浅谈电力电子技术在电力系统中的应用与发展趋势

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1、综述与评论浅谈电力电子技术在电力系统中的应用与发展趋势李洪新胜利油田滨南采油厂山东省滨州市256606摘要，概述性地介绍电力电子技术在电力系统中的各类应用，重点在发电环节中、输电环节中、在配电环节中的应用和节能环节的运用．以及电力电子技术的发展趋势。关键词s直流输电；电力电子；微电子；发电机；换流技术前言电力电子技术是一个以功率半导体器件、电路技术、计算机技术、现代控制技术为支撑的技术平台。电力电子技术广泛应用于国民经济、人民生活和现代化军事装备等众多领域，是传统产业改造，高新技术发展和国防工业进步的重要支柱。据估算，现代化国家所用电能的90％以上都将利用电力电子技术进行各

2、种处理，可大量节约电能和提高用电设备的性能。发电和远距离输电的现代化技术更大量需要电力电子技术。经过50年的发展历程，它在传统产业设备发行、电能质量控制、新能源开发和民用产品等方面得到了越来越广泛的应用。最成功地应用于电力系统的大功率电力电子技术是直流输电(HVDC)。自20世纪80年代，柔性交流输电(FACTS)概念被提出后，电力电子技术在电力系统中的应用研究得到了极大的关注，多种设备相继出现。本文介绍了电力电子技术在发电环节中、输电环节中、在配电环节中的应用和节能环节的运用，以及电力电子技术的发展趋势。l电力电子技术和微电子技术1947年晶体管发明之后，到50年代末开始

3、向两个方向发展。一个是以1958年集成电路的诞生为标志的微电子技术，它面向处理，其特点是加工线条越来越细，集成度越来越高，功能越来越全。目前生产水平典型线宽为0．5-0．6微米，典型产品为16Mb的动态随机存储器(DRAM)和PowerPC及Pentium(奔腾)微处理器。研制水平还远高于此。微电子技术的发展带动了一系列高新技术的兴起，标志着第一次电子技术革命的开始，其应用几乎遍及所有领域。1957年晶闸管的问世标志着电力电子技术的开端，它面向电力处理，其特点是功率越来越大，性能越来越高，派生器件越来越多。到70年代末期80年代初为传统电力电子技术已经衍生出快速晶闸管、逆导

4、晶闸管、不对称晶闸管、光控晶闸管等整个家族。80年代以来，微电子技术和电力电子技术在各自发展的基础上，又逐渐走向结合。电力电子器件在工艺和结构上，大量采用微电子微细加工技术的工艺方法和加工设备，使传统电力电子器件的高电压、大电流、深注入技术与微细加工技术有机结合，统一在一块芯片上。目前，典型电力电子器件的最细线条可达2-3微米。从此产生现代电力电子技术，开始了第二次电子技术革命。电力电子技术与微电子技术结合，首先出现了多种全控型器件。它们的功能特点是实现了自关断，从而避免了传统电力电子器件关断时所需的强迫换流电路。其结构特点是，一个器件由多个元胞并联，大面积集成。例如，10

5、00A的门极关断晶闸管(GTO)含有近千个单元(GTO)。一个40A／IOOV的电力MOS场效应管(VDMOS)，有3．5万个元胞并联，最小间距3微米，整个制造过程共i00多道工序，全部利用微电子MOS集成电路制造技术。其中关键工艺为离子注入、细线光刻、外延、自对准双扩散、薄栅氧化、表面钝化及背面金属化等。一个300A的静电感应晶闸管(SITH)含有5万个元胞，而一个50A／500V的MOS控制晶闸管(McT)则含有10万个元胞并联。第九届全国石油和化学工业电气技术年会论文集功率集成电路(PowerIC，PIC)是电力电子技术与微电子技术结合的另一种形式。它将MOS型功率器

6、件与低压逻辑电路或模拟电路制作在一块芯片上。这种器件一般包括MOS型功率器件，电平转换电路、保护和驱动电路。有人将它分成高压集成电路(HighVoltageIC，HVIC)和智能功率集成电路(SmartPower，SPIC)。前者为低输出电流(例如几百毫安)高输出电压(例如几百伏)的横向器件，目前典型水平为600mA／500V。后者为输出电流多在几十安以下输出电流多在几百伏以下的纵向器件，目前水平为5A／550V。从总体上看，电力电子技术包括三个方面：电力电子器件，功率变换技术和自动控制技术。任何电力电子装置均以电力电子器件为核心，应用集成电路，微处理器或微型计算机和自动控

7、制技术(经典的、现代的和模糊控制)对电压、电流、频率、相数和相位进行变换，以实现功率处理。从这个意义上理解，电力电子技术和微电子技术也是相辅相成，紧密结合的。2电力电子技术的应用自20世纪80年代，柔性交流输电(FACTS)概念被提出后，电力电子技术在电力系统中的应用研究得到了极大的关注，多种设备相继出现。已有不少文献介绍和总结了相关设备的基本原理和应用现状。以下按照电力系统的发电、输电和配电以及节电环节，列举电力电子技术的应用研究和现状。2．1在发电环节中的应用电力系统的发电环节涉及发电机组的多种设备，电力电子技