電力電子技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展現(xiàn)狀及對(duì)策

[摘 要] 文章闡述了電力電子的含義和任務(wù)，分析了電力電子技術(shù)目前在我國(guó)的發(fā)展、應(yīng)用現(xiàn)狀和存在的問(wèn)題，指出在我國(guó)建立一個(gè)自主創(chuàng)新的、強(qiáng)大的、達(dá)到世界先進(jìn)水平的電力電子產(chǎn)業(yè)是十分迫切和重要的，并提出了相應(yīng)的對(duì)策。

[關(guān)鍵詞] 電力電子技術(shù) 現(xiàn)狀 對(duì)策

一、引言

我國(guó)是一個(gè)發(fā)展中的國(guó)家，目前尚處于前工業(yè)化階段，傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)仍然是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的主力軍，因此在近期或在較長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)，傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造和發(fā)展將在很大程度上決定著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。電力、機(jī)械、冶金、石油、化工、交通運(yùn)輸是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的重要支柱，這些產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平的高低直接關(guān)系到我國(guó)工業(yè)基礎(chǔ)的強(qiáng)弱。特別是，近年來(lái)隨著經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)步發(fā)展，巨大的電力缺口與人們對(duì)電力的強(qiáng)烈需求之間的矛盾越來(lái)越明顯。由于我國(guó)常規(guī)能源資源的有限性和環(huán)保的巨大壓力，能源建設(shè)必須走節(jié)電和開(kāi)發(fā)利用可再生能源之路，這就決定了在今后相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)期內(nèi)，我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和巨大的用戶市場(chǎng)對(duì)電力電子技術(shù)具有巨大的、持久的需求，這就意味著我國(guó)電力電子和電力傳動(dòng)產(chǎn)業(yè)面臨著良好的機(jī)遇。

今后世界市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)主要表現(xiàn)為高新技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)，誰(shuí)擁有電力電子這種先進(jìn)的高新科技產(chǎn)品，誰(shuí)就掌握競(jìng)爭(zhēng)的優(yōu)勢(shì)。面臨我國(guó)已加入世貿(mào)組織和必須適應(yīng)國(guó)際大循環(huán)的形勢(shì)，我們面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，因?yàn)榭傮w說(shuō)來(lái)我國(guó)當(dāng)前電力電子技術(shù)的水平落后于國(guó)際先進(jìn)水平，遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，特別是還面臨著國(guó)外產(chǎn)品嚴(yán)重沖擊，因此，我們必需清醒地認(rèn)識(shí)到這一挑戰(zhàn)并且要勇敢地面對(duì)。

二、電力電子的含義和任務(wù)

從學(xué)科的角度講，電力電子的主要任務(wù)是研究電力電子(功率半導(dǎo)體)器件、變流器拓?fù)浼捌淇刂坪碗娏﹄娮討?yīng)用系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電、磁能量的變換、控制、傳輸和存貯，以達(dá)到合理、高效地使用各種形式的電能，為人類提供高質(zhì)量電、磁能量。電力電子的研究范圍與研究?jī)?nèi)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(shù)，其研究?jī)?nèi)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(yīng)用中的電力電子變流技術(shù);電力電子變流器智能化技術(shù);電力電子系統(tǒng)中的控制和計(jì)算機(jī)仿真、建模等。(3)電力電子應(yīng)用技術(shù)，其研究?jī)?nèi)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(jìn)中的應(yīng)用;電力電子系統(tǒng)信息與網(wǎng)絡(luò)化;電力電子系統(tǒng)故障分析和可靠性;復(fù)雜電力電子系統(tǒng)穩(wěn)定性和適應(yīng)性等。(4)電力電子系統(tǒng)集成，其研究?jī)?nèi)容主要包括電力電子模塊標(biāo)準(zhǔn)化;單芯片和多芯片系統(tǒng)設(shè)計(jì);電力電子集成系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性等。

從工程應(yīng)用的角度看，無(wú)論是電力、機(jī)械、礦冶、交通、石油化工、輕紡等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，還是通信、激光、機(jī)器人、環(huán)保、原子能、航天等高科技產(chǎn)業(yè)，都迫切需要提供高質(zhì)量的電能，特別是要求節(jié)能。而電力電子則是實(shí)現(xiàn)將各種能源高效率地變換成高質(zhì)量電能、節(jié)能、環(huán)保和提高人民生活質(zhì)量的重要手段，它已經(jīng)成為弱電控制與強(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。電力電子的突出特點(diǎn)是高效、節(jié)能、省材，所以電力電子已成為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)技術(shù)，是現(xiàn)代科學(xué)、工業(yè)和國(guó)防的重要支撐技術(shù)。因此，無(wú)論上述諸多高技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，還是各種傳統(tǒng)產(chǎn)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(guān)的應(yīng)用領(lǐng)域，電力電子產(chǎn)品已無(wú)所不在。由于目前我國(guó)還沒(méi)有形成獨(dú)立自主的、完整的、強(qiáng)大的電力電子的產(chǎn)業(yè)體系，因此它已成為制約我國(guó)建立獨(dú)立自主的現(xiàn)代科學(xué)、工業(yè)和國(guó)防體系的瓶頸之一。

三、電力電子技術(shù)目前在我國(guó)的發(fā)展、應(yīng)用現(xiàn)狀和存在的問(wèn)題

雖然我國(guó)電力電子的開(kāi)發(fā)研究已有50年歷史，過(guò)去我們已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但是與超大規(guī)模集成電路的發(fā)展一樣，該領(lǐng)域科技發(fā)展速度太快，加之我國(guó)財(cái)力和原有基礎(chǔ)薄弱的限制，特別是面臨國(guó)外高科技的沖擊等原因，我國(guó)電力電子有被“邊緣化”的趨勢(shì)，即各行各業(yè)都迫切需要，但是各應(yīng)用領(lǐng)域均沒(méi)將其作為研究重點(diǎn)，國(guó)內(nèi)解決不了就依靠進(jìn)口。應(yīng)當(dāng)承認(rèn)，目前我們與國(guó)外先進(jìn)水平的差距還是很大的。當(dāng)前存在的主要問(wèn)題是:目前我國(guó)生產(chǎn)的大多數(shù)電力電子產(chǎn)品和裝置還主要基于晶閘管;雖然也能制造一些高技術(shù)的電力電子產(chǎn)品和裝置，但是它們均是采用國(guó)外生產(chǎn)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(jìn)的全控型電力電子器件則全部依賴進(jìn)口，而許多關(guān)系到國(guó)民經(jīng)濟(jì)命脈和國(guó)家安全的若干關(guān)鍵領(lǐng)域中的核心技術(shù)和軟硬件，國(guó)外均是對(duì)我國(guó)進(jìn)行控制和封鎖的。我們正面臨著國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的嚴(yán)峻形勢(shì)，特別是關(guān)系到國(guó)民經(jīng)濟(jì)命脈和國(guó)家安全的若干關(guān)鍵領(lǐng)域中的核心技術(shù)與國(guó)外先進(jìn)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(wù)。

過(guò)去，我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門雖然引進(jìn)了不少國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，也強(qiáng)調(diào)了國(guó)產(chǎn)化的問(wèn)題，盡管它們中的絕大多數(shù)幾年后都可以達(dá)到國(guó)產(chǎn)化率70%的要求，可是只要我們仔細(xì)分析一下，就不難發(fā)現(xiàn)，最終國(guó)外公司拒絕轉(zhuǎn)讓的技術(shù)和重要部件，均是涉及到高技術(shù)的電力電子及電力傳動(dòng)產(chǎn)品中的核心技術(shù)。各應(yīng)用領(lǐng)域所涉及到的關(guān)鍵電力電子技術(shù)可概括為:大功率變流技術(shù);電力電子及其系統(tǒng)控制技術(shù);大功率逆變器并網(wǎng)技術(shù);大功率全控電力電子器件和電力電子全數(shù)字控制技術(shù)等。與國(guó)外的主要差距和存在的問(wèn)題是:全控電力電子器件國(guó)內(nèi)不能制造;大功率變流器制造技術(shù)水平較低，裝置可靠性差;電力電子全數(shù)字控制技術(shù)水平還處于初級(jí)階段;應(yīng)用系統(tǒng)控制技術(shù)和系統(tǒng)控制軟件水平較低;缺乏重大工程經(jīng)驗(yàn)積累等。高性能大功率變流裝置目前幾乎全部依靠進(jìn)口。

四、我國(guó)發(fā)展電力電子技術(shù)的對(duì)策

電力電子技術(shù)雖然有微電子技術(shù)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(yáng)光產(chǎn)業(yè)地位，并與其他學(xué)科相互融合和發(fā)展產(chǎn)生新的機(jī)遇，而電力電子技術(shù)還有其自身一些獨(dú)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(shù)的創(chuàng)新難度在于必須跨越高電壓大功率這一關(guān)卡，及其技術(shù)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(gè)技術(shù)指標(biāo)。為此電力電子技術(shù)的創(chuàng)新是與多種學(xué)科相互滲透并對(duì)各種工業(yè)領(lǐng)域有著極強(qiáng)的滲透性。因此電力電子技術(shù)與國(guó)家的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)關(guān)系密切，并與國(guó)家發(fā)展的各項(xiàng)方針及產(chǎn)業(yè)政策相配套的要求在21世紀(jì)會(huì)顯得越來(lái)越強(qiáng)烈。電力電子技術(shù)又稱為能流技術(shù)，因此電力電子技術(shù)的發(fā)展與創(chuàng)新是21世紀(jì)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略綱領(lǐng)的重要組成部分。在21世紀(jì)初加快現(xiàn)代電力電子轉(zhuǎn)化的力度，必將形成一條朝陽(yáng)的高科技產(chǎn)業(yè)鏈，推動(dòng)我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新。

電力電子技術(shù)的創(chuàng)新與電力電子器件制造工藝，已成為世界各國(guó)工業(yè)自動(dòng)化控制和機(jī)電一體化領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)最激烈的陣地，各發(fā)達(dá)國(guó)家均在這一領(lǐng)域注入極大的人力，物力和財(cái)力，使之進(jìn)入高科技行業(yè)，就電力電子技術(shù)的理論研究而言，目前日本、美國(guó)及法國(guó)、荷蘭、丹麥等西歐國(guó)家可以說(shuō)是齊頭并進(jìn)，在這些國(guó)家各種先進(jìn)的電力電子功率量不斷開(kāi)發(fā)完善，促進(jìn)電力電子技術(shù)向著高頻化邁進(jìn)，實(shí)現(xiàn)用電設(shè)備的高效節(jié)能，為真正實(shí)現(xiàn)工控設(shè)備的小型化，輕量化，智能化奠定了重要的技術(shù)基礎(chǔ)，也為21世紀(jì)電力電子技術(shù)的不斷拓展創(chuàng)新描繪了廣闊的前景。我國(guó)開(kāi)發(fā)研制電力電子器件的綜合技術(shù)能力與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比，仍有較大的差距，要發(fā)展和創(chuàng)新我國(guó)電力電子技術(shù)，并形成產(chǎn)業(yè)化規(guī)模，就必須走有中國(guó)特色的產(chǎn)學(xué)創(chuàng)新之路，即牢牢堅(jiān)持和掌握產(chǎn)、學(xué)、研相結(jié)合的方法走共同發(fā)展之路。從跟蹤國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，逐步走上自主創(chuàng)新，從交叉學(xué)科的相互滲透中創(chuàng)新，從器件開(kāi)發(fā)選擇及電路結(jié)構(gòu)變換上創(chuàng)新，這對(duì)電力技術(shù)創(chuàng)新是尤其實(shí)用的。也要從器件制造工藝技術(shù)引導(dǎo)創(chuàng)新，從新材料科學(xué)的應(yīng)用上創(chuàng)新，以此推動(dòng)電力電子器制造工藝的技術(shù)創(chuàng)新，提高器件的可靠性。由此形成基礎(chǔ)積累型的創(chuàng)新之路。并要把技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)品應(yīng)用及市場(chǎng)推廣有機(jī)結(jié)合，以加快科技創(chuàng)新的自我強(qiáng)化的循環(huán)，促進(jìn)和帶動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新有著穩(wěn)定的基礎(chǔ)，以使我國(guó)電力電子技術(shù)及器件制造工藝技術(shù)有以長(zhǎng)足的發(fā)展，并形成一個(gè)全新的朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)，轉(zhuǎn)化為巨大的生產(chǎn)力，推動(dòng)我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域由粗放型經(jīng)營(yíng)走向集約型，促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)以高速、高度、可持續(xù)發(fā)展。

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