未来中频电源技术的应用与展望

    近年来，由于电力电子器件的迅速发展使得变流技术得到了迅猛发展，经过变流技术处理的电能在整个国民经济耗电量中所占的比例越来越大，成为其他工业技术发展的重要基础。变频、逆变技术不仅应用于电力系统，而且也广泛应用于一般工业、交通运输、通信系统、计算机系统、新能源系统，还应用于照明、空调等家

用电器中，可概括为以下几个领域。

1．电力系统

为了控制和改善供电质量，发电厂发出的交流电必须经过电力电子装置的处理后送到用户端，没有电力电子器件的应用，就没有电力系统的现代化。长距离、大容量直流输电是现代输电的发展趋势，其送电端的整流阀和受电端的整流阀采用的都是电力电子器件变流装置。

目前在国际上正在进行一场解放电力系统的革命，即实现电力市场(Deregu-lation)。英国已成功地实现了电力市场，我国与美国、日本、欧洲等国正在推进这一改革。电力市场的概念是将发电方与供电方相分离，发电方与供电方从垄断走向社会化。通过引入竞争，促进供电质量和服务水平的提高，降低电价。电力市场将促进分散供电系统的发展，可大幅度地减少电力输送的能耗，同时提高了电力系统

的安全性；有利于能源的多样化实施，对国家安全有利；有利于采用再生能源、环保发电技术。从技术层面来讲，电力市场的引入将出现按质论价的电能供应方式出现，产生对电力品质改善装置，如不间断电源( UPS)、静止无功补偿装置(SVC)、静止无功发生器(SVG)、动态电压恢复器(DVR)、电力有源滤波器

( APF)、限流器、电力储能装置、微型燃气发电机(Micro Gas Turbo)等新需求；再生能源、环保发电技术等分散发电将需要交直流变流装置。电力市场将是FACTS技术全面应用成为现实，带动高压直流输电(HVDC)、背靠背装置(BTB)、统一潮流控制器(UPFC)等电力电子技术的应用。图1-9是应用FACTS技术的电力系统示意图。

 

2．新能源利用与环境保护

中频电源的逆变技术还用于太阳能发电及风力发电装置与电力系统的联网以及太阳能发电及风力发电电能的改善。

现代社会对环境造成了严重的污染，温室气体的排放引起了国际社会的关注。大量的能源消耗是温室气体排放的主要原因。发达国家的长期工业化过程是造成温室气体问题的主要原因。然而，改革开放以来，我国的能源消费量急剧上升，二氧化碳排放量也有较大增加。1995年我国由能源活动引起的二氧化碳排放量约为28亿吨，在全球温室气体排放总量中，约占12%，位居第二。按照我国目前以煤为主的能源方案，预计在不久的将来，我国的二氧化碳排放量就可能超过美国，成为世界上第一排放量国家。

    1997年在日本京都召开的“联合国气候变化框架公约”会议上，通过了著名京都议定书COP3，即温室气体排放限制议定书。通过国际社会的努力，2005年京都议定书正式生效。2007年在德国召开的G8会议上，确认在2050年温室气体减排50%的目标。京都议定书将对中国经济和世界经济的发展产生深远的影响。扩大再生能源应用比例和大力采用节能技术是实现京都议定书目标的十分关键和有效

措施。日本、德国、澳大利亚积极推广再生能源和节能技术，减少温室气体排放。日本大力采用新能源发电技术，光伏发电装机容量将从1999年的20万kW，至2010年将增加到480万kW;风力发电装机容量将从1999年的8万kW，至2010年将增加到300万kW。燃料电池将从1999年1.2万kW增加到2010年的220万kW。到2010年，再生能源和新能源占总能源消耗的比例将从1999年的1.2%增

加到2010年的3%。

    我国也十分重视再生能源的开发，2006年我国实施了《再生能源法》。2005年我国累计风电装机容量为120万kW，预计2010年累计风电装机容量为500万kW，2020年累计风电装机容量为3000万kW。光伏、风力、燃料电池等新能源发

电技术推动电力电子技术的应用，并形成电力电子技术的巨大市场。

3．混合动力汽车

由于电力电子器件应用技术的迅速发展，交流电动机的调速性能可以和直流电动机相媲美。工业电动机的控制中，交流调速、直流调速以及节能和软起动都是通过电力电子器件实现的。

根据美国国家电力科学研究院的报告，纯电动汽车与汽油汽车的一次能源利用率之比为1：0.6。因此，发展电动汽车可以提高能源的利用率，同时减少温室气体和有害气体的排放。电动汽车的关键技术是电池技术和电力电子技术。铅酸蓄电池价格低，但能量密度低、体积大，一次充电的持续里程低，可充电次数少。目前国际上正在开展新型电池，如锂电池、镍氢电池等的研发工作。将汽油驱动和电动

驱动相结合的混合动力汽车已在日本问世，如丰田公司Prius和本田公司Insight混合动力汽车。图1-10所示为混合动力汽车的驱动结构。据称它可减少油耗50%，将排放量减至汽油汽车的1/10。日本政府采取补贴的方式支持混合动力汽车的销售。混合动力汽车的产业化前景已引起美国汽车行业的注意．美国正在探讨混合动力汽车的开发，以免失去混合动力汽车的市场。近年来，燃料电池汽车作为远景的理想环保的交通工具，燃料电池的开发也成为国内外研究的热点。图1-11所示为燃料电池电动汽车的结构。高能量密度燃料电池的低成本化、高可靠性是主要的突破目标。我国也十分重视电动汽车研究开发，预计在5～10年内实现电动汽车的产业化。电动汽车产业将带动如电动机驱动逆变器、能量管理双向DC／DC变换器、辅助电源、充电器等电力电子产品的需求

 

4．交通运输

铁道电气化、电力机车控制、磁悬浮列车都离不开电力电子器件。高级汽车中许多电动机的控制，是靠变频和斩波实现的；电动汽车的电动机控制和蓄电池充电都是靠电力电子装置实现的；飞机、船舶、电梯等都离不开电力电子装置。

 

   5．家用电器

    用于家用照明的节能灯体积小、发光效率高、节省能量多，这是通过电力电子器件把交流电转换成电力电子照明电源来实现的。此外，变频空调、电视机、音响、洗衣机、电冰箱、微波炉、图1 11燃料电池电动汽车的结构个人计算机等都离不开电力电子器件的应用。

    总之，电力电子技术已经渗透到现代社会的各个方面，应用涉及航天、国防、工农业生产、交通、文教卫生、办公自动化及家用电器等各个领域。电力电子器件的应用与国民经济和日常生活、工作息息相关。未来90%的电能均需通过电力电子处理后再加以利用，以便提高能源利用的效率、提高工业生产的效率、实现再生能源的最大利用。电力电子技术将在21世纪为建设一个节能、环保、和谐的社会发挥重要的作用。

参考网站：

www.wcdlsb.net 

www.minglusc.com