中國(guó)電力電子與電力傳動(dòng)應(yīng)用及發(fā)展分析

丁皓天

中國(guó)電力電子與電力傳動(dòng)應(yīng)用及發(fā)展分析

丁皓天

（哈爾濱理工大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150080）

電力電子與電力傳動(dòng)在當(dāng)前和今后具有越來(lái)越廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域和市場(chǎng)前景，電力電子與電力傳動(dòng)學(xué)科和技術(shù)發(fā)展迅速，要特別重視對(duì)學(xué)科和技術(shù)的研究，推動(dòng)重點(diǎn)領(lǐng)域?qū)⑵渥鳛楹诵募夹g(shù)給予高度重視和大力支持，破解技術(shù)難題，搶占核心高地，不斷拉近中國(guó)電力電子與電力傳動(dòng)學(xué)科和技術(shù)與國(guó)際的水平，提升中國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展水平。

電力電子；電力傳動(dòng)；電質(zhì)量控制；電質(zhì)量控制

1 引言

電力電子和電力傳動(dòng)是合理、高效使用各種形式電能，為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供高質(zhì)量電能、磁能的重要技術(shù)支撐。電力電子和電力傳動(dòng)在涉及電的各行各業(yè)無(wú)處不在，尤其是隨著學(xué)科和技術(shù)的不斷完善和發(fā)展，市場(chǎng)的需求量越來(lái)越大，電力電子與電力傳動(dòng)作為交叉學(xué)科將會(huì)越來(lái)越受到重視；電力電子與電力傳動(dòng)作為高新技術(shù)將會(huì)展現(xiàn)強(qiáng)大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用方向也將從傳統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域走向信息化領(lǐng)域，向著更加智能、更加環(huán)保的方向加速發(fā)展。

2 電力電子與電力傳動(dòng)

2.1 電力電子與電力傳動(dòng)學(xué)科特征

電力電子與電力傳動(dòng)學(xué)科是綜合電能變換、電磁學(xué)、自動(dòng)控制、微電子及電子信息、計(jì)算機(jī)等技術(shù)的新成就而迅速發(fā)展起來(lái)的交叉學(xué)科。研究的內(nèi)容是電力電子器件的原理、制造及其應(yīng)用技術(shù)，電力電子電路、裝置、系統(tǒng)及其仿真與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，電力電子系統(tǒng)故障診斷及可靠性，電力傳動(dòng)及其自動(dòng)控制系統(tǒng)，電力牽引，電磁測(cè)量技術(shù)與裝置，先進(jìn)控制技術(shù)在電力電子裝置中的應(yīng)用，電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，電能變換與控制，諧波抑制與無(wú)功補(bǔ)償?shù)?。研究目的是通過(guò)電力電子器件、變流器拓?fù)浼捌淇刂?、電力電子?yīng)用系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)對(duì)電能、磁能的變換、控制、傳輸和存儲(chǔ)。

2.2 電力電子與電力傳動(dòng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)

電力電子與電力傳動(dòng)主要有以下技術(shù)優(yōu)勢(shì)：①運(yùn)用分布式發(fā)電與可再生能源發(fā)電，利用電力電子與電力傳動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)器件，如逆變器、頻率變流器、靜態(tài)傳輸開關(guān)、直流-直流變流器、交流-直流變流器、集成大功率電機(jī)驅(qū)動(dòng)器等進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)，一方面充分利用能源，盡可能多地將有功能量送入電網(wǎng)，另一方面提高發(fā)電并網(wǎng)時(shí)大電網(wǎng)的穩(wěn)定性。 ②加強(qiáng)電質(zhì)量控制，優(yōu)化資源配置，節(jié)能省電，解決存儲(chǔ)能量再次轉(zhuǎn)化的問(wèn)題，提高用電效率。

2.2.1 集中式大電網(wǎng)供電

目前全球90%的供電系統(tǒng)主要是以大機(jī)組、大電網(wǎng)、高電壓為主的集中式單一供電，電力負(fù)荷以集中單一的大電網(wǎng)供電為主。存在以下缺陷：①大電網(wǎng)中任何一點(diǎn)故障所產(chǎn)生的擾動(dòng)將會(huì)對(duì)整個(gè)電網(wǎng)造成較大影響，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致大面積停電甚至全網(wǎng)崩塌；②大電網(wǎng)供電容易受到戰(zhàn)爭(zhēng)或恐怖勢(shì)力破壞，如對(duì)大電網(wǎng)破壞非常嚴(yán)重的科索沃和海灣戰(zhàn)爭(zhēng)； ③集中式大電網(wǎng)供電不能有效跟蹤電力負(fù)荷變化，但還要為了短暫的峰荷建造發(fā)電廠，花費(fèi)大且效益低。為解決大電網(wǎng)供電缺陷，西方發(fā)達(dá)國(guó)家運(yùn)用電力電子與電力傳動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)器件，采用大電網(wǎng)系統(tǒng)和分布式發(fā)電系統(tǒng)相結(jié)合的方法，加強(qiáng)電質(zhì)量控制，解決發(fā)電時(shí)提高并入電網(wǎng)的穩(wěn)定性，盡可能多地將有功能量送入電網(wǎng)，解決存儲(chǔ)能量再次轉(zhuǎn)化能問(wèn)題等，起到了節(jié)省投資、降低能耗、提高效率的作用，大大提高了供電系統(tǒng)的安全性和靈活性。

2.2.2 分布式發(fā)電與可再生能源發(fā)電

分布式發(fā)電與可再生能源發(fā)電多利用風(fēng)能、水能、光能以及其他可再生能源等進(jìn)行發(fā)電，根據(jù)國(guó)家能源局官網(wǎng)2014—2018年每年利用這些能源發(fā)電量（單位：億千瓦）統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，水能發(fā)電總量分別為3.0，3.159 4，3.3，3.411 9，3.5；風(fēng)電發(fā)電總量分別為0.963 7，1.307 5，1.5，1.636 7，1.8；光電發(fā)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(fā)電總量4.4，4.92，6.0，6.5，7.28。從這一組數(shù)據(jù)可以看到，中國(guó)分布式發(fā)電與可再生能源發(fā)電逐年遞增，表明經(jīng)濟(jì)社會(huì)需求量越來(lái)越大。

優(yōu)點(diǎn)：分布式發(fā)電與可再生能源發(fā)電清潔、污染??；從使用效益上看，發(fā)電設(shè)備接近用戶，利用方便，減少了人類對(duì)遠(yuǎn)距離輸電的依賴。

缺點(diǎn)：產(chǎn)生的電能較不穩(wěn)定，存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，如風(fēng)力發(fā)電，為了盡可能多利用風(fēng)能資源，并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電通常要運(yùn)用多臺(tái)大容量風(fēng)力發(fā)電機(jī)，由于風(fēng)場(chǎng)發(fā)電的不穩(wěn)定性，導(dǎo)致發(fā)電并入電網(wǎng)時(shí)，可能會(huì)對(duì)大電網(wǎng)造成不穩(wěn)定性沖擊。

解決辦法：利用電力電子與電力傳動(dòng)技術(shù)，植入關(guān)鍵器件，加強(qiáng)對(duì)電能的控制和調(diào)節(jié)，提高穩(wěn)定性，使其并入大電網(wǎng)時(shí)，避免對(duì)大電網(wǎng)造成嚴(yán)重沖擊；提高利用率，增加儲(chǔ)能環(huán)節(jié)，解決存儲(chǔ)能量再次轉(zhuǎn)化的問(wèn)題。

2.2.3 電質(zhì)量控制

電力工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)和戰(zhàn)略支撐產(chǎn)業(yè)。市場(chǎng)對(duì)電力能源的需求巨大，國(guó)家能源局官網(wǎng)公布的2014—2018年每年電力總裝機(jī)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(shù)據(jù)來(lái)看，中國(guó)電力總裝機(jī)容量五年內(nèi)增長(zhǎng)了38.2%，平均每年以8.1%的速度遞增。根據(jù)國(guó)家能源局官網(wǎng)有關(guān)材料顯示，為打贏污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)，中國(guó)煤電行業(yè)大幅減少污染物排放和能源消耗，2014—2018年三季度末，中國(guó)煤電機(jī)組累計(jì)完成超低排放改造7億千瓦以上，節(jié)能改造累計(jì)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(fā)電、輸電、配電三個(gè)環(huán)節(jié)上提高電質(zhì)量，而電力電子與電力傳動(dòng)技術(shù)在以下三個(gè)環(huán)節(jié)起到了非常重要的作用：在發(fā)電環(huán)節(jié)，主要應(yīng)用于發(fā)電機(jī)勵(lì)磁裝置、電廠用電故障監(jiān)測(cè)及保護(hù)裝置、串補(bǔ)裝置、風(fēng)力發(fā)電用永磁發(fā)電機(jī)變頻調(diào)速裝置、超大功率逆變并網(wǎng)型系統(tǒng)等；在輸電環(huán)節(jié)，主要應(yīng)用于高壓直流輸電系統(tǒng)、靈活交流輸電系統(tǒng)等；在配電環(huán)節(jié)，主要應(yīng)用于有源電力濾波器、靜止無(wú)功發(fā)生器、動(dòng)態(tài)電壓補(bǔ)償器、電力調(diào)節(jié)器、電子短路限流保護(hù)器等，在這些電力環(huán)節(jié)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?fù)浜虳SP全數(shù)字控制技術(shù)。電力電子與電力傳動(dòng)技術(shù)以及應(yīng)用于電力器件中顯示出的高效、節(jié)能、省材等大量?jī)?yōu)良特性，使其成為了弱電控制和強(qiáng)電運(yùn)行之間，信息技術(shù)與先進(jìn)制造技術(shù)之間，傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化、節(jié)能化、機(jī)電一體化的橋梁，還使它顯示出了巨大的潛在的市場(chǎng)份額。

3 結(jié)論

電力電子器件和應(yīng)用技術(shù)已在中國(guó)走過(guò)了近50年的發(fā)展歷史，電力電子與電力傳動(dòng)學(xué)科打破了學(xué)科限制，跨越學(xué)科發(fā)生聯(lián)系；電力電子與電力傳動(dòng)技術(shù)成為高新技術(shù)，正在與數(shù)字技術(shù)、信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制充分融合發(fā)展。電力電子與電力傳動(dòng)在改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)、發(fā)展高新技術(shù)、高質(zhì)量利用各種能源中發(fā)揮了重要作用。有許多專家認(rèn)為，電力電子與電力傳動(dòng)即將導(dǎo)致下一次電子學(xué)的革命，對(duì)電子技術(shù)領(lǐng)域造成強(qiáng)烈的沖擊和改變，人類社會(huì)將會(huì)很快步入更加便捷高效的新時(shí)代。今后應(yīng)高度重視電力電子與電力傳動(dòng)學(xué)科和技術(shù)發(fā)展，重點(diǎn)解決好三對(duì)矛盾，即各行各業(yè)對(duì)電力電子與電力傳動(dòng)技術(shù)的迫切需要與應(yīng)用領(lǐng)域沒(méi)有作為研究重點(diǎn)的矛盾，中國(guó)電力產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展亟需電力電子與電力傳動(dòng)技術(shù)支撐與電力電子和電力傳動(dòng)學(xué)科和技術(shù)發(fā)展相對(duì)滯后的矛盾，一些電力電子與電力傳動(dòng)新技術(shù)新裝置停留在試驗(yàn)階段與市場(chǎng)環(huán)境欠缺和法律法規(guī)滯后導(dǎo)致難以快速進(jìn)入市場(chǎng)的矛盾，加快推動(dòng)電力電子與電力傳動(dòng)學(xué)科和技術(shù)發(fā)展，進(jìn)入市場(chǎng)，發(fā)揮經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。

［1］錢照明.我國(guó)電力電子與電力傳動(dòng)發(fā)展的大好機(jī)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(guó)電力電子與電力傳動(dòng)面臨的挑戰(zhàn)與機(jī)遇［J］.建筑與發(fā)展，2018（9）：69-70.

［3］張永春，呂香玲.淺談我國(guó)電力電子與電力傳動(dòng)面臨的挑戰(zhàn)與機(jī)遇［J］.山東工業(yè)與技術(shù)，2016（24）：178.

2095－6835（2019）22－0150－02

TM921

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.22.063

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕