电力电子技术应用3篇
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摘要：阐述电力企业将先进的电子信息技术应用到电力系统中，实现变电站自动化、配电系统自动化、电网调度自动化控制，从而提高了电力系统的稳定性。
关键词：自动化控制，电子信息技术，电力系统。
0引言
电子信息技术对于电力自动化系统而言是一个十分重要的技术，此技术可以对电力系统进行监测与遥控，从而可以让工作人员及时掌握电力系统的运行情况以及工作状态，并且也有助于电力系统始终保持安全运行，从而可以保证供电具有可靠性以及安全性，同时也与人们对电力的要求相互融合。对此，工作人员要对电子信息技术给予高度重视，从而可以将其在具体应用中将自身的作用充分地发挥出来。
1变电站自动化
要想以高质量、高效率地对用户进行电力供应，首先需要加大电路电压。当电力能源传输过去后，可以将电压进行减少，从而逐渐提高电力能源的利用率。变电站自动化技术对电力系统也有促进作用。变电站中常用的主设备始终都是变压器以及线路开关，并且在变电站中有着至关重要的作用。变电站自动化技术可以为供电的安全性提供有效地保障，从而有助于在实际生活中不断降低电力事故发生的概率。可以将变电站自动化技术进行分割使其划分为许多的部分，如：计算机网络技术等。在电力自动化系统中科学、合理地使用各项技术，从而可以保证电力自动化系统的工作效率。可以使用电子信息技术进行工作，并且可以为其提供科学有效地帮助，提高电力工作人员的工作质量以及工作效率，这样就可以对电力自动化系统的运行进行有效的监督与控制，当电力自动化系统在运行过程中出现问题，此系统可以及时地向工作人员发出警报进行提醒，这样可以增加电力自动化系统运行的稳定性。电力工作人员使用网络信息处理技术可以提高电力信息处理工作的有效性。当电力自动化系统想要传递信息时可以使用网络信息处理技术，这样可以保证其网络信息始终都是最新的消息。可以通过在其提供的平台中进行工作可以增加网络信息处理的工作效率。使用变电站自动化技术可以减少误差的出现，不断减少因为人工操作而产生误差的情况。在传统电力系统运行时期中的电力数据是决定其安全性的重要因素，如果只是通过人力对电力数据进行统计，这样无法保证这些数据的准确性以及精准性。电力工作人员使用变电站自动化技术进行电力数据统计，既可以提高工作人员的工作速度也可以保证数据的正确性，这样有助于大幅度的提高电力数据的准确性，从而可以防止由于人工进行数据统计而产生的误差对电力系统造成严重的影响。在电力自动化系统中可以将电力数据作为依据使用科学、有效的传输方法，可以逐渐提高电力传输的有效率以及质量，从而可以将电力数据进行高效的使用。通过这些步骤可以提高电力工作人员的工作质量以及工作效率，也可以保证用户使用高质量且具有安全性的电力能源，这样可以充分满足用户的需求，也有利于电力自动化系统可以进行安全、可靠的运行。
2配电自动化
配电自动化技术是电力系统中十分关键的部分。对电力系统中的功能使用情况有一定的影响，根据配电自动化技术的角度出发，可以利用各种网络配网技术进行电力管控，从而可以保证电力管控工作的质量。与此同时，电力自动化系统可以构建出良好的运行环境并且也要保证其具有安全性以及稳定性。工作人员可以使用配电自动化技术对电力信息进行收集，从而实现电力集成的目标。根据电力系统中实际存在的具体运行情况，将电力进行科学、合理地分配。当电力系统中出现低效率的状况时可以通过增加电力分配的方法解决问题，这样可以将电力系统中的高效率部分电力分配进行降低。将电力进行科学、合理的分配之后，可以对电力进行高效的使用也可以提高电力自动化系统的可靠性以及稳定性。在传统配电过程中通常都是使用人工进行操作，而手工操作的方式会将其运行效率大幅度地降低。将配电自动化技术充分的应用于电力自动化系统中可以降低误差，与传统的配电相比其没有太多的误差，从而保证电力系统在运行时始终具有有效性。电力工作人员根据电力系统的具体运行情况进行相关工作，同时也可以对其编制科学、合理的分配方案。电力系统运行过程中所产生的效率要比以往都要低时，可以将网络配电适当降低，但是还是要保持在合理范围内。而当出现高效运行时可以通过对其增加电力网络进行处理，从而使电力系统运行的可靠性可以得到有效地提高。电力工作人员要对电力信息进行高效利用，提高其利用率，可以将电力信息进行科学、合理的整合，工作人员可以根据电力网络的具体运行情况对电力进行科学、合理地分配，这样既可以实现工作目标，还可以有效提高电力系统的运行效率。
3电网调度自动化
将电力调度技术应用于电力自动化系统中可以获得出乎意料的效果与作用。而电网调度自动化也是电力自动化系统中最为重要的一部分，对电力自动化系统的不断完善与优化也有一定的促进作用。电网调度可以应用于解决配电问题，也可以将电力系统的运行速度进行有效调整，并且将其控制在正常范围内。与此同时，工作人员可以根据电网的实际运行状况对其进行网络化处理。当电网运行的速度发生变化，并且高于正常范围时容易出现供电质量降低的情况，从而影响用户对电力的使用，从而给用户带来一定的影响。当电网运行的速度比以往的正常数值要低时，并已经低于正常范围，从而导致电力系统不断提高自身的能源消耗，使得电力系统的稳定性出现变化。因此，工作人员使用电网调度自动化技术可以保证电力系统始终具有稳定性，也可以控制电网运行的速度，使其始终保持在正常范围内，这样可以保证电力系统中的供电质量始终保持在正常范围内。当电力系统的效率低于以往的效率时，电网调度自动化技术可以采取有效的措施进行处理，这样有助于提高电力自动化系统的效率，从而始终处于稳定、良好的运行状态。当进行实际具体工作时，电力系统方面的工作人员可以根据企业中实际情况作为依据，科学、合理、有效地使用电网调度自动化技术，这样可以为人民群众提供更好的服务。
4结语
随着我国社会经济与科技的不断发展，电力能源已经成为人们日常生活以及企业生产经营中不可或缺的一部分。对此，不断提高电力系统运行的稳定性、高效性以及安全性是工作人员的重要工作。因此，为了满足社会发展的需求使得电力自动化系统出现在人民群众的视野中，通过科学、合理的应用此系统可以将电力能源的供应效率以及效果进行大幅度的提高，而要想促进电力自动化系统可以获得良好的发展以及有效的应用，这就需要电子信息技术的使用，将其应用于电力自动化系统中可以保证电力自动化系统的运行性能以及运行状态始终处于稳定状态，这也有利于人民群众可以使用源源不断的电能。
作者:张绪文 单位:南京南瑞继保工程技术有限公司
电力电子技术应用2
电力电子技术实验是面向电气工程及其自动化专业学生开设的专业类课程之一。课程主要通过实验的方式使学生掌握电力电子实验技术，并培养学生的实验操作能力和分析问题、解决问题的能力［1］。从育人角度来看，电力电子技术实验课程教学除了要引导学生掌握电气自动化方面的基础知识和相关技能外，还应加强对学生包括社会公德、职业道德、家庭美德、个人品德等在内的思想道德和行为品质的培育，使学生真正成长为德才兼备的高素质人才。为此，电力电子技术实验课程教师要重点思考如何将思想政治教育内容融入电力电子技术实验课程教学实践，通过教学引导、强化学生对良好思想道德和行为品质的理解、认同和遵循。相较于传统以说教为主的教学方式，以问题为导向的教学方式更加契合电力电子技术实验课程教学的实际，并且能激发学生参与课程思政实践的积极性和主动性，有效达到预期的课程思政实践成果。
一、以问题为导向的教学方法概述
以问题为导向的教学方法最早是由美国神经病学教授霍华德·巴罗斯(HowardBarrows)于1969年提出的。该教学方法主张在教学中以问题为基础，以学生为主体，以教师为主导，开展小组讨论式教学。相较于传统教学方法，以问题为导向的教学方法主要有以下两方面特点：第一，突出重点。传统教学方法注重的是教学内容的系统性、基础性和整体性；以问题为导向的教学方法注重的是与特定问题相关的内容的教学，突出的是重点性内容。第二，注重探究。在传统教学中，教学的重心放在知识传授、识记和理解方面，学生对所学知识的运用往往在课外或者实验课上。以问题为导向的教学方法则将教学重心调整到教学内容上，即以特定的问题为背景和导向，引导和督促学生利用学到的知识进行自主探究，在探究中寻求问题的解决方法。这两方面特点促使该教学方法在理工科课程教学中得到了广泛应用和高度认同。
二、电力电子技术实验课程教学分析
（一）课程教学定位电力电子技术实验课程是电力电子技术理论课程的延伸。该课程主要通过实验教学的方式引导学生加强对理论知识的理解和应用［2］。电力电子技术实验课程教学涉及强电操作等科学性、规范性的动手操作内容，要求学生具备严格按照规范进行实验操作的行为素养，同时，课程教学活动本身也注重对学生规范性操作意识和能力的培养。
（二）课程教学目标电力电子技术实验课程的教学目标主要包括学科目标和德育目标。学科目标主要包括：第一，了解实验内容和方法，获得实验研究的初步能力；第二，了解实验设备的结构原理，掌握正确的使用方法；第三，掌握实验数据分析和处理方法，能正确分析实验结果。德育目标是引导学生在实验课学习过程中，逐步形成正确的思维方式，养成良好的行为习惯，主要包括严格按照行为规范和标准进行操作的意识和能力，精益求精的技术创新意识，实事求是的科学精神等。
三、以问题为导向的课程思政实践优势
（一）契合课程目标关于课程思政，习近平总书记在2016年的全国高校思想政治工作会议上强调，“高校思想政治工作关系高校培养什么样的人、如何培养人以及为谁培养人这个根本问题。要坚持把立德树人作为中心环节，把思想政治工作贯穿教育教学全过程，实现全程育人、全方位育人，努力开创我国高等教育事业发展新局面。”［3］课程思政实践要求电力电子技术实验课程既要关注学科目标，又要关注德育目标。而以问题为导向的课程思政教学，是将学科目标与德育目标共同融入特定的问题，让学生在发现问题、分析问题和解决问题的过程中，既能了解实验内容、实验方法、实验原理，并通过实验数据分析得出实验结果，又能感受到实验操作的规范性、标准性要求和精益求精、实事求是的科学意识与精神。可见，以问题为导向的教学方法有利于电力电子技术实验课程教学目标的实现。
（二）培养学生自主探究能力在以教师“教”为主导的电力电子技术实验课程教学中，学生对专业学科内容和思想政治内容的理解、掌握多是一种由外而内的过程，即学生在教师的讲解和指导下进行操作，在操作过程中逐步了解和掌握实验原理、实验规则。这种方式不利于学生对相关知识的掌握，导致课程思政效果不佳。以问题为导向的课程思政实践，改变了教师机械“教”和学生随意“学”的模式，通过设置1～3个与课程相关且能激发学生探究兴趣的问题，让学生带着问题去寻找解决原理、途径，并自主制订相应的解决方案，随后通过具体的实验操作获得相应结果，达到解决问题的目的［4］。这种以特定问题为驱动，引导学生按照科学原理和规则自主探究问题解决途径的课程实践，改变了师生在教学中的地位，让学生真正成为课程思政实践主体，从而使其在实验操作中更深刻、更直接地领悟相关规则和科学精神。
四、以问题为导向的课程思政实践路径
（一）以教情和学情为参照，设置课程思政目标在开始电力电子技术实验课程教学之前，教师要先结合教情和学情，从学科目标和德育目标两个维度设置课程教学的思政目标。以往的教学实践表明，将德育目标与学科目标分开设立，虽然能够突出课程思政实践中的德育目标，但往往会弱化教学主体对德育目标的重视度和落实度，导致课程思想政治教学效果欠佳［5］。因此，在实际的课程思政实践中，教师要结合教学主题、教学内容和学生的学习特点，明确课程的学科目标和德育目标，并将这些目标进行融合，形成德育目标与学科目标相结合的课程教学目标，使德育与知识和技能教育实现同步化。以第一章《电力电子技术实验概述》为例，其介绍了电力电子技术实验的特点和要求、实验准备、实验实施和实验总结4节内容。通过分析发现，这4节的重点是对实验特点、实验操作行为标准、实验操作流程等与电力电子技术实验相关的基本内容进行介绍，旨在教会学生如何做好电力电子技术实验。基于此，教师可将本章的思政元素融入“电力电子技术实验活动需要遵循的规律”这一主线，将该章的德育目标设定为“使学生认识到电力电子技术实验活动开展规律的重要性，感知科学精神和科学态度”，然后将德育目标与学科教学目标融合，形成本章教学的整体目标，即“使学生掌握电力电子技术实验活动的基本规律，并认识到基本规律在实验中的重要性，感知科学精神和科学态度”。
（二）以教学目标为基础，巧妙设定探究问题以问题为导向的课程思政实践，注重学生探究问题的过程，即让学生在实验探究中感知与学科相关的精神、观念、态度、规则等内容，并引导学生将其内化为自己的思维方式，然后逐步外化为自己的行为。因此，在电力电子技术实验课程教学中，教师要做好探究性问题设计工作，以保证学生能全身心地投入问题探究过程，在探究中实现思维方式和行为的改变。在具体问题设定方面，教师可以重点从“是什么”“为什么”和“怎么用”三个角度入手。首先，设置“是什么”，让学生抓住事物本质。具备理性思维，遇到问题时能透过现象看本质，是课程思政实践中学生需要具备的基本思维品质。在电力电子技术实验课程教学中，就是要让学生从“是什么”的角度全面、准确地理解技术的本质和规律，客观地理解技术。在问题设定环节，教师要在教学目标的基础上，提取课程教学涉及的主要概念或者规律，据此设置相应的概念探究问题，让学生结合以往学习经验进行科学探究，逐步掌握概念的本质和特点。例如，在开展“西门子TCA785集成触发电路实验”教学时，教师可以设定“西门子TCA785集成触发电路的工作原理是什么”的问题，让学生在探究这一问题的过程中，从本质上把握西门子TCA785集成触发电路工作的具体原理。其次，提出“为什么”，调动学生主观能动性。让学生认识到主观能动性在科学探究活动中的重要作用，并形成主动发挥主观能动性的意识和动力，是以问题为导向的课程思政实践关注点之一。在电力电子技术实验课程教学中，教师要善于提出“为什么”的问题，让学生在问题的引导和驱动下，根据自己的主观认识提出各种追根溯源、探究事实的想法，进而调动学生热爱科学、探究未知的兴趣。例如，在讲解“控制屏介绍及操作说明”时，教师可以向学生提出“控制屏的供电采用的是三项隔离变压器隔离，并且设有电压型漏电保护装置和电流型漏电保护装置，那么，这样做的目的是为什么”的问题，并提示学生从安全性和稳定性的角度进行思考，以引导学生根据提示进行自主分析和探究。再次，落脚“怎么做”，让学生从实践中检验真理。相较于“是什么”和“为什么”的问题，“怎么做”更侧重于对学生动手操作意识和能力的检验与训练，其在课程思政方面的作用也更突出。从育人角度来看，“是什么”“为什么”只是让学生掌握相关概念和规律，学生掌握的成果多存储于大脑中，并未转化为行动和结果。因此，教师要从“怎么做”的角度引导学生运用所掌握的知识和技能。在“怎么做”方面，教师应重点从实验原理、实验步骤、实验结果、实验评价4个环节引导学生进行科学探究，以验证刚开始提出的假设，通过实践获得真知。例如，在开展“直流斩波电路实验”教学时，教师可以引导学生先提出关于斩波电路波形情况的猜想和验证方法，然后按照实验步骤和要求进行自主探究，并对实验获得的原始数据进行整理、分析，得出相应的结论，最后对结论和假设进行对比，掌握斩波电路波形方面的相关知识。这种通过动手操作获得结论的方式，不仅能锻炼学生的实验操作能力，还能让学生在实践中检验自己的想法，获得真理，在科学精神方面得到提升。
（三）以情境迁移为手段，培养学生问题思维以问题为导向的课程思政实践的最终落脚点是育人，即培养德才兼备的人才。电力电子技术实验课程的育人结果和效果会在实际用人过程中得到检验［6］。对教师而言，除了要在课堂上采用以问题为导向的教学方法和模式开展课程思政实践，培养学生的学科素养和德育素养外，还要借助多样化的实践情境帮助学生将所学的科学知识、技能和观念态度迁移到实际生活和工作中。首先，注重课程总结，提炼思维模型。在电力电子技术实验课程教学中融入思政教育的重要目的是让学生具备良好的思维品质和行为习惯，并能将自己所学的知识和技能应用到未来生活和工作中，为国家和社会发展作贡献。在平时教学中，教师除了要开展设定问题、引导学生探究问题等活动外，还要注重对学生问题探究过程和结果的总结，提炼出相应的思维模型供学生理解和运用。例如，在多次课程教学后，教师可以提出“是什么→为什么→怎么做”的思维模型。其次，巧借校企合作，开展社会育人。教师要善于借助校企合作、校外社会实践活动等社会育人机会，引导和督促学生积极感受相关职业岗位对专业知识、技能和职业道德的要求，强化学生对思想政治教育的理解。同时，教师要借助校企合作的实验项目、生产实习活动，对学生的职业道德、个人品德、社会公德等进行检验和培育，使学生在差异化的环境中形成良好的道德品质和行为习惯。结语借助以问题为导向的教学方法在电力电子技术实验课程教学中融入思政教学，是借助特定的问题对学生的道德品质和行为习惯进行塑造，既契合课程教学目标，又能激发学生自主探究的意识和能力。在实际课程教学中，开展以问题为导向的课程思政实践时，教师要以教情和学情为参照科学设置课程思政目标，以教学目标为基础巧妙设定探究问题，以情境迁移为手段培养学生问题思维，使学生最终真正成长为德才兼备的优秀人才。
作者:宋娟 单位:宁夏大学物理与电子电气工程学院
电力电子技术应用3
1混合动力系统
插电式混合动力汽车是介于纯电动汽车与燃油汽车之间的一种新能源汽车。它既有传统汽车的发动机、变速器等，也有纯电动汽车的电池、电机和电控，而且配有充电接口。总体来说，它综合了纯电动汽车和常规混合动力汽车的优点，既可实现纯电动、零排放行驶，也能通过混动模式增加车辆续驶里程[1]。国内自主混动汽车经过多年研发，目前主流的混动系统包括有比亚迪的DM、长城的DHT、奇瑞的DHT等，国内各主流混动系统在燃油经济性、稳定性、道路适应性以及成本控制等方面各有侧重和优势，现在各个车企在国内已经公开的混动技术专利包括发明专利、实用新型专利和外观专利见表1。通过表1可知，比亚迪在混动领域起步早专利布局广，已经公开混动技术专利数量最多，奇瑞虽然数量不如比亚迪多，但是其发明专利在整个已公开专利中占比最高，技术含量相对较高，这也符合奇瑞汽车技术流的定位。2020年度插电式混动乘用车市场份额如图1所示，基本自主品牌汽车能和合资品牌平分秋色，而且随着时间的推移，越来越多的自主品牌汽车在插电式混动领域发力，自主品牌汽车将超过并逐步拉开与合资品牌的差距。
2比亚迪DM混动架构
比亚迪两驱车型DM系统的架构如图2所示，搭载1.5Ti涡轮增压+缸内直喷发动机+6速DCT，转速在5200r/min时达到最高功率113kW，转速在1750~3500r/min时最大转矩达240Nm；搭载比亚迪研发的高转速、大功率交流永磁同步驱动电机，电机的最高转速可达12000r/min，最大功率达110kW，在0~5200r/min能输出最大转矩为250Nm；在HEV模式下，发动机和电机共同工作，能在1750~3500r/min爆发出479Nm的最大转矩，百千米加速时间仅为5.9s。其主要工作模式包括：纯电工作模式（EV模式）、稳定发电模式、混动模式（HEV模式）、燃油驱动模式、能量回馈工作模式。比亚迪DM架构采用和本田IMMD架构类似的混动架构，虽然技术创新有限，但是其成本控制非常优秀，再加上有比亚迪刀片电池技术在电池上的光环加持，提升了整个系统的稳定性，通过近几年的市场反馈，比亚迪DM混动系列获得了市场充分的认可。
3奇瑞DHT混动架构
奇瑞DHT系统的架构如图3所示，采用混动专用1.5T发动机、多挡变速器外加前后3台电机，使得整车0-100km/h低于5s，综合工况油耗低至1.25L/100km。其主要工作模式包括：单/双电机驱动、增程、并联、发动机直驱、单/双电机制动能量回收、行车/驻车充电灯9种高效能工作模式。奇瑞DHT系统复杂度极高，同样以两驱混动架构举例，现有车企均为单电机，而奇瑞DHT采用了2个电机，输出功率高，动力强劲，整体动力源包括2个电机以及奇瑞1.5T发动机，再搭配3挡双离合变速器，其最终可以产生11个挡位，道路适应能力更强，理论上混动的完成度最高，但是同时由于结构复杂，在成本控制上以及系统稳定上还需要市场进一步的检验。
4电力电子技术在两种混动系统的应用
不管是比亚迪的DM混动还是奇瑞的DHT混动，其内部不可或缺的均存在电机驱动系统，电机驱动系统包括电机、逆变器以及电池[2]，其作用是在纯电工作模式以及混动模式时提供正常行驶动能，并且在能量回馈工作模式时对减速制动能量进行回馈。逆变器是该系统的执行机构，设置在电机和电池之间，是“三电”核心技术一部分。典型的逆变器原理图如图4所示，逆变器核心部件是采用了现代电力电子技术的功率半导体器件IGBT模块，IGBT模块长期被英飞凌、富士电机等海外公司垄断，全球IGBT模块前十的公司，国内只有斯达半导体，也仅占据不到3%的份额，2019年全球IGBT模块市场份额如图5所示。虽然国内厂商对于IGBT模块市场份额较少，但是已经开始发力，尤其比亚迪旗下的半导体公司能自主生产IGBT模块，在完全实现比亚迪内部使用的同时还可以向外有限供应，尤其现在处在第三代IGBT市场化的阶段，碳化硅基IGBT正逐步取代传统的硅基IGBT，这也给了国内半导体厂商发力的新领域。碳化硅基IGBT具有耐高温、耐高压、损耗低和开关频率高的优点，其作为混动汽车逆变器能明显带来以下3点性能提升：①显著提高电机驱动系统逆变器的功率密度、减少成本；②提高电机驱动系统逆变器的效率；③提高电机驱动系统逆变器的可靠性[3]。
5结论
本文首先对国内自主混动车企专利布局情况进行研究，而后对国内自主混动系统典型的比亚迪DM混动系统和奇瑞DHT混动系统进行了介绍和对比，并针对二者中共有的电机驱动系统，电力电子半导体器件IGBT模块在其中的应用进行了分析，多角度对混动系统进行探究，希望对相关行业以及从业人员提供一定的借鉴和参考。
参考文献：
[1]李慧，刘春辉，于鑫蕾.混动汽车市场特征及购车用户消费需求探究（上）[J].汽车与配件，2021（20）：37-41.
[2]苏杭.电动汽车逆变器SICMOSFET驱动技术研究[D].长沙：湖南大学，2021.
[3]赵阳.电动汽车碳化硅逆变器设计[D].长沙：湖南大学，2021.
作者:冯强 李志红 单位:国家知识产权局专利局专利审查协作天津中心 天津城市建设管理职业技术学院
