电力电子技术论文范文

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电力电子技术的应用能够让我国的民用电力设备效果得到大幅度的提升，让我国人民的用电质量感受到明显的变化。如今是一个科技化的时代，所以针对一些用电量较大的工业企业来说，电力电子技术的应用将会有助于其改造传统工业的生产工艺，让企业能够将工作效率得到进一步的提升，并且稳步的迈向机电一体化的队伍当中。

1.2智能化发展

我国的电力电子技术已经进入到了一个相对成熟的阶段，而国家的相关科研单位也开始着手在其中加入更为高端的科技手段。这种做法不仅有利于电力系统的向前发展，同时还会增加电力电子技术的使用范围，让其更加的智能化与人性化。

1.3电力电子技术的高频化

伴随着电力电子技术的广泛使用，为了让其能够更好的为我国的电力系统服务，已经开始逐渐的对传统技术手段进行了突破，将运行系统不断的高频化。这样不但节约了企业的设备占地面积，同时还从很大程度上提升了电力系统的运行效率。

2电力电子技术在电网中的应用现状

2.1在发电系统中的应用

发电系统是整个国家电网中的重中之重，那么电力电子技术在这个系统中的应用也将起到至关重要的作用。其主要的功能为改善发电设备的运用效率以及调节运行系统中的功能效率等，其中包括发电机励磁的控制、恒频、以及水泵的调速等等。电力电子技术主要应用的是晶闸管在励磁中的价格、性能、结构等优势，从而保证其能够更完美的应用与电力系统当中。除此之外，在风力以及水力发电机的操控当中，电力电子技术主要依靠的是变频电源来掌控转子励磁电流的转换频率，以保证电力能源能够发挥出最大的有效使用功效。在我国的各大企业中，能够制造高压力变频器的实属凤毛麟角，所以电力电子技术将有效的填补这一部分的空白。

2.2在输电系统中的应用

电力电子技术在我国电网的输电系统中主要应用的是柔流输电技术，这种技术能够将电力系统中的电压、功率、相位角进行有效的控制与调节。在电力能源进行输送的过程当中，难免会出现不同程度上的消耗，而这种技术的应用将从很大程度上将其输电能力的稳定性进行改善。针对我国电网目前的情况来看，如果采取远距离高压直流输电的话将会相比交流输电降低很大一部分的损耗，因为直流输电将避免电抗压降的问题，并且还会降低电缆网线等设备的投入资金，这样不仅能够解决稳定性差的问题，同时还会缓解企业的经济压力。

2.3在配电系统中的应用

在配电系统中最为重要的就是提高电力能源的质量和供电系统的稳定性。而这两项是否能够过关将取决与电压、不对称度以及频率等相关因素的质量能不能达到标准。而电力电子技术在国外的一些大企业当中也取得了比较成功的成绩，并且也为企业带去了相当可观的经济收益。电力电子技术可简称为DFACTS技术，在配电系统的应用中可以被理解为是一种控制单利能源质量的新型技术。与此同时，由于DFACTS设备同FACTS设备的功能与使用方法大致相同，所以DFACTS的设备也可以被理解为是FACTS的浓缩版本。

2.4在节能环节中的应用

节约电能大致包括两个方面：电动机的节电潜力和电动机的调速节电技术，这两中节能方法有效的相结合才能够形成一个比较完善的节能体系。就我国目前的形式来看，交流调速技术已经被广泛的应用到了矿山以及炼金等重金属行业中，而在国外较发达的国家中，在水泵以及风机等设备的运行中也都相继的应用了交流调速技术。

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2电力电子技术的未来发展趋势

从近几十年的发展历程中我们可以看出，半导体的发明与应用有效地推动了电子技术的快速发展，其中晶闸管等电力半导体在这一过程中发挥了重要的作用。在进入20世纪70年代后，半控型晶闸管形成由低电压小电流到高电压大电流的系列产品，被称为第一代电力电子器件。随着电力电子技术理论研究和半导体制造工艺水平的不断提高，先后研制出GTR、GTO、功率MOSFET等自关断全控型第二代电力电子器件。近期研制的以绝缘栅双极晶体管(IGBT)为代表的第三代电力电子器件，开始向大容量高频率、响应快、低损耗的方向发展，这又是一个飞跃。步入20世纪90年代后，电力电子技术得到突飞猛进的发展，与该技术有关的产品也得到进一步升级，大都朝着智能化、模块化方向发展，逐步形成了电力电子技术的三步走模式及理论的研发，产品的研制、产品的应用，成为国际科研领域的新星，成为经济社会发展的热门行业。但是，就目前我国电力电子技术发展现状来看，还不容乐观，其中电力半导体器件的研发与应用同西方发达国家相比，还存在较大的差距，还比较落后，所以，如果在21世纪国际电力电子技术迅猛发展的背景下，我国半导体器件的落后状态得不到改善，将直接影响我国国民经济的快速发展，因此，对于我国电力电子技术的发展趋势来说，仍然任重而道远。

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1.2为课程群建设、产学研相结合的进一步探索研究奠定基础电力电子技术已逐步发展成为一门由现代控制理论、材料科学、电机工程、微电子技术多学科相互渗透的综合性技术学科。通过课程改革，为电力电子技术精品课程建设、课程群建设奠定良好基础。此外，通过课程改革，探索适用于我校的电类专业卓越工程师特色培养模式，并促进教科研和企业项目合作与承接等工作的深入开展。

2教学改革方案的实施与主要特色

为努力改变该课程原有的难教难学的状况，教学改革方案从以下几个方面实施：

2.1重新编排教学内容，突出课程实用性和趣味性改变传统教学中对四大变流电路孤立、单一的学习模式，引入生活中常见电路以及电子小制作的实例，通过一系列具体电路系统设计过程的演示，将《模拟电路》、《电机与电气》等前期专业课程的知识与《电力电子技术》所学理论知识相联系，展现课程强弱电结合、多学科融合的特点。并且，在保证理论基础扎实前提下，增加日常电路分析和设计实践环节在整个教学过程中所占比重，以实例激发学生自主学习兴趣，以兴趣带动能力培养，在这一过程中培养学生的读图、分析、画图、简单电源电路设计等能力，实现理论与应用相辅相成、有机结合，最终提升学生工程应用方面的综合素质。

2.2采用引导型教学方式，注重教学过程中的互动性和学生分析解决问题能力的培养授课过程中注意开展互动，通过采用提出启发性问题—共同讨论—获得结论—实验验证的方法，在教师“教”与学生“学”的过程中不断发现问题和新的突破点，将学生被动接受知识的过程转化为其不断解决问题的过程，使学生主动学习、开放思维，并在此过程中加深相关理论的理解，训练其分析和解决问题的能力。

2.3充分发挥多媒体教学优势，改变理论教学抽象、刻板的现状电力电子技术重视对电路波形的分析。课程原有的单一的板书或简单PPT课件加板书的传统授课形式课堂信息量较少，不够直观，不能解决学生缺乏学习兴趣，接收效果较差等问题。利用PowerPoint、Flash、视频等多媒体手段，不仅能使波形分析更为直观，还能方便地展示电路在不同条件下的工作状态，以及课程内容在实际生产中的应用。既可使教学内容更加丰富，还使分析过程不再枯燥抽象，分析结果生动醒目，便于学生理解。

2.4以实际系统分析为手段，提高学生知识融会贯通的能力改变对变流技术中各典型电路孤立的讲解，通过带领学生进行典型的电力电子系统分析，结合系统供电、控制等模块电路结构、原理的介绍，体现该门课程电力、电子和控制学科间的交叉性，使学生学会将与课程相关的专业课内容灵活运用于电路分析和设计应用中，提高他们对所学知识的融会贯通能力。

2.5引入专业常用仿真软件，激发学生学习兴趣，培养基本专业技能专业仿真软件在现代工业设计及应用中的作用越来越显著，掌握一至两种仿真软件工具将成为工科学生应具备的基本素质之一。同时，在教学过程中，利用仿真软件对电路工作情况进行仿真，可以使分析过程更为直观，有利于激发学生学习兴趣。目前，电力电子仿真软件主要有Matlab、Pspice、SIMetrix/SIMPLIS和Saber等，其中Pspice和Matlab在开关电源开发应用中具有重要作用，被相关企业广泛运用[4]。在教学改革中，通过在课堂教学和实验环节中引入建模的基本原理与过程，既能使课堂教学和实验更加生动直观与安全，还能引导学生学习软件的应用，使他们具备基础建模能力，有助于满足企业对于学生基本专业技能的要求。

2.6开发一批设计性、综合性研究实验，培养学生的应用、创新能力利用学校电力电子实验室和软件仿真的资源，结合当前热门课题和企业需求，开发一些设计性、综合性较强的实验，或通过课程设计、毕业设计的方式指导带领学生进行研究设计。实验的开发以培养学生应用创新能力为主要目的，既有助于学生巩固所学知识，提高知识综合运用能力，又可为电子设计大赛等专业比赛人才选拔奠定基础。

2.7以课程改革为契机，积极拓展校企合作途径，开发产学研项目，提升教师科研水平在课程改革中，积极寻求校企合作的新途径，深化校企合作的内容，将企业实际项目作为教学的实践、提升环节，依托学校的实验实训中心，以教师为主导，学生进行设计、验证配合，不仅可以极大地激发学生学习和实践的兴趣，同时也有利于教师自身科研水平的提高。

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2电力电子技术的应用

2.1电气节能介绍

有源滤波、电能质量及变频调速等内容都属于电气节能的范畴，其中电机节能最为重要，主要是采用变频调整方式，改善风机、泵类电机系统，而电气节能方面中的变频调速系统的电力来源主要是变频器，在社会经济发展和科学技术不断进步的过程中，变频调速方面的相关技术获得了很大的完善，具有非常广阔的应用，相关设备的更新频率大大降低。如果我们使用变频技术，使电机根据我们需要的速度进行运行，对原有的系统进么智能改造和控制，仅电机这一项消费我国一天就可以节约大约30%的电能，工业领域的节能效果更大。由此可见，这是我们不容忽视的一个重要作用，关系到了国民经济高效的发展。

2.2风力、太阳能等新能源发电

目前世界范围内应用频率较高的可在利用新型能源主要包括：生物质能、太阳能、风能及地热能等，但这些新型能源的利用都必须要借助大容量电力电子系统来实现。电力电子技术在利用新能源进行电力生产的过程中，具有较大的供应不确定性，必须要根据天气的变化进行调整，必须要满足电网电力、并网发电方面较高的要求，可以保障供应电能的质量，不存在较大的功率变化情况。由于我国的科学技术发展水平较低，依靠引进国外网格转换器的方式来进行电力生产，需要进行进一步的研究和探索，从根本上提高设备的稳定程度，优化设备性能，并应用统一、规范、系统的标准对应用设备进行管理和控制。

2.3电力牵引

随着交通流量的增大，交通事业的进步成为各个国家关注的重点，应用电力牵引方式，对电动汽车、地铁、高速铁路及轻轨等交通设施进行改造成为主流化趋势。例如：高铁的机头。目前，高铁已覆盖了我国的等多数地区，已经将利用电力牵引的汽车在一些地区进行应用测试。这些混合性电力动力汽车所需的变换器的来源是国外技术发达的国家，我国要加大对电力牵引方面的研发力度，如：开发集成技术和冷却技术来提高电力电子变换器的效率和功率密度；

2.4智能电网

智能电网是一个新概念，一般认为电力电子技术为智能电网的实施提供了坚实的技术保障，能够提供更大的动力，还涉及到电网控制技术、传感技术等多种先进的技术。其中，传感技术、储能技术、输电技术及控制技术等都涵盖于电力电子技术的范围内，能够使电网发电形式转变为新型能源开发，大大提高电网的工作效率，变得更加安全可靠。我国电力体制改革和建设工作实施过程中，对特高压输电内容的研究充分运用了智能电网技术，并在一些城市建造成功，能够对高达800kv的电压进行输送。根据我国对电网建设方面的设计规划工作，预期在2020年投资将近一亿元人民币进行特高压输电建设；并2030年真正建成具有自愈能力的智能电网。

3主要关键技术

（1）硬件和电力半导体器件的发展分析。系统的性能和可靠性往往由设备的好坏决定，而大容量电力电子应用系统对高功率半导体器件要求更高。目前，宽带隙的新型半导体的开发，如碳化硅材料，被人们越来发挥重视，还有对氮化镓（GaN）设备的发展也引起了人们的关注。（2）拓扑的研究。在对多电平变换器拓扑关系及结构方面的探索处于低级阶段，预测在未来的发展过程中会向着混合式结构形式的方向发展。（3）应用PWM控制方法。大容量多电平转换电路是脉冲宽度调制的主要应用领域，但由于拓扑结果形式及特征各不相同，必须要满足相应的功能要求。

4存在的关键问题分析

（1）半导体开关器件的特性没有完全足够掌握。（2）主电路的设计未能与实际紧密结合，协调配合有所欠缺。（3）对不清楚的装置、设备的电磁瞬态过程进行描述。（4）缺乏对设备的失效作用分析。目前仍需要处理的任务为：（1）提高设备模型的适应能力。（2）定义对可靠运行区域。（3）理解不同时间尺度过程。（4）能源控制问题。