本站原创[摘 要]文章阐述了电力电子的含义和任务,分析了电力电子技术目前在我国的发展、应用现状和存在的问题,指出在我国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是十分迫切和重要的,并提出了相应的对策.
[关 键 词]电力电子技术现状对策
一、引言
我国是一个发展中的国家,目前尚处于前工业化阶段,传统产业仍然是我国国民经济的主力军,因此在近期或在较长一段时期内,传统产业的改造和发展将在很大程度上决定着我国经济的发展.电力、机械、冶金、石油、化工、交通运输是传统产业的重要支柱,这些产业技术水平的高低直接关系到我国工业基础的强弱.特别是,近年来随着经济的稳步发展,巨大的电力缺口与人们对电力的强烈需求之间的矛盾越来越明显.由于我国常规能源资源的有限性和环保的巨大压力,能源建设必须走节电和开发利用可再生能源之路,这就决定了在今后相当长的一段时期内,我国国民经济的发展和巨大的用户市场对电力电子技术具有巨大的、持久的需求,这就意味着我国电力电子和电力传动产业面临着良好的机遇.
今后世界市场的竞争主要表现为高新技术的竞争,谁拥有电力电子这种先进的高新科技产品,谁就掌握竞争的优势.面临我国已加入世贸组织和必须适应国际大循环的形势,我们面临着严峻的挑战,因为总体说来我国当前电力电子技术的水平落后于国际先进水平,远远跟不上我国国民经济发展的需要,特别是还面临着国外产品严重冲击,因此,我们必需清醒地认识到这一挑战并且要勇敢地面对.
二、电力电子的含义和任务
从学科的角度讲,电力电子的主要任务是研究电力电子(功率半导体)器件、变流器拓扑及其控制和电力电子应用系统,实现对电、磁能量的变换、控制、传输和存贮,以达到合理、高效地使用各种形式的电能,为人类提供高质量电、磁能量.电力电子的研究范围与研究内容主要包括:(1)电力电子元、器件及功率集成电路.(2)电力电子变流技术,其研究内容主要包括新型的或适用于电源、节能及电力电子新能源利用、军用和太空等特种应用中的电力电子变流技术,电力电子变流器智能化技术,电力电子系统中的控制和计算机仿真、建模等.(3)电力电子应用技术,其研究内容主要包括超大功率变流器在节能、可再生能源发电、钢铁、冶金、电力、电力牵引、舰船推进中的应用,电力电子系统信息与网络化,电力电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性等.(4)电力电子系统集成,其研究内容主要包括电力电子模块标准化,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.
从工程应用的角度看,无论是电力、机械、矿冶、交通、石油化工、轻纺等传统产业,还是通信、激光、机器人、环保、原子能、航天等高科技产业,都迫切需要提供高质量的电能,特别是要求节能.而电力电子则是实现将各种能源高效率地变换成高质量电能、节能、环保和提高人民生活质量的重要手段,它已经成为弱电控制与强电运行之间,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、机电一体化的桥梁.电力电子的突出特点是高效、节能、省材,所以电力电子已成为我国国民经济的重要基础技术,是现代科学、工业和国防的重要支撑技术.因此,无论上述诸多高技术应用领域,还是各种传统产业,乃至照明、家电等量大面广的,与人民日常生活密切相关的应用领域,电力电子产品已无所不在.由于目前我国还没有形成独立自主的、完整的、强大的电力电子的产业体系,因此它已成为制约我国建立独立自主的现代科学、工业和国防体系的瓶颈之一.
三、电力电子技术目前在我国的发展、应用现状和存在的问题
虽然我国电力电子的开发研究已有50年历史,过去我们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的限制,特别是面临国外高科技的冲击等原因,我国电力电子有被“边缘化”的趋势,即各行各业都迫切需要,但是各应用领域均没将其作为研究重点,国内解决不了就依靠进口.应当承认,目前我们与国外先进水平的差距还是很大的.当前存在的主要问题是: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和软硬件,国外均是对我国进行控制和封锁的.我们正面临着国际竞争的严峻形势,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挑战和义不容辞的任务.
过去,我国国民经济各部门虽然引进了不少国外先进技术,也强调了国产化的问题,尽管它们中的绝大多数几年后都可以达到国产化率70%的要求,可是只要我们仔细分析一下,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.各应用领域所涉及到的关键电力电子技术可概括为:大功率变流技术,电力电子及其系统控制技术,大功率逆变器并网技术,大功率全控电力电子器件和电力电子全数字控制技术等.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.
四、我国发展电力电子技术的对策
电力电子技术虽然有微电子技术的许多共同特征,如发展变化都非常迅速,渗透力和创新表现十分突出,生命力格外旺盛,处于阳光产业地位,并与其他学科相互融合和发展产生新的机遇,而电力电子技术还有其自身一些独具特色的地方,如高电压、大容量及控制功率范围大,因此技术的创新难度在于必须跨越高电压大功率这一关卡,及其技术的综合难度,如材料工业和制造工艺,而电力电子器件工作的可靠性是其极其重要的一个技术指标.为此电力电子技术的创新是与多种学科相互渗透并对各种工业领域有着极强的渗透性.因此电力电子技术与国家的基础产业关系密切,并与国家发展的各项方针及产业政策相配套的要求在21世纪会显得越来越强烈.电力电子技术又称为能流技术,因此电力电子技术的发展与创新是21世纪可持续发展战略纲领的重要组成部分.在21世纪初加快现代电力电子转化的力度,必将形成一条朝阳的高科技产业链,推动我国工业领域的技术创新.
电力电子技术的创新与电力电子器件制造工艺,已成为世界各国工业自动化控制和机电一体化领域竞争最激烈的阵地,各发达国家均在这一领域注入极大的人力,物力和财力,使之进入高科技行业,就电力电子技术的理论研究而言,目前日本、美国及法国、荷兰、丹麦等西欧国家可以说是齐头并进,在这些国家各种先进的电力电子功率量不断开发完善,促进电力电子技术向着高频化迈进,实现用电设备的高效节能,为真正实现工控设备的小型化,轻量化,智能化奠定了重要的技术基础,也为21世纪电力电子技术的不断拓展创新描绘了广阔的前景.我国开发研制电力电子器件的综合技术能力与国外发达国家相比,仍有较大的差距,要发展和创新我国电力电子技术,并形成产业化规模,就必须走有中国特色的产学创 新之路,即牢牢坚持和掌握产、学、研相结合的方法走共同发展之路.从跟踪国外先进技术,逐步走上自主创新,从交叉学科的相互渗透中创新,从器件开发选择及电路结构变换上创新,这对电力技术创新是尤其实用的.也要从器件制造工艺技术引导创新,从新材料科学的应用上创新,以此推动电力电子器制造工艺的技术创新,提高器件的可靠性.由此形成基础积累型的创新之路.并要把技术创新与产品应用及市场推广有机结合,以加快科技创新的自我强化的循环,促进和带动技术创新有着稳定的基础,以使我国电力电子技术及器件制造工艺技术有以长足的发展,并形成一个全新的朝阳产业,转化为巨大的生产力,推动我国工业领域由粗放型经营走向集约型,促进国民经济以高速、高度、可持续发展.