電力電子技術在我國電力裝備中的應用前景

／機械工業北京電工技術經濟研究所 鄧偉／

目前，基于半控型晶閘管變流技術成熟，我國在該技術領域業已跟隨國際先進水平，但是國外電力設備供應廠商通過專利控制變流器的核心技術，國內企業自主創新相對薄弱，國內產品水平與國外先進水平差距較大。

一、電力電子技術對能源裝備的發展意義重大

電力電子技術將各種能源高效率地變換成為高質量的電能，是信息技術與能量變換的結合，具有高效、節能、省材的特點，業已成為傳統產業實現自動化、智能化、節能化、機電一體化的重要途徑。

電力電子技術在風能、太陽能、熱泵、水電、生物質能等電力領域有著廣泛的應用前景，應用于發電、輸電、配電各個環節。電力電子技術的革新促進了電力應用的節約化和高效化發展，為電力使用效率提升做出了貢獻。特別是在輸變電環節，大功率電力電子技術應用于高壓直流輸電和柔性交流輸電、交直流混合配電網等方面，是實現電能變換和控制的關鍵技術。

我國已經完全掌握了靜止無功補償器（SVC）設計制造的核心技術，徹底實現了SVC的全面國產化，并已成為國際上最大的SVC設計制造國。

二、我國電力電子產業發展現狀

（一）電力電子器件方面

我國傳統型晶閘管類電力電子器件的電壓等級和電流容量不斷擴展，品種不斷增加，產業結構趨于穩定，能滿足國內的需求。光控晶閘管實現了產業化，目前已經用于高壓直流輸電和無功補償（SVC）等領域。

在國家產業政策支持和國民經濟發展的推動下，我國高頻類電力電子器件的研發和產業化也取得了一定的成績。在IGBT行業中已經有所突破，從芯片設計到芯片封裝、測試的完整產業鏈正在形成。IGBT模塊的封裝技術上了一個臺階，國產品牌正在形成之中，已與國際品牌展開競爭態勢。基于IGBT模塊的電力電子變流裝置，如風力發電變流器、光伏發電逆變器、電機調速變頻器等都均已規模化應用，部分應用領域的變流器已替代進口產品。

（二）電力電子設備和系統方面

高壓變頻器制造技術水平和應用范圍與發達國家的距離正在縮小中，高壓變頻器的市場主要為內資企業占有。中低壓變頻器早已規模化生產，但技術缺乏優勢，市場主要被國外公司占有。

經典的直流輸電技術有了跨越式進步，輸送電能容量有很大提升。自主研發的±800千伏及以下電壓等級直流輸電換流閥在設計、制造、試驗和運行方面技術成熟，同國外同行業先進企業的產品水平接近。柔性直流輸電技術也已取得突破，±160千伏輸電工程已在南澳島運行，±320千伏背靠背聯網工程將在2015年底投入運行，±500張北柔直、±800千伏昆柳龍特高壓混合多端直流項目相繼投運。

我國已經完全掌握了靜止無功補償器（SVC）設計制造的核心技術，徹底實現了SVC的全面國產化，并已成為國際上最大的SVC設計制造國。國產中小功率不間斷供電電源（UPS）占據了國內主要市場份額，正在向高端大功率市場發展。

三、電力電子產業發展存在的問題

目前，基于半控型晶閘管變流技術成熟，我國在該技術領域業已跟隨國際先進水平，但是國外電力設備供應廠商通過專利控制變流器的核心技術，國內企業自主創新相對薄弱，國內產品水平與國外先進水平差距較大。

（一）電力半導體器件制造水平薄弱

國內已掌握了半控型器件設計制造技術，但全控型電力半導體器件，諸如絕緣柵雙極性晶體管（IGBT）、電子注入增強晶體管（IEGT）等器件依賴進口。國內相關科研院所和少數企業開展了IGBT器件的開發工作，初步具備產業化條件，但多數企業仍集中在半導體模塊的封裝技術方面，器件性能水平、可靠性較差；智能功率半導體模塊研發方面國內尚處于空白階段。同時，新一代寬禁帶半導體器件（SiC、GaN器件）研發工作尚未形成產業雛形。

（二）高性能電力電子產品水平落后

我國電力電子產業以中低端產品為主，特別是高壓、大容量電力電子產品的設計制造水平較低，自主研發能力不足，因國外技術壁壘等因素，高性能電力電子產品多依賴國外進口，其關鍵技術尚未完全掌握；同時，國內電力電子產品的控制系統多以數字信號處理器為核心，處于數字化控制的初級階段，缺乏基于嵌入式信息系統的高性能電力電子產品開發設計經驗。

（三）電力電子產品缺乏標準化工作

目前，國內電力電子產品尚未有相關成熟的設計標準，多以用戶側的需求為目標進行設計，隨著電力電子產品在電力網中的規模化應用，其產品設計標準的建立迫在眉睫；同時，電力電子產品沒有相關權威檢測機構認證，產品安全性等方面難以保障，不利于產品產業鏈的良性發展。

四、電力電子技術在電力裝備領域的應用前景

主要應用方向包括：

1）新型電力電子器件研制。促進寬禁帶電力半導體器件的產業化；基于新材料的儲能電池開發、超導電力技術在儲能、輸變電領域的應用。

2）柔性輸配電技術。主要包括柔性直流輸電技術、交直流混合配電網技術、電能質量治理技術、高壓大容量電力變換技術及其先進全數字控制系統研發。

3）工業節能技術。主要為高性能、高壓大容量的變頻調速系統開發。

4）規模化電力電子系統開發。包括微電網能量管理技術及其工程應用，超導、電池等規模化電力儲能技術，電動汽車充電及驅動控制技術，機車牽引、船艦電力驅動、深海電力等特殊應用領域電力電子產品的研發。