電力電子技術應用3篇
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摘要：闡述電力企業將先進的電子信息技術應用到電力系統中，實現變電站自動化、配電系統自動化、電網調度自動化控制，從而提高了電力系統的穩定性。
關鍵詞：自動化控制，電子信息技術，電力系統。
0引言
電子信息技術對于電力自動化系統而言是一個十分重要的技術，此技術可以對電力系統進行監測與遙控，從而可以讓工作人員及時掌握電力系統的運行情況以及工作狀態，并且也有助于電力系統始終保持安全運行，從而可以保證供電具有可靠性以及安全性，同時也與人們對電力的要求相互融合。對此，工作人員要對電子信息技術給予高度重視，從而可以將其在具體應用中將自身的作用充分地發揮出來。
1變電站自動化
要想以高質量、高效率地對用戶進行電力供應，首先需要加大電路電壓。當電力能源傳輸過去后，可以將電壓進行減少，從而逐漸提高電力能源的利用率。變電站自動化技術對電力系統也有促進作用。變電站中常用的主設備始終都是變壓器以及線路開關，并且在變電站中有著至關重要的作用。變電站自動化技術可以為供電的安全性提供有效地保障，從而有助于在實際生活中不斷降低電力事故發生的概率。可以將變電站自動化技術進行分割使其劃分為許多的部分，如：計算機網絡技術等。在電力自動化系統中科學、合理地使用各項技術，從而可以保證電力自動化系統的工作效率。可以使用電子信息技術進行工作，并且可以為其提供科學有效地幫助，提高電力工作人員的工作質量以及工作效率，這樣就可以對電力自動化系統的運行進行有效的監督與控制，當電力自動化系統在運行過程中出現問題，此系統可以及時地向工作人員發出警報進行提醒，這樣可以增加電力自動化系統運行的穩定性。電力工作人員使用網絡信息處理技術可以提高電力信息處理工作的有效性。當電力自動化系統想要傳遞信息時可以使用網絡信息處理技術，這樣可以保證其網絡信息始終都是最新的消息。可以通過在其提供的平臺中進行工作可以增加網絡信息處理的工作效率。使用變電站自動化技術可以減少誤差的出現，不斷減少因為人工操作而產生誤差的情況。在傳統電力系統運行時期中的電力數據是決定其安全性的重要因素，如果只是通過人力對電力數據進行統計，這樣無法保證這些數據的準確性以及精準性。電力工作人員使用變電站自動化技術進行電力數據統計，既可以提高工作人員的工作速度也可以保證數據的正確性，這樣有助于大幅度的提高電力數據的準確性，從而可以防止由于人工進行數據統計而產生的誤差對電力系統造成嚴重的影響。在電力自動化系統中可以將電力數據作為依據使用科學、有效的傳輸方法，可以逐漸提高電力傳輸的有效率以及質量，從而可以將電力數據進行高效的使用。通過這些步驟可以提高電力工作人員的工作質量以及工作效率，也可以保證用戶使用高質量且具有安全性的電力能源，這樣可以充分滿足用戶的需求，也有利于電力自動化系統可以進行安全、可靠的運行。
2配電自動化
配電自動化技術是電力系統中十分關鍵的部分。對電力系統中的功能使用情況有一定的影響，根據配電自動化技術的角度出發，可以利用各種網絡配網技術進行電力管控，從而可以保證電力管控工作的質量。與此同時，電力自動化系統可以構建出良好的運行環境并且也要保證其具有安全性以及穩定性。工作人員可以使用配電自動化技術對電力信息進行收集，從而實現電力集成的目標。根據電力系統中實際存在的具體運行情況，將電力進行科學、合理地分配。當電力系統中出現低效率的狀況時可以通過增加電力分配的方法解決問題，這樣可以將電力系統中的高效率部分電力分配進行降低。將電力進行科學、合理的分配之后，可以對電力進行高效的使用也可以提高電力自動化系統的可靠性以及穩定性。在傳統配電過程中通常都是使用人工進行操作，而手工操作的方式會將其運行效率大幅度地降低。將配電自動化技術充分的應用于電力自動化系統中可以降低誤差，與傳統的配電相比其沒有太多的誤差，從而保證電力系統在運行時始終具有有效性。電力工作人員根據電力系統的具體運行情況進行相關工作，同時也可以對其編制科學、合理的分配方案。電力系統運行過程中所產生的效率要比以往都要低時，可以將網絡配電適當降低，但是還是要保持在合理范圍內。而當出現高效運行時可以通過對其增加電力網絡進行處理，從而使電力系統運行的可靠性可以得到有效地提高。電力工作人員要對電力信息進行高效利用，提高其利用率，可以將電力信息進行科學、合理的整合，工作人員可以根據電力網絡的具體運行情況對電力進行科學、合理地分配，這樣既可以實現工作目標，還可以有效提高電力系統的運行效率。
3電網調度自動化
將電力調度技術應用于電力自動化系統中可以獲得出乎意料的效果與作用。而電網調度自動化也是電力自動化系統中最為重要的一部分，對電力自動化系統的不斷完善與優化也有一定的促進作用。電網調度可以應用于解決配電問題，也可以將電力系統的運行速度進行有效調整，并且將其控制在正常范圍內。與此同時，工作人員可以根據電網的實際運行狀況對其進行網絡化處理。當電網運行的速度發生變化，并且高于正常范圍時容易出現供電質量降低的情況，從而影響用戶對電力的使用，從而給用戶帶來一定的影響。當電網運行的速度比以往的正常數值要低時，并已經低于正常范圍，從而導致電力系統不斷提高自身的能源消耗，使得電力系統的穩定性出現變化。因此，工作人員使用電網調度自動化技術可以保證電力系統始終具有穩定性，也可以控制電網運行的速度，使其始終保持在正常范圍內，這樣可以保證電力系統中的供電質量始終保持在正常范圍內。當電力系統的效率低于以往的效率時，電網調度自動化技術可以采取有效的措施進行處理，這樣有助于提高電力自動化系統的效率，從而始終處于穩定、良好的運行狀態。當進行實際具體工作時，電力系統方面的工作人員可以根據企業中實際情況作為依據，科學、合理、有效地使用電網調度自動化技術，這樣可以為人民群眾提供更好的服務。
4結語
隨著我國社會經濟與科技的不斷發展，電力能源已經成為人們日常生活以及企業生產經營中不可或缺的一部分。對此，不斷提高電力系統運行的穩定性、高效性以及安全性是工作人員的重要工作。因此，為了滿足社會發展的需求使得電力自動化系統出現在人民群眾的視野中，通過科學、合理的應用此系統可以將電力能源的供應效率以及效果進行大幅度的提高，而要想促進電力自動化系統可以獲得良好的發展以及有效的應用，這就需要電子信息技術的使用，將其應用于電力自動化系統中可以保證電力自動化系統的運行性能以及運行狀態始終處于穩定狀態，這也有利于人民群眾可以使用源源不斷的電能。
作者:張緒文 單位:南京南瑞繼保工程技術有限公司
電力電子技術應用2
電力電子技術實驗是面向電氣工程及其自動化專業學生開設的專業類課程之一。課程主要通過實驗的方式使學生掌握電力電子實驗技術，并培養學生的實驗操作能力和分析問題、解決問題的能力［1］。從育人角度來看，電力電子技術實驗課程教學除了要引導學生掌握電氣自動化方面的基礎知識和相關技能外，還應加強對學生包括社會公德、職業道德、家庭美德、個人品德等在內的思想道德和行為品質的培育，使學生真正成長為德才兼備的高素質人才。為此，電力電子技術實驗課程教師要重點思考如何將思想政治教育內容融入電力電子技術實驗課程教學實踐，通過教學引導、強化學生對良好思想道德和行為品質的理解、認同和遵循。相較于傳統以說教為主的教學方式，以問題為導向的教學方式更加契合電力電子技術實驗課程教學的實際，并且能激發學生參與課程思政實踐的積極性和主動性，有效達到預期的課程思政實踐成果。
一、以問題為導向的教學方法概述
以問題為導向的教學方法最早是由美國神經病學教授霍華德·巴羅斯(HowardBarrows)于1969年提出的。該教學方法主張在教學中以問題為基礎，以學生為主體，以教師為主導，開展小組討論式教學。相較于傳統教學方法，以問題為導向的教學方法主要有以下兩方面特點：第一，突出重點。傳統教學方法注重的是教學內容的系統性、基礎性和整體性；以問題為導向的教學方法注重的是與特定問題相關的內容的教學，突出的是重點性內容。第二，注重探究。在傳統教學中，教學的重心放在知識傳授、識記和理解方面，學生對所學知識的運用往往在課外或者實驗課上。以問題為導向的教學方法則將教學重心調整到教學內容上，即以特定的問題為背景和導向，引導和督促學生利用學到的知識進行自主探究，在探究中尋求問題的解決方法。這兩方面特點促使該教學方法在理工科課程教學中得到了廣泛應用和高度認同。
二、電力電子技術實驗課程教學分析
（一）課程教學定位電力電子技術實驗課程是電力電子技術理論課程的延伸。該課程主要通過實驗教學的方式引導學生加強對理論知識的理解和應用［2］。電力電子技術實驗課程教學涉及強電操作等科學性、規范性的動手操作內容，要求學生具備嚴格按照規范進行實驗操作的行為素養，同時，課程教學活動本身也注重對學生規范性操作意識和能力的培養。
（二）課程教學目標電力電子技術實驗課程的教學目標主要包括學科目標和德育目標。學科目標主要包括：第一，了解實驗內容和方法，獲得實驗研究的初步能力；第二，了解實驗設備的結構原理，掌握正確的使用方法；第三，掌握實驗數據分析和處理方法，能正確分析實驗結果。德育目標是引導學生在實驗課學習過程中，逐步形成正確的思維方式，養成良好的行為習慣，主要包括嚴格按照行為規范和標準進行操作的意識和能力，精益求精的技術創新意識，實事求是的科學精神等。
三、以問題為導向的課程思政實踐優勢
（一）契合課程目標關于課程思政，習近平總書記在2016年的全國高校思想政治工作會議上強調，“高校思想政治工作關系高校培養什么樣的人、如何培養人以及為誰培養人這個根本問題。要堅持把立德樹人作為中心環節，把思想政治工作貫穿教育教學全過程，實現全程育人、全方位育人，努力開創我國高等教育事業發展新局面。”［3］課程思政實踐要求電力電子技術實驗課程既要關注學科目標，又要關注德育目標。而以問題為導向的課程思政教學，是將學科目標與德育目標共同融入特定的問題，讓學生在發現問題、分析問題和解決問題的過程中，既能了解實驗內容、實驗方法、實驗原理，并通過實驗數據分析得出實驗結果，又能感受到實驗操作的規范性、標準性要求和精益求精、實事求是的科學意識與精神。可見，以問題為導向的教學方法有利于電力電子技術實驗課程教學目標的實現。
（二）培養學生自主探究能力在以教師“教”為主導的電力電子技術實驗課程教學中，學生對專業學科內容和思想政治內容的理解、掌握多是一種由外而內的過程，即學生在教師的講解和指導下進行操作，在操作過程中逐步了解和掌握實驗原理、實驗規則。這種方式不利于學生對相關知識的掌握，導致課程思政效果不佳。以問題為導向的課程思政實踐，改變了教師機械“教”和學生隨意“學”的模式，通過設置1～3個與課程相關且能激發學生探究興趣的問題，讓學生帶著問題去尋找解決原理、途徑，并自主制訂相應的解決方案，隨后通過具體的實驗操作獲得相應結果，達到解決問題的目的［4］。這種以特定問題為驅動，引導學生按照科學原理和規則自主探究問題解決途徑的課程實踐，改變了師生在教學中的地位，讓學生真正成為課程思政實踐主體，從而使其在實驗操作中更深刻、更直接地領悟相關規則和科學精神。
四、以問題為導向的課程思政實踐路徑
（一）以教情和學情為參照，設置課程思政目標在開始電力電子技術實驗課程教學之前，教師要先結合教情和學情，從學科目標和德育目標兩個維度設置課程教學的思政目標。以往的教學實踐表明，將德育目標與學科目標分開設立，雖然能夠突出課程思政實踐中的德育目標，但往往會弱化教學主體對德育目標的重視度和落實度，導致課程思想政治教學效果欠佳［5］。因此，在實際的課程思政實踐中，教師要結合教學主題、教學內容和學生的學習特點，明確課程的學科目標和德育目標，并將這些目標進行融合，形成德育目標與學科目標相結合的課程教學目標，使德育與知識和技能教育實現同步化。以第一章《電力電子技術實驗概述》為例，其介紹了電力電子技術實驗的特點和要求、實驗準備、實驗實施和實驗總結4節內容。通過分析發現，這4節的重點是對實驗特點、實驗操作行為標準、實驗操作流程等與電力電子技術實驗相關的基本內容進行介紹，旨在教會學生如何做好電力電子技術實驗。基于此，教師可將本章的思政元素融入“電力電子技術實驗活動需要遵循的規律”這一主線，將該章的德育目標設定為“使學生認識到電力電子技術實驗活動開展規律的重要性，感知科學精神和科學態度”，然后將德育目標與學科教學目標融合，形成本章教學的整體目標，即“使學生掌握電力電子技術實驗活動的基本規律，并認識到基本規律在實驗中的重要性，感知科學精神和科學態度”。
（二）以教學目標為基礎，巧妙設定探究問題以問題為導向的課程思政實踐，注重學生探究問題的過程，即讓學生在實驗探究中感知與學科相關的精神、觀念、態度、規則等內容，并引導學生將其內化為自己的思維方式，然后逐步外化為自己的行為。因此，在電力電子技術實驗課程教學中，教師要做好探究性問題設計工作，以保證學生能全身心地投入問題探究過程，在探究中實現思維方式和行為的改變。在具體問題設定方面，教師可以重點從“是什么”“為什么”和“怎么用”三個角度入手。首先，設置“是什么”，讓學生抓住事物本質。具備理性思維，遇到問題時能透過現象看本質，是課程思政實踐中學生需要具備的基本思維品質。在電力電子技術實驗課程教學中，就是要讓學生從“是什么”的角度全面、準確地理解技術的本質和規律，客觀地理解技術。在問題設定環節，教師要在教學目標的基礎上，提取課程教學涉及的主要概念或者規律，據此設置相應的概念探究問題，讓學生結合以往學習經驗進行科學探究，逐步掌握概念的本質和特點。例如，在開展“西門子TCA785集成觸發電路實驗”教學時，教師可以設定“西門子TCA785集成觸發電路的工作原理是什么”的問題，讓學生在探究這一問題的過程中，從本質上把握西門子TCA785集成觸發電路工作的具體原理。其次，提出“為什么”，調動學生主觀能動性。讓學生認識到主觀能動性在科學探究活動中的重要作用，并形成主動發揮主觀能動性的意識和動力，是以問題為導向的課程思政實踐關注點之一。在電力電子技術實驗課程教學中，教師要善于提出“為什么”的問題，讓學生在問題的引導和驅動下，根據自己的主觀認識提出各種追根溯源、探究事實的想法，進而調動學生熱愛科學、探究未知的興趣。例如，在講解“控制屏介紹及操作說明”時，教師可以向學生提出“控制屏的供電采用的是三項隔離變壓器隔離，并且設有電壓型漏電保護裝置和電流型漏電保護裝置，那么，這樣做的目的是為什么”的問題，并提示學生從安全性和穩定性的角度進行思考，以引導學生根據提示進行自主分析和探究。再次，落腳“怎么做”，讓學生從實踐中檢驗真理。相較于“是什么”和“為什么”的問題，“怎么做”更側重于對學生動手操作意識和能力的檢驗與訓練，其在課程思政方面的作用也更突出。從育人角度來看，“是什么”“為什么”只是讓學生掌握相關概念和規律，學生掌握的成果多存儲于大腦中，并未轉化為行動和結果。因此，教師要從“怎么做”的角度引導學生運用所掌握的知識和技能。在“怎么做”方面，教師應重點從實驗原理、實驗步驟、實驗結果、實驗評價4個環節引導學生進行科學探究，以驗證剛開始提出的假設，通過實踐獲得真知。例如，在開展“直流斬波電路實驗”教學時，教師可以引導學生先提出關于斬波電路波形情況的猜想和驗證方法，然后按照實驗步驟和要求進行自主探究，并對實驗獲得的原始數據進行整理、分析，得出相應的結論，最后對結論和假設進行對比，掌握斬波電路波形方面的相關知識。這種通過動手操作獲得結論的方式，不僅能鍛煉學生的實驗操作能力，還能讓學生在實踐中檢驗自己的想法，獲得真理，在科學精神方面得到提升。
（三）以情境遷移為手段，培養學生問題思維以問題為導向的課程思政實踐的最終落腳點是育人，即培養德才兼備的人才。電力電子技術實驗課程的育人結果和效果會在實際用人過程中得到檢驗［6］。對教師而言，除了要在課堂上采用以問題為導向的教學方法和模式開展課程思政實踐，培養學生的學科素養和德育素養外，還要借助多樣化的實踐情境幫助學生將所學的科學知識、技能和觀念態度遷移到實際生活和工作中。首先，注重課程總結，提煉思維模型。在電力電子技術實驗課程教學中融入思政教育的重要目的是讓學生具備良好的思維品質和行為習慣，并能將自己所學的知識和技能應用到未來生活和工作中，為國家和社會發展作貢獻。在平時教學中，教師除了要開展設定問題、引導學生探究問題等活動外，還要注重對學生問題探究過程和結果的總結，提煉出相應的思維模型供學生理解和運用。例如，在多次課程教學后，教師可以提出“是什么→為什么→怎么做”的思維模型。其次，巧借校企合作，開展社會育人。教師要善于借助校企合作、校外社會實踐活動等社會育人機會，引導和督促學生積極感受相關職業崗位對專業知識、技能和職業道德的要求，強化學生對思想政治教育的理解。同時，教師要借助校企合作的實驗項目、生產實習活動，對學生的職業道德、個人品德、社會公德等進行檢驗和培育，使學生在差異化的環境中形成良好的道德品質和行為習慣。結語借助以問題為導向的教學方法在電力電子技術實驗課程教學中融入思政教學，是借助特定的問題對學生的道德品質和行為習慣進行塑造，既契合課程教學目標，又能激發學生自主探究的意識和能力。在實際課程教學中，開展以問題為導向的課程思政實踐時，教師要以教情和學情為參照科學設置課程思政目標，以教學目標為基礎巧妙設定探究問題，以情境遷移為手段培養學生問題思維，使學生最終真正成長為德才兼備的優秀人才。
作者:宋娟 單位:寧夏大學物理與電子電氣工程學院
電力電子技術應用3
1混合動力系統
插電式混合動力汽車是介于純電動汽車與燃油汽車之間的一種新能源汽車。它既有傳統汽車的發動機、變速器等，也有純電動汽車的電池、電機和電控，而且配有充電接口。總體來說，它綜合了純電動汽車和常規混合動力汽車的優點，既可實現純電動、零排放行駛，也能通過混動模式增加車輛續駛里程[1]。國內自主混動汽車經過多年研發，目前主流的混動系統包括有比亞迪的DM、長城的DHT、奇瑞的DHT等，國內各主流混動系統在燃油經濟性、穩定性、道路適應性以及成本控制等方面各有側重和優勢，現在各個車企在國內已經公開的混動技術專利包括發明專利、實用新型專利和外觀專利見表1。通過表1可知，比亞迪在混動領域起步早專利布局廣，已經公開混動技術專利數量最多，奇瑞雖然數量不如比亞迪多，但是其發明專利在整個已公開專利中占比最高，技術含量相對較高，這也符合奇瑞汽車技術流的定位。2020年度插電式混動乘用車市場份額如圖1所示，基本自主品牌汽車能和合資品牌平分秋色，而且隨著時間的推移，越來越多的自主品牌汽車在插電式混動領域發力，自主品牌汽車將超過并逐步拉開與合資品牌的差距。
2比亞迪DM混動架構
比亞迪兩驅車型DM系統的架構如圖2所示，搭載1.5Ti渦輪增壓+缸內直噴發動機+6速DCT，轉速在5200r/min時達到最高功率113kW，轉速在1750~3500r/min時最大轉矩達240Nm；搭載比亞迪研發的高轉速、大功率交流永磁同步驅動電機，電機的最高轉速可達12000r/min，最大功率達110kW，在0~5200r/min能輸出最大轉矩為250Nm；在HEV模式下，發動機和電機共同工作，能在1750~3500r/min爆發出479Nm的最大轉矩，百千米加速時間僅為5.9s。其主要工作模式包括：純電工作模式（EV模式）、穩定發電模式、混動模式（HEV模式）、燃油驅動模式、能量回饋工作模式。比亞迪DM架構采用和本田IMMD架構類似的混動架構，雖然技術創新有限，但是其成本控制非常優秀，再加上有比亞迪刀片電池技術在電池上的光環加持，提升了整個系統的穩定性，通過近幾年的市場反饋，比亞迪DM混動系列獲得了市場充分的認可。
3奇瑞DHT混動架構
奇瑞DHT系統的架構如圖3所示，采用混動專用1.5T發動機、多擋變速器外加前后3臺電機，使得整車0-100km/h低于5s，綜合工況油耗低至1.25L/100km。其主要工作模式包括：單/雙電機驅動、增程、并聯、發動機直驅、單/雙電機制動能量回收、行車/駐車充電燈9種高效能工作模式。奇瑞DHT系統復雜度極高，同樣以兩驅混動架構舉例，現有車企均為單電機，而奇瑞DHT采用了2個電機，輸出功率高，動力強勁，整體動力源包括2個電機以及奇瑞1.5T發動機，再搭配3擋雙離合變速器，其最終可以產生11個擋位，道路適應能力更強，理論上混動的完成度最高，但是同時由于結構復雜，在成本控制上以及系統穩定上還需要市場進一步的檢驗。
4電力電子技術在兩種混動系統的應用
不管是比亞迪的DM混動還是奇瑞的DHT混動，其內部不可或缺的均存在電機驅動系統，電機驅動系統包括電機、逆變器以及電池[2]，其作用是在純電工作模式以及混動模式時提供正常行駛動能，并且在能量回饋工作模式時對減速制動能量進行回饋。逆變器是該系統的執行機構，設置在電機和電池之間，是“三電”核心技術一部分。典型的逆變器原理圖如圖4所示，逆變器核心部件是采用了現代電力電子技術的功率半導體器件IGBT模塊，IGBT模塊長期被英飛凌、富士電機等海外公司壟斷，全球IGBT模塊前十的公司，國內只有斯達半導體，也僅占據不到3%的份額，2019年全球IGBT模塊市場份額如圖5所示。雖然國內廠商對于IGBT模塊市場份額較少，但是已經開始發力，尤其比亞迪旗下的半導體公司能自主生產IGBT模塊，在完全實現比亞迪內部使用的同時還可以向外有限供應，尤其現在處在第三代IGBT市場化的階段，碳化硅基IGBT正逐步取代傳統的硅基IGBT，這也給了國內半導體廠商發力的新領域。碳化硅基IGBT具有耐高溫、耐高壓、損耗低和開關頻率高的優點，其作為混動汽車逆變器能明顯帶來以下3點性能提升：①顯著提高電機驅動系統逆變器的功率密度、減少成本；②提高電機驅動系統逆變器的效率；③提高電機驅動系統逆變器的可靠性[3]。
5結論
本文首先對國內自主混動車企專利布局情況進行研究，而后對國內自主混動系統典型的比亞迪DM混動系統和奇瑞DHT混動系統進行了介紹和對比，并針對二者中共有的電機驅動系統，電力電子半導體器件IGBT模塊在其中的應用進行了分析，多角度對混動系統進行探究，希望對相關行業以及從業人員提供一定的借鑒和參考。
參考文獻：
[1]李慧，劉春輝，于鑫蕾.混動汽車市場特征及購車用戶消費需求探究（上）[J].汽車與配件，2021（20）：37-41.
[2]蘇杭.電動汽車逆變器SICMOSFET驅動技術研究[D].長沙：湖南大學，2021.
[3]趙陽.電動汽車碳化硅逆變器設計[D].長沙：湖南大學，2021.
作者:馮強 李志紅 單位:國家知識產權局專利局專利審查協作天津中心 天津城市建設管理職業技術學院
