電力電子技術在我國的發(fā)展現(xiàn)狀及對策

[摘 要] 文章闡述了電力電子的含義和任務，分析了電力電子技術目前在我國的發(fā)展、應用現(xiàn)狀和存在的問題，指出在我國建立一個自主創(chuàng)新的、強大的、達到世界先進水平的電力電子產業(yè)是十分迫切和重要的，并提出了相應的對策。

[關鍵詞] 電力電子技術 現(xiàn)狀 對策

一、引言

我國是一個發(fā)展中的國家，目前尚處于前工業(yè)化階段，傳統(tǒng)產業(yè)仍然是我國國民經濟的主力軍，因此在近期或在較長一段時期內，傳統(tǒng)產業(yè)的改造和發(fā)展將在很大程度上決定著我國經濟的發(fā)展。電力、機械、冶金、石油、化工、交通運輸是傳統(tǒng)產業(yè)的重要支柱，這些產業(yè)技術水平的高低直接關系到我國工業(yè)基礎的強弱。特別是，近年來隨著經濟的穩(wěn)步發(fā)展，巨大的電力缺口與人們對電力的強烈需求之間的矛盾越來越明顯。由于我國常規(guī)能源資源的有限性和環(huán)保的巨大壓力，能源建設必須走節(jié)電和開發(fā)利用可再生能源之路，這就決定了在今后相當長的一段時期內，我國國民經濟的發(fā)展和巨大的用戶市場對電力電子技術具有巨大的、持久的需求，這就意味著我國電力電子和電力傳動產業(yè)面臨著良好的機遇。

今后世界市場的競爭主要表現(xiàn)為高新技術的競爭，誰擁有電力電子這種先進的高新科技產品，誰就掌握競爭的優(yōu)勢。面臨我國已加入世貿組織和必須適應國際大循環(huán)的形勢，我們面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)，因為總體說來我國當前電力電子技術的水平落后于國際先進水平，遠遠跟不上我國國民經濟發(fā)展的需要，特別是還面臨著國外產品嚴重沖擊，因此，我們必需清醒地認識到這一挑戰(zhàn)并且要勇敢地面對。

二、電力電子的含義和任務

從學科的角度講，電力電子的主要任務是研究電力電子(功率半導體)器件、變流器拓撲及其控制和電力電子應用系統(tǒng)，實現(xiàn)對電、磁能量的變換、控制、傳輸和存貯，以達到合理、高效地使用各種形式的電能，為人類提供高質量電、磁能量。電力電子的研究范圍與研究內容主要包括:(1)電力電子元、器件及功率集成電路。(2)電力電子變流技術，其研究內容主要包括新型的或適用于電源、節(jié)能及電力電子新能源利用、軍用和太空等特種應用中的電力電子變流技術;電力電子變流器智能化技術;電力電子系統(tǒng)中的控制和計算機仿真、建模等。(3)電力電子應用技術，其研究內容主要包括超大功率變流器在節(jié)能、可再生能源發(fā)電、鋼鐵、冶金、電力、電力牽引、艦船推進中的應用;電力電子系統(tǒng)信息與網絡化;電力電子系統(tǒng)故障分析和可靠性;復雜電力電子系統(tǒng)穩(wěn)定性和適應性等。(4)電力電子系統(tǒng)集成，其研究內容主要包括電力電子模塊標準化;單芯片和多芯片系統(tǒng)設計;電力電子集成系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性等。

從工程應用的角度看，無論是電力、機械、礦冶、交通、石油化工、輕紡等傳統(tǒng)產業(yè)，還是通信、激光、機器人、環(huán)保、原子能、航天等高科技產業(yè)，都迫切需要提供高質量的電能，特別是要求節(jié)能。而電力電子則是實現(xiàn)將各種能源高效率地變換成高質量電能、節(jié)能、環(huán)保和提高人民生活質量的重要手段，它已經成為弱電控制與強電運行之間，信息技術與先進制造技術之間，傳統(tǒng)產業(yè)實現(xiàn)自動化、智能化、節(jié)能化、機電一體化的橋梁。電力電子的突出特點是高效、節(jié)能、省材，所以電力電子已成為我國國民經濟的重要基礎技術，是現(xiàn)代科學、工業(yè)和國防的重要支撐技術。因此，無論上述諸多高技術應用領域，還是各種傳統(tǒng)產業(yè)，乃至照明、家電等量大面廣的，與人民日常生活密切相關的應用領域，電力電子產品已無所不在。由于目前我國還沒有形成獨立自主的、完整的、強大的電力電子的產業(yè)體系，因此它已成為制約我國建立獨立自主的現(xiàn)代科學、工業(yè)和國防體系的瓶頸之一。

三、電力電子技術目前在我國的發(fā)展、應用現(xiàn)狀和存在的問題

雖然我國電力電子的開發(fā)研究已有50年歷史，過去我們已經取得了長足的進步，但是與超大規(guī)模集成電路的發(fā)展一樣，該領域科技發(fā)展速度太快，加之我國財力和原有基礎薄弱的限制，特別是面臨國外高科技的沖擊等原因，我國電力電子有被“邊緣化”的趨勢，即各行各業(yè)都迫切需要，但是各應用領域均沒將其作為研究重點，國內解決不了就依靠進口。應當承認，目前我們與國外先進水平的差距還是很大的。當前存在的主要問題是:目前我國生產的大多數(shù)電力電子產品和裝置還主要基于晶閘管;雖然也能制造一些高技術的電力電子產品和裝置，但是它們均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的;特別是先進的全控型電力電子器件則全部依賴進口，而許多關系到國民經濟命脈和國家安全的若干關鍵領域中的核心技術和軟硬件，國外均是對我國進行控制和封鎖的。我們正面臨著國際競爭的嚴峻形勢，特別是關系到國民經濟命脈和國家安全的若干關鍵領域中的核心技術與國外先進水平的差距更大，迅速改變這一現(xiàn)狀是我們面臨挑戰(zhàn)和義不容辭的任務。

過去，我國國民經濟各部門雖然引進了不少國外先進技術，也強調了國產化的問題，盡管它們中的絕大多數(shù)幾年后都可以達到國產化率70%的要求，可是只要我們仔細分析一下，就不難發(fā)現(xiàn)，最終國外公司拒絕轉讓的技術和重要部件，均是涉及到高技術的電力電子及電力傳動產品中的核心技術。各應用領域所涉及到的關鍵電力電子技術可概括為:大功率變流技術;電力電子及其系統(tǒng)控制技術;大功率逆變器并網技術;大功率全控電力電子器件和電力電子全數(shù)字控制技術等。與國外的主要差距和存在的問題是:全控電力電子器件國內不能制造;大功率變流器制造技術水平較低，裝置可靠性差;電力電子全數(shù)字控制技術水平還處于初級階段;應用系統(tǒng)控制技術和系統(tǒng)控制軟件水平較低;缺乏重大工程經驗積累等。高性能大功率變流裝置目前幾乎全部依靠進口。

四、我國發(fā)展電力電子技術的對策

電力電子技術雖然有微電子技術的許多共同特征，如發(fā)展變化都非常迅速，滲透力和創(chuàng)新表現(xiàn)十分突出，生命力格外旺盛，處于陽光產業(yè)地位，并與其他學科相互融合和發(fā)展產生新的機遇，而電力電子技術還有其自身一些獨具特色的地方，如高電壓、大容量及控制功率范圍大，因此技術的創(chuàng)新難度在于必須跨越高電壓大功率這一關卡，及其技術的綜合難度，如材料工業(yè)和制造工藝，而電力電子器件工作的可靠性是其極其重要的一個技術指標。為此電力電子技術的創(chuàng)新是與多種學科相互滲透并對各種工業(yè)領域有著極強的滲透性。因此電力電子技術與國家的基礎產業(yè)關系密切，并與國家發(fā)展的各項方針及產業(yè)政策相配套的要求在21世紀會顯得越來越強烈。電力電子技術又稱為能流技術，因此電力電子技術的發(fā)展與創(chuàng)新是21世紀可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略綱領的重要組成部分。在21世紀初加快現(xiàn)代電力電子轉化的力度，必將形成一條朝陽的高科技產業(yè)鏈，推動我國工業(yè)領域的技術創(chuàng)新。

電力電子技術的創(chuàng)新與電力電子器件制造工藝，已成為世界各國工業(yè)自動化控制和機電一體化領域競爭最激烈的陣地，各發(fā)達國家均在這一領域注入極大的人力，物力和財力，使之進入高科技行業(yè)，就電力電子技術的理論研究而言，目前日本、美國及法國、荷蘭、丹麥等西歐國家可以說是齊頭并進，在這些國家各種先進的電力電子功率量不斷開發(fā)完善，促進電力電子技術向著高頻化邁進，實現(xiàn)用電設備的高效節(jié)能，為真正實現(xiàn)工控設備的小型化，輕量化，智能化奠定了重要的技術基礎，也為21世紀電力電子技術的不斷拓展創(chuàng)新描繪了廣闊的前景。我國開發(fā)研制電力電子器件的綜合技術能力與國外發(fā)達國家相比，仍有較大的差距，要發(fā)展和創(chuàng)新我國電力電子技術，并形成產業(yè)化規(guī)模，就必須走有中國特色的產學創(chuàng)新之路，即牢牢堅持和掌握產、學、研相結合的方法走共同發(fā)展之路。從跟蹤國外先進技術，逐步走上自主創(chuàng)新，從交叉學科的相互滲透中創(chuàng)新，從器件開發(fā)選擇及電路結構變換上創(chuàng)新，這對電力技術創(chuàng)新是尤其實用的。也要從器件制造工藝技術引導創(chuàng)新，從新材料科學的應用上創(chuàng)新，以此推動電力電子器制造工藝的技術創(chuàng)新，提高器件的可靠性。由此形成基礎積累型的創(chuàng)新之路。并要把技術創(chuàng)新與產品應用及市場推廣有機結合，以加快科技創(chuàng)新的自我強化的循環(huán)，促進和帶動技術創(chuàng)新有著穩(wěn)定的基礎，以使我國電力電子技術及器件制造工藝技術有以長足的發(fā)展，并形成一個全新的朝陽產業(yè)，轉化為巨大的生產力，推動我國工業(yè)領域由粗放型經營走向集約型，促進國民經濟以高速、高度、可持續(xù)發(fā)展。

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