电力电子技术在农业电气化中的应用

　　现代农业的发展离不开电气化，为使农业电气化能够跟上社会发展的步伐，应将先进技术应用于农业电气化建设中，带动传统农业向现代农业转变，因此，电力电子技术被应用到农业电气化中，显著提升了农业生产的高效和高品质，同时也促进了农业电气化的发展。因此，文章从电力电子技术基本情况入手，重点研究电力电子技术在农业电气化中的应用情况。

　　如今科学技术不断发展，与此同时，农业用电数量，用电概率都较之前有了很大的改善，并且，不光是在用电数量，而且用电的技术程度都有了很大的要求，为了提升我国的农业电气化水平，节约资源，不仅要利用输电技术来维持农业的电力需求，更要向自动化、信息化以及数字化建设的方向发展[1]，所以，更加深入地利用先进电力电子技术应用于农业电气化中。

　　1 电力电子技术在农业电气化中的应用现状

　　“加快发展现代农业”是我国现代化进程中的重大历史任务，也是“十二五”规划的一项重要任务，而农业的电气化水平直接决定了现代农业的发展水平。农业电气化是指在农业上对电能的应用，包括了农业生产和农村居民生活领域，农业生产上主要是电能的利用和农业生产的机械化和自动化，而农村居民生活领域主要是电能的输送、分配和利用。到目前为止，几乎所有发达国家的都已实现了农业电气化，但我国的农业电气化水平还较低，各地区发展差距也较大。而决定我国农业电气化发展水平的，就是电力电子技术的应用水平。

　　电力电子技术[2]是在电力领域使用的电子技术，是使用电力电子器件使弱点和强电接口。主要应用在对电能进行变换和控制的领域。20世纪以来，随着电力电子技术的快速发展，其应用范围以扩展到工业、农业、交通、电力、通信、节能、家电、环保等多个领域。例如在在农业技术装备中的应用提高了农业装备的自动化程度，使农业技术装备实现了灵活可控。

　　2 电力电子技术在农业电网电能变换中的应用

　　在农村，用电大多采用从国家电网买电形式，这种形式费用高并且偏远地区会出现缺电等问题。我国农村有丰富的可再生资源，可以因地制宜采用分布式发电技术改善农村的用能条件。在水资源丰富的地区，可以采用水电发电;在风能资源充足的地区，可以推广使用小风电;在太阳光充足的地区，推广使用光伏发电;也可以推广风光互补发电，并结合沼气发电、生物质能发电等[3]。采用电力电子技术的电力变换技术，来实现农业的电气化。

　　2.1 AC/DC变换

　　AC/DC变换称为整流。由于风速的随机性，农业用微型风力发电机发出来的电能为不稳定的交流电源，需要首先把它们通过AC/DC变换整流成直流电，然后再通过逆变技术变成标准的交流电。图1为三相桥式整流电路。这种电路简单，容易得到直流电压，但会产生严重的谐波污染，需接入滤波器等电力电子装置滤除谐波。

　　2.2 DC/DC变换

　　DC/DC变换称为直流变换。太阳能、水能、沼气能、燃料电池等提供的电能为直流电压，由于电压等级低，所以需采用直流变换中的升压电路升压至合适的电压等级(图2为升压变换电路)，然后再进行逆变。另外，发电系统具有输出功率变化响应慢的特点，如光伏发电系统和小水电发电系统响应时间在秒级，而燃料电池响应时间则更长，甚至需要数分钟，所以在负荷突变时，功率的输入跟不上所需要的功率输出，会出现有功功率不足的现象;另外，光伏发电和风力发电由于阳光和风速的随机性而具有波动性大的特点，所以需要在系统中加入储能单元，在发电量多时储存电能，在发电量少时调用所储存的电能，储能单元可以选择蓄电池等，当使用蓄电池里的电能时，需要采用升压电路使蓄电池放电，升压电路将蓄电池电压升压至母线电压，以供给负荷使用;反之当母线电压过高时，需要采用降压电路降压对储能单元充电，所以储能单元通常采用双向DC/DC电路进行充放电。

　　2.3 DC/AC变换

　　DC/AC变换称为逆变。通过上文所述的整流或直流变换技术，都是把电源变换到合适电压等级的直流电，而农业装备中使用的电动机、农业生产所需要的照明电源等都需要的是标准的正弦交流电，所以需要采用如图3所示的逆变电路把直流电变换为标准的交流电，以供给负荷，或者将余电并网。

　　3 电力电子技术在农业技术装备中的应用

　　以电力电子技术为基础的装置有开关电源、软开关、有源功率因数校正、不间断电源、静止无功补偿装置、变频调速装置等，这些装置在农业装备技术中有着广泛的应用。随着电力电子技术的发展，使农业装备发展迅速。

　　3.1 农业灌溉中的变频水泵

　　传统的农业滴灌中所使用的水泵采用的电动机基本上是不可调速的电动机，水泵在工作时，电动机在一定转速下运行，这种电动机不能通过调速来调节滴灌量的多少，而只能通过调节多个阀门的开关以满足灌溉流量的需要，在需要小流量滴灌时，电动机的大部分能量都消耗在阀门上，浪费很大，因此需要根据需要来控制滴灌的流量。而采用电力电子变频器进行频率变换而进一步达到调速的目的，可以控制滴灌流量，大约能节约30%的电能，同时可以实现滴灌过程的自动化，形成无人值守的现代农业灌溉系统[4]。

　　3.2 精准施肥机

　　精准施肥技术可以减少肥料的使用，降低对环境的污染，优化农业生产，以获得最高的产量和最大的经济效益。精准施肥机基于脉宽调制(PWM)技术，能够因地制宜，实现肥料播撒随农业机械的行驶速度自动调节，并且可以在施肥过程中根据实际需要改变施肥量，也可结合采样技术、导航技术等进行施肥，达到精准施肥的目的。

　　3.3 计算机节能开关电源

　　计算机现在已深入到生活的方方面面，在农业中计算机的利用也得到了迅速的发展。发达国家的农业科技人员，已利用计算机控制技术代替人力来管理农田，例如控制农田的滴灌、喷灌、施肥和人工智能化的田间管理，实现了农业的现代化。计算机并不是无时无刻地在工作，而是在需要时发出控制指令，如果长期处于运行状态会使得耗电量大大增加，由此推动了计算机全面采用了数字开关电源，在睡眠状态下的耗电量只有30瓦甚至更低。

　　3.4 高压变频农业清选机

　　高压变频农业清选机采用了电力电子技术中的高压交流变频调速技术，其调速方式以效率高，调速范围宽并且可以实现无级调速，应用范围广、易于操作，安全性能高等众多有点，超过任何一种调速方式，在农业清选机中广泛应用。农业清选机中应用了高压变频调速电机后，降低了运行成本，实现了自动调控，也使电动机转动造成的环境噪音大大的降低。

　　4 结束语

　　农业现代化是我国现阶段重要任务之一，农业电气化已成为改善农民生活水平的重要手段。电力电子技术作为一种高新技术为农业电气化的发展提供了很好的支撑，随着新的电力电子元器件的研发及现代计算机、控制技术的迅速发展，应用领域更加广泛，应用性能也越来越完善。新的大功率电力电子器件的研发和应用必将为农业电气化的发展提供更加广阔的应用前景。因此，应注重电力电子技术在农业电气化中的应用。

　　作者：吴丹 来源：科技创新与应用 2016年34期