曾光

【摘要】本文主要从电力电子的含义和任务、电力传动系统的发展现状分析、电力电子技术目前存在的问题、电力电子技术在电力系统中应用的发展趋势等方面进行了阐述。

【关键词】电力电子；电力传动；发展

中图分类号： F407 文献标识码： A

一、前言

电力电子技术在我国应用广泛，随着科技的不断发展，电力电子与电力传动水平也逐渐提升，同样也面临着挑战与机遇。

二、电力电子的含义和任务

从学术角度看，主要任务是研究电力电子功率电子（半导体）装置，逆变器的拓扑结构和控制及其相关电力电子系统中的应用过程中，实现对电力、磁能量转换、控制、传输和存储，为了达到一个合理的平衡，以及各种形式的有效利用，提供了高质量的电能。本问主要内容和研究范围包括：电力电子技术、电力电子器件及功率集成电路。电力电子技术研究内容主要包括新的或旧的电力电子功率、节能与新能源电力电子、军事和空间的电力电子变换器变换技术应用工程、智能技术、电力电子控制系统和计算机仿真、建模、以及电力电子技术的相关应用。研究内容主要包括大功率变换器的节能应用，可再生能源发电、钢铁、冶金、电力、电力牵引、推进、信息和网络的电力电子系统以及电力电子系统的可靠性、故障分析复杂电力电子系统的稳定性、适应性。电力电子系统集成，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的设计；电力电子集成系统的稳定性，可靠性。

从工程应用的角度看，无论是电力、机械、采矿、运输、石油化工、纺织等传统产业，或通信、激光、机器人、环境保护、原子能、航空航天等高新技术产业，提供高质量的电源的都是其正常运行的基础，特别是能源的节约。而电力电子是不同的能量有效地转化为高质量的电能，实现节能、环保的一个重要手段，提高人们的生活质量，已成为重中之重。其中信息技术是先进制造技术的另一种集中体现，传统产业要实现桥梁的自动化、智能化、节能化，机电一体化。电力电子技术的突出特点是高效、节能、节材。因此电力电子技术已经成为我国国民经济的重要基础，是一个重要的现代科学技术，其发展支撑着工业和国防。因此，无论是高技术应用领域或各种传统行业，包括照明、家用电器和同样广泛的应用领域，都与人们的日常生活密切相关。现实生活中电器和电子产品已经无所不在。由于目前我国还没有形成一个完整的自主的电力电子电力系统，所以它已成为建立现代科学的瓶颈，该行业和我国自主国防系统站之间也应该加强联系的紧密性。

三、电力传动系统的发展现状分析

目前，我国高校的教学模式是对电力的理论和实践的普遍现象的认知。由于电气工程及其自动化专业，是一个强大工科专业，电力技术的专业实力和计算机技术的相互渗透，“电力电子技术”，“电机驱动控制系统”和“交流调速”课程所涉及的基本理论和一系列要求知识，扎实的理论基础，学生必须具备较强的分析和解决问题的能力和实践能力。

1.输入电流为正弦和四象限运行开辟了新的途径

高性能交流驱动系统电压型PWM逆变器中的应用日益广泛，PWM技术的研究更深入。PWM技术可分为三类：正弦PWM，优化PWM及随机PWM。

2.应用矢量控制技术、直接转矩控制技术及现代控制理论

交流电机驱动系统是一个多变量、非线性、强耦合、时变的控制对象，变频调速控制，交流电动机的动态控制是70年代初提出，不仅可以控制每个变量的振幅，而且在控制阶段，为了解耦矢量变换方法对交流电动机的磁链和转矩，高性能的交流传动系统逐渐向实际使用。高动态性能的矢量控制变频器，目前已经成功应用于轧钢机主传动系统，电力牵引系统和数控机床。此外，为了解决复杂系统的控制精度之间的矛盾，同时也提出了一个新的控制方法，如直接转矩控制，方向控制电压，特别是微机控制技术，现代控制理论中的各种控制方法已经应用，最优控制双模拟调节器控制，可以提高系统的动态性能，滑模变结构控制（滑模）能提高系统的鲁棒性。

3.广泛应用微电子技术

随着微电子技术的发展，数字式控制处理芯片的运算能力和可靠性得到很大提高，这使得全数字化控制系统取代以前的模拟器件控制系统成为可能。目前适于交流传动系统的微处理器有单片机、数字信号处理器（Digital Signal Processor——DSP）、专用集成电路（Application Specific Integrated Circuit——ASIC）等。其中，高性能的计算机结构形式采用超高速缓冲储存器、多总线结构、流水线结构和多处理器结构等。

四、电力电子技术目前存在的问题

在过去，中国的国民经济各部门虽然引进了许多国外先进技术，又注重本土化的问题，虽然他们大多经过几年可以达到70%的本地化率，但只要我们仔细分析，不难发现，外国公司拒绝转让技术的重要组成部分，是电力电子技术和高技术动力传动产品的核心技术相关。电力电子技术的应用涉及的核心可以概括为：大功率变流技术、电力电子技术和控制技术、大功率并网逆变器技术、大功率电力电子器件和电力电子数字控制技术。

实现系统状态反馈控制必要条件以及前提是系统能观性的研究，在控制系统的极点配置、动态解耦控制、镇定、渐进跟踪和、静态解耦控制、扰动抑制和线性二次型最优控制等方面都具有很强的意义。电力电子变换器又纯电路系统构成，按照基尔霍夫定律，在该系统中的电力都是可以计算以及检测出来的，所以一般来说，电力电子变换器可以称之为一种能观性的系统，可是电力电子系统中依然有能观性问题。

发现电力电子变换器的混沌现象是在20世纪90年代，该发现解开了长期性的疑惑，电力电子变换器经常会呈现出某种不规则或奇异现象，例如运行时突然崩溃、控制系统的间歇振荡、不明的电磁噪声、系统无法按设计要求工作系甚至统运行的不稳定等。实际上目前对电力电子变换器混沌问题的研究显示，这些现象的产生就是电力电子变换器运行的稳定性问题，当电力电子变换器参数变化到一定范围时，就会产生不稳定运行状态，混沌现象就随之出现。诚然如果在电力电子变换器初期研究就有计划的进行稳定性分析，它的混沌现象可能就会被尽早发现，尽早发现就能及时避免，长期以来只能将它归结为系统故障和外界随机干扰的误解就被消除，也不会因此影响到电力电子变换器的设计、研究和开发，使电力电子变换器性能的得到提高。与此同时也可尽早研究利用电力电子变换器混沌特性提高变换器的特性，例如优化变换器参数设计，避免有害混沌现象的出现，消除奇异或不规则现象，提高电力电子变换器稳定性；利用混沌运动的初值敏感性，提高电力电子变换器的动态响应特性和进行微电量检测；利用混沌功率谱特性降低电力电子变换器中的电磁干扰；利用混沌同步特性实现电力电子变换器的均流控制等。由此可以说明电力电子变换器稳定性不是一个是否需要研究的问题，而是一个必须研究的问题。

五、电力电子技术在电力系统中应用的发展方向

从目前的情况来看，最可靠的电子技术是未来电力电子技术发展的新热点。采用表面贴装技术先进的电力电子技术，多个设备的主电源集成在一起，具有多种功能，大大降低了电力电子装置的重量和体积，同时也降低了损耗和成本，提高工作效率。新材料是电力电子器件的发展的基础，因此在电力电子技术发展的一个瓶颈是新材料的开发。近年来，新的半导体材料，如碳化硅。如果集成技术的突破和新的半导体材料的突破性的整合，会有更多更好的新设备的性能，功能更强大，smanpower高压功率集成电路是一个明显的例子，他的存在，极大地满足了需要大力发展现代农业。除了这些，自动控制芯片的发展也很迅速。为了更好的使用性能优良的新装置，为了如波形生成，满足驱动电路，控制电路和实时保护等方面的要求，只有通过新材料，新技术的发展，不断创造快速性能更加完善，人工智能程度高新的高速控制芯片，更方便的工业应用。

中国的电力电子器件的集成技术能力与发达国家相比，仍然存在较大差距，要想中国电力电子技术的创新发展，形成产业化规模，必须有中国特色产业的创新，这就要求坚定不移地坚持和掌握生产、学习和研究共同发展相结合的道路。从跟踪国外先进技术，在其基础上逐步走上自主创新，从创新的跨学科的相互渗透，从器件选型和电路结构的变革创新，这是特别有用的技术创新的动力。从新材料科学中的应用创新，促进电力电子器件制造技术的发展创新，提高器件的可靠性。这种形式的基础上积累的创新之路。使技术创新和产品应用以及市场营销相结合，从而快科技创新的自我强化的循环，推动技术创新和促进稳定的基础，使我国的电力电子技术和设备制造技术形成一种新的朝阳产业，从而转化为更先进的生产力，由粗放经营向集约型营销发展，从而促进我们的产业的发展和国民经济高速度、高度、可持续发展。

六、结束语

只有以正确的态度来面对电力电子与电力传动面临的挑战与机遇，才能使该部分技术更加完善，也是我国科技进步的体现。

参考文献：

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[2]王朝.我国电力电子与电力传动面临的挑战与机遇.新西部下半.2012年4月，第4期,243-247.

[3]高洁.我国电力电子与电力传动面临的挑战与机遇.价值工程.2013年10月，第9期，110-115.