大功率电力电子技术的应用

电力电子技术的发展与应用

作为电气自动化的学生，我们有必要对专业课程电力电子技术做个全面的了解。我们先对电力电子的定义做了解，再对电子电力技术的发展做大致介绍，最后综述电力电子技术的应用。

电力电子技术，是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的电子技术。电力电子技术包括电力电子器件、电力电子设备和系统及其控制三个方面，涉及电力电子器件，电力电子设备和系统，电力电子技术在各个行业的应用。与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功率（电力）变换，所变换“电力”功率的范围小到数瓦（W），大到数百兆瓦（MW）甚至吉瓦（GW）。

电力电子技术分为电力电子器件制造技术和变流技术，电力电子技术是建立在电子学、电工原理和自动控制三大学科上的新兴学科。因它本身是大功率的电技术，又大多是为应用强电的工业服务的，故常将它归属于电工类。电力电子技术的内容主要包括电力电子器件、电力电子电路和电力电子装置及其系统。电力电子器件以半导体为基本材料，最常用的材料为单晶硅；它的理论基础为半导体物理学；它的工艺技术为半导体器件工艺。近代新型电力电子器件中大量应用了微电子学的技术。电力电子电路吸收了电子学的理论基础，根据器件的特点和电能转换的要求，又开发出许多电能转换电路。

电力电子技术的发展史：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第一个晶闸管为标志的。

晶闸管出现前的时期可称为电力电子技术的史前期或黎明期。1904年出现了电子管，它能在真空中对电子流进行控制，并应用于通信和无线电，从而开启了电子技术用于电力领域的先河。20世纪30年代到50年代，水银整流器广泛用于电化学工业、电气铁道直流变电所以及轧钢用直流电动机的传动，甚至用于直流输电。1947年美国著名的贝尔实验室发明了晶体管，引发了电子技术的一场革命。

晶闸管时代，晶闸管由于其优越的电气性能和控制性能，使之很快就取代了水银整流器和旋转变流机组，并且其应用范围也迅速扩大。电力电子技术的概念和基础就是由于晶闸管及晶闸管变流技术的发展而确立的。晶闸管是通过对门极的控制能够使其导通而不能使其关断的器件，属于半控型器件。对晶闸管电路的控制方式主要是相位控制方式，简称相控方式。晶闸管的关断通常依靠电网电压等外部条件来实现。这就使得晶闸管的应用受到了很大的局限。 全控型器件和电力电子集成电路（PIC），70年代后期，以门极可关断晶闸管（GTO）、电力双极型晶体管（BJT）和电力场效应晶体管为代表的全控型器件迅速发展。全控型器件的特点是，通过对门极（基极、栅极）的控制既可使其开通又可使其关断。采用全控型器件的电路的主要控制方式为脉冲宽度调制（PWM）方式。相对于相位控制方式，可称之为斩波控制方式，简称斩控方式。

电力电子技术在新能源的应用

摘要：随着科技的不断发展和人们要求的不断提高，电力电子技术的应用越来越广泛。电力电子技术作为信息产业和传统产业之间的桥梁，它将在国民经济中占有很重要的作用。

关键词：电力电子技术；新能源；应用

引言

电力电子技术自上个世纪中期诞生以来得到了迅速的发展，在国民经济中已经具有十分重要的地位，目前约75%以上的电能须经电力电子处理以后才能投入使用，面临的环境和能源问题也需要高效的发电、电力变换和控制技术来解决，因此电力电子技术作为一项基础技术越来越重要。

1.电力电子器件的发展

一代器件造就一代电力电子装置与应用，新的装置与应用又促进着电力电子器件的发展，让我们来简要回顾一下常用的几类电力电子器件：

1.1功率二极管

大功率的工业用电由工频(50 Hz)交流发电机提供，但是大约20%的电能是以直流形式消费的，其中最典型的是电解、牵引和直流传动等领域。功率二极管是上世纪六十年代开始发展起来的；今天，在现代电力电子装置中仍然扮演着重要的角色，除了大功率工频整流的基本功能之外，功率二极管还日益肩负着高频整流、续流、隔离、箝位、吸收等越来越多的功能。

1.2晶闸管

在大功率和特大功率的工业应用中，晶闸管以其耐压高、电流大、通态压降小、通态功耗低等优势被广泛应用，是这一领域的主力器件，英杰电气在高压大功率晶闸管的应用方面有十几年的应用案例与经验积累。

1.3绝缘栅双极晶体管(IGBT)与功率场效应管(MOSFET)

上世纪八十年代，大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展，为现代电力电子技术的发展奠定了基础，将集成电路的精细加工技术和高压大电流技术有机结合，出现了一批全新的全控型功率器件、首先是功率MOSFET的问世，导致了中小功率电源向高频化发展，而后绝缘栅双极晶体管(IGBT)的出现，又为大中型功率电源向高频发展带来机遇。MOSFET和IGBT的相继问世，是传统的电力电子向现代电力电子转化的标志。

Chapter 1

Power Electronic Devices

(Part I)

Outline

1.1 An introductory overview of power electronic devices

1.2 Uncontrolled device 一 power diode

1.3 Half-controlled device 一 thyristor

1.4 Typical fully-controlled devices

1.5 Other new power electronic devices

1.6 Drive circuit for power electronic devices

1.7 Protection of power electronic devices

1.8 Series and parallel connections of power electronic devices

1.1 An introductory overview of power electronic devices

* The concept and features

* Configuration of systems using power electronic devices

* Classifications

* Major topics

The concept of power electronic devices

 Power electronic devices:

are the electronic devices that can be directly used in the power processing

circuits to convert or control electric power.

In broad sense Vacuum devices: Mercury arc

２０１３年第７卷第１期　２０１３，Ｖｏ１．７，Ｎｏ．１　南方电网技术　ＳｏＵＴＨＥＲＮ　ＰＯＷＥＲ　ＳＹＳＴＥＭ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　特约专稿　Ｆｅａｔｕｒｅｄ　Ａｒｔｉｃｌｅｓ　

文章编号：１６７４．０６２９（２０１３）０１—０００１－０５　中图分类号：ＴＭ７２　文献标志码：Ａ　

南方电网大功率电力电子技术的研究和应用　

饶宏　

（南方电网科学研究院，广州５１００８０）　

摘要：大功率电力电子技术及其应用有利于提高电力系统的安全稳定和电能质量，推动着电网技术的进步。南方电网公　司承担了多项涉及对高电压、大功率电力电子技术的国家级科技项目，已将多套先进的电力电子装置投入到所建成的多　项高压直流输电工程中。阐述了南方电网在高压直流输电、直流融冰、ＳＶＣ、串补、静止同步补偿装置、柔性直流输电　和新能源等领域，对大功率电力电子技术的研究和应用所取得的成果及相关的示范工程，显示了南方电网积极推动大功　率电力电子技术的发展对电网科技进步做出的突出贡献。　关键词：南方电网；大功率电力电子技术；高压直流输电；静止同步补偿装置；柔性直流输电　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｎｄ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｈｉｇｈ—Ｐｏｗｅｒ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　

ｉｎ　Ｃｈｉｎａ　Ｓｏｕｔｈｅｒｎ　Ｐｏｗｅｒ　Ｇｒｉｄ　

ＲＡＯＨｏｎｇ　

（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＣＳＧ＇Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　５　１　００８０，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｔｒａｃｔｓ：Ｔｈｅ　ｈｉｇｈ　ｐｏｗｅｒ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｈａｖｅ　ｔｈｅ　ａｄｖａｎｔａｇｅ　ｏｆ　ｅｎｈａｎｃｉｎｇ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｓｅｃｕｒｉｔｙ　ａｎｄ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｐｏｗｅｒ　ｑｕａｌｉｔｙ，ａｎｄ　ｔｈｕｓ　ｐｒｏｍｏｔｅ　ａｄｖａｎｃｅｓ　ｉｎ　ｇｒｉｄ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｃｈｉｎａ　Ｓｏｕｔｈｅｒｎ　Ｐｏｗｅｒ　Ｇｒｉｄ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．（ＣＳＧ）ｈａｓ　ｕｎｄｅ￣ａｋｅｎ　ｓｅｖｅｒａｌ　ｎａｔｉｏｎａｌ　ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｐｒｏｊｅｃｔｓ　ｉｎｖｏｌｖｉｎｇ　ｉｎ　ｈｉｇｈ・ｖｏｌｔａｇｅ　ａｎｄ　ｈｉｇｈ－ｐｏｗｅｒ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，ａｎｄ　ｐｕｔｓ　ｃｅｒｔａｉｎ　ａｄｖａｎｃｅｄ　ｐｏｗｅｒ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ｄｅｖｉｃｅｓ　ｉｎｔｏ　ｉｔｓ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ　ＨＶＤＣ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｐｒｏｊｅｃｔｓ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ＣＳＧ’Ｓ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｃｈｉｅｖｅｍｅｎｔｓ　ｏｆ　ｈｉｇｈ—ｐｏｗｅｒ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｆｉｅｌｄｓ　ｏｆ　ＨＶＤＣ，Ｄｅ－Ｉｃｅ，ＳＶＣ，ＴＣＳＣ，ＳＴＡＴＣＯＭ，ＶＳＣ－ＨＶＤＣ　ａｎｄ　ｎｅｗ　ｅｎｅｒｇｙ　ｒｅｓｏｕｒｃｅ　ａｓ　ｗｅｌｌ　ａｓ　ｔｈｅ　ｒｅｌａｔｅｄ　ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ　ｐｒｏｊｅｃｔｓ，ｓｈｏｗｉｎｇ　ｔｈａｔ　ａ　ｐｒｏｍｉｎｅｎｔ　ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｔｏ　ｐｒｏｍｏｔｅ　ａｄｖａｎｃｅｓ　ｉｎ　ｇｒｉｄ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｄｏｎｅ　ｂｙ　ＣＳＧ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｉｔｓ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｈｉ曲一ｐｏｗｅｒ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｃｈｉｎａ　Ｓｏｕｔｈｅｒｎ　Ｐｏｗｅｒ　Ｇｒｉｄ；ｈｉｇｈ　ｐｏｗｅｒ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ＨＶＤＣ；ＳＴＡＴＣＯＭ；ＶＳＣ—ＨＶＤＣ