中國電力電子與電力傳動應用及發展分析

丁皓天

中國電力電子與電力傳動應用及發展分析

丁皓天

（哈爾濱理工大學，黑龍江 哈爾濱 150080）

電力電子與電力傳動在當前和今后具有越來越廣泛的應用領域和市場前景，電力電子與電力傳動學科和技術發展迅速，要特別重視對學科和技術的研究，推動重點領域將其作為核心技術給予高度重視和大力支持，破解技術難題，搶占核心高地，不斷拉近中國電力電子與電力傳動學科和技術與國際的水平，提升中國經濟社會高質量發展水平。

電力電子；電力傳動；電質量控制；電質量控制

1 引言

電力電子和電力傳動是合理、高效使用各種形式電能，為經濟社會發展提供高質量電能、磁能的重要技術支撐。電力電子和電力傳動在涉及電的各行各業無處不在，尤其是隨著學科和技術的不斷完善和發展，市場的需求量越來越大，電力電子與電力傳動作為交叉學科將會越來越受到重視；電力電子與電力傳動作為高新技術將會展現強大的技術優勢，應用方向也將從傳統工業領域走向信息化領域，向著更加智能、更加環保的方向加速發展。

2 電力電子與電力傳動

2.1 電力電子與電力傳動學科特征

電力電子與電力傳動學科是綜合電能變換、電磁學、自動控制、微電子及電子信息、計算機等技術的新成就而迅速發展起來的交叉學科。研究的內容是電力電子器件的原理、制造及其應用技術，電力電子電路、裝置、系統及其仿真與計算機輔助設計，電力電子系統故障診斷及可靠性，電力傳動及其自動控制系統，電力牽引，電磁測量技術與裝置，先進控制技術在電力電子裝置中的應用，電力電子技術在電力系統中的應用，電能變換與控制，諧波抑制與無功補償等。研究目的是通過電力電子器件、變流器拓撲及其控制、電力電子應用系統等，實現對電能、磁能的變換、控制、傳輸和存儲。

2.2 電力電子與電力傳動技術優勢

電力電子與電力傳動主要有以下技術優勢：①運用分布式發電與可再生能源發電，利用電力電子與電力傳動關鍵技術器件，如逆變器、頻率變流器、靜態傳輸開關、直流-直流變流器、交流-直流變流器、集成大功率電機驅動器等進行控制和調節，一方面充分利用能源，盡可能多地將有功能量送入電網，另一方面提高發電并網時大電網的穩定性。 ②加強電質量控制，優化資源配置，節能省電，解決存儲能量再次轉化的問題，提高用電效率。

2.2.1 集中式大電網供電

目前全球90%的供電系統主要是以大機組、大電網、高電壓為主的集中式單一供電，電力負荷以集中單一的大電網供電為主。存在以下缺陷：①大電網中任何一點故障所產生的擾動將會對整個電網造成較大影響，嚴重時可能導致大面積停電甚至全網崩塌；②大電網供電容易受到戰爭或恐怖勢力破壞，如對大電網破壞非常嚴重的科索沃和海灣戰爭； ③集中式大電網供電不能有效跟蹤電力負荷變化，但還要為了短暫的峰荷建造發電廠，花費大且效益低。為解決大電網供電缺陷，西方發達國家運用電力電子與電力傳動關鍵技術器件，采用大電網系統和分布式發電系統相結合的方法，加強電質量控制，解決發電時提高并入電網的穩定性，盡可能多地將有功能量送入電網，解決存儲能量再次轉化能問題等，起到了節省投資、降低能耗、提高效率的作用，大大提高了供電系統的安全性和靈活性。

2.2.2 分布式發電與可再生能源發電

分布式發電與可再生能源發電多利用風能、水能、光能以及其他可再生能源等進行發電，根據國家能源局官網2014—2018年每年利用這些能源發電量（單位：億千瓦）統計數據，水能發電總量分別為3.0，3.159 4，3.3，3.411 9，3.5；風電發電總量分別為0.963 7，1.307 5，1.5，1.636 7，1.8；光電發電總量分別為0.280 5，0.421 8，0.774 2，1.302 5，1.7；其他可再生能源發電總量4.4，4.92，6.0，6.5，7.28。從這一組數據可以看到，中國分布式發電與可再生能源發電逐年遞增，表明經濟社會需求量越來越大。

優點：分布式發電與可再生能源發電清潔、污染小；從使用效益上看，發電設備接近用戶，利用方便，減少了人類對遠距離輸電的依賴。

缺點：產生的電能較不穩定，存在一定的風險，如風力發電，為了盡可能多利用風能資源，并網型風力發電通常要運用多臺大容量風力發電機，由于風場發電的不穩定性，導致發電并入電網時，可能會對大電網造成不穩定性沖擊。

解決辦法：利用電力電子與電力傳動技術，植入關鍵器件，加強對電能的控制和調節，提高穩定性，使其并入大電網時，避免對大電網造成嚴重沖擊；提高利用率，增加儲能環節，解決存儲能量再次轉化的問題。

2.2.3 電質量控制

電力工業是國民經濟發展的基礎產業和戰略支撐產業。市場對電力能源的需求巨大，國家能源局官網公布的2014—2018年每年電力總裝機容量（單位：億千瓦）分別為：13.75，15.2527，16.5，17.7703，19.0。從這一組數據來看，中國電力總裝機容量五年內增長了38.2%，平均每年以8.1%的速度遞增。根據國家能源局官網有關材料顯示，為打贏污染防治攻堅戰，中國煤電行業大幅減少污染物排放和能源消耗，2014—2018年三季度末，中國煤電機組累計完成超低排放改造7億千瓦以上，節能改造累計已完成6.5億千瓦。在解決供給和限制的矛盾方面，必須在發電、輸電、配電三個環節上提高電質量，而電力電子與電力傳動技術在以下三個環節起到了非常重要的作用：在發電環節，主要應用于發電機勵磁裝置、電廠用電故障監測及保護裝置、串補裝置、風力發電用永磁發電機變頻調速裝置、超大功率逆變并網型系統等；在輸電環節，主要應用于高壓直流輸電系統、靈活交流輸電系統等；在配電環節，主要應用于有源電力濾波器、靜止無功發生器、動態電壓補償器、電力調節器、電子短路限流保護器等，在這些電力環節和電力器件中，幾乎都使用了全控型大功率電力電子器件、各種新型的高性能多電平大功率變流器拓撲和DSP全數字控制技術。電力電子與電力傳動技術以及應用于電力器件中顯示出的高效、節能、省材等大量優良特性，使其成為了弱電控制和強電運行之間，信息技術與先進制造技術之間，傳統產業實現自動化、智能化、節能化、機電一體化的橋梁，還使它顯示出了巨大的潛在的市場份額。

3 結論

電力電子器件和應用技術已在中國走過了近50年的發展歷史，電力電子與電力傳動學科打破了學科限制，跨越學科發生聯系；電力電子與電力傳動技術成為高新技術，正在與數字技術、信息技術、計算機控制充分融合發展。電力電子與電力傳動在改造傳統產業、發展高新技術、高質量利用各種能源中發揮了重要作用。有許多專家認為，電力電子與電力傳動即將導致下一次電子學的革命，對電子技術領域造成強烈的沖擊和改變，人類社會將會很快步入更加便捷高效的新時代。今后應高度重視電力電子與電力傳動學科和技術發展，重點解決好三對矛盾，即各行各業對電力電子與電力傳動技術的迫切需要與應用領域沒有作為研究重點的矛盾，中國電力產業迅猛發展亟需電力電子與電力傳動技術支撐與電力電子和電力傳動學科和技術發展相對滯后的矛盾，一些電力電子與電力傳動新技術新裝置停留在試驗階段與市場環境欠缺和法律法規滯后導致難以快速進入市場的矛盾，加快推動電力電子與電力傳動學科和技術發展，進入市場，發揮經濟效應。

［1］錢照明.我國電力電子與電力傳動發展的大好機遇［J］.變頻器世界，2008（7）：40，42，44-46.

［2］李壘，冒春燕，陳愷立，等.我國電力電子與電力傳動面臨的挑戰與機遇［J］.建筑與發展，2018（9）：69-70.

［3］張永春，呂香玲.淺談我國電力電子與電力傳動面臨的挑戰與機遇［J］.山東工業與技術，2016（24）：178.

2095－6835（2019）22－0150－02

TM921

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.22.063

〔編輯：嚴麗琴〕