我國電力電子與電力傳動系統的發展狀況

摘 要：電能是人類史上最清潔最獨特的一種能源；隨著時代的發展，電力電子、計算機以及自動控制技術的快速發展加快了電氣傳動技術發展的步伐；因此研究電子電力技術以及電氣傳動有著重大的意義。

關鍵詞：電力電子技術；能源；電力電子傳動系統

前言

由于我國的國情比較特殊，科技的起步落后于許多發達國家，電子電力的創造、傳動產業的發展對其他國家具有較大的依賴性。近些年，我國經濟發展步伐加快，對電力產業的需求增加，市場對電子電力產業具有巨且持續的需求，因此我們必須發展本國的電力傳動與電子電力產業，對外依賴應逐步減少，把握行業發展良機。

1 電力電子的研究方向

從大體上講，電網的發展是優化和改良電力電子技術智能化的重要環節，不僅對我國電力行業有著進步性意義，對以后各國電力系統發展也有相互交流的資本。從本國電網的現狀出發研究方向有：（1）各種電子電力器件如電力晶體管、電力場效應管、IGBT等廣泛應用，HVDC和FACTS技術的日漸成熟，研究提高電力的傳輸容量和其安全穩定性。（2）電力電子技術的應用，超高功率轉換器在能源效率對工業上電解電鍍，冶煉和焊接，加熱淬火等的改良及創新，發展電力系統的信息化和自動化；（3）能源電力方向上，對電能質量的控制，利用電子電力技術制造的有源濾波器APF、靜止無功發生器SVG、有源功率因數校正器APFC等設備的改進對電網優化，監測、控制、通信、保護技術對新能的開發和利用；（4）電力電子系統集成，其研究內容包括標準化電力電子模塊；單芯片和多芯片系統設計，集成電力電子系統的穩定性和可靠性。

2 我國電力電子發展中存在的問題

當前的主要問題是：晶閘管在中國電力電子產品和設備中占有很重要的地位，可是我國很多先進的電力電子器件全部依賴進口。雖然我國電力電子的開發研究已有50年的歷史，取得了長足的進步，但由于該領域科技飛速發展，而且我國財力和原有基礎薄弱的限制，尤其是面臨國外高科技的沖擊等原因，我國電力電子被“邊緣化”。各行各業都迫切需要高性能的電力電子器件及系統和設備，都認為電力電子技術和產業十分重要，但是至今國家沒有一個部門對電力電子進行統一規劃和管理，電力電子技術也一直未能列入國家科技中長期的計劃，對電力電子技術和產業的支持缺乏引導和力度。目前我國與發達國家先進水平的差距是很大的。我國電力電子產品以低中端產品為主，缺乏高端產品，特別是先進的全控型電力電子器件則依賴進口。目前我國生產的大多數電力電子設備和系統還主要基于晶閘管，盡管也能制造一些高技術的電力電子設備和系統，然而它們都是采用國外生產的電力電子器件和組件以組裝集成的方式制造。在電力電子最先進、最核心的現代電力電子器件行業中，高頻場控電力電子器件的許多關鍵核心技術還未突破，其產業鏈還未形成，市場基本上被國外壟斷。在下一代寬禁帶電力電子器件領域，我國還處于研發的初級階段，與國際上的研發和產業化水平差距巨大。國際技術先進國家對寬禁帶電力電子器件進行了長期的大力投入，在部分類型和等級的產品上已經或者將在近期內實現產業化。在新一代寬禁帶電力電子器件產業中，我國處于全面落后、亟需跨越式發展的緊急時期。

3 電力傳動系統的發展現狀分析

當前我國電力傳動系統研究方向主要朝著交流轉動系統來展開，由于在交流電動機調速理論有著進一步的研究方面的重大突破以及調速裝置（主要是變頻器）性能的改良，電動機的調速從直流發電機-電動機組調速、晶閘管可控整流器，直流調壓調速逐步發展到交流電動機變頻調速。因為我國在交流電動機控制技術、功率半導體器件（半控及全控型）的制造技術、微型計算機和大規模集成電路為基礎的全數字化控制技術、基于電力電子電路的電力變換技術等方面取得重大進展，交流傳動系統日益發展加速。要使交流傳動系統的性能有進一步提高，我們應圍繞以下方面開展研究工作。

3.1 輸入電流為正弦和四象限運行開辟了新的途徑

廣泛使用高性能交流驅動系統電壓型PWM逆變器，使得PWM技術的研究和發展有了很大程度的提高。PWM功率半導體器件采用高頻開啟和關閉，可以同時實現變頻變壓反抑制諧波的特點，一定的規則對各脈沖的寬度進行調制，既可改變逆變電路輸出電壓的大小，也可改變輸出頻率。PWM技術有以下三種類型：優化PWM，SPWM（正弦PWM）及隨機PWM。SPWM使用最廣泛，通過SPWM改變調制波的頻率和幅值則可調節逆變電路輸出電壓的頻率和幅值。然而，對容量大的電源轉換設備，高開關頻率會致使較大的開關損失，而且在功率高的設備如GTO開關頻率較低的時候，最好的PWM技術也僅僅滿足該設備的需求。

3.2 應用矢量控制技術、直接轉矩控制技術及現代控制理論

多變量、非線性、強耦合、時變是交流電機交流驅動系統的特性，VVVF控制（變頻調速控制）控制效果由于本身控制特性導致其令人不滿意。在80年代初提出的交流電機的動態不但要對每個變量的振幅控制好，而且還要控階段。如今在軋機主傳動電力牽引系統和數控機床中應用了交流電機的動態控制理論。并且，一個新的控制方法（如直接轉矩控制，方向控制電壓，特別是與微處理器控制技術）用于解決系統的控制精度和復雜性之間的矛盾。現代控制理論在各種控制方法也得到了應用，如二次型性能指標最優控制和雙位模擬調節器控制，可以提高系統的動態性能，滑（滑模）變結構控制可以提高系統的魯棒性，狀態觀測器和卡爾曼濾波器可以得到狀態信息不能測量，自適應控制能夠全面提高系統的性能。提高控制精度和魯棒性也適用在交流變頻調速驅動系統中，例如智能控制技術（模糊控制，神經網絡控制等）。

3.3 廣泛應用微電子技術

隨著微電子技術的發展，及其廣泛應用，對人類社會進步，經濟發展和生活質量的提高具有重要作用。微電子技術的應用對于提高我國數字控制處理芯片的運算能力以及可靠性有著極大的作用。目前，ApplicationSpecificIntegratedCircuit-ASIC、DigitalSignalProcessor-DSP、單片機等都適合用在交流傳動系統中的微處理器。其中，多總線結構、多處理器結構以及流水線結構等是采用于高性能計算機的結構形式。利用電力電子技術制造的有源濾波器APF（active power factor corrector）等，可以治理電網的諧波，改善電網的功率因數，提高供電質量。由于能源的枯竭，新能源（風，太陽，潮汐，地熱等新能源）已是世界各國能源政策的重點，要使這些新能源產生的電能實用化，離不開電力電子設備：逆變器、充電器、穩壓器等。

4 結束語

綜上所述，現代化社會和高新科技都離不開電力電子技術和電力傳動系統的研究和支持，將來從發電廠和電網上得到的50Hz交流電大都需要經過電力電子及電力傳動的二次處理并滿足各種設備、儀器和家用電器的要求，電力電子電力傳動也與節能環保與高效率聯系，電力電子技術電力傳動的應用、開發和研究具有廣闊輝煌的前景。我國科研機構必須要高度重視這方面的研究工作，以此促進我國科技水平的提升。

參考文獻

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