當今世界能源消耗增長十分迅速。目前，在所有能源中電力能源約占40%，而電力能源中有4 0%是經過電力電子設備的轉換才到使用者手中。預計十年后，電力能源中的80%要經過電力電子設備的轉換，電力電子技術在21世紀將起到更大作用。 電力電子技術是利用電力電子器件對電能進行控制和轉換的學科。它包括電力電子器件 、變流電路和控制電路三個部分，是電力、電子、控制三大電氣工程技術領域之間的交叉學科。隨著科學技術的發展，電力電子技術由于和現代控制理論、材料科學、電機工程、微電 子技術等許多領域密切相關，已逐步發展成為一門多學科相互滲透的綜合性技術學科。 1電力電子技術的發展 1.1回顧 1957年第一個晶閘管（SCR）在美國通用電氣公司的問世標志著電力電子技術的誕生。電力 電子技術的發展先后經歷了整流時代、逆變時代和變頻時代,并促進了電力電子技術在許多 新領域的應用。 普通SCR是半控型器件，不能自關斷，被稱為第一代電力電子器件。以SCR為核心的變流電路 沿用了過去水銀整流器所用的相控整流電路及周波變換電路。相控整流電路的主要功能是使 交流變成直流。因此當時有整流時代或順變時代之稱。直流傳動（軋鋼、造紙等）、機車牽 引（電氣機車、電傳動內燃機、地鐵機車等）、電化電源是當時的三大支柱應用領域。 在20世紀70年代到80年代，隨著電力電子技術理論研究和制造工藝水平的不斷提高，電力 電子器件得到了很大發展，是電力電子技術的又一次飛躍，先后研制出GTR、GTO及其模塊。 在中大容量的變流裝置中，傳統的SCR逐漸被這些新型器件取代。這時的電力電子技術已經 能夠實現逆變。這一階段稱為逆變時代。 20世紀80年代，一批全控型器件的大容量化和實用化使電力電子技術完成了從傳統電力電 子技術向現代電力電子技術的過渡。MOSFET和IGBT的相繼問世，標志著現代電力電子技術時 代的來到。功率MOSFET使得中小功率電源向高頻化發展。IGBT的出現為大中型功率電源向高 頻發展奠定了基礎。 20世紀90年代，電力電子器件的研究和開發，已進入高頻化，標準模塊化，集成化和智能 時代。 電力電子學的發展史實際上是一部圍繞提高效率、提高性能、小型輕量化、消除電力公害、 減少電磁干擾和電噪聲進行不懈研究的奮斗史。 　　1.2廣泛應用 電力電子技術作為一門高技術學科，由于其在節能、減小環境污染、改善工作條件等方面有 著重要的作用，現在已廣泛的應用于傳統工業（例如：電力、機械、交通、化工、冶金、輕 紡等）和高新技術產業（例如：航天、現代化通信等）。下面著重討論電力電子技術在電力系 統中的一些應用。 1.2.1在高壓直流輸電（HVDC）方面的應用 直流輸電在技術方面有許多優點：（1）不存在系統穩定問題，可實現電網的非同期互聯； （2）可以限制短路電流；（3）沒有電容充電電流；（4）線路有功損耗小；（5）輸送相同 功率時，線路造價低；（6）調節速度快，運行可靠；（7）適宜于海下輸電。隨著大功率電 子器件（如：可關斷的晶閘管、MOS 控制的晶閘管、絕緣門極雙極性三極管等）開斷能力不 斷提高，新的大功率電力電子器件的出現和投入應用，高壓直流輸電設備的性能必將進一步 得以改善，設備結構得以簡化，從而減少換流站的占地面積、降低工程造價。 1.2.2在柔性交流輸電系統（FACTS）中的應用 20世紀80年代中期，美國電力科學研究院（EPRI）N.G.Hingorani博士首次提出柔性交流 輸電技術的概念。近年來柔性交流輸電技術在世界上發展迅速，已被國內外一些權威的輸電 工作者預測確定為“未來輸電系統新時代的三項支持技術（柔性輸電技術、先進的控制中心 技術和綜合自動化技術）之一”。現代電力電子技術、控制理論和通訊技術的發展為FACTS 的發展提供了條件。采用IGBT等可關斷器件組成的FACTS元件可以快速、平滑地調節系統參 數，從而靈活、迅速地改變系統的潮流分布。 　　1.2.3在電力諧波治理方面的應用 有源濾波是治理日益嚴重的電力系統諧波的最理想方法之一。有源濾波器的概念最早是在20 世紀70年代初提出來的，即利用可控的功率半導體器件向電網注入與原有諧波電流幅值相 等、相位相反的電流，使電源的總諧波電流為零，從而實現實時補償諧波電流的目的。隨著 中國電能質量治理工作的深入開展，使用以瞬時無功功率理論為理論基礎的有源濾波器進行 諧波治理將會有巨大的市場潛力。 　　1.2.4在不間斷電源（UPS）中的應用 UPS緊急供電系統是電力自動化系統安全可靠運行的根本保證，是計算機、通信系統以及要 求提供不能中斷場合所必須的一種高可靠、高性能的電源。現代UPS普遍采用脈寬調制技術 和功率M0SFET、IGBT等現代電力電子器件,降低了電源的噪聲,提高了效率和可靠性。 　　1.3展望 電力電子技術已迅速發展成為一門獨立的技術、學科領域。它的應用領域幾乎涉及到國民經 濟的各個工業部門。毫無疑問，它將成為新世紀的關鍵支撐技術之一。電力電子技術擁有許 多微電子技術所具有的特征，比如發展迅速、滲透力強、生命力旺盛，并且能與其它學科相 互融合和相互發展。電力電子技術也具有其自身的特色，如高電壓、大容量及控制功率范圍 大，因此技術創新必須跨越高電壓大功率這一關。當前電力電子技術的發展趨勢是：高電壓 、大容量化、高頻化，主電路及保護控制電路模塊化、產品小型化、智能化和低成本化。而 對于電力電子產品而言，用于電力系統的電能變換設備、服務于環保和人類健康的電源裝置 、適合信息社會需要的電源產品、小型電源模塊與裝置以及高效節能低污染的"綠色"電源產 品將是21世紀的主流產品。可以預見，在未來現有的電力電子器件的性能會得到不斷改進 ，新的器件和先進的技術會不斷出現。 2在開關電源中的應用 開關電源是利用現代電力電子技術，控制功率半導體器件開通和關斷的時間比率，維持穩定 輸出電壓的一種電源。與線性穩壓電源相比，開關電源具有體積小、效率高、重量輕等一系 列優點，在各種電子設備中得到廣泛的應用。20世紀90年代，開關電源相繼進入各種電子 、電器設備領域，程控交換機、通訊、電子檢測設備電源、控制設備電源等都已廣泛地使用 了開關電源，這更加促進了開關電源技術的迅速發展。但是，開關電源也存在著電路復雜、 射頻干擾、電磁干擾大的缺點。隨著電子技術的發展，上述缺點正在被逐步克服。 　　圖1為開關電源的結構框圖。整機電路分為主電路和控制電路。主電路包括輸入整流濾波、 功率轉換和輸出整流濾波三個環節。主電路功能是將電網的能量傳遞給負載。結構框圖中除 主電路外為控制電路，作用是保證主電路正常工作。 　　2.1開關電源的分類 根據分類的原則不同，開關電源有很多種分類方法： （1） 根據輸入輸出類型，可分為DC/DC變換器和AC/DC變換器。 （2） 根據驅動方式，可分為自勵式和他勵式。 （3） 根據控制方式，可分為脈沖寬度調制式（PWM）、脈沖頻率調制式（PFM）、PWM和PFM混 合式。 （4） 根據電路組成，可分為諧振型和非諧振型。 此外還可分為單端正激式和反激式、推挽式、半橋式、全橋式、降壓式、升壓式和升降壓式 等等。 　　2.2開關電源的發展趨勢 高頻、高可靠、低耗、低噪聲、抗干擾和模塊化是開關電源的發展趨勢。 目前市場上的開關電源中采用雙極性晶體管制成的100 kHz、用MOS-FET制成的500 kHz電源 ，其頻率有待進一步提高。提高開關頻率，需要有高速開關元器件。同時為了保證效率，要 減少開關損耗。開關速度提高后，會受電路中分布電感和電容或二極管中存儲電荷的影響而 產 生浪涌或噪聲。為了控制浪涌，針對不同的情況，可采用R-C或L-C緩沖器、非晶態等磁芯制 成的磁緩沖器、諧振式開關。諧振式開關在控制浪涌的同時還可將可開關損耗。 在可靠性方面，美國的開關電源生產商通過降低運行電流，降低結溫等措施以減少器件的應 力，使得產品的可靠性大大提高。 若單獨追求高頻化，必將導致噪聲增大。理論上，采用部分諧振轉換電路技術，可實現高頻 化又可降低噪聲。但在這實用化方面存在著技術問題，因此在此領域仍須進行大量研究工作 。 對于開關電源的模塊化發展，可采用模塊化電源組成分布式電源系統。電源模塊的面世可謂 是一大突破，但由于開關頻率、功率增加，所產生的EMI噪聲、浪涌、功耗也相應地增 加。如果在模塊的設計上增加濾波器，并以生產工藝、外圍模塊做支持，也可解決各個問題 。 3結束語 據美國總統科學和技術顧問委員會稱，國家關鍵性的科技領域有七個方面：能源、環保、資 訊與通信、生命科學、材料和交通。每一領域中電力電子技術都扮演者重要的角色。可見， 電力電子技術是現代社會的重要支撐科技，在國民經濟各個領域中有著廣泛的應用和美好的 前景。