和幅值,消除电力系统中的谐波和电压波动,保证电力系统的稳定运行。
这种技术可以有效减小电力系统的谐波污染,提高电能质量,降低生产和供电成本。
二、电力电子技术对电能经济性的贡献电力电子技术在电力系统中的应用,对于提高电能经济性具有重要意义。
首先,电力电子技术提高了能源的利用效率。
逆变器技术的应用,可以将不同形式的电能互相转换,使得电力系统能够更好地利用可再生能源。
而直流输电技术的应用,降低了电能的损耗和传输损失,提高了输电效率。
这些技术的应用,使得电能转换和输送更加高效,减少资源浪费,提高电能利用效率。
其次,电力电子技术提高了电力系统的灵活调控能力。
逆变器技术和有源电力滤波器技术的应用,可以通过控制电流的波形和频率,实现对电能的精确调控。
电力电子技术在电力系统中的应用关键词:电力电子;电力系统;发展;应用摘要:电力电子技术的发展起着决定性作用的是电力电子器件的发展,因此随着计算机技术的进步以及科技的发展使得新材料、新机构器件的陆续诞生,推动了电力电子技术的快速发展,电力电子技术在各行各业中的应用也越来越广泛。
电力电子技术在电力系统中的应用研究与实际工程也取得了可喜可贺的成绩。
前言电路技术、计算机技术、功率半导体器件、现代控制技术是支撑电力电子技术的技术平台。
50年的发展历程使得电力电子技术在电能质量控制、传统产业设备发行、民用产品及新能源开发等方面得到了更加广泛的应用。
在电力电子技术电力系统的大功率应用中最成功地是直流输电(HVDC)。
柔性交流输电(FACTS)概念自20世纪80年代被提出后,电力系统中的应用研究使得电力电子技术受到了极大的关注,相继出现了多种设备。
本文将着重介绍电力电子技术在发电环节中、输电环节中及在配电环节中的应用和节能环节的运用。
一、电力电子技术的发展电力电子器件的不断升级,推动着电力电子技术的不断发展,电力电子器件的发展经过了以下三个时代。
(一)第一代电力电子器件电力电子技术开始登上现代电气传动技术舞台,是自 20 世纪50 年代末第一只晶闸管的问世开始。
【1】在此基础上开发的可控硅整流装置,是电气传动领域的又一次革命,标志着电力电子技术的诞生,迫使电能的变换和控制从旋转变流机组和静止离子变流器进入由电力电子器件构成的变流器时代。
目前,硅整流管已形成普通整流管、快恢复整流管和肖特基整流管三种主要类型。
晶闸管诞生后,其结构的改进和工艺的改革,为新器件的不断出现提供了条件。
传统的电能变换装置中所存在的能耗大和装置笨重等问题,由晶闸管及其派生器件构成的各种电力电子系统在工业应用中得到了有效解决,在提高电能的利用率的同时也使工业噪声得到了很好的控制。
随后的40余年里,电力电子技术在器件、变流电路、控制技术等方面都发生了日新月异的变化,在国际上,电力电子技术是竞争最激烈的高新技术领域。
电力电子技术与工业企业电能质量的控制随着电力电子技术的不断发展与应用,电力电子设备的广泛应用和普及,导致电力系统受到许多电子设备的干扰,电能质量问题越来越受到人们的关注。
电能质量问题主要表现为电压波动、电流谐波、电压暂降、瞬间电压间断、电能损耗增加等方面。
这些问题会给生产和消费带来很多危害,所以电力电子技术的发展和应用可以有效地改善和控制企业电能质量,保障电力系统的正常运行。
电力电子技术在电力系统中的应用已经越来越广泛,主要是用于电能质量的调节和改善。
电力电子技术能够控制和调节电能质量,从而保证企业生产和消费的正常运行,一定程度上提高其竞争力。
主要的应用包括电力调节器、有功滤波器、断路器和稳压器等。
电力调节器是一种能够将交流电能转换成直流电能的设备,同时也可以将直流电能转换成交流电能,主要用于电力负载的调节。
有功滤波器是一种在电力系统中用于过滤谐波和干扰信号的装置,主要用于消除电网中非线性负载所产生的电力谐波干扰。
断路器一般用于保护电力设备免受过电流的破坏,稳压器用于调节电压波动。
最近,人们对于电能质量的关注越来越高,一方面受到国家政策的支持和促进,另一方面由于电力负载的需求不断增加,所以需要对电力质量问题进行更加严密的控制和管理。
为此,电力电子技术被广泛运用于工业企业的电能质量控制中,并得到了广泛的应用。
总的来说,电能质量的控制是电力系统建设和发展中非常重要的一个环节。
电力电子技术的不断提升和应用,可以有效地控制和改善企业的电能质量,保证其正常的生产和消费,提高企业的竞争力。
同时,这也有助于保障电力系统的正常运行和发展。
电力电子技术在工业企业电能质量的控制电能在人类活动中的作用:电能是指以电的各种形式做功的能力。
有直流电能、交流电能、高频电能等,这几种电能均可相互转换。
日常生活中使用的电能主要来自其他形式能量的转换,包括水能(水力发电)、热能(火力发电)、原子能(原子能发电)、风能(风力发电)、化学能(电池)及光能(光电池、太阳能电池等)等。
电能也可转换成其他所需能量形式。
它可以有线或无线的形式做远距离的传输。
电能被广泛应用在动力、照明、冶金、化学、纺织、通信、广播等各个领域,是科学技术发展、国民经济飞跃的主要动力。
电力电子技术的概要:电力电子技术是一门新兴的应用于电力领域的电子技术,就是使用电力电子器件(如晶闸管,GTO,IGBT等)对电能进行变换和控制的技术。
电力电子技术所变换的“电力”功率可大到数百MW 甚至GW,也可以小到数W甚至1W以下,和以信息处理为主的信息电子技术不同电力电子技术主要用于电力变换。
电力电子技术分为电力电子器件制造技术和交流技术(整流,逆变,斩波,变频,变相等)两个分支。
现已成为现代电气工程与自动化专业不可缺少的一门专业基础课,在培养该专业人才中占有重要地位。
电力电子学(Power Electronics)这一名称是在上世纪60年代出现的。
1974年,美国的W.Newell用一个倒三角形(如图)对电力电子学进行了描述,认为它是由电力学、电子学和控制理论三个学科交叉而形成的。
这一观点被全世界普遍接受。
“电力电子学”和“电力电子技术”是分别从学术和工程技术2个不同的角度来称呼的。
一般认为,电力电子技术的诞生是以1957年美国通用电气公司研制出的第一个晶闸管为标志的,电力电子技术的概念和基础就是由于晶闸管和晶闸管变流技术的发展而确立的。
此前就已经有用于电力变换的电子技术,所以晶闸管出现前的时期可称为电力电子技术的史前或黎明时期。
70年代后期以门极可关断晶闸管(GTO),电力双极型晶体管(BJT),电力场效应管(Power-MOSFET)为代表的全控型器件全速发展(全控型器件的特点是通过对门极既栅极或基极的控制既可以使其开通又可以使其关断),使电力电子技术的面貌焕然一新进入了新的发展阶段。
80年代后期,以绝缘栅极双极型晶体管(IGBT可看作MOSFET和BJT的复合)为代表的复合型器件集驱动功率小,开关速度快,通态压降小,在流能力大于一身,性能优越使之成为现代电力电子技术的主导器件。
为了使电力电子装置的结构紧凑,体积减小,常常把若干个电力电子器件及必要的辅助器件做成模块的形式,后来又把驱动,控制,保护电路和功率器件集成在一起,构成功率集成电路(PIC)。
目前PIC的功率都还较小但这代表了电力电子技术发展的一个重要方向。
电力电子技术的应用:一般工业:交直流电机、电化学工业、冶金工业交通运输:电气化铁道、电动汽车、航空、航海电力系统:高压直流输电、柔性交流输电、无功补偿电子装置电源:为信息电子装置提供动力家用电器:“节能灯”、变频空调其他:UPS、航天飞行器、新能源、发电装置电力电子技术的重要作用:(1) 优化电能使用。
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%,我国已将许多装置列入节能的推广应用项目。
(2) 改造传统产业和发展机电一体化等新兴产业。
据发达国家预测,今后将有95%的电能要经电力电子技术处理后再使用,即工业和民用的各种机电设备中,有95%与电力电子产业有关,特别是,电力电子技术是弱电控制强电的媒体,是机电设备与计算机之间的重要接口,它为传统产业和新兴产业采用微电子技术创造了条件,成为发挥计算机作用的保证和基础。
(3) 电力电子技术高频化和变频技术的发展,将使机电设备突破工频传统,向高频化方向发展。
实现最佳工作效率,将使机电设备的体积减小几倍、几十倍,响应速度达到高速化,并能适应任何基准信号,实现无噪音且具有全新的功能和用途。
(4) 电力电子智能化的进展,在一定程度上将信息处理与功率处理合一,使微电子技术与电力电子技术一体化,其发展有可能引起电子技术的重大改革。
有人甚至提出,电子学的下一项革命将发生在以工业设备和电网为对象的电子技术应用领域,电力电子技术将把人们带到第二次电子革命的边缘。
在工业企业中的一些运用:由于传统能源的枯竭,各国对环境保护的重视以及现存电力系统的种种弊端,分布式发电将成为未来世界各国最主要的发电形式。
电力电子技术是分布式发电技术的三大关键技术之一,在分布式发电中有极其广泛的应用。
简要介绍了电力电子技术在能量传递、提高电能质量、系统储能等方面的应用。
集中发电、远距离输电和大电网互联的电力系统存在的一些弊端,使得电力系统显得既“笨拙”又“脆弱”。
目前,大电网与分布式电网的结合,被世界许多能源和电力专家公认是节省投资,降低能耗、提高电力系统稳定性和灵活性的主要方式,是21世纪电力工业的发展方向。
此外,现在世界各国都在提倡“绿色环保”,而我国电力系统的发电对环境造成了很大的破坏,采用分布式发电,充分利用各地丰富的“清洁能源”,这对于我国可持续发展的战略具有重大意义。
近年来国外,特别是以美国和日本为代表,对新型分布式发电技术的研究已取得了突破性的进展,而且有望在电能生产中占有越来越大的比重。
我国对分布式发电的研究较晚,现在还没有形成很成熟的技术,但是,分布式发电是未来电力市场的发展趋势,因此,要加紧开展对分布式发电的研究和探索,其中的一个重要方面就是要将电力电子技术应用到分布式发电中。
电能质量在近几年已经成为广大供用电各方日益关注的问题,特别是对于电子制造业、各类设备的生产厂、纺织业、食品业、造纸业、化工业、冶金业等行业中,拥有大量的非常敏感的电气设备。
在工业中使用的装置和设备,包括微处理控制装置和电气装置,它们除了对断电外,对各种类型的电力扰动也是很敏感的。
导致这些对电能质量关注的原因在于对不同工业种类的电能质量变化和扰动特性的测量上。
电能质量对工业生产过程的运行非常重要。
电能质量扰动经常由于各种电器设备和系统内部和外部不同设备的相互,而变得复杂。
了解这些扰动的起因是避免质量恶化的途径。
有许多种能提供所需要电能质量水平的办法,应先择最简单,最经济的方法,前提是能真正发现引起扰动的原因。
诊断电能质量扰动的是第一步,同时选择好的电能质量测量分析仪又是保证做好的扰动诊断的关健,它可以直接指出问题,或者至少接近问题的可能性。
然后就可以开始开发有效的处理故障的策略。
电力电子技术在电能传递中的应用:1.微型汽轮机发电系统:由于汽轮机运行的速度很高,可以达到80kr/min,而且交流发电机具有很高的频率,不能直接连接到交流电网上,这中间需要一个直流环节。
图1简明扼要地描述了电力电子设备在微型汽轮发电机系统能量变换中的应用。
交流发电机发出的电能经过整流后被送到直流电容上,然后经过有源DC/AC逆变后将电能送入电网。
2.风能发电系统:风轮机既可以恒定速度运行也可以变速度运行,所以,它既可以与同步电机相连也可以与异步电机相连。
由于操作简单和经济性,与异步机相连的方式被广泛使用。
图2描绘的是一个异步发电机系统,首先经过整流,然后经过有源逆变与交流电网相连。
3.光电系统:光电系统进行能量变换的通用方法是,通过有源DC/AC逆变器,将存储在光电池中的直流能量变换为与电网同步的交流电压。
图3清楚简要地描绘了这一流程。
这里的三相逆变器采用IGBT类型的功率管。
4.燃料电池系统:燃料电池产生的直流电压经过有源DC/AC逆变器变为交流电压,其变换过程和光电系统相似,图4描绘了这一变换流程。
直流输电与交流输电相比有许多优势,所以,在以上几种发电类型中,电能的传送都是采用直流输电的形式,但是,大电网以及人们生活、生产需要的是稳定频率的交流电,而由电力电子设备组成的整流、逆变电路及其它电力电子接口设备在分布式发电系统的能量变换和传递中起到了极其关键的作用。
电力电子在提高电能质量中的应用:分布式发电系统是一个新型的发电模式,尚有不完善的地方,其中电能质量问题越发显得严重。
任何由于谐波、瞬态、电压凹陷和扰动引起的偏离都会导致电能质量问题。
尽管电能质量对居民生活来说没有太大的影响,但是对工业生产和公司工作却有巨大的影响。
片刻电能的丢失和陷落都会导致工业生产质量的下降,甚至出现废品;导致信息产业的信息丢失,这样就会造成难以估计的损失。
未来是一个数字化的社会,对电能质量的要求将会越来越高。
结论:电力电子器件的应用已深入到工业生产和社会生活的各个方面,实际的需要必将极大地推动器件的不断创新。
微电子学中的超大规模集成电路技术将在电力电子器件的制作中得到更广泛的应用;具有高载流子迁移率、强的热电传导性以及宽带隙的新型半导体材料,如砷化镓、碳化硅、人造金刚石等的运用将有助于开发新一代高结温、高频率、高动态参数的器件。
从结构看,器件将复合型、模块化;从性能看,发展方向将是提高容量和工作频率、降低通态压降、减小驱动功率、改善动态参数和多功能化;从应用看,MPS电力整流管、MOSFET、IGBT、MCT是最有发展前景的器件。
今后研制工作的重点将是进一步改善MPS的软反向恢复特性,提高IGBT和MCT的开关频率和额定容量,研制智能MOSFET和IGBT 模块,发展功率集成电路以及其它功率器件。
GTO将继续在超高压、大功率领域发挥作用;功率MOSFET在高频、低压、小功率领域具有竞争优势;超高压(8000V以上)、大电流普通晶闸管在高压直流输电和静止无功功率补偿装置中的作用将会得到延续,而低压普通晶闸管和GTR则将逐步被功率MOSFET(600V以下)和IGBT (600V以上)所代替;MCT最具发展前途。
可以预见,电力电子器件的发展将会日新月异,电力电子器件的未来将充满生机。