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電力電子技術(shù)在農業(yè)電氣化中的應用論文
現代農業(yè)的發(fā)展離不開(kāi)電氣化，為使農業(yè)電氣化能夠跟上社會(huì )發(fā)展的步伐，應將先進(jìn)技術(shù)應用于農業(yè)電氣化建設中，帶動(dòng)傳統農業(yè)向現代農業(yè)轉變，因此，電力電子技術(shù)被應用到農業(yè)電氣化中，顯著(zhù)提升了農業(yè)生產(chǎn)的高效和高品質(zhì)，同時(shí)也促進(jìn)了農業(yè)電氣化的發(fā)展。因此，文章從電力電子技術(shù)基本情況入手，重點(diǎn)研究電力電子技術(shù)在農業(yè)電氣化中的應用情況。
如今科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，與此同時(shí)，農業(yè)用電數量，用電概率都較之前有了很大的改善，并且，不光是在用電數量，而且用電的技術(shù)程度都有了很大的要求，為了提升我國的農業(yè)電氣化水平，節約資源，不僅要利用輸電技術(shù)來(lái)維持農業(yè)的電力需求，更要向自動(dòng)化、信息化以及數字化建設的方向發(fā)展[1]，所以，更加深入地利用先進(jìn)電力電子技術(shù)應用于農業(yè)電氣化中。
1 電力電子技術(shù)在農業(yè)電氣化中的應用現狀
“加快發(fā)展現代農業(yè)”是我國現代化進(jìn)程中的重大歷史任務(wù)，也是“十二五”規劃的一項重要任務(wù)，而農業(yè)的電氣化水平直接決定了現代農業(yè)的發(fā)展水平。農業(yè)電氣化是指在農業(yè)上對電能的應用，包括了農業(yè)生產(chǎn)和農村居民生活領(lǐng)域，農業(yè)生產(chǎn)上主要是電能的利用和農業(yè)生產(chǎn)的機械化和自動(dòng)化，而農村居民生活領(lǐng)域主要是電能的輸送、分配和利用。到目前為止，幾乎所有發(fā)達國家的都已實(shí)現了農業(yè)電氣化，但我國的農業(yè)電氣化水平還較低，各地區發(fā)展差距也較大。而決定我國農業(yè)電氣化發(fā)展水平的，就是電力電子技術(shù)的應用水平。
電力電子技術(shù)[2]是在電力領(lǐng)域使用的電子技術(shù)，是使用電力電子器件使弱點(diǎn)和強電接口。主要應用在對電能進(jìn)行變換和控制的領(lǐng)域。20世紀以來(lái)，隨著(zhù)電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，其應用范圍以擴展到工業(yè)、農業(yè)、交通、電力、通信、節能、家電、環(huán)保等多個(gè)領(lǐng)域。例如在在農業(yè)技術(shù)裝備中的應用提高了農業(yè)裝備的自動(dòng)化程度，使農業(yè)技術(shù)裝備實(shí)現了靈活可控。
2 電力電子技術(shù)在農業(yè)電網(wǎng)電能變換中的應用
在農村，用電大多采用從國家電網(wǎng)買(mǎi)電形式，這種形式費用高并且偏遠地區會(huì )出現缺電等問(wèn)題。我國農村有豐富的可再生資源，可以因地制宜采用分布式發(fā)電技術(shù)改善農村的用能條件。在水資源豐富的地區，可以采用水電發(fā)電;在風(fēng)能資源充足的地區，可以推廣使用小風(fēng)電;在太陽(yáng)光充足的地區，推廣使用光伏發(fā)電;也可以推廣風(fēng)光互補發(fā)電，并結合沼氣發(fā)電、生物質(zhì)能發(fā)電等[3]。采用電力電子技術(shù)的電力變換技術(shù)，來(lái)實(shí)現農業(yè)的電氣化。
2.1 AC/DC變換
AC/DC變換稱(chēng)為整流。由于風(fēng)速的隨機性，農業(yè)用微型風(fēng)力發(fā)電機發(fā)出來(lái)的電能為不穩定的交流電源，需要首先把它們通過(guò)AC/DC變換整流成直流電，然后再通過(guò)逆變技術(shù)變成標準的交流電。圖1為三相橋式整流電路。這種電路簡(jiǎn)單，容易得到直流電壓，但會(huì )產(chǎn)生嚴重的諧波污染，需接入濾波器等電力電子裝置濾除諧波。
2.2 DC/DC變換
DC/DC變換稱(chēng)為直流變換。太陽(yáng)能、水能、沼氣能、燃料電池等提供的電能為直流電壓，由于電壓等級低，所以需采用直流變換中的升壓電路升壓至合適的電壓等級(圖2為升壓變換電路)，然后再進(jìn)行逆變。另外，發(fā)電系統具有輸出功率變化響應慢的特點(diǎn)，如光伏發(fā)電系統和小水電發(fā)電系統響應時(shí)間在秒級，而燃料電池響應時(shí)間則更長(cháng)，甚至需要數分鐘，所以在負荷突變時(shí)，功率的輸入跟不上所需要的功率輸出，會(huì )出現有功功率不足的現象;另外，光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電由于陽(yáng)光和風(fēng)速的隨機性而具有波動(dòng)性大的特點(diǎn)，所以需要在系統中加入儲能單元，在發(fā)電量多時(shí)儲存電能，在發(fā)電量少時(shí)調用所儲存的電能，儲能單元可以選擇蓄電池等，當使用蓄電池里的電能時(shí)，需要采用升壓電路使蓄電池放電，升壓電路將蓄電池電壓升壓至母線(xiàn)電壓，以供給負荷使用;反之當母線(xiàn)電壓過(guò)高時(shí)，需要采用降壓電路降壓對儲能單元充電，所以?xún)δ軉卧ǔ２捎秒p向DC/DC電路進(jìn)行充放電。
2.3 DC/AC變換
DC/AC變換稱(chēng)為逆變。通過(guò)上文所述的整流或直流變換技術(shù)，都是把電源變換到合適電壓等級的直流電，而農業(yè)裝備中使用的電動(dòng)機、農業(yè)生產(chǎn)所需要的照明電源等都需要的是標準的正弦交流電，所以需要采用如圖3所示的逆變電路把直流電變換為標準的交流電，以供給負荷，或者將余電并網(wǎng)。
3 電力電子技術(shù)在農業(yè)技術(shù)裝備中的應用
以電力電子技術(shù)為基礎的裝置有開(kāi)關(guān)電源、軟開(kāi)關(guān)、有源功率因數校正、不間斷電源、靜止無(wú)功補償裝置、變頻調速裝置等，這些裝置在農業(yè)裝備技術(shù)中有著(zhù)廣泛的應用。隨著(zhù)電力電子技術(shù)的發(fā)展，使農業(yè)裝備發(fā)展迅速。
3.1 農業(yè)灌溉中的變頻水泵
傳統的農業(yè)滴灌中所使用的水泵采用的電動(dòng)機基本上是不可調速的電動(dòng)機，水泵在工作時(shí)，電動(dòng)機在一定轉速下運行，這種電動(dòng)機不能通過(guò)調速來(lái)調節滴灌量的多少，而只能通過(guò)調節多個(gè)閥門(mén)的開(kāi)關(guān)以滿(mǎn)足灌溉流量的需要，在需要小流量滴灌時(shí)，電動(dòng)機的大部分能量都消耗在閥門(mén)上，浪費很大，因此需要根據需要來(lái)控制滴灌的流量。而采用電力電子變頻器進(jìn)行頻率變換而進(jìn)一步達到調速的目的，可以控制滴灌流量，大約能節約30%的電能，同時(shí)可以實(shí)現滴灌過(guò)程的自動(dòng)化，形成無(wú)人值守的現代農業(yè)灌溉系統[4]。
3.2 精準施肥機
精準施肥技術(shù)可以減少肥料的使用，降低對環(huán)境的污染，優(yōu)化農業(yè)生產(chǎn)，以獲得最高的產(chǎn)量和最大的經(jīng)濟效益。精準施肥機基于脈寬調制(PWM)技術(shù)，能夠因地制宜，實(shí)現肥料播撒隨農業(yè)機械的行駛速度自動(dòng)調節，并且可以在施肥過(guò)程中根據實(shí)際需要改變施肥量，也可結合采樣技術(shù)、導航技術(shù)等進(jìn)行施肥，達到精準施肥的目的。
3.3 計算機節能開(kāi)關(guān)電源
計算機現在已深入到生活的方方面面，在農業(yè)中計算機的利用也得到了迅速的發(fā)展。發(fā)達國家的農業(yè)科技人員，已利用計算機控制技術(shù)代替人力來(lái)管理農田，例如控制農田的滴灌、噴灌、施肥和人工智能化的田間管理，實(shí)現了農業(yè)的現代化。計算機并不是無(wú)時(shí)無(wú)刻地在工作，而是在需要時(shí)發(fā)出控制指令，如果長(cháng)期處于運行狀態(tài)會(huì )使得耗電量大大增加，由此推動(dòng)了計算機全面采用了數字開(kāi)關(guān)電源，在睡眠狀態(tài)下的耗電量只有30瓦甚至更低。
3.4 高壓變頻農業(yè)清選機
高壓變頻農業(yè)清選機采用了電力電子技術(shù)中的高壓交流變頻調速技術(shù)，其調速方式以效率高，調速范圍寬并且可以實(shí)現無(wú)級調速，應用范圍廣、易于操作，安全性能高等眾多有點(diǎn)，超過(guò)任何一種調速方式，在農業(yè)清選機中廣泛應用。農業(yè)清選機中應用了高壓變頻調速電機后，降低了運行成本，實(shí)現了自動(dòng)調控，也使電動(dòng)機轉動(dòng)造成的環(huán)境噪音大大的降低。
4 結束語(yǔ)
農業(yè)現代化是我國現階段重要任務(wù)之一，農業(yè)電氣化已成為改善農民生活水平的重要手段。電力電子技術(shù)作為一種高新技術(shù)為農業(yè)電氣化的發(fā)展提供了很好的支撐，隨著(zhù)新的電力電子元器件的研發(fā)及現代計算機、控制技術(shù)的迅速發(fā)展，應用領(lǐng)域更加廣泛，應用性能也越來(lái)越完善。新的大功率電力電子器件的研發(fā)和應用必將為農業(yè)電氣化的發(fā)展提供更加廣闊的應用前景。因此，應注重電力電子技術(shù)在農業(yè)電氣化中的應用。
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