我国电力电子技术发展展望

Ｋ一一

ＴｈｅＰｒｏｓｐｅｃ，ｔｏｆＰｏｗｅｒＥｌｅｃｔｒｏｎｉＣＳＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉ１１Ｃｈｉｎａ

王锋华胜万浩平

ＷａｎｇＦｅｎｇ

ＨｕａＳｈｅｎｇ

ＷａｎＨａｏｐｉｎｇ

（华东交通大学电气与电子工程学院。江西南昌３３００１３）

（Ｓｃｈｏｏｌ

ｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌ

ａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃ

Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．ＥａｓｔＣｈｉｎａＪｉａｏｔｏｎｇ

Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＪｉａｎｇｘｉＮａｎｃｈａｎｇ

３３００１３）

摘要：通过介绍电力电子的研究范围与研究内容及其应用镀域．阐述了电力电子在科技发展中的重要地位，并结合我国

电力电子的发展现状，说明了我国电力电子技未发展中存在的问题，最后结合当前国家的相关政策支持，描绘出了我国电力电

子技术发展的大好前景。

关键词：电力电子；能源；装置；展望中图分类号：ＴＰ２７１＋．５

文献标识码：Ａ

文章编号：１６７１－４７９２－（２００８）８－０１０３－０４

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｈａｓｅｘｐｏｕｎｄｅｄｔｈｅｉｍｐｏｒｔａｎｃｅｏｆ

ｐｏｗｅｒ

ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓｔｅｃｈ瑚ｂｌｏｇｙｉｎ

ｓｃｉｅｎｃｅａｎｄｔｅｃｈ－ｎｏｌｏｇｙｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ

ｔｈｒｏｕｇｈｉｎｔｒｏｄｕｃｉｎｇ

ｔｈｅｉｒ

ｓｃｏｐｅ

ｏｆｔｈｅ

ｓｔｕｄｙ，ｒｅｓｅａｒｃｈ

ｃｏｎｔｅｎｔ

ａｎｄ

ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．ａｎｄ

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ｐｏｗｅｒ

ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ’ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｗｉｔｈ

ｔｈｅ

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ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ

ｏｆ

ｔｈｉｓｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

ｗｉｔｈｎａｔｉｏｎａｌ

ｐｏｌｉｃｙ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＰｏｗｅｒＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ；Ｅｎｅｒｇｙ；Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ；Ｐｒｏｓｐｅｃｔ

０引言

电力电子技术，又称功率电子技术，是２０世纪后半叶诞生和发展起来的一门崭新的技术，主要研究各种电力电子器件，以及这些电力电子器件所构成的各种各样能高效地完成对电能的变换和控制的电路或装置。它既是电子学在强电（高电压、大电流）或电工领域的一个分支，又是电工学在弱电（低电压、大电流）或电子领域的一个分支，总之是强弱电相结合的新学科．可以用图一的倒三角形对其描述【ｌ】。作为图一

描述电力电子学的倒三角

一门新兴学科，电力电子技术是以电力为研究对象的电子技（２）电力电子变流技术，其研究内容主要包括新型的或术，它利用各种电力电子器件和控制技术对电能（包括电压，

适用于电源，节能及电力电子新能源利用、军用和太空等特

电流，频率和波形等）控制和变换．种应用中的电力电子变流技术；电力电子变流器智能化技

１电力电子研究范囝与研究内容

术；电力电子系统中的控制和计算机仿真、建模等．

从学科的角度讲，电力电子的主要任务是研究电力电子（３）电力电子应用技术，其研究内容主要包括超大功率

（功率半导体）器件，变流器拓扑及其控制和电力电子应用系变流器在节能，可再生能源发电、钢铁、冶金、电力、电力牵

统。实现对电、磁能量的变换、控稍、传输和存贮。以达到合引，舰船推进中的应用；电力电子系统信息与网络化：电力电

理、高效地使用各种形式的电能，为人类提供高质量电、磁能子系统故障分析和可靠性；复杂电力电子系统稳定性和适应量。电力电子的研究范围与研究内容主要包括：

性等．

（１）电力电子元器件及功率集成电路。

（４）电力电子系统集成．其研究内容主要包括电力电子

２２４

万方数据

模块标准化；单芯片和多芯片系统设计；电力电子集成系统

的稳定性、可靠性等。２电力电子技术的应用

随着科技的不断发展和人们要求的不断提高，电力电子技术的应用越来越广泛。当今世界先进工业国家正处于由源发电的兴趣，提高了用户用电的独立性、可靠性、安全性和

遇灾应变能力。风力发电、太阳能发电、燃料电池发电和小型

高速涡轮发电机发电等分布式发电系统都有赖于电力电子

我国电力电．技术以实现可靠、高效的运行。电力电子技术已成为未来分

布式发电系统中关键技术之一．

。工业经济”模式向“信息经济”模式转变的时期。电力电子技

术作为信息产业与传统产业之间的桥梁，是在非常广泛的领

域内改造传统产业、支持高新技术发展的基础。因此，电力电子技术将在国民经济中扮演着越来越重要的角色。

’

２．１节能环保电力电子技术是将各种能源高效率地变换成高质量电能、节能、实现环保和提高人民生活质量的重要手段嘲。电力

电子的突出特点是高效、节能、省材，它已经成为弱电控制与

强电运行之问，信息技术与先进制造技术之间，传统产业实

现自动化、智能化、节能化、机电一体化之间的桥梁。电力电

子技术在环保领域的应用主要体现在可再生能源发电、分布

式发电上。

．

可再生能源主要包括风能、太阳能、生物和地热能等。各种能源由于其转化为电能的方式不同，将其送人电网时必需

要用变流技术按用户的要求对其进行调整和控制。大部分可再生能源直接产生的能量通常是不稳定的，在并网时都需要加以控制和调节，同时将尽可能多的有功能量送入电网，其

中的能量变换、储存，发电机控制和并网控制等过程都离不开电力电子技术，特别是大功率变流技术。

另外，目前分布式发电技术咖已经得到了发达国家的普遍关注，国外已有多种分布式发电技术获得了工业应用。图

二为分布式发电系统的示意方框图。这种发电技术不但减小了人们对远距离输电的依赖，而且提高了人们使用可再生能

图二现代分布式发电系统示意图

万方数据

２．２国防装备

子技目前，电力电子技术在现代化国防中得到越来越多的应术发用。已成为该领域的核心技术之一，它应用在现代化国防中展展特种供电电源、电力驱动、推进和控制等领域。在快中子堆、

望

磁约束核聚变、激光、航空航天和航母等前沿技术中，超大功率、高性能的变流器及其控制系统是必不可少的核心部件和基础。

以舰船为例，目前国外舰船上的发电、舰船电力推进、特

机和辅助机械电力拖动、武器装备、通信导航、电池充电、照

明及生活用电等几乎所有电力、通信设备都已大量采用电力电子技术。目前在２－３万吨级核动力破冰船和航母上都己有几万千瓦级的整流器供电的直流电力推进装置和几千千瓦

的交交变频装置，在数千吨级的潜艇上已有几千千瓦级的逆

变器供电的交流电力推进系统，以大功率半导体静止型逆变器为基础的４００Ｈｚ中频电源在个别舰艇上己形成电网，相应的ＵＰＳ在舰艇上的应用己达到上百千瓦。在舰船通信和武器装备中开关电源己被广泛使用，几十千瓦以下的特辅机变频

调速传动系统也有较多应用。

２．３电能质量控制

电力电子技术在输、配电中的应用是电力电子应用技术

最具有巨大潜在市场的领域。众所周知，从用电角度来说，利用电力电子技术可以有效地进行节电改造，提高用电效率；

从输、配电角度来说，必须利用电力电子技术提高输配电质量。近１０多年来，随着电力电子器件和变流技术的飞速发展，高压大功率电力电子装置的诸多优良特性决定了它在输、配电应用中具有强大的生命力。如表一所示，电力电子技术在电能的发生、输送、分配和使用的全过程均起作重要的作用。

２．４家用电器

人们在享受现代工业制成品的同时，也享受到了电力电子技术带来的恩惠。电力电子控制把人们从繁杂的家务劳动中解放出来：只需要把衣服放进洗衣机，再按下按钮，过一会

就可以把干净的衣服拿出来了；油乎乎的餐具不再让你发

愁，洗碗机会把干净的餐具送到你的面前，等等。电力电子变

频技术使得家用电器既方便又节能，变速空调和变速热泵能

Ｋ—一＆

表一电力电子技术在电力系统中的主要应用

分类

应用装置

发电机励磁装置；电厂用电故障监测

发电

及保护装置；串补装置；风力发电用永磁发电机变频调速装置；超大功率逆变并网系统等

高压直流输电系统（包括：海上风力发电用岸上轻型高压直流输电装置等）；

输电、’

灵活交流输电系统（包括：静止无功补偿器、静止无功发生器和潮流调节器等）

有源电力滤波器；静止无功发生器：动

配电

态电压补偿器；电力调节器；电子短路限流保护器等

够节约３０鬈的电能，高频荧光灯比白帜灯效率高２．３倍。电

力电子技术将家用电器日益向智能化发展，。一键操作”式的家务劳动更加人性化，使人们有更多的时间去享受生活。３我国电力电子技术发展现状

虽然我国电力电子的开发研究已有５０年历史，过去已经取得了长足的进步．但是与超大规模集成电路的发展－一

样，该领域科技发展速度太快。加之我国财力和原有基础薄

弱等因素的限制，特别是当前面临国外高科技冲击等原因，我国电力电子有种被。边缘化”的趋势，即各行各业都迫切需要它，但是，各应用领域均没将其作为研究重点，国内解决不了的就依靠进口．

当前存在的主要问题是啪：目前我国生产的大多数电力

电子产品和装置还主要基于晶闸管，虽然也能制造一些高技术的电力电子产品和装置，但是它们均是采用国外生产的电

力电子器件和组件多以组装集成的方式制造的。特别是先进

的全控型电力电子器件则全部依赖进口，而许多关系到国民经济命脉和国家安全的若干关键领域中的核心技术、软硬件

和关键设备，国外均对我国进行控制和封锁。特别是关系到国民经济命脉和国家安全的若干关键领域中的核心技术与

国外先进水平的差距更大，迅速改变这一现状是我们面临的挑战和义不容辞的任务。

过去，我国国民经济各部门虽然已引进了不少国外的先

进技术，也开始注意强调了国产化的问题，表面上看，尽管国

万方数据

表二电子电力技术和应用装置在各领域的主要应用应用

关键的应用装置

领域

大功率高性能ＤＣ／ＤＣ变流器；大功率风先进力发电机的励磁与控制器；风力发电用永能源

磁发电机变频调速装置；大功率并网逆变器；储能装置等。

高压直流输电系统（包括：海上风力发电用岸上轻型高压直流输电装置等）；灵活交流输电系统（包括：静止无功补偿器，静

’电力

止无功发生器，潮流调节器等）：有源电力滤波器：动态电压补偿器：电力调节器：电子短路限流保护器等。

重大大功率变流器及其控制系统；大功率高精先进度可程控交、直流电源系统：高精度数控装备机床的驱动和控制系统；快中子堆、磁约束制造

核聚变用高精度电源等。

大功率牵引、变频调速装置及系统控制

交通

器；电力牵引供电系统电能质量控制装置

。运输和通信装置。激光超大功率脉冲电源。

４００Ｈｚ大功率供电系统；高效、高可靠性驱

航空动器、推进器和电源：全电化机载综合电航天

力系统。

高可靠的分布式供电系统；高效、高可靠

舰船性驱动器、推进器和电源；全电化机载综合电力系统。

现代武高速鱼雷发射器电源；电磁炮电源、大功器装备率激光武器电源；大功率固态发射机等。环境保高压脉冲电源及其控制系统等。

护前沿科

特种大功率电源及其控制系统。

学研究

外引进技术中的绝大多数几年后都可以达到国产化率７０５的要求，可是只要仔细分析一下，就不难发现，最终国外公司拒绝转让的技术和重要部件，均是涉及到高技术的电力电子

及电力传动产品中的核心技术，表二列举了部分电力电子技

术和应用装置在各领域的主要应用及涉及到的关键技术．目前与国外的主要差距和存在的问题是：全控电力电子

器件国内不能制造；大功率变流器制造技术水平较低，装置

可靠性差；电力电子全数字控制技术水平还处于初级阶段，

应用系统控制技术和系统控制软件水平较低；缺乏重大工程

经验积累等。高性能大功率变流装置目前几乎全部依靠进

口・

４国家的政策支持

综上所述，我国要真正实现构建自主创新、资源节约型、

环境友好型社会主义和谐社会这一目标，迫切需要建立一个

自主创新的、强大的、达到世界先进水平的电力电子产业。为此，国家科技部专门发布了。电力电子器件及电力电子装置”

支撑项目指南。该支撑项目内容包括：“新型电力电子器件及电力电子集成技术”；。中高压、百ＭＶＡ级链式及多电平变流

器与静止补偿器研制”；。电能质量复合控制技术及装置”；。分布式供能系统高压变流器及软开关技术”；。电气化铁路同相供电装置”；“高速货运机车牵引变流器研制”；。城市轨

道交通能馈式牵引供电系统及牵引传动系统研制”等７个项

耳，国家拟拨款２．０亿元人民币，自筹４．０亿元人民币。

国家发改委也发布了。薪型电力电子器件及电力电子装

置”专项，专项目标为：。提高新型电力电子器件技术和工艺水平，促进产业发展，满足市场需求，以技术进步和产业升级推进节能降耗；推动产、学、研、用相结合，突破核心基础器件

发展的关键技术，完善电力电子产业链，促进具有自主知识

万方数据

产权的芯片和技术的推广应用；培育骨干企业，增强企业自

主创新能力。。５结束语

我

国

电力电子技术是智力，信息、知识密集型技术，从基础研电力究、开发研究到生产试制，各个环节均具有较高的技术含量

电和智力投人．以电力半导体器件及。变频技术”为核心的电力

子技电子行业，在国家政策的强力支持下将会走向更加辉煌的明

术发天。

展展望

’

参考文献

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［２］韦和平．现代电力电子及电源技术的发展【Ｊ】．现代电子技术，２００５，１８：１０２－１０４．

【３］Ｂｉｍａｌ

Ｋ

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Ａｄ一ｖａｎｃｅｓ

ｉｎＰｏｗｅｒ

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Ｔｒａｎｓ

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Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，２０００，１５（４）：６８８－７０１．

．

［４］杨敏利．我国电力电子技术产业化模式选择与战略分析［Ｄ］．西安理工大学，２０００：２０－４５．

作者简介

王锋（１９８６一），男，安徽阜阳人，在读研究生，主要研究

方向：电力电子技术及应用。

９９７