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第一章现代电力电子概述黄钰 2014223030041 一、电力电子技术概述电子电力技术包括电力电子器件、变流电路和控制电路三部分，是以电力为处理对象并集电力、 电子、控制三大电气工程技术领域之间的综合性学科电力技术是一门涉及发电、 输电、配电及电力应用的科学技术电子技术是一门涉及电子器件和由各种电子电路所组成的电子设备和系统的科学技术，控制技术是指利用外加的设备或装置使机器设备或生产过程的某个工作状态或参数按照预定的规律运行 采用半导体电力开关器件构成各种开关电路，按一定的规律， 周期性地，实时、适式地控制开关器件的通、断状态，可以实现电子开关型电力变换和控制这种电力电子变换和控制，被称为电力电子学（Power Electronics）或电力电子技术 电力电子技术不是电力技术与电子技术简单的叠加，而是将现代电子技术和控制技术引入传统的电力技术领域实现电力变换和控制，是一门综合了电子技术，控制技术和电力技术的交叉学科电力电子器件是电力电子技术的基础，电力电子器件对电能进行控制和转换就是电子电力技术的利用在21 世纪已经成为一种高新技术，影响着人们生活的各种领域，因此对对电子电力技术的研究具有时代意义。

传统电力电子技术是以低频技术处理的，现代电力电子的发展向着高频技术处理发展 其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代， 在不断的发展中促进了现代电力电子技术的广泛应用电力电子技术在1947 年晶体管诞生开始形成，接着1956 的晶闸管的出现标志电力电子技术逐渐形成一门学科开始发展，以功率MOS-FET 和 IGBT为代表的、集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件的出现，表明已经进入现代电子电力技术发展时代二、国内外研究现状上世纪八十年代后，大规模和超大规模集成电路技术得到了广泛的应用，为电力电子技术的快速发展打下了良好的基础集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合应用 以功率 MOSFET 和 IGBT为代表的集高频、 高压和大电流于一身的功率半导体复合器件以及以低频技术处理问题为主的传统电力电子学正在向高频技术处理问题为主的现代电力电子学转变这种现象表明， 传统电力电子技术己经进入现代电力电子变频器时代这一时期，各种新型器件应用大规模集成电路技术， 向复合化、 模块化的力一向发展， 让电力电子器件结构紧凑、体积缩小，同时能够综合不同器件的优点这些新型器件的发展，为交流电机变频调速提供了较高的频率，使其性能更加完善可靠， 同时使现代电子技术不断向高频化发展， 为用电设备的高效节材节能、实现小型轻量化、 机电一体化和智能化打下了重要的技术基础。

从晶闸管到各种高性能IGBT的出现，电力电子器件经过几十年的发展基本上都表现为对器件结构原理和制造工艺的改进和创新，在材料的应用上始终没有突破硅的范围 随着硅材料和硅工艺的日趋完善，各种硅器件的性能逐步趋于其理论极限21世纪初，碳化硅肖特基势垒二极管(SBD)首先揭开了碳化硅 （SiC）器件在电力电子领域替代硅器件的序幕随后，高耐温、 高耐压的碳化硅场效应器件、碳化硅 IGBT、碳化硅双极型器件纷纷出现， 预示着不远的将来集高电压、大电流、高工作频率等优点于一身的新型器件即将诞生随着新型电力电子器件的出现， 电力电子电路拓扑结构的研究也是一个研究热点随着计算机技术快速发展，对开关电源、不间断电源产生了巨大需求，为了提高开关电源的效率好功率密度，发明了众多 AC/DC 和 DC/DC 电路拓扑，其中软开关技术谐振功率变换电路成为研究热点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元件做成模块的形式，给应用带来了很大的方便后来，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(PIC ) 功率集成电路代表了电力电子技术的一个重要发展方向高可靠性的电力电子积木(PEBB)和集成电力电子模块(IPEM)是近期美国电力电子技术发展新热点。

GTO 和 IGCT, IGCT和 ETO, IGCT和高 IGBT,IGBT和 IPM等电力电子新器件之间的激烈竞争，必将为21 世纪世界电力电子新技术的发展带来更多的机遇和挑战三、发展趋势第一，现代电力电子技术的集成化与模块化特征这一特征主要表现在现代 电力电子技术的功率器件和电源单元两个方面，从微小器件组成来实现电子器件 的智能化辨别与使用 这样的模块功率不仅有效控制了器件的体积，在设计与制 造方面也形成了显著的模块化特征 电力电子技术的模块化发展其核心目的旨在 降低器件的电应力，从安全性与可靠性角度提升电力系统的使用性能第二，现代电力电子技术的高频化特征从理论分析及实践验证的双重角度不难看出，无论是变压器的电感还是电容体积在供电频率方面都呈现出一定的反比例趋势，因此体积的减小必然会导致电子技术的高频化呈现从这个角度来看，全控型电子器件的问世已然标志着现代电子与电力技术率先实现了自身的高频化转换第三，现代电力电子技术的全控化与数字化特征全控化电力电子技术的革新突破了原有电力电子器件在使用功能方面的限制，降低了关断换流电路可能造成的危险，从根本上保障了电力系统在使用过程中的安全性数字化特征则主要表现在现代电力电子技术的高频斩波以及谐振变换等方面，从弱电领域拓展了电力电子技术的发展渠道，提前实现了控制技术的集成化。

第四，现代电力电子技术的绿色化特征这里的绿色化特征既包括了环境污染问题的控制， 又涉及到必要的电网污染源问题，是当前电力电子技术在发展过程中急需解决的重要问题 发电容量的控制从根本上减少了发电对环境造成的污染， 与此相关的污染过滤器或是电能补偿系统等都是当前电力电子技术向绿色化迈进的有力证据四、应用领域1、可再生能源发电在全球范围内， 一方面，人们对电力需求持续不断增长，而当今电力生产又主要依靠火力发电厂，它所排放的废气是造成空气污染、酸雨、烟雾、温室效应乃至使全球气候变化的重要因素 传统的非可再生能源需要的基础设施造价昂贵，成本不断提高， 而且还会带来严重的环境污染因此发达国家都在寻求新的 ‘清洁’的发电方式（如风力，太阳能发电等) ，同时采取各种节能措施以力求节约能源，相当于提高发电效率可再生能源主要包括风能、 太阳能、生物和地热能等太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源，生物质能、风能、海洋能、水能等都来自太阳能，广义地说，太阳能包含以上各种可再生能源太阳能作为可再生能源的一种，则是指太阳能的直接转化和利用 通过转换装置把太阳辐射能转换成电能利用的属于太阳能光发电技术，光电转换装置通常是利用半导体器件的光伏效应原理进行光电转换的，因此又称太阳能光伏技术。

2、电力牵引与电力拖动电力牵引正成为世界各国交通发展重点电力牵引主要包括高铁、 地铁、城市轻轨、电动汽车等 电力牵引的核心部分是电力电子与电力传动串联式混合动力电动汽车主要组成部分包括AC-DC整流器、控制器， DC-DC 直流变换等多个电力电子变换环节 混联式混合动力电动汽车主要组成部分同样也是为电力电子及其电力传动环节，包括DC-AC逆变器、控制器、 AC-DC 充放电器等3、智能电网先进电力电了技术智能化是建设智能电网的关键，也是今后世界各国电力系统电力电了技术发展的方向以灵活交流输电((flexible AC transmission system，FACTS) 技术、高压直流输电 ((high voltage DC ，HVDC) 技术、定制电力(custom power) 技术和能量转换技术为代表的先进电力电子技术越来越广泛地应用到我国电网中， 它是建设统一智能电网的重要基础和手段加强先进电力电子技术的科技进步，是保证我国电网长远发展的重要战略任务4、现代国防及前沿科技电力电子在现代化国防中得到越来越多的应用，它已成为该领域的核心技术之一，所有现代国防装备的特种供电电源、电力驱动、推进、控制等均涉及到电力电子核心技术。

而在快中子堆，磁约束核聚变、环保等前沿科学研究中，超大功率、高性能的变流器及其控制系统也是必不可少的核心部件和基础，。