电力电子技术应用与发展

一、电力电子技术概述
电力电子技术是一门具有很强应用性的新兴学科，电力技术、电子技术和控制技术是其基本组成。通常来讲，电力技术涉及的主要是发电、输配电及电力应用，电子技术涉及的主要是各种电路组成的电子系统、设备及电子器件，电力电子技术器件是电力电子技术的基础，而电气电力技术的应用就是对电力电子器件的电能控制与转换。迈入新世纪，作为一种高新技
术，电力电子技术对人们生活的影响越来越深刻。当前，电力电子技术主要包括：变频控制器、交流高压净化电源、开关稳压电源、逆变电源等。且随着电力电子技术的迅速发展，其已经被广泛应用于现代通讯、生物工程、计算机、工业控制、国防安全等多个领域。
二、电力电子技术的发展
近年来，我国的电子电子技术取得了迅速的发展，完成了由当初半控、低频、小功率器件向全控、高频、超大功率的转变。当前，晶闸管仍是我国主要生产的电力电子器件，其中低档产品已经趋于成熟，且出口数量相当可观。电力电子技术是通过对电子器件的应用来实现多种的电能控制和变换的，通过电力电子技术来制造电力电子装置，可用弱电来控制强电，具有降耗、节能、省材、用电质量提高等优点。可以说，正式因为电力电子技术诸多优势的存在，才使其成为传统产业改造和新兴产业的基础。但反观国际，相比于发达国家，我国在电力电子器件质量和品种上的差距仍非常大，尚缺乏生产新一代电力电子器件的能力。这一现实情况下，为同我国国民经济发展的基本需要相适应，就必须在新型电力电子器件的开发生产方面下功夫，并将其尽快地推至市场。
在未来的一段时期内，对于四大类电力电子器件的研发应当成为电力电子行业的工作重心，它们是当今技术水平的代表，且有着良好的市场前景。在实际的器件研发当中，注重对关键技术的突破，来推进技术的不断创新：首先，加速对高档大功率晶闸管、逆导晶闸管、双向晶闸管、快速晶闸管、高频晶闸管等高新技术产品的开发。在高压扩散技术、全压接技术、高压器件设计、表面造型保护等关键技术上有所突破；其次，加快对ICCT产品的开发。着眼于CCT的设计、硬门极触发设计、封装技术、均匀扩散技术、精密光刻挖槽技术、保护技术、造型技术、制造技术及透明发射极制造技术等急需解决的方面；再次，加大对工艺装备复杂、技术难度大的IGBT产品的开发，将大功率电力电子技术同大规模集成电路制造技术有机结合在一起。且高压器件设计技术、IGBT芯片的封装测试技术和高压场环技术是当下需要着手解决的；最后，加快对大功率速软二极管的开发，将自建电场杂志浓度扩散技术、杂质分布控制技术及电场基区厚度截止等难题尽快解决。

三、电力电子技术的应用分析
（一）工业领域中的应用
工业领域中，交直流电动机的应用十分普遍，如大型鼓风机、数控机床伺服电机等。当前，在大量冶金工业中，电力电子技术也被广泛应用于直流电弧炉电源、淬火电源、中高频感应加热电源中。同时，在水电厂的蓄能机组中，应用现代电力电子技术科对大型机组工作状态、调速作出改变。此外，工业领域的有很多高温场合，而在高温环境下，电力电子装置的应用有着十分严格的散热要求。然而随着电力电子器件频率不断提高、容量不断增加，器件发热问题就凸显出来，尤其是在一些高温应用场合，如散热措施不适当，就很有可能造成器件温度超过所允许的最高温。结合高工作温度、大容量的应用场合，提出了液态冷却，其相比于气体冷却和油冷，可提高两个数量级的导热系数，其散热效率比较如表1所示。
通过实践表明，该水冷装置的故障率很低，且具有体积小、冷却效率高、无污染等显著优势。可以说，该装置在工业领域的应用推广，为电力电子技术的应用提供了基础保障，从而使器件潜力得到充分发挥。
（二）交通运输中的应用
电力电子技术在电气化铁道中有着广泛应用，整流装置被应用于直流机车中，交流机中应用变频装置。同时，铁道车辆中，直流斩波器的应用也十分广泛，在磁悬浮列车的未来发展，电力电子技术扮演者重要角色。除电机的牵引转动外，各种车辆辅助电源同电力电子技术也密不可分，电动汽车电机的驱动与交换就是凭借电力电子装置来实现的，且在蓄电池充电
过程，也需要电力电子装置的参与来完成。船舶、飞机均需要很多电源，且有着不同要求，故它们同电力电子技术难以分割。而如果将电梯也视作交通运输的话，且也需要电力电子技术的参与，以往，直流调速系统在电梯中普遍应用，而近年来，电梯中应用方式也主要集中在交流变频调速。
（三）电力系统中的应用
在电力系统中，电力电子技术有着非常广泛的应用，相关数据表明，在用户电能的最终使用中，发达国家的电力电子变流装置至少对60%以上的电能作出过至少一次的处理。而电力系统的现代化发展中，电力电子技术同样是作为关键技术而存在的，扮演者直观重要的角色，不夸张的来讲，如脱离了电力电子技术，现代化的电力系统将难以想象。在大容量、长距离的输电中，直流输电有着很大优势，晶阀管变流装置在送电端整流阀与受电端逆变阀中均有应用。近年来，逐渐发展起来的FACTS（柔性交流输电）也是在电力电子装置的参与下才得以实现的。FACTS是现代控制技术与电力电子技术的有机结合，可对电力系统的电压、相位角、参数、功率潮流作连续性调控，从而使得输电损耗大幅降低，促进系统稳定水平和输电能力的有效提高。近年来，ASCTS开始在美国、日本、巴西、瑞典等国的重要超高压输电工程中实现应用，其典型运用如表2所示。
（四）家用电器中的应用
家用电器中照明的地位十分突出，因电力电子照明电源发光效率高、体积小，有大量能源节约，故被称之为“节能灯”且正在对传统的日光灯、白炽灯进行取代。家用电器中，电力电子技术应用的典型例子是变频空调器，且电视机、家用计算机、音响设备等电子设备的电源部分也均需要电力电子技术的支持。可以说，电力电子技术在家用电器中的广泛应用，使其日益贴近我们的生活。