發電技術論文大全11篇

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篇（1）

在發電領域減少二氧化碳產生的途徑包括：提高發電效率減少燃耗；采用原子能發電；使用再生(天然)能源。每單位發電量二氧化碳的產生，以礦物燃料發電最高，特別是燒煤電廠。再生能源發電雖然設施的建造會產生二氧化碳，但發電本身不會產生二氧化碳。因此，增加使用再生能源發電和有效使用礦物燃料，是抑制產生二氧化碳的有效方法。

再生能源發電技術可分為水力發電；風力發電；太陽能發電(太陽─熱發電和光伏發電)；海洋發電(海洋-熱能轉換、潮汐、洋流、海波)；地熱發電。

水力發電

水力發電是目前發電技術中每單位發電量產生二氧化碳最低的。它不會產生破壞環境的物質；在徑流式水電站的情況下，也不需要水庫，對保護環境最為有利。在水庫型和抽水儲能型電站情況下，必須考慮水庫建造對環境的影響。

風力發電

歐洲和美洲在風力渦輪的發展上處于領先地位，隨著在美國公用事業管理政策條例(PURPA)的制定和加州減免賦稅，它們的實際應用迅速取得進展。三菱重工(MHI)已在美國加州安裝了660臺275千瓦級的風力渦輪。實際應用的這些渦輪機，其輸出功率范圍從100千瓦到600千瓦，而兆瓦級的風力渦輪目前正處于中試階段。在日本，迄今輸出功率最高為300-400千瓦，但MHI開發的500千瓦級的渦輪在1996年10月已成功運轉。

太陽-熱發電

太陽能發電技術可分為太陽-熱發電和光伏發電。在前一種情況下，通過搜集的太陽熱能，用水或低沸點流體直接或間接產生的蒸汽驅動汽輪發電機；在后一種情況下，通過p-型和n-型半導體的組合，將陽光直接轉換為電。太陽-熱發電又分為直接和間接(二元循環)型發電系統。在前一種情況下，使用一臺冷凝器，通過直接產生的蒸汽驅動汽輪機；而在后一種情況下，是在主系統使用一種沸點高于水的熔鹽或液態鈉，通過熱交換加熱輔助系統內的工作流體-水或低沸點流體產生蒸汽。雖然前一種系統簡單，但熱效率低于后者，難以在高溫下取得蒸汽，需要輔助燃料點火。

在日本已建成輸出功率1000千瓦的中試裝置，應用了塔型和曲線-直線型冷凝器，用熱水蓄熱設施予以補充。美國在1982年開始對10兆瓦級的發電機進行研究，隨后建成了實際應用輸出功率超過30兆瓦的裝置。

再生能源發電尚有一些問題需研究解決：

(1)由于日光能量密度低(在白天，最高每平方米1千瓦)，要放置太陽熱能收集器需要巨大的空間。

(2)太陽輻射的強度變化大，因發電取決于時間和天氣，所以不能實現穩定發電。

(3)由于難以通過熱積累把蒸汽的溫度提高到一個高水平，所以不能實現高效率的蘭金循環(總效率10%～15%)。

為減少成本，實現電力的穩定供應和提高效率，要解決的問題(1)必須改善拋物面反向鏡型和定日鏡塔型系統的熱收集效率；(2)必須應用一補充鍋爐或蓄熱系統；(3)需使用一個二元循環提高溫度，并通過應用低沸點混合液體改善蘭金循環。

光伏發電

應用光伏發電所產生的二氧化碳量僅次于水力發電技術，也不會產生污染環境的物質，是一種理想的干凈發電技術。為發電提供能量的日光是無限的。假定在白天太陽輻射的最高強度是每平方米1千瓦，發電效率為10%，整個地面上每年可能的發電量為1.4億億度，大約相當于全世界能耗量的100倍。這意味著如果把太陽電池放置于不到全球陸地面積的1/100，或其沙漠面積的1/20，所發電量就足以滿足全世界能量的需求。

這種再生能源每單位面積的輸出功率密度低，所需要的面積大約為燒煤電站的20倍。在美國和印度，沙漠面積巨大，目前正在進行的計劃是建造188兆瓦(美國)或50兆瓦(印度)的光伏發電廠。由于世界上有許多地區適用于大規模光伏發電，作為新日照計劃的一部分，發展一種全球性的干凈能源系統，即世界能源網(WENET)正在進行中，該計劃的目的是，在這些地區實現中央光伏發電，用所發出的電使水分解產生氫，氫既可用做能源，又可用做蓄能和輸能介質。從保護全球環境和能量生產角度看，實現這一計劃很重要。

地熱發電

可供發電的地熱資源可粗分為蒸汽、蒸汽和熱水二相流、熱水。地熱蒸汽可不加處理直接引入汽輪機；而二相流被分為熱水和蒸汽，熱水通過閃蒸器變為蒸汽，引入汽輪機的低壓側。在熱水情況下，可采用上述的二元系統(通過使用主系統一側的熱水使輔助側的低沸點液體蒸發，并通過低沸點液體驅動渦輪)。

自從1966和1967年9.5兆瓦、11兆瓦的電站(由日本三菱重工安裝)分別投入運行以來，目前在日本正在運行的裝置有18臺，約生產530兆瓦的電。以間歇泉電站的容量最高，為151兆瓦。美國目前正在運行的間歇泉電站，功率在100萬千瓦以上。

日本三菱重工的技術得到高度評價，它通過單級或雙級閃蒸系統，將熱水變為蒸汽并將蒸汽引入渦輪的中壓或低壓段，這樣，雙相流熱資源就得到了有效應用。

這種雙級閃蒸系統于1977年投入商用，目前用在60多臺發電裝置。

從有效使用小規模地熱資源觀點看，預計未來會發展小型(便攜式)發熱發電裝置。

篇（2）

日本自實施月光計劃以來，作為國家級項目，正在實施5000千瓦級加壓型和1000千瓦級常壓型電廠實證運行。目前，磷酸型燃料電池的發電效率為30％～40％，如果將熱利用考慮進去，綜合效率可高達60％～80％。

除日本外，目前世界約有60臺PAFC發電設備在運轉，總輸出功率約為4.1萬千瓦。按國別和地區劃分日本為2.9萬千瓦，美國8000千瓦，歐洲3000千瓦，亞洲900千瓦。運轉中的發電設備除3臺(日本2臺，意大利1臺)為加壓型外，其他均為常壓型。磷酸型燃料電池的制造廠家目前主要為日本和美國，設備主要銷往歐、亞。

美國已完成基礎研究，200千瓦級電廠用電池近期有望商品化，但大容量電廠用電池處于停滯狀態。德國已引進美國200千瓦級電廠用電池進行試驗運行。另外，瑞典、意大利、瑞士等國也引進日、美的電池進行試運行。

2.熔融碳酸鹽型燃料電池(MCFC)

日本對MCFC發電系統的技術開發始于1981年度的月光計劃，該計劃圍繞開發1千瓦級發電機組這個目標展開了對MCFC燃料、電極等的開發。該開發研究進展順利，從1984年開始，進而對10千瓦級發電機組進行研究開發。1986年，日立、東芝、富士電機、三菱電機、IHI分別對5臺10千瓦級機組進行發電試驗，其結果是輸出功率為10千瓦，初期性能為電池電壓0.75伏，電流密度150毫安/平方厘米。

1987年起，日本在對1000千瓦級實驗電場(外部改質型)進行主要開發的同時，對100千瓦級發電機組以及1000千瓦級機組的設備的開發研究也取得了進展。1993年度，日立、IHI的2臺100千瓦級外部改質型機組和三菱電機的1臺30千瓦級內部改質型機組開始試驗發電運行。其試驗結果以及1994年度進行的5-25千瓦級機組的試驗結果表明，電池電壓0.8伏，電流密度達15毫安/平方厘米，單位時間內的劣化率小于1％。

在此基礎上，1994年度起開始著手開發1000千瓦級試驗工廠。1995年10月在中部電力(株)川越發電所開始建廠，確立了1000千瓦級實用化發電系統試驗工廠的基本系統，對現有的事業用燃料電池電廠的運行進行評價，計劃1999年開始試驗運行，其目標為：燃料利用率為80％，千小時電池的劣化率小于1％，初期性能為：電池電壓大于0.8伏，電流密度1500毫安/平方厘米，計劃試驗運行5000小時。

為使電池實用化，在上述研究開發的基礎上，還進行了機組長壽命化研究，計劃連續實驗運行4萬小時，每千小時單位劣化率小于0.25％。除此之外，還在開發200千瓦級內部改質型燃料電池發電系統。

美國能源部和美國電力研究所，正在積極開發MCFC。美國ERC公司開發的2兆瓦級內部改質型機組發電系統于1996年5月在圣克拉拉開始試驗運行。MC－power公司開發的250千瓦級外部改質型機組發電系統，1997年2月起在圣迭戈開始試運行。

在歐洲，MCFC作為共同項目正在研究開發，取得了一些進展，其主要項目如下：

①高級DIC－MCFC發展計劃(1996-1998年)。荷蘭、英、法、瑞典等國參加研究，歐洲在市場分析、系統開發以及內部改質型機組的開發等方面取得進展。

②ARGE項目(1990年起計劃10年內完成)。德、丹麥參加，并在內部改質型發電系統的開發上取得進展。

③MOLCARE。由意、西班牙參加，并在外部改質型發電系統開發上取得進展。

韓國從1993年起開始開發MCFC，1997年以開發100千瓦外部改質型發電系統為目標，開始了第二階段研究開發工作。

3.固體電解質型燃料電池(SOFC)

作為SOFC開發的基礎科學離子學，其開發歷史很長，日、美、德等國已有30多年的開發史。日本工業技術院電子技術綜合研究所從1974年起就開始研究SOFC，1984年進行了500瓦發電試驗(最大輸出功率為1.2千瓦)。美國西屋公司從1960年起開始開發SOFC，1987年該公司與日本東京煤氣、大阪煤氣共同開發出3千瓦熱自立型電池模塊，在國內外掀起了開發SOFC的。

日本新陽光計劃中，以產業技術綜合開發機構(NEDO)，為首，從1989年起開始開發基礎制造技術，對數百千瓦級發電機組進行測試。1992年起，富士電機綜合研究所和三洋電機在共同研究開發數千瓦級平板型模塊基礎上，還組織了7個研究機構積極開發高性能、長壽命的SOFC材料及其基礎技術。

除此之外，三菱重工神戶造船所與中部電力合作，共同開發平板型SOFC，1996年創造了5千瓦級模塊成功運行的先例。同時，在圓筒橫縞型電池領域中，1995年三菱重工長崎造船所在電源開發共同研究中，采用圓筒橫縞型電池，開發出10千瓦級模塊，成功地進行了500小時試運行，之后又于1996年開發了2.5千瓦模塊，并試運行1000小時。TOTO與九州電力共同開發全濕式圓筒縱縞型電池，1996年起，開始開發1千瓦級模塊。同時，在日本以大學與國立研究所為首的許多研究機構在積極開發SOFC。

美國西屋公司在能源部的支持下，開始開發圓筒縱縞型電池。東京煤氣和大阪煤氣對25千瓦級發電及余熱供暖系統進行的共同測試表明，截至1997年3月，已成功運行了約1.3萬小時，其間已經過11次啟動與停機，千小時單位電池的劣化率小于0.1％，可見其技術已非常成熟。西屋公司除計劃在1998年與荷蘭、丹麥共同進行100千瓦級模塊運行外，為降低制造成本，還在研究開發濕式電池制造技術。美國Allied－signal、SOFCo、Z－tek等公司在開發平板型SOFC上取得進展，目前正對1千瓦級模塊進行試運行。

在歐洲，德國西門子公司在開發采用合金系列分離器的平板型SOFC，1995年開發出10千瓦(利用氧化劑中的氧，若在空氣中則為5千瓦)模塊，1996年開發出7.2千瓦模塊(利用氧化劑中的空氣)。

奔馳汽車制造公司在開發陶瓷系列分離器式平板型SOFC上取得進展，1996年對2.2千瓦模塊試運行6000小時。瑞士的薩爾澤爾公司在積極開發家庭用SOFC，目前已開發出1千瓦級模塊。今后，德國還計劃在特蒙德市進行7千瓦級發電及余熱供暖系統現場測試。

在此基礎研究上，以英、法、荷等國的大學和國立研究所為中心的研究機構，正在積極研究開發低溫型(小于800℃)SOFC材料。

4.固體高分子型燃料電池(PEFC)

日本開發固體高分子膜的單位有旭化成、旭哨子、Japangore－tex等，開發改質器以及電極催化媒體的機構有田中貴金屬、大阪煤氣等。在開發汽車燃料電池方面，豐田制造出甲醇改質型燃料電池汽車(1997年)，同時三菱電機、馬自達也在著手開發汽車燃料電池。

在供電及余熱供暖系統方面，PEFC排熱溫度較低，為70℃左右，在熱利用上有所限制，與其他類型燃料電池相比，目前只開發小型系統。東芝(30千瓦)、三洋電機(數千瓦)、三菱重工和東京煤氣(5千瓦)、富士電機和關西電力(5千瓦)等公司在開發以天然氣和甲醇為燃料的電池系統，同時，三洋電機在開發1千瓦級氫燃料便攜式商品化電源，三菱重工在開發特殊用途(無人潛水艇用)燃料電池。

PEFC主要作為汽車動力電源在開發。但在汽車上燃料的搭載方式各種各樣，有高壓氫、液化氫和甲醇等。這些燃料各具長短，目前還未能確定最適方式。

德國奔馳與加拿大BPS在進行共同開發，它們開發的搭載氫燃料、小底盤汽車在試運行。除此之外它們還共同開發甲醇燃料電池汽車。若在降低成本、提高運行性能等方面再取得一些進展，電池汽車就有望走向市場。

篇（3）

太陽能發電是利用電池組件將太陽能直接轉變為電能的裝置。太陽能電池組件(Solarcells)是利用半導體材料的電子學特性實現P-V轉換的固體裝置，在廣大的無電力網地區，該裝置可以方便地實現為用戶照明及生活供電，一些發達國家還可與區域電網并網實現互補。目前從民用的角度，在國外技術研究趨于成熟且初具產業化的是"光伏--建筑(照明)一體化"技術，而國內主要研究生產適用于無電地區家庭照明用的小型太陽能發電系統。

1太陽能發電原理

太陽能發電系統主要包括：太陽能電池組件(陣列)、控制器、蓄電池、逆變器、用戶即照明負載等組成。其中，太陽能電池組件和蓄電池為電源系統，控制器和逆變器為控制保護系統，負載為系統終端。

1.1太陽能電源系統

太陽能電池與蓄電池組成系統的電源單元，因此蓄電池性能直接影響著系統工作特性。

(1)電池單元：

由于技術和材料原因，單一電池的發電量是十分有限的，實用中的太陽能電池是單一電池經串、并聯組成的電池系統，稱為電池組件(陣列)。單一電池是一只硅晶體二極管，根據半導體材料的電子學特性，當太陽光照射到由P型和N型兩種不同導電類型的同質半導體材料構成的P-N結上時，在一定的條件下，太陽能輻射被半導體材料吸收，在導帶和價帶中產生非平衡載流子即電子和空穴。同于P-N結勢壘區存在著較強的內建靜電場，因而能在光照下形成電流密度J，短路電流Isc，開路電壓Uoc。若在內建電場的兩側面引出電極并接上負載，理論上講由P-N結、連接電路和負載形成的回路，就有"光生電流"流過，太陽能電池組件就實現了對負載的功率P輸出。

理論研究表明，太陽能電池組件的峰值功率Pk，由當地的太陽平均輻射強度與末端的用電負荷(需電量)決定。

(2)電能儲存單元：

太陽能電池產生的直流電先進入蓄電池儲存，蓄電池的特性影響著系統的工作效率和特性。蓄電池技術是十分成熟的，但其容量要受到末端需電量，日照時間(發電時間)的影響。因此蓄電池瓦時容量和安時容量由預定的連續無日照時間決定。

1.2控制器

控制器的主要功能是使太陽能發電系統始終處于發電的最大功率點附近，以獲得最高效率。而充電控制通常采用脈沖寬度調制技術即PWM控制方式，使整個系統始終運行于最大功率點Pm附近區域。放電控制主要是指當電池缺電、系統故障，如電池開路或接反時切斷開關。目前日立公司研制出了既能跟蹤調控點Pm，又能跟蹤太陽移動參數的"向日葵"式控制器，將固定電池組件的效率提高了50%左右。

1.3DC-AC逆變器

逆變器按激勵方式，可分為自激式振蕩逆變和他激式振蕩逆變。主要功能是將蓄電池的直流

電逆變成交流電。通過全橋電路，一般采用SPWM處理器經過調制、濾波、升壓等，得到與照

明負載頻率f，額定電壓UN等匹配的正弦交流電供系統終端用戶使用。

2太陽能發電系統的效率

在太陽能發電系統中，系統的總效率ηese由電池組件的PV轉換率、控制器效率、蓄電池效率、逆變器效率及負載的效率等組成。但相對于太陽能電池技術來講，要比控制器、逆變器及照明負載等其它單元的技術及生產水平要成熟得多，而且目前系統的轉換率只有17%左右。因此提高電池組件的轉換率，降低單位功率造價是太陽能發電產業化的重點和難點。太陽能電池問世以來，晶體硅作為主角材料保持著統治地位。目前對硅電池轉換率的研究，主要圍繞著加大吸能面，如雙面電池，減小反射；運用吸雜技術減小半導體材料的復合；電池超薄型化；改進理論，建立新模型；聚光電池等。幾種太陽能電池的轉換效率。

充分利用太陽能是綠色照明的重要內容之一。而真正意義上的綠色照明至少還包括：照明系統的高效率，高穩定性，高效節能的綠色光源等。

3.1發電--建筑照明一體化

目前成功地把太陽能組件和建筑構件加以整合，如太陽能屋面(頂)、墻壁及門窗等，實現了"光伏--建筑照明一體化(BIPV)"。1997年6月，美國宣布了以總統命名的"太陽能百萬屋頂計劃"，在2010年以前為100萬座住宅實施太陽能發電系統。日本"新陽光計劃"已在2000年以前將光伏建筑組件裝機成本降到170～210日元/W，太陽能電池年產量達10MW，電池成本降到25～30日元/W。1999年5月14日，德國僅用一年兩個月建成了全球首座零排放太陽能電池組件廠，完全用可再生能源提供電力，生產中不排放CO2。工廠的南墻面為約10m高的PV陣列玻璃幕墻，包括屋頂PV組件，整個工廠建筑裝有575m2的太陽能電池組件，僅此可為該建筑提供三分之一以上的電能，其墻面和屋頂PV組件造型、色彩、建筑風格與建筑物的結合，與周圍的自然環境的整合達到了十分完美的協調。該建筑另有約45kW容量，由以自然狀態的菜子油作燃料的熱電廠提供，經設計燃燒菜子油時產生的CO2與油菜生長所需的CO2基本平衡，是一座真正意義上的零排放工廠。BIPV還注重建筑裝飾藝術方面的研究，在捷克由德國WIP公司和捷克合作，建成了世界第一面彩色PV幕墻。印度西孟加拉邦為一無電島117家村民安裝了12.5kW的BIPV。國內常州天合鋁板幕墻制造有限公司研制成功一種"太陽房"，把發電、節能、環保、增值融于一房，成功地把光電技術與建筑技術結合起來，稱為太陽能建筑系統(SPBS)，SPBS已于2000年9月20日通過專家論證。近日在上海浦東建成了國內首座太陽能--照明一體化的公廁，所有用電由屋頂太陽能電池提供。這將有力地推動太陽能建筑節能產業化與市場化的進程。

3.2綠色照明光源研究

篇（4）

一.鍵控特技的分類

1.按鍵源的性質分

內鍵

鍵源與填充（前景）信號是同一個圖像信號，即用要填的圖像信號一路經過鍵控信號處理器產生摳像電視信號，另一路作為“填充信號”填入被摳掉的部分。內鍵也稱自鍵。內鍵特技以前常用于黑白字幕插入，鍵源信號通常是在黑底上的白色字符或圖形，它的電平只有高低兩種，且對應白色部分的電平高，如果填充信號記作A，背景信號記作B，則內鍵可簡述為A摳B填A。這種技術現廣泛地應用于色鍵特技。將疊加的全電視信號經消色電路和放大整形處理后，形成摳像鍵控信號，從而進行混合疊加。

（2）外鍵

相對于內鍵特技而言，外鍵特技的鍵信號不是由填充（前景）信號或背景信號形成的，而是由第三路視頻信號作為鍵源所形成的，外鍵的鍵源信號也是由黑底上的白色字符或圖形，填充信號通常為單一色調的彩色信號，因此外鍵特技通常用于彩色字幕的插入。如果填充信號記作A，背景信號記作B，鍵源信號記作C，則外鍵可簡述為C摳B填A。

在計算機顯示像素時，其RGB像素，一路通過電平合成得到摳像信號，另一路經過D/A變換，編碼器編碼產生填充信號，如圖2所示。其中存儲器輸出為數字RGB信號（各8位），經D/A變換成模擬RGB，然后經編碼器合成成為填充信號，另一路經求和電平處理器產生摳像信號。圖2的鍵控信號疊加器輸出為0和1兩種狀態的電平信號，隨著字幕機技術的發展，現已有利用另一8位信號通道產生具有256級電平變化的ALPHA鍵，從而產生具有半透明漸變的效果（后文詳述）。

2.按產生鍵信號的鍵源圖象成分分

（1）亮度鍵

它是利用鍵源圖像中亮度成分來形成鍵信號，亮度鍵要求鍵源圖像要有較高的亮度反差，即要求鍵源中作前景的圖像部分要亮，其余部分要暗（黑），要形成明顯的黑白反差，亮度鍵又稱黑白鍵。圖3為亮度鍵原理示意圖。

（2）色度鍵

又稱色鍵，它是利用彩色幕布的前景圖像（填充信號）的色度成分（主要是色度中的色調，也就是圖像的顏色）與其后的彩色幕布的色調（幕布的顏色）差別來形成鍵信號，用鍵信號去摳背景圖像，再填入彩色幕布的前景圖像。色鍵也是內鍵的一種形式，所不同的是鍵信號的形成方式，內鍵是利用鍵源信號的黑底和白字符之間的亮度差別來形成鍵信號，而色鍵是利用鍵源信號的彩底（即彩色幕布）和前景圖像（如演員圖像）之間的色調差別來形成鍵信號，同時鍵源信號又作為填充信號。色鍵要求鍵源圖像信號有較高的色度反差，即要求鍵源信號中作前景的圖像不能含有其后作幕布（背景）的彩調相同或相近的色調，也就是要求鍵源信號的前景和背景的色調盡量分開，最好是補色關系，以保證兩者之間的色調差別。

在電視制作中為了獲得最佳視覺效果，使用色度鍵時應盡量滿足下列要求：

.背景應平坦，照明條件要好，顏色要均勻。

.拍攝物體的照明要好，不能帶有被鍵出的顏色。

.視頻必須以分量格式拍攝。

圖4為色鍵原理示意圖。

3.按鍵信號波形分

硬色鍵

鍵信號波形是前后沿很陡的矩形脈沖信號，硬色鍵合成輸出圖像的前景和背景的分界處有抖動和突變現象，使人感到生硬和不自然，還存在分界處彩色閃爍和有幕布色鑲邊等現象。另外，對于自然景物中的半透明物體作為合成圖像前景圖像時，其后面的背景圖像應該是部分地透明，但是硬色鍵在任何瞬間其鍵信號所控制的視頻切換開關不是接通就是斷開，鍵信號只有兩種取值，不是高電平就是低電平，因此硬色鍵合成圖像中前景圖像不是全透過就是全不透過其后的背景圖像，這與我們日常見到的自然景觀是不同的，所以硬色鍵特技給人缺乏真實效果的感覺。在硬色鍵中，鍵信號為高電平時視頻開關接通，前景圖像全透過其后的背景圖像，鍵信號為低電平時視頻開關切斷，前景圖像全不透過其后的背景圖像。

（2）軟色鍵

鍵信號波形是與前景圖像透明度相關的斜坡形（梯形）信號，鍵信號在上升和下降期間有一定的斜率，軟色鍵能夠在很大程度上克服硬色鍵的上述缺點，軟色鍵中將用于硬色鍵的脈沖門控混合電路改成了線性混合電路。

目前，在軟色鍵的基礎上發展了線性鍵控特技（也稱透明鍵或ALPHA鍵），線性鍵合成圖像能線性地與前景圖像的透明度成比例地透過背景圖像。軟色鍵和線性鍵擴大了色鍵特技的應用范圍。線性鍵是具有半透明混合效果的鍵控特技，其鍵信號決定合成圖像中前景圖像（填充信號）后背景圖像以什么樣的透明度可見，即鍵信號根據前景圖像的透明度而線性地成比例地決定前景信號與背景信號的合成比例或混合程度。線性鍵的數學模型可用下式表示：

VOUT=VF*K+VB*（1-K）

其中VOUT為前景（填充）信號和背景信號合成后的輸出信號，VF為前景信號，VB背景信號，K為鍵信號，K值取值范圍為大于等于0而小于等于1，從該式可知，當K=1時，VOUT=VF，此時線性鍵的合成輸出就是前景（填充）信號，這種情況稱為完全疊加。當K=0時，VOUT=VB，此時線性鍵的合成輸出就是背景信號，這種情況稱為完全不疊加。當大于0而小于1時，線性鍵的合成輸出為前景（填充）信號VF和背景信號VB按照K值所決定的比例進行合成以后的圖像，合成圖像看上去是半透明的效果，透過前景可以看到背景，透明度的大小取決于鍵信號K的值。實際上，當K=0或K=1時，線性鍵就工作在硬色鍵方式，但反過來硬色鍵卻不能達到線性鍵的效果，因為硬色鍵的鍵信號K的值只有0（低電平）和1（高電平）兩個值，所以硬色鍵合成輸出要么是前景信號，要么是背景信號，不可能出現半透明的混合效果。

圖5給出了線性鍵（ALPHA鍵）原理示意圖。

二.色鍵技術應用于虛擬演播室

隨著數字電視.計算機和多媒體技術的發展，色鍵已從二維特技發展到三維特技，近幾年出現的虛擬演播室技術就是三維色鍵視頻特技的典型應用，它將活動的演播人員圖象通過色鍵方式鍵入到三維立體動畫背景之中。做到真實的演員能深入到虛擬的三維場景中，并能夠與其中的虛擬對象實時交互。在虛擬演播室中在一間蘭色屏幕代替的真實背景里進行現場表演，三維計算機圖形發生器實時產生一個逼真的虛擬環境，并按照以下程序工作：攝象機采集前景視頻信號，同時攝象機上的跟蹤定位系統實時提供攝象機移動的信息。這些數據被送至一個實時圖形計算機。從計算機的鏡頭視角再產生一個虛擬環境。以蘭色屏幕為背景拍攝的攝象機圖象，經延時后與選自計算機的虛擬背景以相同時碼進行工作，并通過數字視頻切換臺“聯合”在一起，實時產生一個組合圖象。

圖6給出了色鍵技術應用于虛擬演播室的原理示意圖。

傳統的色鍵技術與計算機技術相結合應用于虛擬演播室，成功解決了前景與背景之間的透視關系.比例關系，使合成的圖像有了極佳的立體效果，可以達到以假亂真的地步。

三.鍵控技術應用于電視播出系統

目前鍵控技術已廣泛地應用于各級電視臺的播出系統，主要用于臺標時鐘和字幕信息的疊加，所采用的方式多為并聯方式，即只將實現鍵控特技功能的鍵控混合器串接于電視播出系統視頻通道中，而將臺標時鐘機與字幕機并接于鍵混合器，如圖7所示。其優點在于簡化了電視播出系統視頻通道，提高了電視播出系統的可靠性和安全性，降低了故障率和人為差錯率，因為播出節目視頻信號經過鍵混合器而不經過臺標時鐘機和字幕機，而且即使鍵控混合器出現故障，也因為其具有掉電旁路直通功能而不影響播出節目視頻信號的傳輸。同時，采用鍵控混合器并接方式也方便了播出設備的維護和檢修，當臺標時鐘機或字幕機出現故障時，可以方便地將其拆下檢修，而不會影響視頻通道的節目播出，只是暫時無法疊加臺標時鐘或字幕信息而已。

圖8給出了鍵控混合器的原理示意。作為播出通道的關鍵設備，其必須具備以下功能：

主信號斷電直通功能（BYPASS）。

采用兩路外鍵處理方式，可同時進行底行字幕游動和臺標疊加處理。

視頻信號通道指標滿足規定的要求。

具備各種檢測功能。包括主信號在線檢測，填充信號與主信號的同步檢測。

通過對鍵控信號的處理，使得鍵控特技的混合層次靈活可選。

具備手動/遙控功能，作為播出設備，通過相應的遙控接口很容易接入自動播出系統。

鍵控混合器從使用上說分為兩種，即開關鍵和ALPHA鍵。開關鍵即前文提到的硬色鍵，其核心部分是一高速開關，開關的速度很快，一般在15ns以下，主信號和疊加信號經鉗位后分別到達二選一開關一端，鍵信號產生的控制信號用來控制開關。

自1998年6月中央電視臺率先采用半透明臺標以來，已有許多地市電視臺都選用了新型具有256級透明效果的ALPHA鍵代替了傳統的開關鍵，使字幕和臺標能出現半透明或浮雕等效果。

四.鍵控特技應用于電視后期制作

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2汽車電子技術領域新技術的發展應用趨勢

2.1智能傳感器技術

隨著人民群眾的需求發展，智能化傳感器技術亟待普及。具體來講，未來的汽車傳感器應具有模擬和處理信號的功能、對信號放大和處理的功能、較強的抵抗外部電磁干擾的能力、自動進行校正功能等。

2.2多媒體娛樂與智能通訊系統

現階段，隨著智能交通系統的發展，信息通信技術和計算機網絡技術應用的普及，交通指揮中心和司乘人員之間的通信已經很通暢，未來更多的應用將在網絡導航、行車指南、無線因特網以及汽車與家庭等外部環境的互動和遠程救援等方面開展。汽車逐步將變成移動的工作和休閑娛樂場所。

2.3安全防護技術

安全防護設計軟硬件兩個方面。硬件安全性從耐高低溫、耐電擊、耐火花、阻燃等方面考慮，質量監控是主要手段。軟件方面，軟件漏洞的隱患與后果，如功能的缺失、安全威脅等。對車輛電子控制安全造成的威脅，主要從局部物理、遠程和內部電子三個方面考慮。

3汽車電子技術的應用領域展望

（1）汽車整車系統總體控制。各功能單元通過總線進行通信，傳輸信息，接受中央控制單元的指令并執行特定的功能，使車輛行駛功能控制達到最佳水平。系統化還使汽車制造核心技術同時重視硬件和軟件，由技術成熟者牽頭各相關企業制定切實可行的通信協議，使得技術實力弱勢的中小企業圍繞強勢的大公司，促使行業整體良性發展。

（2）功能模塊化。各種技術進行系統集成化，使得汽車零部件產品功能模塊化，便于企業之間采購和組裝。以統一標準進行模塊的集成和接口，標準化的配套和整車制造工藝統一，有利于產品質量得到有效控制。汽車電子技術應用于各個功能模塊，使得所有功能模塊協調控制，統一服務于整個車輛。電子零部件企業承擔的職責將越來越大，汽車零部件產業在整個汽車工業中的作用和地位將越來越重要。

（3）高配成為標配。汽車電子技術新產品的應用變得普及。經過近些年的發展，實際應用。在未來汽車電子控制技術在汽車上將作為標準配置被使用。先如今，輪胎智能壓力監測系統（TPMS）與ABS、安全氣囊并稱為汽車三大安全系統，僅在奧迪A8、寶馬7系/5系、奔馳S/E系列等高端車型中作為標準配置。在電子技術的發展和人民大眾對汽車安全性的重視之下，不久的將來，這些東西很快會成為所有汽車的標準配置。現如今ABS已經普及。

（4）傳感器技術的應用。在汽車的電子控制過程中，傳感器技術的應用已經有了一定的基礎。當前我國在高檔車輛上開始逐步使用傳感器技術用于輔助的駕駛防撞。另外在汽車駕駛考試過程中，傳感器技術在考試各關鍵評分環節應用，但是在普通的民用環節還缺少物美價廉的更多產品。傳感器相關產品必將在汽車電子技術相關產品的應用過程中起到較大作用，以促進車輛駕駛的智能化。

（5）“云計算”技術在自動駕駛領域應用。目前IT技術已經發展到了云時代。“云計算”可以把局部信息處理共享處理。未來汽車駕駛和控制突破“傳感器-避障-目標-方向盤”的傳統固有模式，使實現“目標-電子控制-方向盤-自動駕駛”完全有可能。而且“云計算”將大大提高導航功能，降低出行者在陌生地區出行的壓力。

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2集成優化

可以通過集成和優化火力發電機組系統的方式，盡量的回收高溫的煙氣，降低燃燒過后排出煙的溫度，可以通過該方式將余熱進行回收，從而提升機組實際發電效率，降低燃煤消耗量，在機組運行的過程中實現節能。這一方式不僅限于紙上談兵，在現實生活中，上海的外高橋三期使用廣義的回熱系統，將1000MW的超超臨界機組徹底的進行了一次系統集成及其優化。通過實際工作檢驗發現，在集成優化之后，該企業實現了機組不發生變化的前提下，整體耗能減少了6%，從側面加速了超臨界機組的升級速度。以外高橋三期的實際年生產實力上分析，經過改造的機組，每年大約可以為企業節省下20×104t的煤炭，經過計算我們可以得出，減少20×104t的煤炭也就代表著每年向空氣當中排放出的二氧化碳量減少了55.7×104t。該廠在機組用電效率方面，單位產值內的用電效率要明顯低于我國平均水平，通過企業自身的實際改進方式論證了集成優化在燃煤發節能工作中的實際應用效果與可行性。

3空冷發電

本文將以2×600MW為主要論述點，對大型空冷發電技術進行分析。2×600MW的濕冷機組整體耗水情況大約為2950m3/h，但是相同情況下的空冷機組每小時的耗水量僅為750m3，從上述數據當中我們便可以發現，空冷機組在耗水量方面性能要明顯優于濕冷機組。為了從根本上實現大型且直接的空冷系統設計自主化，我國發改委曾經將遼通電廠三期工程視為我國大型空冷系統工作的一個示范工程。這個工程投資方在我國電力投資集團公司，內部主要組織成分為電力工程的顧問公司以及位于哈爾濱的空調股份公司。兩家公司從企業內部的系統設計到相關機械設備供應等方面要進行溝通決策，保證空冷系統自身的實用性。經過一段時間的研究之后，明確了空冷凝汽器的面積、器械迎面風速等諸多房現代的關鍵技術，攻克了學術上較多的難題，并且將相關技術成功的應用到實際工程當中。目前位于大同的第二發電廠空冷機組成功的投入使用，而且運行情況比較好。但是相關技術人員并沒有就此止步，又從現在掌握的技術角度入手，進行了深層次的研究，研究出了超臨界機組，而且在應用到實際工作中的時候我們可以總結發現，超臨界機組自身的熱耗數量要明顯的低于亞臨界的機組，每年沒個機組可以為所在企業節省下來900萬左右的資金，而且節水效果比較明顯，符合當今我國綠色可持續發展的國情。從社會大背景的視角下進行分析，使用空冷機進行發電，可以從根本上避免因為燃燒過程中產生的蒸汽蒸發給環境帶來的影響，以及循環水方面對工廠所在地區的影響，節省大量的可用水資源，緩解了人類和工業用水之間的矛盾，保持當地生態環境，符合燃煤發電節能目標。

4燃煤聯合循環

想要提升燃煤發電的節能技術，不僅可以使用上述三種方法進行改造完善，同時也可以使用燃煤聯合循環的發電技術進行生產。燃煤聯合循環屬于近些年來剛剛興起的一種發電技術，可以通過該技術來提升發電廠燃煤使用效率，降低煤炭燃燒給環境帶來的污染，從而達到降低施工成本，降低發電能耗的目的。我國傳統的電力工廠都會使用煤碳粉來燃燒，算是一種煤炭內部能量的轉換方式，使用水為介質，幫助能量進行轉換，但是這一方法已經明顯不符合當前我國發展的要求，而且與時代拖過，所以要使用燃煤聯合循環的發電技術進行發電。將燃燒物脫硫，并且對粉塵比較多的燃燒物進行除塵處理，減少工廠對水資源的依靠，提升燃煤使用效率的同時也減輕了煤炭燃燒給環境帶來的污染，從而提升了煤炭發電節能工作的發展。

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2機型安裝調試、周期的對比分析

由于燈泡貫流式機組結構緊湊，故安裝工作要在狹小的空間里進行。而總體上這種機型，特別是對于尺寸較大的機組，其大部件剛性又相對較弱，這樣，要滿足機組重要部位設計精度的需要，其安裝難度、調整工作量大、工作周期長是顯而易見。但對豎井貫流式發電機組而言，情況則完全不一樣，豎井貫流機組的發電機部分可在制造廠內進行總裝，并在完成轉動部件的靜、動平衡試驗后，如齒輪箱一樣，整體運至工地可直接吊入豎井內就位后安裝。另外，直錐尾水管的里襯在第一階段安裝，并作為后續工程的基準和支持面，導水機構在安裝場預組裝，待廠房土建工作結束后整體吊裝就位，接著是安裝主軸、轉子、增速器和發電機，仔細地對中調直，使其在一條直線上，這樣可大大減小安裝場地，縮短安裝周期。

3機型維護檢修的對比分析

一般豎井外形除了迎水面做成圓弧形外，沿水面均為平面。燈泡貫流式機組發電機部分的維護工作較少，但維護操作則較為困難，發電機大修時流道需要進行排水，所需維修所需的時間較多。豎井貫流式機組發電機部分的維修操作則較為方便，不需要對流道部分實行排水。當然，增加了一個齒輪箱的維護，增速器一般指齒輪傳動，需要我們對齒輪箱的選擇給予足夠重視，選用可靠的、高質量的產品，就完全可以將齒輪箱的故障率和機組總體噪音降到很低程度。由此看來，豎井機組也可以提高設備的運行可靠性和安全性，減少維護工作和費用。

4機型效率的對比分析

通常，人們可能認為豎井貫流式機組由于增加了一個齒輪箱，效率要比燈泡貫流式機組低。事實上，一臺高質量的行星齒輪效率滿負荷時效率約為99%，行星齒輪效率損失可從高速發電機的效率提高得到補償。在做具體分析后，我們會發現，實際上兩機型的效率幾乎相差不大，祥見表2相關數據。由表2中兩組數據可以看出，兩種形式機組的綜合效率相差不多。此外，豎井貫流式發電機還因無需采用強迫通風冷卻，從而能有效減少廠用電負荷。

5兩種機型價格的對比分析

兩種機型的水輪機結構基本相同，制造過程也大致一樣。但燈泡式水機轉輪直徑大，重量重，故豎井貫流式水輪機比燈泡貫流機的造價有明顯優勢。對發電機而言，豎井貫流式發電機轉速較高，轉動部件材料的機械性能要求比燈泡貫流機高，若僅從噸價來看，豎井貫流式發電機的噸價比燈泡貫流機高，但由于發電機轉速的提高，發電機的總重量也大大減輕，加上增加的齒輪箱帶來的投資，其發電機總體價格具有較大優勢。若以燈泡貫流式機組的造價為100%，兩種機型的價格統計分析見表3。從表3中可以看出，燈泡貫流機組的價格約是豎井貫流機組的1．187倍，豎井貫流機組實際采購價格比燈泡貫流機組約少2300萬元，能節省電站的機電投資。

6建議

小龍水電站大功率豎井貫流機組已成功運行了6年，在近幾年運行中發現了不少問題，根據此機組在應用中曾出現過的問題，筆者建議大功率豎井貫流機組應在以下幾方面引起足夠的重視:(1)水輪機，增速器、發電機的同軸度要嚴格按照設計要求進行安裝;(2)增速器油泵控制系統中油溫、油位及油壓均要滿足增速器運行要求，才允許機組啟動;(3)增速器油選用高質量、性能優的油;(4)增速器選用品質優良，口碑好，售后好的廠商;(5)增速器振動情況的監察;(6)合理調整導葉緊急關閉規律、調速器輪葉協聯關系以及調速器的關機時間和兩段關閉拐點，減少反水錘對增速器推力軸承的沖擊;(7)機組運行過程中增速器各部的油溫，定期對增速器郵箱內的油質進行檢查;(8)發電機集電環碳刷選用適宜高轉速水輪機、硬度合適的產品。

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以FPGA硬件為基礎的基帶預失真技術就會在基帶的數字區域中進行預校正，這樣就能夠補償數字電視發射機可能出現的非線性失真。而且這種預校正是與頻率有關的，這樣將對高功率的功能放大器有非常明顯的校正作用。這一技術還可以通過PC機上具備的工具軟件，對現行和非線性的預校正特性進行調節。

1.2低相噪捷變頻技術在信道編碼的調制過程中，對本振信號相位噪聲有較高的要求，要求必須保持絕對低的相位噪聲和寬頻帶捷變頻，不然就有可能造成調制誤差比降低，使信號不能被正確地接收。要有效地解決以上問題那么使用高中頻變頻技術以及高穩定的參考源是一個好的辦法。新型的數字電視激勵器就采用了2次變頻的方案，滿足了對于捷變頻功能的需求。

1.3功率檢測技術數字電視發射機的輸出射頻功率是控制整機的主要參數，所以及時地獲得輸出射頻功率尤為重要，可以通過檢波器對該功率進行檢測。新型的數字電視激勵器采用了數字采樣的技術，從而讓有效地解決了輸出射頻功率檢測中的精確性的問題，其中所具備的新的檢測系統能夠對數字電視發射機的輸出射頻功率進行精確地檢測，從而對數字電視發射機能夠進行準確的控制。

2比較國外數字電視發射機和國內數字電視發射機各自的優勢

數字電視發射機在國外的研究和生產已經有多年的歷史了，不管是在技術上還是在制造上各方面都趨向了成熟。就目前來看，國外的數字電視發射機主要具備了以下幾種優勢：水冷發射機、數字激勵器以及縫隙的填充器。數字電視發射機在我國的開發是從2002年開始的，但是當時因為國外封鎖了數字電視發射機的核心技術，而單頻網適配器以及數字激勵器等數字電視發射機的關鍵部件只能夠依靠進口，嚴重影響了我國數字電視的開發和研究。但是因為有多年的模擬發射機的生產技術的積累，所以我國的數字電視發射機的生產技術也發展迅速，在上述的關鍵技術被突破的基礎上，我國的數字電視發射機進入了產業化發展，目前而言我國的設備在技術水平方面已經與國外相當。

國產的設備因為配合了我國的國標，所以在推廣時占有相當明顯的優勢，而且發射機的生產廠家由于與國標的相關單位進行合作和實驗，所以已經掌握了覆蓋測試參數、單頻網技術等最新的技術。可以想見，數字電視的覆蓋在進行前期的設計和規劃時因為要結合地區的實際情況和條件來進行，所以這個系統工程并不存在統一的模式，那么運用國外的產品就無法更好地施行“因地制宜”，而且在技術支持方面和售后的服務方面國外的數字電視發射機由于存在的空間和地區差異，所以并不占優勢。相反，國內的數字電視發射機由于技術的進步目前占有較大的優勢。

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二、頻率合成器

頻率合成器的主要功能為輸出調制需要的視頻載波本振信號頻率，為單頻網提供參考時間和參考頻率。載波頻率的產生通過PLL（鎖相環頻率合成器）完成。PLL回路包括一個恒溫VCXO（壓控晶體振蕩器），帶寬為10MHz。輸出的每個頻率都與10MHz基準頻率同步，10MHz基準頻率的頻率精度較高，較高的頻率精度可降低噪聲和確保短期的穩定性。5控制電路數字激勵器一般都配有可實現遠程遙控的RS232接口，同時安裝以工控機為核心的控制處理單元。控制處理單元提供了發射機當前的運行狀態信息、故障報警信息、參數配置信息、發射機的開啟與關閉及歷史記錄等信息。通過操控工控機可以顯示功放系統內部各功放模塊的實時狀態，控制單元通過外接傳感器監測發射機各裝置，管理發射機的全部操作。

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現代電源技術是應用電力電子半導體器件,綜合自動控制、計算機(微處理器)技術和電磁技術的多學科邊緣交又技術。在各種高質量、高效、高可靠性的電源中起關鍵作用,是現代電力電子技術的具體應用。

當前,電力電子作為節能、節才、自動化、智能化、機電一體化的基礎,正朝著應用技術高頻化、硬件結構模塊化、產品性能綠色化的方向發展。在不遠的將來,電力電子技術將使電源技術更加成熟、經濟、實用,實現高效率和高品質用電相結合。

1.電力電子技術的發展

現代電力電子技術的發展方向,是從以低頻技術處理問題為主的傳統電力電子學,向以高頻技術處理問題為主的現代電力電子學方向轉變。電力電子技術起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其發展先后經歷了整流器時代、逆變器時代和變頻器時代,并促進了電力電子技術在許多新領域的應用。八十年代末期和九十年代初期發展起來的、以功率MOSFET和IGBT為代表的、集高頻、高壓和大電流于一身的功率半導體復合器件,表明傳統電力電子技術已經進入現代電力電子時代。

1.1整流器時代

大功率的工業用電由工頻(50Hz)交流發電機提供,但是大約20%的電能是以直流形式消費的,其中最典型的是電解(有色金屬和化工原料需要直流電解)、牽引(電氣機車、電傳動的內燃機車、地鐵機車、城市無軌電車等)和直流傳動(軋鋼、造紙等)三大領域。大功率硅整流器能夠高效率地把工頻交流電轉變為直流電,因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶閘管的開發與應用得以很大發展。當時國內曾經掀起了-股各地大辦硅整流器廠的熱潮,目前全國大大小小的制造硅整流器的半導體廠家就是那時的產物。

1.2逆變器時代

七十年代出現了世界范圍的能源危機,交流電機變頻惆速因節能效果顯著而迅速發展。變頻調速的關鍵技術是將直流電逆變為0~100Hz的交流電。在七十年代到八十年代,隨著變頻調速裝置的普及,大功率逆變用的晶閘管、巨型功率晶體管(GTR)和門極可關斷晶閘管(GT0)成為當時電力電子器件的主角。類似的應用還包括高壓直流輸出,靜止式無功功率動態補償等。這時的電力電子技術已經能夠實現整流和逆變,但工作頻率較低,僅局限在中低頻范圍內。

1.3變頻器時代

進入八十年代,大規模和超大規模集成電路技術的迅猛發展,為現代電力電子技術的發展奠定了基礎。將集成電路技術的精細加工技術和高壓大電流技術有機結合,出現了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的問世,導致了中小功率電源向高頻化發展,而后絕緣門極雙極晶體管(IGBT)的出現,又為大中型功率電源向高頻發展帶來機遇。MOSFET和IGBT的相繼問世,是傳統的電力電子向現代電力電子轉化的標志。據統計,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半導體器件市場上已達到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在電力電子領域巳成定論。新型器件的發展不僅為交流電機變頻調速提供了較高的頻率,使其性能更加完善可靠,而且使現代電子技術不斷向高頻化發展,為用電設備的高效節材節能,實現小型輕量化,機電一體化和智能化提供了重要的技術基礎。

2.現代電力電子的應用領域

2.1計算機高效率綠色電源

高速發展的計算機技術帶領人類進入了信息社會,同時也促進了電源技術的迅速發展。八十年代,計算機全面采用了開關電源,率先完成計算機電源換代。接著開關電源技術相繼進人了電子、電器設備領域。

計算機技術的發展,提出綠色電腦和綠色電源。綠色電腦泛指對環境無害的個人電腦和相關產品，綠色電源系指與綠色電腦相關的高效省電電源,根據美國環境保護署l992年6月17日"能源之星"計劃規定,桌上型個人電腦或相關的設備,在睡眠狀態下的耗電量若小于30瓦,就符合綠色電腦的要求,提高電源效率是降低電源消耗的根本途徑。就目前效率為75%的200瓦開關電源而言,電源自身要消耗50瓦的能源。

2.2通信用高頻開關電源

通信業的迅速發展極大的推動了通信電源的發展。高頻小型化的開關電源及其技術已成為現代通信供電系統的主流。在通信領域中,通常將整流器稱為一次電源,而將直流-直流(DC/DC)變換器稱為二次電源。一次電源的作用是將單相或三相交流電網變換成標稱值為48V的直流電源。目前在程控交換機用的一次電源中,傳統的相控式穩壓電源己被高頻開關電源取代,高頻開關電源(也稱為開關型整流器SMR)通過MOSFET或IGBT的高頻工作,開關頻率一般控制在50-100kHz范圍內,實現高效率和小型化。近幾年,開關整流器的功率容量不斷擴大,單機容量己從48V/12.5A、48V/20A擴大到48V/200A、48V/400A。

因通信設備中所用集成電路的種類繁多,其電源電壓也各不相同,在通信供電系統中采用高功率密度的高頻DC-DC隔離電源模塊,從中間母線電壓(一般為48V直流)變換成所需的各種直流電壓,這樣可大大減小損耗、方便維護,且安裝、增加非常方便。一般都可直接裝在標準控制板上,對二次電源的要求是高功率密度。因通信容量的不斷增加,通信電源容量也將不斷增加。

2.3直流-直流(DC/DC)變換器

DC/DC變換器將一個固定的直流電壓變換為可變的直流電壓,這種技術被廣泛應用于無軌電車、地鐵列車、電動車的無級變速和控制,同時使上述控制獲得加速平穩、快速響應的性能,并同時收到節約電能的效果。用直流斬波器代替變阻器可節約電能(20~30)%。直流斬波器不僅能起調壓的作用(開關電源),同時還能起到有效地抑制電網側諧波電流噪聲的作用。

通信電源的二次電源DC/DC變換器已商品化,模塊采用高頻PWM技術,開關頻率在500kHz左右,功率密度為5W~20W/in3。隨著大規模集成電路的發展,要求電源模塊實現小型化,因此就要不斷提高開關頻率和采用新的電路拓撲結構,目前已有一些公司研制生產了采用零電流開關和零電壓開關技術的二次電源模塊,功率密度有較大幅度的提高。

2.4不間斷電源(UPS)

不間斷電源(UPS)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。交流市電輸入經整流器變成直流,一部分能量給蓄電池組充電,另一部分能量經逆變器變成交流,經轉換開關送到負載。為了在逆變器故障時仍能向負載提供能量,另一路備用電源通過電源轉換開關來實現。

現代UPS普遍了采用脈寬調制技術和功率M0SFET、IGBT等現代電力電子器件,電源的噪聲得以降低,而效率和可靠性得以提高。微處理器軟硬件技術的引入,可以實現對UPS的智能化管理,進行遠程維護和遠程診斷。目前在線式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS發展也很迅速,已經有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多種規格的產品。

2.5變頻器電源

變頻器電源主要用于交流電機的變頻調速,其在電氣傳動系統中占據的地位日趨重要,已獲得巨大的節能效果。變頻器電源主電路均采用交流-直流-交流方案。工頻電源通過整流器變成固定的直流電壓,然后由大功率晶體管或IGBT組成的PWM高頻變換器,將直流電壓逆變成電壓、頻率可變的交流輸出,電源輸出波形近似于正弦波,用于驅動交流異步電動機實現無級調速。

國際上400kVA以下的變頻器電源系列產品已經問世。八十年代初期,日本東芝公司最先將交流變頻調速技術應用于空調器中。至1997年,其占有率已達到日本家用空調的70%以上。變頻空調具有舒適、節能等優點。國內于90年代初期開始研究變頻空調,96年引進生產線生產變頻空調器,逐漸形成變頻空調開發生產熱點。預計到2000年左右將形成。變頻空調除了變頻電源外,還要求有適合于變頻調速的壓縮機電機。優化控制策略,精選功能組件,是空調變頻電源研制的進一步發展方向。

2.6高頻逆變式整流焊機電源

高頻逆變式整流焊機電源是一種高性能、高效、省材的新型焊機電源,代表了當今焊機電源的發展方向。由于IGBT大容量模塊的商用化,這種電源更有著廣闊的應用前景。

逆變焊機電源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)變換的方法。50Hz交流電經全橋整流變成直流,IGBT組成的PWM高頻變換部分將直流電逆變成20kHz的高頻矩形波,經高頻變壓器耦合,整流濾波后成為穩定的直流,供電弧使用。

由于焊機電源的工作條件惡劣,頻繁的處于短路、燃弧、開路交替變化之中,因此高頻逆變式整流焊機電源的工作可靠性問題成為最關鍵的問題,也是用戶最關心的問題。采用微處理器做為脈沖寬度調制(PWM)的相關控制器,通過對多參數、多信息的提取與分析,達到預知系統各種工作狀態的目的,進而提前對系統做出調整和處理,解決了目前大功率IGBT逆變電源可靠性。

國外逆變焊機已可做到額定焊接電流300A,負載持續率60%,全載電壓60~75V,電流調節范圍5~300A,重量29kg。

2.7大功率開關型高壓直流電源

大功率開關型高壓直流電源廣泛應用于靜電除塵、水質改良、醫用X光機和CT機等大型設備。電壓高達50~l59kV,電流達到0.5A以上,功率可達100kW。

自從70年代開始,日本的一些公司開始采用逆變技術,將市電整流后逆變為3kHz左右的中頻,然后升壓。進入80年代,高頻開關電源技術迅速發展。德國西門子公司采用功率晶體管做主開關元件,將電源的開關頻率提高到20kHz以上。并將干式變壓器技術成功的應用于高頻高壓電源,取消了高壓變壓器油箱,使變壓器系統的體積進一步減小。

國內對靜電除塵高壓直流電源進行了研制,市電經整流變為直流,采用全橋零電流開關串聯諧振逆變電路將直流電壓逆變為高頻電壓,然后由高頻變壓器升壓,最后整流為直流高壓。在電阻負載條件下,輸出直流電壓達到55kV,電流達到15mA,工作頻率為25.6kHz。

2.8電力有源濾波器

傳統的交流-直流(AC-DC)變換器在投運時,將向電網注入大量的諧波電流,引起諧波損耗和干擾,同時還出現裝置網側功率因數惡化的現象,即所謂"電力公害",例如,不可控整流加電容濾波時,網側三次諧波含量可達(70~80)%,網側功率因數僅有0.5~0.6。

電力有源濾波器是一種能夠動態抑制諧波的新型電力電子裝置,能克服傳統LC濾波器的不足,是一種很有發展前途的諧波抑制手段。濾波器由橋式開關功率變換器和具體控制電路構成。與傳統開關電源的區別是:(l)不僅反饋輸出電壓,還反饋輸入平均電流;(2)電流環基準信號為電壓環誤差信號與全波整流電壓取樣信號之乘積。

2.9分布式開關電源供電系統

分布式電源供電系統采用小功率模塊和大規模控制集成電路作基本部件,利用最新理論和技術成果,組成積木式、智能化的大功率供電電源,從而使強電與弱電緊密結合,降低大功率元器件、大功率裝置(集中式)的研制壓力,提高生產效率。

八十年代初期,對分布式高頻開關電源系統的研究基本集中在變換器并聯技術的研究上。八十年代中后期,隨著高頻功率變換技術的迅述發展，各種變換器拓撲結構相繼出現,結合大規模集成電路和功率元器件技術,使中小功率裝置的集成成為可能,從而迅速地推動了分布式高頻開關電源系統研究的展開。自八十年代后期開始,這一方向已成為國際電力電子學界的研究熱點,論文數量逐年增加，應用領域不斷擴大。

分布供電方式具有節能、可靠、高效、經濟和維護方便等優點。已被大型計算機、通信設備、航空航天、工業控制等系統逐漸采納,也是超高速型集成電路的低電壓電源(3.3V)的最為理想的供電方式。在大功率場合,如電鍍、電解電源、電力機車牽引電源、中頻感應加熱電源、電動機驅動電源等領域也有廣闊的應用前景。

3.高頻開關電源的發展趨勢

在電力電子技術的應用及各種電源系統中，開關電源技術均處于核心地位。對于大型電解電鍍電源,傳統的電路非常龐大而笨重,如果采用高頓開關電源技術,其體積和重量都會大幅度下降,而且可極大提高電源利用效率、節省材料、降低成本。在電動汽車和變頻傳動中,更是離不開開關電源技術，通過開關電源改變用電頻率,從而達到近于理想的負載匹配和驅動控制。高頻開關電源技術,更是各種大功率開關電源(逆變焊機、通訊電源、高頻加熱電源、激光器電源、電力操作電源等)的核心技術。

3.1高頻化

理論分析和實踐經驗表明,電氣產品的變壓器、電感和電容的體積重量與供電頻率的平方根成反比。所以當我們把頻率從工頻50Hz提高到20kHz,提高400倍的話,用電設備的體積重量大體下降至工頻設計的5~l0%。無論是逆變式整流焊機,還是通訊電源用的開關式整流器,都是基于這一原理。同樣,傳統"整流行業"的電鍍、電解、電加工、充電、浮充電、電力合閘用等各種直流電源也可以根據這一原理進行改造,成為"開關變換類電源",其主要材料可以節約90%或更高,還可節電30%或更多。由于功率電子器件工作頻率上限的逐步提高,促使許多原來采用電子管的傳統高頻設備固態化,帶來顯著節能、節水、節約材料的經濟效益,更可體現技術含量的價值。

3.2模塊化

模塊化有兩方面的含義,其一是指功率器件的模塊化,其二是指電源單元的模塊化。我們常見的器件模塊,含有一單元、兩單元、六單元直至七單元,包括開關器件和與之反并聯的續流二極管,實質上都屬于"標準"功率模塊(SPM)。近年,有些公司把開關器件的驅動保護電路也裝到功率模塊中去,構成了"智能化"功率模塊(IPM),不但縮小了整機的體積,更方便了整機的設計制造。實際上,由于頻率的不斷提高,致使引線寄生電感、寄生電容的影響愈加嚴重,對器件造成更大的電應力(表現為過電壓、過電流毛刺)。為了提高系統的可靠性,有些制造商開發了"用戶專用"功率模塊(ASPM),它把一臺整機的幾乎所有硬件都以芯片的形式安裝到一個模塊中,使元器件之間不再有傳統的引線連接,這樣的模塊經過嚴格、合理的熱、電、機械方面的設計,達到優化完美的境地。它類似于微電子中的用戶專用集成電路(ASIC)。只要把控制軟件寫入該模塊中的微處理器芯片,再把整個模塊固定在相應的散熱器上,就構成一臺新型的開關電源裝置。由此可見,模塊化的目的不僅在于使用方便,縮小整機體積,更重要的是取消傳統連線,把寄生參數降到最小,從而把器件承受的電應力降至最低,提高系統的可靠性。這樣,不但提高了功率容量,在有限的器件容量的情況下滿足了大電流輸出的要求,而且通過增加相對整個系統來說功率很小的冗余電源模塊,極大的提高系統可靠性,即使萬一出現單模塊故障,也不會影響系統的正常工作,而且為修復提供充分的時間。3.3數字化

在傳統功率電子技術中,控制部分是按模擬信號來設計和工作的。在六、七十年代,電力電子技術擬電路基礎上的。但是,現在數字式信號、數字電路顯得越來越重要,數字信號處理技術日趨完善成熟,顯示出越來越多的優點:便于計算機處理控制、避免模擬信號的畸變失真、減小雜散信號的干擾(提高抗干擾能力)、便于軟件包調試和遙感遙測遙調,也便于自診斷、容錯等技術的植入。所以,在八、九十年代,對于各類電路和系統的設計來說,模擬技術還是有用的,特別是:諸如印制版的布圖、電磁兼容(EMC)問題以及功率因數修正(PFC)等問題的解決,離不開模擬技術的知識,但是對于智能化的開關電源,需要用計算機控制時,數字化技術就離不開了。

3.4綠色化

電源系統的綠色化有兩層含義:首先是顯著節電,這意味著發電容量的節約,而發電是造成環境污染的重要原因,所以節電就可以減少對環境的污染;其次這些電源不能(或少)對電網產生污染,國際電工委員會(IEC)對此制定了一系列標準,如IEC555、IEC917、IECl000等。事實上,許多功率電子節電設備,往往會變成對電網的污染源:向電網注入嚴重的高次諧波電流,使總功率因數下降,使電網電壓耦合許多毛刺尖峰,甚至出現缺角和畸變。20世紀末,各種有源濾波器和有源補償器的方案誕生,有了多種修正功率因數的方法。

總而言之,電力電子及開關電源技術因應用需求不斷向前發展,新技術的出現又會使許多應用產品更新換代,還會開拓更多更新的應用領域。開關電源高頻化、模塊化、數字化、綠色化等的實現,將標志著這些技術的成熟,實現高效率用電和高品質用電相結合。這幾年,隨著通信行業的發展,以開關電源技術為核心的通信用開關電源,僅國內有20多億人民幣的市場需求,吸引了國內外一大批科技人員對其進行開發研究。開關電源代替線性電源和相控電源是大勢所趨,因此,同樣具有幾十億產值需求的電力操作電源系統的國內市場正在啟動,并將很快發展起來。還有其它許多以開關電源技術為核心的專用電源、工業電源正在等待著人們去開發。

參考文獻：

篇（11）

1）實時性。快速反應并不是實時性的核心內涵，快速性僅是系統實時能力的表現。當系統不能滿足實時性要求時，必須提高系統的運行速度，而運行速度的提高會帶來系統功耗加大、電磁兼容性下降等負面效應。因而在設計具體的控制系統時，在保證能滿足實時性要求的條件下，應使系統的運行速度降到最低，以滿足系統在功耗、可靠性和電磁兼容性等方面獲得最佳的綜合品質。

2）安全性。安全性是指產品防止、減少故障和事故的性能。硬件的耐高低溫、耐電擊、耐火花、阻燃等從原材料制作工藝到檢測包裝儲運，有效的質量控制是關鍵；軟件漏洞的隱患與后果，如功能的缺失、安全威脅與客戶抱怨等，有一種名為“組策略”的手段提供對微處理器進行更改注冊表來實現軟件的安全。對車輛電子控制安全造成的威脅，可分成局部物理、遠程和內部電子3大類。①局部物理性威脅。通過物理性地接入傳動系統CAN網絡并破壞通信，這種入侵式的攻擊極易破壞汽車關鍵功能。其對策是在一個或多個ECU內部的某處存儲著隱秘的私有密鑰，用于受保護的通信通道，提供局部數據的保護服務，汽車算法、多媒體內容和保密資料都需要私鑰存儲進行數據保護，抵擋凌厲的入侵和攻擊。②遠程威脅。黑客通過偵測汽車的遠距離無線接口尋找網絡安全協議、網絡服務和程序中的軟肋，以找到內部各電子系統中的路徑。與數據中心不同，汽車不可能擁有完整的IDS、IPS、防火墻和UTM，防衛機制的客觀缺失需依靠汽車的關鍵系統必須與非關鍵的ECU完全隔離開，以確保駕駛安全。③內部電子威脅。雖然物理網絡隔離是理想的方案，但接觸點和干擾總是難以避免，安全標準有極大差異的系統間通信的干擾會很敏感。業界又出現強烈的設計整合趨勢，使用更強大的多內核微處理器來實現不同系統的控制，從而將許多ECU變為虛擬的ECU，這將增加源于軟件的威脅風險，從而導致操作系統缺陷、對密碼系統的旁路攻擊以及拒絕服務等。因而，關鍵和非關鍵的系統與網絡之間的接口必須在最高管理層面進行論證和窮盡分析，并按ISO15408等評估安保等級（EAL）6+的最高等級安保標準進行驗證，確認缺陷無虞。

3）可靠性。可靠性是指產品的平均無故障運行時間（MTBF）。為確保可靠性，在汽車電子電路上實施冗余設計，元器件應選用汽車級。高可靠性軟件及安全工程實施原則（PHASE）協議支持最大限度地簡化復雜性、軟件組件架構、最低權限原則、安全軟件和系統開發過程。

4）環保性。產品符合國家相關的環保標準和規定，包括產品是否含有毒、有害原材料，芯片是否含鉛、鎘，EMC輻射是否超標，須有嚴格的檢測和認證。必須認識到切實實施ISO/TS16949和ISO14001僅是一項基礎工作。

2我國汽車電子產業概況

市場化的經濟體制帶來了高效的資源配置，我國汽車電子產業在這10年間有了飛速的發展。在汽車產業高速發展的直接推動下，2012年我國汽車電子市場規模已逾2500億元，連續7年增長率超過30％。其原因除市場需求迅猛發展外，還有國家政策帶動、國際產業轉移和地區競爭的促進。但由于基礎研發工作薄弱，掌握的自主知識產權匱乏，產品在技術上還依附于國外，核心技術仍受制于人，至今沒有世界知名的汽車電子產品品牌和供應商。石油資源日趨緊缺，人們對環境保護的意識在不斷增強。國際上對汽車排放出臺了一系列嚴格的標準，加上人們對汽車的安全性、舒適性和使用壽命的要求越來越高，汽車電子也越來越復雜，進入汽車電子零部件行業的門檻就越來越高。我國汽車電子產業雖實現了持續快速發展，產業的技術水平、規模、機構都得到了大幅度的提升，但這產業鏈中的成就僅局限于加工制造。硬件方面，元器件集成芯片幾乎全從國外公司購買；軟件方面，從開發工具到核心軟件全由國外公司提供；生產方面，從貼片到出廠，從生產檢測設備到技術規范、標準，也依循國外企業。現狀是久負盛名的跨國芯片巨頭能針對特定的應用提供專用芯片及解決方案，使汽車電子產品開發周期縮短，質量有保障，成本較低。這樣更使我國目前幾乎所有汽車電子單元全是由芯片廠商提供設計，而我們只是二次開發。微電子行業基礎核心技術的薄弱是決定我國汽車電子產業在總體上受制于國際跨國公司的根本原因，必須徹底改變。

3汽車電子技術發展趨勢

1）總線化和中央電子控制單元向汽車電子的整體化、系統化邁出了革新的一步。各電子控制單元通過總線進行通信，傳輸當前狀態的信息，接受中央控制單元的指令并執行特定的功能，使車輛行駛功能控制達到最佳水平。總線化還使汽車制造核心技術由硬件逐漸向軟件過渡，由諳熟全程制造技術和掌握汽車各系統、各零部件原理功能的龍頭企業執掌制定切實可用通信協議的主動權。這就導致技術實力弱勢的中小企業只得依附強勢的大公司，促使行業兼并。

2）模塊化。電子技術和多領域高新技術進行系統集成化汽車零部件產品的構成，便于國際化采購和整車廠組裝。模塊化就是根據需求定制，完成所需的功能，以標準模塊的規格作大集成化的封裝，提高功效和可靠性，也簡化配套和整車制造工藝，有利于產品質量得到有效控制。結果將會使現在處于領先地位的行業寡頭逐漸成為系統集成商，電子零部件企業承擔的產品工作量越來越大，汽車零部件產業在汽車工業中的作用和地位更顯重要。

3）智能化。微控制器大量進入汽車電子各系統，帶來控制技術智能水平提高，性能更優越，控制成本更低。

4）規范化和高配普及化。新的汽車電子技術不斷涌現、不斷進步，但有些電子控制技術在汽車上實施還需歷經一段時間，才能在標準配置上被確認。例如，輪胎智能壓力監測系統（TPMS）與ABS、安全氣囊并稱為汽車3大安全系統。但目前，僅在奧迪A8、寶馬7系/5系、奔馳S/E系列等高端車型中作為標準配置。在高度重視汽車安全性的當下，輪胎壓力監測系統必然很快會成為所有汽車的標準配置。就如同ABS從出現到普及一樣，需要一個過程。

5）重視傳感器的研發。汽車電子技術的應用中無處不在的傳感器，在控制技術環節里作用至關重要，應受到充分的重視。我國在傳感器技術的演進發展和實踐中雖已有一定基礎性的成果，但因投入的研發資源遠遠不足，也顯得十分薄弱。必須與汽車電子的研發齊頭并進才能相得益彰。期望在“十二五”計劃期間，我國傳感器技術及產業迎頭趕上。

6）“云控制”技術。計算機技術和信息融合技術已經發展到了云時代。“云控制”技術由以往的局部信息處理到信息共享到現代的信息融合，已經完全突破了汽車“傳感器-避開障礙-目標-方向盤”的傳統固有模式，使實現“目標-方向盤”的自動駕駛成為可能。“云駕駛”將大大提高識別道路行駛目標的效能，同時降低燃油耗費，將使駕駛由低事故向高可靠轉變。