第一篇：碳化硅功率器件的發展現狀及其在電力系統中的應用展望

碳化硅功率器件的發展現狀及其在電力系統中的應用展望

摘要：碳化硅作為一種寬禁帶材料，具有高擊穿場強、高飽和電子漂移速率、高熱導率等優點，可以實現高壓、大功率、高頻、高溫應用的新型功率半導體器件。該文對碳化硅功率半導體器件的最新發展進行回顧，包括碳化硅功率二極管、MOSFET、IGBT，并對其在電力系統的應用現狀與前景進行展望。

關鍵詞：碳化硅；功率器件；電力系統

引言

理想的半導體功率器件，應當具有這樣的靜態和動態特性：在阻斷狀態，能承受高電壓；在導通狀態，具有高的電流密度和低的導通壓降；在開關狀態和轉換時，具有短的開、關時間，能承受高的di/dt 和du/dt，具有低的開關損耗，并具有全控功能。半個多世紀以來（自20世紀50年代硅晶閘管的問世），半導體功率器件的研究工作者為實現上述理想的器件做出了不懈的努力，并已取得了世人矚目的成就。各類硅基功率半導體器件（功率二極管、VDMOS、IGBT、IGCT等）被成功制造和應用，促使各種新型大功率裝置成功地應用于各種工業電源、電機驅動、電力牽引、電能質量控制、可再生能源發電、分布式發電、國防和前沿科學技術等領域。

然而由于在電壓、功率耐量等方面的限制，這些硅基大功率器件在現代高性能電力電子裝置中（要求具有變流、變頻和調相能力；快速的響應性能~ms；利用極小的功率控制極大功率；變流器體積小、重量輕等）不得不采用器件串、并聯技術和復雜的電路拓撲來達到實際應用的要求，導致裝置的故障率和成本大大增加，制約了現代電力系統的進一步發展。

近年來，作為新型的寬禁帶半導體材料——碳化硅（SiC），因其出色的物理及電特性，正越來越受到產業界的廣泛關注。碳化硅功率器件的重要優勢在于具有高壓(達數萬伏)、高溫(大于500℃)特性，突破了硅基功率器件電壓(數kV)和溫度(小于150℃)限制所導致的嚴重系統局限性。隨著碳化硅材料技術的進步，各種碳化硅功率器件被研發出來，如碳化硅功率二極管、MOSFET、IGBT等，由于受成本、產量以及可靠性的影響，碳化硅功率器件率先在低壓領域實現了產業化，目前的商業產品電壓等級在600~1700V。近兩年來，隨著技術的進步，高壓碳化硅器件已經問世，如19.5kV的碳化硅二極管[1]，10kV的碳化硅MOSFET[2]和13~15kV[3-4]碳化硅IGBT等，并持續在替代傳統硅基功率器件的道路上取得進步。這些碳化硅功率器件的成功研發帶來了半導體功率器件性能的飛躍提升，引發了新一輪技術革命，必將在眾多應用領域，如電力系統中的高壓領域產生深遠的影響。碳化硅材料及功率器件進展

2.1 碳化硅材料

在體單晶材料方面，SiC單晶襯底已經商品化。目前國際上已有76.2 mm和101.6 mm的SiC拋光襯底材料出售，具有批量生產能力的公司超過十家。高功率SiC器件的芯片面積很大(單胞面積> 1cm)，需要大尺寸和低缺陷的襯底材料，尤其需要很低的微管缺陷密度。在這種需要的激勵之下并經過長期的技術積累，困擾SiC單晶生長的微管缺陷控制技術也在2004年獲得突破。如日本Toyata公司采用“重復a面”(repeated a-face：RAF)生長技術，實現了50.8mm SiC單晶的無微管生長，同時也將位錯密度降低到250/cm2以下[5]。2005年美國Intrinsic公司也獲得了零微管(Zero Micropipe，簡稱ZMP)的SiC單晶技術，并于2006年生長出無微管的76.2 mm SiC襯底材料。在并購了Intrinsic公司獲得零微管技術后，Cree公司直徑101.6 mm的4H-SiC導通襯底的微管密度最低達0.1/cm2，甚至零微管，使得用于制作面積為1cm2的功率器件能夠實現90%以上的器件成品率。

外延材料方面，SiC外延生長設備的規模也不斷增大，能夠同時生長多片大尺寸的SiC外延。例如瑞典Epigress公司的VP2800HW型熱壁式SiC外延生長系統能夠同時生長10片101.6 mm高質量SiC外延，為了把SiC功率器件抵抗電壓提高到10 kV，SiC外延的厚度要達到100μ m。在SiC外延研究中，一個重要指標是外延層少子壽命。少子壽命不僅反映了深能級密度和材料缺陷密度等重要外延參數，而且直接決定了高功率SiC器件的通流能力。據理論研究，20kV SiC器件中少子壽命應在10s以上，否則通流能力很弱。目前日本NEDO公司利用垂直型外延爐實現了高質量的厚達28μm的外延，在50.8 mm上取得了少子壽命分布圖，其平均值為1s[6]。SiC外延技術研究的另一個重要問題是4°偏軸4H-SiC襯底上的高質量外延生長。4°偏軸襯底憑借其成本優勢逐漸成為大尺寸4H-SiC的主流，但與8°偏軸相比小角度偏軸襯底上外延生長的難度較高，臺階聚并(step-bunching)現象嚴重，導致出現表面形貌差、缺陷密度高以及外延材料均勻性不好等問題。美國Cree公司通過改進生長條件和生長步驟獲得了101.6 mm 4°偏軸4H-SiC襯底上理想的外延生長工藝，缺陷密度只有2/cm2。這些外延材料參數可滿足SiC器件研究和批量生產的要求[7]。2.2 碳化硅功率二極管

碳化硅功率二極管有3種類型：肖特基二極管(Schottky barrier diode，SBD)、PIN 二極管和結勢壘控制肖特基二極管(junction barrier Schottky，JBS)。在5kV阻斷電壓以下的范圍，碳化硅結勢壘肖特基二極管是較好的選擇。JBS二極管結合了肖特基二極管所擁有的出色的開關特性和PIN結二極管所擁有的低漏電流的特點。把JBS二極管結構參數和制造工藝稍作調整就可以形成混合PIN-肖特基結二極管(merged PIN Schottky，MPS)。由于碳化硅二極管基本工作在單極型狀態下，反向恢復電荷量基本為零，可以大幅度地減少二極管反向恢復引起的自身瞬態損耗以及相關的IGBT 開通瞬態損耗，非常適用于開關頻率較高的電路。

PIN結二極管在4~5kV或者以上的電壓時具有優勢，由于其內部的電導調制作用而呈現出較低的導通電阻，使得它比較適用于高電壓應用場合。有文獻報道阻斷電壓為14.9和19.5kV的超高壓PIN二極管，其正向和反向導通特性如圖1所示，在電流密度為100 A/cm2時，其正向壓降分別僅為4.4和6.5V[1]。這種高壓的PIN二極管在電力系統，特別是高壓直流輸電領域具有潛在的應用價值。2.3 碳化硅MOSFET器件

功率MOSFET具有理想的柵極絕緣特性、高速的開關性能、低導通電阻和高穩定性，在硅基器件中，功率MOSFET獲得巨大成功。同樣，碳化硅MOSFE也是最受矚目的碳化硅功率開關器件，其最明顯的優點是，驅動電路非常簡單及與現有的功率器件(硅功率MOSFET和IGBT)驅動電路的兼容性。碳化硅功率MOSFET面臨的兩個主要挑戰是柵氧層的長期可靠性問題和溝道電阻問題。

圖1 超高壓 SiC PIN二極管

圖2 10kV SiC MOSFET與SiC IGBT正向阻斷特性

圖3 柵氧層可靠性的改進

隨著碳化硅MOSFET 技術的進步，高性能的碳化硅MOSFET也被研發出來，已有研究結果報道了具有較大的電壓電流能力的碳化硅MOSFET器件。三菱公司報道的1.2kV碳化硅MOSFET器件的導通比電阻為5mΩ·cm，比硅基的CoolMOS的性能指數好15~20倍。美國Cree公司報道了8.1mm×8.1mm、阻斷電壓10 kV、電流20 A的碳化硅MOSFET芯片，其正向阻斷特性如圖2所示。通過并聯這樣的芯片得到的模塊可以具備100 A的電流傳輸能力[3]。該器件在20 V的柵壓下的通態比電阻為127 mΩ·cm2，同時具有較好的高溫特性，在200 ℃條件下，零柵壓時可以實現阻斷10 kV電壓。

在碳化硅MOSFET 的可靠性研究方面，有研究報道了在350 ℃下碳化硅柵氧層具有良好的可靠性[8]。如圖3所示，20 年以來碳化硅MOSFET 柵氧層的可靠性得到明顯提高。這些研究結果表明，柵氧層將有望不再是碳化硅MOSFET 的一個瓶頸。

2.4 碳化硅IGBT 在高壓領域，碳化硅IGBT器件將具有明顯的優勢。由于受到工藝技術的制約，碳化硅IGBT的起步較晚，高壓碳化硅IGBT面臨兩個挑戰：第一個挑戰與碳化硅MOSFET器件相同，溝道缺陷導致的可靠性以及低電子遷移率問題；第二個挑戰是N型IGBT需要P型襯底，而P 型襯底的電阻率比N 型襯底的電阻率高50倍。因此，1999 年制成的第一個IGBT 采用了P 型襯底。經過多年的研發，逐步克服了P 型襯底的電阻問題，2008 年報道了13 kV的N溝道碳化硅IGBT器件，比導通電阻達到22mΩ·cm2[3]。圖4對15kV的N-IGBT和MOSFET 的正向導通能力做了一個比較[4]，結果顯示，在結溫為300 K時，在芯片功耗密度為200 W/cm2 以下的條件下，MOSFET可以獲得更大的電流密度，而在更高的功耗密度條件下，IGBT可以獲得更大的電流密度。但是在結溫為127℃時，IGBT在功耗密度為50 W/cm2以上的條件下就能夠導通比MOSFET更高的電流密度。同一年，該團隊還報道了阻斷電壓達到12kV的P溝道碳化硅IGBT，導通比電阻達到14mΩ·cm2[8]。新型高溫高壓碳化硅IGBT器件將對大功率應用，特別是電力系統的應用產生重大的影響。在15kV以上的應

2用領域，碳化硅IGBT綜合了功耗低和開關速度快的特點，相對于碳化硅的MOSFET以及硅基的IGBT、晶閘管等器件具有顯著的技術優勢，特別適用于高壓電力系統應用領域。碳化硅功率器件在電力系統中的應用展望

3.1 固態變壓器

隨著分布式發電系統、智能電網技術以及可再生能源的發展，固態變壓器作為其中的關鍵技術受到廣泛關注。固態變壓器是一種以電力電子技術為核心的變電裝置，它通過電力電子變流器和高頻變壓器實現電力系統中的電壓變換和能量傳遞及控制，以取代電力系統中的傳統的工頻變壓器。與傳統變壓器相比，具有體積小、重量輕等優點，同時具有傳統變壓器所不具備的諸多優點，包括供電質量高、功率因數高、自動限流、具備無功補償能力、頻率變換、輸出相數變換以及便于自動監控等優點。固態變壓器的輸入側電壓等級非常高，一般在數千至數萬伏，目前多采用拓撲或器件串聯的方式，結構較為復雜。圖5所示為10kVA的固態變壓器示意圖[9]。新興的碳化硅電力電子器件，特別是15kV以上碳化硅MOSFET、IGBT的出現，將有利于固態變壓器的結構簡化及可靠性提升。

圖4 15kV SiC IGBT和MOSFET導通特性對比

圖5 10kVA的固態變壓器示意圖

3.2 柔性交流輸電系統

柔性交流輸電系統（FACTS）是指電力電子技術與現代控制技術結合，以實現對交流輸電系統電壓、相位角、品質、功率潮流的連續調節控制，從而大幅度提高輸電線路輸送能力和提高電力系統穩定水平，降低輸電損耗。FACTS技術主要采用晶閘管、GTO、IGBT等器件，由于硅器件自身物理限制，致使更高電壓等級或者更高功率等級的FACTS控制器在實際應用中受到制約。碳化硅功率器件固有的高耐壓特性，隨著其器件水平的不斷發展，在FACTS技術中必然越來越受到重視。

3.3 直流輸電技術

輕型直流輸電技術是在高壓直流輸電的基礎上發展起來的一項新技術，其特點是直流輸電兩端變流器采用可關斷器件構成電壓源逆變器，不存在換相失敗、受端系統必須提供無功容量的問題，而且可以省去換流變壓器，簡化換流站結構。受制于可關斷硅器件水平的制約，其輸電容量通常較小。圖6是輕型直流輸電中

圖6 由IGBT構成的電壓源型換流器單相圖

由IGBT構成的電壓源型換流器[10]，利用脈寬調制(pulse width modulation，PWM)技術進行無源逆變，不但可以向無交流電源的負荷點送電，在特殊情況下也可以提供無功功率。

隨著碳化硅MOSFET/IGBT 等器件性能、電壓等級和功率等級的提高，碳化硅電力電子器件在輕型直流輸電系統中的應用，有望進一步提高其輸電容量及適用電壓等級，為輕型直流輸電的應用拓展帶來新的機遇。

總結

在當前節能減排的重大國際發展趨勢下，對于碳化硅功率器件而言，其優勢明顯。可以預見，新型高壓大容量碳化硅功率器件將在高壓電力系統中開辟出全新的應用，對電力系統的發展和變革產生持續的重大影響。

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第二篇：超導材料在電力系統中的應用前景展望

超導材料在電力系統中的應用前景展望

摘要：

超導的發現是20世紀物理學的一項偉大成果。文章主要闡述了超導現象，超導材料的研究和發展以及在電力系統方面的應用優勢和進展，并做了前景展望。

關鍵詞：

超導材料；超導電纜；超導發電機；超導電動機。Abstract:

The discovery of superconductivity is a great achievement of 20th century in physics.The article mainly describes the phenomenon of superconductivity, the research and development of the superconducting materials as well as in Electric Power System strengths and progress, and outlook.Keywords: superconducting material;superconducting cable;superconducting generators;superconducting electrical motor.超導的誕生和發展

1911年，荷蘭科學家卡麥林·昂尼斯用液氦冷卻汞，當溫度下降到4.2K（﹣268.95℃）時，汞的電阻變為零，這種現象被稱為超導現象，電阻為零時的溫度稱為臨界溫度。為了證實超導體的電阻為零，科學家將一個鉛制圓環放入溫度低于7.2K（﹣265.95℃）的空間，利用電磁感應在鉛制圓環內激發起感應電流。結果發現，環內電流能持續下去，從1954年3月16日始，到1956年9月5日止，在兩年半的時間內的電流一直沒有衰減，這說明圓環內的電能沒有損失，這就是著名的昂尼斯持久電流實驗。這一實驗極大的激發了科學家們的研究熱情，國際上也對超導技術在電力方面的應用給予了極大的關注，開展了一系列可行性論證和一定規模的研究，但由于技術上和經濟上的原因，這方面的應用研究都沒能實現預期的目標。隨著不斷的實驗，超導合金的出現使超導材料的臨界溫度也不斷提高。

1986年瑞士繆勒和柏諾茲發現了一種成分為鋇、鑭、銅、氧的陶瓷性金屬氧化物（La-Ba-Cu-O系氧化物）具有高于30K（﹣243.15℃）的約為35K的超導性。由于陶瓷性金屬氧化物通常是絕緣物質，因此這個發現的意義非常重大，繆勒和柏諾茲因此而榮獲了1987諾貝爾物理學獎。此后，新的研究成果如雨后春筍般大量出現，出現了研究和發現的高潮。到了1987年底，臨界溫度達到125K（﹣148.15℃），短短一年多的時間臨界溫度幾乎提高了100K。

從此超導材料的研究方向朝向高溫超導材料發展，當然，高溫是相對于低溫而言，即使是高溫，依然遠低于冰點。所以在實際應用中超導材料需要制冷等操作，大大提高了成本，也使得超導材料不能大量應用。

超導材料在電力系統的應用

美國物理學家波恩特?特奧?馬梯阿斯指出：“電能的輸送是超導體最重要的應用之一。”發電站輸出電能常用鋁線和銅線。由于電阻的存在一部分電力在輸出過程中轉變為熱能而消失，存在著嚴重的損耗。而利用超導材料輸電，由于導線電阻消失，線路損耗也就降為零，用超導材料可制高效率大容量的動力電纜，并且可減少導體的需求量，節約大量有色金屬資源。

由于超導材料有零電阻的性質，所以科學家想到把其應用到電力系統中，這樣可以大大減少電能的熱損耗，節約很大一部分電能。據統計，目前的銅或鋁導線輸電，約有15%的電能損耗在輸電線路上，單單是在中國，每年的電力損失即達1000多億度。若改為超導電纜輸電，節省的電能相當于新建數十個大型發電廠。

在電力領域，利用超導線圈磁體還可以將發電機的磁場強度提高到5萬～6萬高斯，并且幾乎沒有能量損失，這種發電機便是交流超導發電機。超導發電機的單機發電容量比常規發電機提高5～10倍，達1萬兆瓦，而體積卻減少1/2，整機重量減輕1/3，發電效率提高50%。超導發電機的另一個突出特點是有利于改善系統的穩定性。一般來說，發電機的電抗越小，系統就越穩定。超導發電機的電抗大約只有普通發電機的l／4左右，因此在系統電抗相對較小時，系統的穩定極限增加了約4倍。

另外，在2012年4月12日，中國船舶重工集團公司第七一二研究所研制的兆瓦級高溫超導電機實現滿負載穩定運行，標志著我國首臺兆瓦級高溫超導電機研制成功。該電機具有完全自主知識產權，達到世界先進水平，對我國超導電機的戰略發展具有里程碑意義。今后，該所將著力進行大容量高溫超導電機的實用化研究，預計到2020年前進入工程研制，逐步將高溫超導電機技術推廣運用到電氣傳動和發電領域，實現該領域的新變革。

超導材料的前景展望

綜上所述，在電力系統中采用超導技術可增加電網的輸送容量、降低電能損耗、提高電力系統運行的可靠性和穩定性、有利于保護環境．具有廣闊的應用前景。現在超導電纜，超導發電機和超導電動機的研制都取得了重大進展，超導技術在電力系統中大規模應用的想法正在不斷成為現實。我國的電力科技發展必須緊跟世界電力科技發展的步伐，要加強對超導電纜，超導發電機和超導電動機等可改善電網運行參數、有利于系統穩定且結構相對簡單的超導電力設備的研制開發工作，爭取在超導材料的研究開發、超導設備的結構設計、降低成本、經濟運行等方面取得突破。

參考文獻：

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第三篇：Gis在電力系統中的應用

GIS在電力系統中的應用

GIS的簡介和功能

GIS即地理信息系統(GIS, Geographic Information System)是一種基于計算機的工具，它可以對在地球上存在的東西和發生的事件進行成圖和分析。GIS 技術把地圖這種獨特的視覺化效果和地理分析功能與一般的數據庫操作（例如查詢和統計分析等）集成在一起。這種能力使 GIS與其他信息系統相區別，從而使其在廣泛的公眾和個人企事業單位中解釋事件、預測結果、規劃戰略等中具有實用價值。地圖制作和地理分析已不是新鮮事，但GIS執行這些任務比傳統的手工方法更好更快。而且，在GIS技術出現之前，只有很少的人具有利用地理信息來幫助做出決定和解決問題的能力。電力GIS是將電力企業的電力設備、變電站、輸配電網絡、電力用戶與電力負荷和生產及管理等核心業務連接形成電力信息化的生產管理的綜合信息系統。它提供的電力設備設施信息、電網運行狀態信息、電力技術信息、生產管理信息、電力市場信息與山川、河流、地勢、城鎮、公路街道、樓群，以及氣象、水文、地質、資源等自然環境信息集中于統一系統中。通過GIS可查詢有關數據、圖片、圖象、地圖、技術資料、管理知識等。

一、GIS特點

1、開放性

具有開放式環境及很強的可擴充性和可連接性。GIS技術支持多種數據庫管理系統，如 ORACLE、SYBASE、SQLSERVER等大型數據庫；運行多種編程語言和開發工具；支持各類操作系統平臺；為各應用系統，如SCADA、EMS、CRM、ERP、MIS、OA等提供標準化接口；可嵌入非專用編程環境。

2、先進性

GIS平臺采用與世界同步的計算機圖形技術、數據庫技術、網絡技術以及地理信息處理技術。系統設計采用目前最新技術，支持遠程數據和圖紙查詢，利用系統提供的強大圖表輸出功能，可以直接打印地圖、統計報表、各類數據等。可分層控制圖紙、無級縮放、支持漫游、直接選擇定位等功能。系統具備完善的測量工具，現場勘查數據，線路桿塔等設備的初步設計，并可直接進行線路設備遷移與相關計算等，實現線路輔助設計與設備檔案修改。具有線路的方位或區域分析判斷功能，為用戶提供可靠的輔助決策，綜合統計分析，為管理決策人員提供依據。特別是把可視化技術和移動辦公技術納入GIS系統的總體設計范圍。地圖精度高，省級地圖的比例尺達到1：10000或1：5000，市級地圖比例尺達到1：1000或1：500，地圖能分層顯示山川、水系、道路、建筑物、行政區域等。

3、發展性

具有很強的可擴充性和可連接性。在應用開發過程中，考慮系統成功后進一步發展，包括維護性擴展功能和與其它應用系統的街接與整合的方便。開發工具一般采用J2EE、XML等。

二、電力GIS特點

電力GIS除具備GIS的基本特點外還具備如下特點：

1、電力系統運行參數實時性及信息的動態變化性，需要對瞬間信息及時收集、處理和分析。電力GIS對數據處理、存儲容量和傳輸速度均有較高的要求。

2、電網的多屬性數據要求GIS具備足夠的穩定性和可靠性。根據電力行業技術標準及電力企業業務需求，系統具有良好的可維護性。電力GIS能夠實現數據的一次輸入和多次輸出，以保證數據的一致性操作，實現數據的統一管理和多層保護等，構建高可靠性和高準確性的業務系統。

3、電力系統是一個龐大復雜系統，電力網的廣域性和電力設施的分散性及設備的多樣性，實時信息量大，系統接口復雜，信息的覆蓋面廣，電網的各種電壓等級及多用戶連接等需要GIS具備拓撲分析和轉換能力。

4、電力GIS的單機工作站方式已經落后，且不適合電力企業信息系統實際需要。電力行業目前應用的GIS平臺安裝在局域網環境下，在網絡的應用和開發上整合信息，實現資源共享。

5、電力GIS具備安全保護的特點，電網設備的高精確度測量的經緯度坐標數據是國家基礎信息資源，是國家安全的信息。

三、GIS在電力行業的應用

1、面向對象的數據建模，具有建模規則庫、電網圖的編輯及輸出工具。電力GIS平臺包括基本構件層、系統環境層、數據庫連接層、圖形與數據接口工具層、應用系統層等。分層建立各種數據模型，并建立各層的連接關系。建立地理層信息與設備信息的拓撲和映射關系。電力GIS支持多空間同屏顯示和多空間關聯建模、多空間索引。

2、支持多種圖形處理與管理，實現數據的多層映射，多維空間映射，提供完整、準確的地圖信息、高精度圖片、準確的技術參數，標尺準確，高精確度桿塔位置，按用戶需要自動生成專用地圖。

3、數據搜索快捷、線路圖表查詢準確和統計功能齊全。電力GIS實現電網數字化描述，其目的是能對電網實現快速查詢，及時掌握電網運行狀態，快速診斷電網故障，提高處理事故能力，保證電網運行質量以及提高用戶服務質量。GIS可對圖形數據、可執行圖形和屬性數據的嵌套操作與映射查詢關系運算；根據電力系統提供的配電設備的圖形、屬性信息與地理位置、地形數據、環境數據、線路走向數據、線路設備歷史檔案和即時信息，對線路設計方案、施工方案、搶修和停電措施提供決策依據及輔助決策。

4、電力GIS能夠實現與電網調度自動化系統、電力用戶關系管理系統、電力營銷系統、電力市場管理系統等應用系統共享相關信息。支持多種管理應用系統的連接，其中包括與企業的MIS系統融為一體。GIS系統中的設備管理對其生命周期實行全過程跟蹤，包括對設備信息的查詢、屬性數據的修改、設備的維修信息管理等。

5、電力GIS對信息庫進行安全保護，制定管理與使用的安全保密措施和機制，包括內外網絡的隔離、重要電力設施電子地圖和設備信息數據庫的保護等。安全措施在系統總體設計與建設中充分考慮，并嚴格實施，對應用系統的數據實現多層安全保護，設置用戶權限以保證系統資源共享下的安全，使系統能在可靠安全的環境下運行。

電力系統所管轄的電網線路和設施分布在廣闊的地域上，因此就很需要有GIS來為其所用。電力信息系統與其它信息系統不同之處在于它需要在數據庫中記錄地理信息，而且有兩種類型的地理信息：電力設施的詳細位置信息和設施之間的空間關系信息。

GIS系統是通過GIS技術對電力系統基礎數據進行計算機管理，能夠在地理背景圖上管理配電網圖形資料和非圖形參數，真實反映電網線路的實際走向、各種電力設備的地理位置、對所屬電力用戶的供電方式等各種信息，并結合DMS中實時控制和離線應用，在地理背景圖上顯示電力系統實際運行狀況。

通過GIS軟件技術對配電網基礎數據進行計算機管理，把GIS系統中實時控制和離線應用有機結合，形成一個具有空間概念（地理環境信息）和基礎信息（電網資料和用戶資料）的分層管理數據庫，既能方便地進行查詢和管理，為配電網運行管理提供一個有效的、具有地理信息的網絡模型，又為GIS系統提供基礎數據庫平臺，支持系統許多應用軟件的開發和其他功能的實現，如故障投訴管理、配網工作（設計、施工和檢修）管理、用電營業管理系統等。

電力客戶服務中心系統“95598”，用于處理用電客戶進行故障報修、投訴舉報、咨詢登記、信息查詢等業務，對于用戶來說，更多的是進行用戶用電的故障報修，信息員可以根據用戶提供的地點，從GIS系統中通過相關操作查詢與之相對應的用戶桿號，然后通過座席系統Agent下發派工單到配電搶修班或其他相關部門，指揮搶修車輛達到現場進行維修，再由搶修相關人員將現場故障情況及處理結果及時反饋給客戶服務中心。

配電GIS與電力客戶服務中心系統“95598”相結合，可以快速、準確的根據用戶的故障投訴電話判斷發生故障的地點、搶修隊伍目前所處位置、及時派出搶修人員，縮短停電時間。近幾年，電力系統相繼開發建設了一大批GIS應用系統。如大連供電公司配電地理信息系統，長春供電公司用電GIS綜合管理系統，南昌供電局SCZDA/AM/FM/GIS自動化主站系統，貴陽南區供電局配網地理系統，甘肅送變電工程公司輸電管理地理信息系統等。下面介紹在系統運行管理方面

GIS在電力系統運行管理方面的應用

1、北京供電公司配電生產管理信息系統自2002年1月在北京供電公司、海淀、朝陽、豐臺、石景山供電分公司和電纜管理處等單位安裝以來，運行穩定，很大程度上提高了公司管理水平和工作效率。

2、山西省電力公司和山西晉城供電分公司2002年12月開始實施的“基于空間信息的電網綜合管理系統”實現了山西電網的全面統一管理。

3、江蘇省電力公司信息中心，積極推進電力GIS的應用和研究，把輸電管理系統、調度管理信息系統、客戶服務系統建立在GIS平臺上。

4、上海滬西供電所通過電力GIS搭建數字電網實時系統，監控轄區內150萬用戶的用電狀態，改革供電服務業務方式，通過GPS衛星定位系統準確定位，對電力線路實施維護。從電力輸電預警系統分析線路運行故障，向班組發布搶修指令。利用GIS系統輸出出事現場電路設備信息和接線分布圖，為搶修車趕赴現場的工程人員提供準確的設備和線路信息。

GIS為電力信息化建設做出了巨大貢獻，對電力行業的發展起到了積極促進作用，但同時應當看到我國電力GIS與國外先進水平還有很大差距。美國在20世紀90年代初就提出了“數字地球”的概念，而我國的地理信息系統才剛剛發展幾年。相信我國電力GIS的應用空間和應用深度還很大，相信通過我們的努力會將電力GIS的水平提高到一個新的高度，電力GIS在不久的將來會到達光輝的頂點。參考文獻：

1.《大連供電公司配電地理信息系統-查詢版操作手冊》，深圳市雅都軟件股份有限公司，2004年9月出版

2.《配電GIS戶外數據采集系統的建設與思考》，袁晨 趙曉純，2006年12月發表

3.《手持GPS在配網地理信息系統的應用》，農村電氣化，2007年第4期

作者介紹：

第四篇：關于光纖通訊在電力系統中的應用

光纖通訊技術在電力系統中的應用

【摘 要】隨著經濟的不斷發展，各行各業對電力的需求越來越大，要求電力系統不斷應用新材料、新技術，提高服務質量。光纖通信具有電絕緣性能高、抗干擾能力強、容量大、傳輸質量高等優點，提高了電力通信能力，成為電力系統的重要技術和信息的主要運輸方式。

【關鍵詞】光纖通訊技術；電力系統；應用

電力通信承載著數據、語音、寬帶、IP 等常規業務，是電力系統重要而關鍵的組成部分。電力通信的安全保障與工作效率的提升對整個電信系統的高效、安全運行起著重要的作用。在電力系統中應用光纖通信技術，就可以實現系統的高效、安全和穩定運行。而且，隨著光纖通信技術的不斷進步，能夠促進電信通信行業的快速發展。

1光纖通訊技術

光纖通訊技術是光導纖維通訊技術的簡稱，就是利用光導纖維傳輸信號、實現信息傳遞的一種通信方式。光纖由纖芯、包層和涂層組成，內芯非常細，包層對纖芯起保護作用，涂層的作用就是增加光纖的韌性，達到保護光纖的目的。光纖通訊傳輸的介質是光纖，在電力信息傳輸過程中，系統中所采用的光纖不是單獨的一根，而是由許多單根光纖組合在一起，完成信息的傳遞。從技術上分析，光纖通訊技術主要包括以下幾個過程：

（1）發射信號。就是使用特定波長的激光器并采用密集波分復用技術發射信號的過程。在這個過程中，要求有足夠大的帶寬，能夠保證光源輸出波長的相對穩定，從而避免了浪費，降低了運行成本。

（2）合波。在信號傳輸之前，使用波分復用器對信號進行結合，這一過程主要包括輸入波導過程、耦合波導過程、陣列波導過程以及最后的輸出波導過程。

（3）放大信號。就是應用專用設備對信號進行放大。通過放大的信號，便于傳輸，便于接收，有利于整個光纖傳輸系統靈活、高效和穩定運行。

（4）分離有效信號。就是按照有效原則，對原來合成一組的光信號進行精確分離的過程。經過分離后的信號，分別與相對應的耦合器進行耦合。

（5）接受有效信號。有效信號經過解復用過程，再經過濾波器，然后傳送到接收器中，完成一級傳輸，并根據實際情況進行下一級傳輸。

2光纖通訊技術用于電力系統的優點

相對于其他材料和技術，光纖用于電力系統的通信有明顯的技術優勢：

（1）通信容量大。相對于電纜或銅線，光纖有較大的傳輸帶寬，光纖通信的容量要比微波通信大幾十倍，光纖的傳輸帶寬比銅線或電纜大得多。電力系統的信息傳輸具有單個信息量小、總數據量大的特點，而且對信息傳輸的準確性要求較高。采用光纖通訊技術可以實現每一路信號都由特定的波長進行傳送，大大提升了傳輸的準確性。光纖通信具有的這種容量大和傳輸距離遠等優勢是其它傳輸介質所不能企及的。

（2）損耗低，中繼距離長。在電力通信系統應用中，應用的光纖通常為石英光纖。石英光纖的傳輸損耗小，比其它任何傳輸介質的損耗都低。從中繼距離來比較，由石英光纖組成的光纖通信系統比其他介質構成的系統要長得多。

（3）保密性能好，抗電磁干擾能力強。石英制成的光纖不易被腐蝕，絕緣性好，對電磁干擾有較強的免疫力，也不受其他人為釋放的電磁的干擾。在實際應用中，光纖往往與高壓輸電線路平行架設，與電力導體進行復合構成復合光纜，石英光纖能夠避免線路之間的干擾，能夠實現信號的保真。同時，石英是一種絕緣介質，交變電磁波在石英光纖中既不會產生感生波動電壓，也不會產生與傳輸信號無關的其他噪聲。

（4）光纖直徑纖細、質地柔軟。光纖的芯徑極細，由多芯光纖組成的光纜直徑小，采用這種光纖作為傳輸信道，占用空間小，解決了地下傳輸管道難于鋪設的問題，節約了施工成本。而且，光纖重量輕，柔韌性好，在飛機、火箭、人造衛星和宇宙飛船等特殊領域有著廣泛的應用。

（5）保密性能好。信息是共享的，但同時也是需要保密的。這不僅僅是電力通信的需要，更是個人信息安全保證的需要。采用光纖通訊技術，能夠保證每一組信號都用專有的頻率和波段進行傳送，有較好的保密效果。

（6）原材料資源豐富。用于生產光纖的原材料資源比較豐富，生產成本低，而且光纖具有溫度穩定性好、壽命長等特點，因此，成為各個行業、各個系統廣泛應用的優質材料。

3電力通信系統中常用光纖的特點和應用

在電力通信系統中，最常用的光纖有光纖復合地線、光纖復合相線和自承式光纜等。

（1）光纖復合地線。含有一定光纖單元的地線稱作光纖復合地線。這種光纖單元具有地線的作用，可以防止輸電線路發生雷擊現象，使用起來安全可靠。而且還具有光纖的優點，能夠利用地線中的光纖傳輸信息，在使用過程中不需要特別的維護，比較適用舊電路的改造和新線路的建設。

（2）光纖復合地線。光纖復合地線就是將光纖單元復合在輸電線路的一種電力光纜，有效解決了架空線路的受限問題，充分利用了電力系統的線路資源，節約了電能和資源。

（3）自承式光纜。自承式光纜分為金屬自承式和全介質自承式兩種。金屬自承式光纜結構簡單、生產成本低，在實際應用中不需要考慮熱容量和短路電流等因素。全介質自承式光纜直徑小、質量輕，絕緣性能強，具有穩定的光學性能，特別是在事故狀態下能夠減少停電造成的損失。

4光纖通訊技術在電力系統應用中的發展前景

電力系統光纖通信網已經成為我國規模較大、發展較為完善的專用通信網，光纖通信在保障著電力系統安全、穩定運行，滿足人民生產和生活方面起到了積極作用，受到了人們的普遍歡迎。總體而言，光纖通訊技術在電力系統中的應用越來越廣泛，并朝著超高速、超大容量、超長距離傳輸的方向發展，提高了光纖傳輸的承載能力和系統的處理速度。

（1）新型光纖的使用。隨著經濟和社會的不斷發展，傳統的單模光纖已經不能滿足長距離、高質量的信號傳輸了，迫切需要研發功能強、質量高、安全性能好的新型光纖。當前，隨著干線網、城域網的建設和發展，兩種新型光纖得到了廣泛認可：①非零色散光纖，它是一種經過改進的色散位移光纖，綜合了標準光纖和色散位移光纖最好的傳輸特性，是新一代光纖通信系統的最佳傳輸介質。②無水吸收峰光纖。這兩種光纖都能實現低損耗、低色散傳輸，傳輸容量能夠實現幾百倍、幾千倍甚至上萬倍的增長，可以帶來巨大的經濟效益。

（2）光復用技術。光復用技術是光纖通信技術應用中最活躍的一個領域，它的技術應用和技術進步極大地推動了光纖通信事業的發展。為進一步提高光纖的利用率，人們采用了各種光的復用方法，其中最重要的是波分復用、頻分復用和碼分復用技術。①波分復用技術。波分復用技術就是在一根光纖上同時傳送多個不同波長的光載波，提高了光纖的傳輸能力，有較強的方便性和靈活性。同時，還可以利用不同波長沿不同方向傳輸來實現單根光纖的雙向傳輸。②頻分復用技術。當相鄰兩峰值波長間隔小于 1nm 時，稱為光頻分復用系統。它的光載波間隔非常密，一般用于大容量高速通信系統或分配式網絡系統。傳統的頻分復用系統器件如合波器、分波器等技術已很難對光載波進行區分，要求用分辨力更高的技術來選取各個光載波。目前，采用的主要有可調諧的光濾波器和相干光通信技術等。③光碼分復用技術。光碼分復用技術通過直接光編碼和光解碼，實現光信道的復用和信號交換。這種技術較好地解決移動通信中抗多徑衰落、抗干擾問題，提高了網絡的容量，改善了系統性能，增強了系統的保密性和網絡的靈活性。

（3）光聯網的應用與發展。光聯網有效改善了傳統聯網中存在的不足和弊端，不僅實現了超大容量的光網絡，增加了網絡的范圍和節點數，而且還增強了網絡的透明度，使不同系統、不同信號得到了有效的連接，網絡的靈活性大大增強。另一方面，光聯網還實現了網絡的快速恢復。在發生故障時，因為恢復時間非常短，對電力系統的正常運行不會造成太大的影響，也不會造成太大的損失，降低了建網、運行和維護成本。正是因為光聯網有著非常多的優點，適應了電力系統的發展需求，促進電力通信邁上了一個新的發展臺階。（4）光孤子通信。光孤子通信就是利用光孤子作為載體實現長距離、無畸變的通信，在零誤碼的情況下完成信息傳遞。光孤子是一種特殊的超短光脈沖，非線性效應和群速度色散相應平衡，即使經過長距離傳輸后，波形和速度都能夠保持不變，完全擺脫了光纖色散對通信容量和傳輸速度的限制，被認為是最有發展前途的傳輸方式之一。

（5）全光網絡。全光網絡是指信號在網絡傳輸和交換過程中始終以光的形式存在。傳統的光網絡雖然也實現了節點間的全光化，但在網絡結點處仍然采用一些電器件，限制了通信網干線總容量的進一步提高。全光網絡系統的傳輸是以光節點代替電節點，節點之間都是全光化，所有的信息都是以光的形式進行傳輸與交換的，提高了網絡資源的利用率。

（6）光放大技術和光交換技術。光放大器的成功開發及其產業化是光纖通信技術的一項重要成果，大大地促進了光孤子通信、全光網絡和光復用技術的發展。采用光交換技術可以克服電子交換有關容量方面的瓶頸問題，能夠實現協議透明性和網絡的高速率，提高網絡的而且能夠節省大量的建網和網絡升級成本。

5結 論

光纖通信技術已涉及到電力、交通、廣播電視、計算機、軍事等各個領域，為各行各業的發展提供了良好的技術基礎和發展機遇。而電力信息又是各個系統的基礎所在，只有確保電力信息傳輸的安全，才能發揮光纖通訊技術的獨特優勢，才能保證各行業、各系統、各領域的高效運行，提高電力通信的質量和能力，從而促進經濟的發展。

參考文獻

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第五篇：網絡技術在電力系統物資管理中應用論文

摘要：隨著我們國家的社會的不斷發展，在經濟領域和相關的科學技術研究的方面的都在飛速的進步，這樣使得我們國家目前的網絡技術逐漸的滲透到我們的日常生活和工作學習的各個方面。并且將它應用到不同的企業運營的過程中，因此，我們本文主要講述的是對于電力系統方向的的物資管理工作對于網絡技術的具體應用，并對它作出了具體的討論。

關鍵詞：網絡技術；電力系統；管理應用前言

隨著我們國家對于網絡技術的不斷重視，目前網絡技術在我們的生活中都有著很大的應用，我們國家關于電子網絡技術對電力系統的物資管理當中的應用也逐漸的發展了起來。關于這個方面的應用受到了我們的有關工作人員的注意，并且也對其作出了具體的分析。網絡技術在電力系統物資管理中的影響

我們國家在發展網絡技術對電力系統管理的同時也需要將它在具體的管理工作中做出關于這個問題的整體的規劃還有一些其他的相關的問題包括原材料的購買等等，我們在利用相應的電子技術對電力系統的物資管理方面進行實際的操作，并且最終形成了具有高效率和高質量的管理體制。我們在發展一項新技術應用的時候需要考慮許多不同的方面，首先我們需要考慮的就是如果我們采用這項技術那么它會對我們的電力系統的組織管理方面帶來哪些好的積極的作用?我們國家對于具體的電力系統管理方面的工作來講，尤其實在物資管理的工作方面對它的整體的發展有著至關重要的作用。也就是說對于電力系統在管理方面來講，最重要的內容之一就是關于物資的管理。并且在這個方面來講我們對于物資管理的的費用在整體的電力系統生產和對于基礎的建設的問題上它的資金對于整體的建設來講占據著很大的比例。我們舉個例子，如果我們的具體關于管理方面的工作人員對于在日常的物資管理問題的各項工作都做的非常完美，那么它在很大的程度上對于整體物資的節省方面有著很大用處，可以很大程度上減少對于資源的浪費。并且可以使關于電力企業在運行的方面對于整體運營的速度來講有些很大的進步。這些不同的進步就是我們的網絡技術對于電力企業管理的積極的效應。我們在電力企業的物資管理的過程中如果應用網絡技術在一定程度上對于它的正常并且持續的發展有些很大的作用。它確保了我們在這個方面的電力系統的正常運行。并且對于我們國家實現社會現代化的建設提供了有力的保證。網絡技術在電力系統管理方面的重要性

對于我們國家的大部分企業來講，關于物資管理方面的工作基本上都沒有得到很多的重視，并且都比較復雜。我們對它進行了具體的分析，具體來講就是關于電力系統的物資管理的工作系統在運行的過程中它需要分類的物資類別數量十分巨大并且復雜。如果我們在企業的物資管理的過程中，我們的工作人員想要對于整體的管理方面有一個質的飛躍，那么我們需要順應時代的發展將這個方面的工作的運行保證它的系統化、操作的規范化，還有就是關于信息化的方面做出具體的改變，在這之中我們主要是通過運用網絡技術對于電力企業的物資管理方面做出具體的信息計劃就可以實現關于這些工作的具體目標。我們在將網絡技術在日常的生活中實際的運用到電力系統方面的的物資管理的過程中，我們主要是就是將這些電力企業關于在物資管理方面的規劃、和相關材料的購買和整理以及對于在電力企業中對相應商品進行存儲等等這些不同方面的的管理工作都可以歸結到網絡技術對于物資管理的管理系統當中，所以我們需要在日常電力企業物資管理的過程中對這些信息進行科學合理的運用并且關于不同的企業之間進行信息共享，只有這樣我們才能夠在很大的程度上改革關于電力系統的物資管理方面的工作，并且在不同的電力企業之間進行信息的交流也可以保證我們的這些電力企業在物資管理的過程中可以共同發展，這對于我們國家的信息化的建設有著重要的推進作用。結束語

隨著我們國家的社會和經濟的不斷的發展，我們關于在加強網絡技術在電力企業的物資管理方面的工作中的實際運用作出了很大的努力。這樣會使我們在很大的程度上降低了關于在人力資源的使用方面的資源的浪費。我們具體來說就是為了能夠在讓電力企業在它的日常工作的過程中可以減少企業的組織消耗，與此同時可以使在電力系統的物資管理方面的工作流程可以更加的規范并且高效。其中它在電力系統的的應用方面可以保證物資管理的工作的順利高效的進行。

參考文獻:

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