電力電子系統(tǒng)集成研究進(jìn)展與現(xiàn)狀

平鑒淼 茹琦 張智超

（1.浙江浙能技術(shù)研究院有限公司，浙江杭州 310023；2.浙江浙能天工信息科技有限公司，浙江杭州 310023）

0.引言

電力電子系統(tǒng)的集成化發(fā)展對(duì)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著非常重要的影響作用，是我國(guó)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)的基礎(chǔ)之一[1]。因此，如果讓電力電子系統(tǒng)形成一個(gè)模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化的體系，那么就可以在很大程度上提升生產(chǎn)系統(tǒng)的技術(shù)水平，推動(dòng)自動(dòng)化，智能化生產(chǎn)發(fā)展。電力電子集成主要分成兩個(gè)結(jié)構(gòu)，一個(gè)是生產(chǎn)系統(tǒng)的電子系統(tǒng)集成，另一個(gè)指的就是集成化發(fā)展變得更加系統(tǒng)。

1.電力電子技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

電力作為一次能源，需要在使用之前對(duì)其進(jìn)行處理，這樣做的目的是讓電力可以滿足不同設(shè)備對(duì)電源的需求[2]。電力電子技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代工程中的基礎(chǔ)建設(shè)技術(shù)，當(dāng)今世上有絕大部分電力的輸送需要通過各種形式的電力電子設(shè)備完成，通過對(duì)電力電子設(shè)備的研究，提高電子電力設(shè)備的性價(jià)比并使其可以廣泛應(yīng)用是減少能源消耗的重要途徑之一，同時(shí)也是推動(dòng)可持續(xù)化發(fā)展的一個(gè)重要戰(zhàn)略目標(biāo)。電能產(chǎn)生的時(shí)候是非常巨大的，電力電子以及相關(guān)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)就成為一門關(guān)系到民生的基礎(chǔ)學(xué)科，通過研究市場(chǎng)需求和發(fā)展現(xiàn)狀，我們可以清楚知道電力電子技術(shù)擁有非常明媚的發(fā)展前景。通過研究市場(chǎng)的反饋，我們知道電力電子技術(shù)相關(guān)設(shè)備的生產(chǎn)效率和使用效率更高。電力電子設(shè)備不僅影響其本身的發(fā)展情況，還對(duì)硬件產(chǎn)品的市場(chǎng)和其他產(chǎn)業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生重要影響，隨著電力電子設(shè)備的不斷創(chuàng)新，其應(yīng)用的范圍也在不斷地?cái)U(kuò)大。

1.2 技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

電力電子技術(shù)的產(chǎn)生是因?yàn)殡娏﹄娮悠骷陌l(fā)展與出現(xiàn)，因此，電力電子器件的發(fā)展與相應(yīng)技術(shù)之間是相輔相成的，但電力電子器件的研究與發(fā)展對(duì)電力電子技術(shù)會(huì)產(chǎn)生決定性的影響。新器件的出現(xiàn)帶來技術(shù)革命，同時(shí)也讓電力電子技術(shù)獲得非常重要的發(fā)展機(jī)遇，隨著新型功率器件的使用，人們對(duì)電力資源的使用進(jìn)行系統(tǒng)的研究工作，通過不斷總結(jié)使用經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)數(shù)據(jù)，控制器間完成工作的技術(shù)已經(jīng)日漸成熟。另外，隨著電力電子技術(shù)在不同領(lǐng)域使用的頻率越來越高，很多智能化控制技術(shù)與數(shù)字化技術(shù)也開始逐漸對(duì)現(xiàn)代的電力電子系統(tǒng)產(chǎn)生影響，當(dāng)前社會(huì)對(duì)電力電子系統(tǒng)的要求不斷提高，需要系統(tǒng)具備足夠的工作效率與極強(qiáng)的可靠性，在完成工作的同時(shí)消耗較低的成本與能源，不能產(chǎn)生較多的污染，這對(duì)現(xiàn)代的電力電子研究工作者提出了非常高的挑戰(zhàn)。

現(xiàn)在的電力電子技術(shù)主要有2個(gè)發(fā)展方向，一個(gè)是內(nèi)在的技術(shù)，最常見的就是電路與控制技術(shù)的發(fā)展；另一個(gè)指的就是外部的技術(shù)，指的就是用不同的需求推動(dòng)電力電子技術(shù)的研究與發(fā)展。通過對(duì)電力電子技術(shù)發(fā)展情況的研究，我們發(fā)現(xiàn)內(nèi)在的技術(shù)起著主要的推動(dòng)作用，但當(dāng)前，隨著不同領(lǐng)域?qū)﹄娏﹄娮蛹夹g(shù)的需求產(chǎn)生變化，對(duì)其技術(shù)本身的發(fā)展產(chǎn)生的影響也逐漸提高，這就讓我們開始重新思考電力電子技術(shù)當(dāng)前的發(fā)展方向，也為技術(shù)發(fā)展的方式提出了全新的挑戰(zhàn)[3]。

2.電力電子系統(tǒng)集成的內(nèi)容以及發(fā)展目標(biāo)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們?cè)絹碓阶非笾圃祛I(lǐng)域的自動(dòng)化與智能化，因此，讓電力電子系統(tǒng)集成變得更加標(biāo)準(zhǔn)化，模塊化就是我們需解決的重要問題，同時(shí)也是電力電子技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新發(fā)展的必經(jīng)之路[4]。大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)與發(fā)展為信息技術(shù)領(lǐng)域帶來一場(chǎng)全新的變革，不僅能讓電力電子技術(shù)獲得發(fā)展，還能讓生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化成為可能。通過聯(lián)想將電力電子系統(tǒng)集成技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用與完善也可以產(chǎn)生類似的效果，將電力電子系統(tǒng)集成化不僅可以保障電力電子產(chǎn)品的智能化與標(biāo)準(zhǔn)化，還可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備生產(chǎn)的自動(dòng)化，讓電力電子系統(tǒng)成為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化系統(tǒng)中的智能部件。完善電力電子系統(tǒng)集成技術(shù)還可以擴(kuò)大電力電子系統(tǒng)的使用場(chǎng)合，開辟全新的應(yīng)用領(lǐng)域，進(jìn)而擴(kuò)大市場(chǎng)。

3.實(shí)現(xiàn)電力電子系統(tǒng)集成的方法研究

3.1 對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化模塊進(jìn)行科學(xué)選擇與改進(jìn)

電力電子系統(tǒng)要想實(shí)現(xiàn)模塊化的集成就一定要根據(jù)實(shí)際情況建立更加標(biāo)準(zhǔn)的模塊。電力電子的標(biāo)準(zhǔn)化模塊和其他技術(shù)的模塊相比，具有非常優(yōu)良的優(yōu)勢(shì)，標(biāo)準(zhǔn)化系統(tǒng)的制定，可以讓模塊實(shí)現(xiàn)通用能力，提高模塊的拓展能力，讓借口變成標(biāo)準(zhǔn)化接口，可以提高傳輸?shù)男剩瑢?shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)之間的緊密聯(lián)系，讓相似系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)良好交流，進(jìn)而形成一個(gè)集成化的電力電子系統(tǒng)。在這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的模塊當(dāng)中，用戶可以根據(jù)自己的實(shí)際需求，對(duì)電力電子的子系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)與組合，這也是電力電子系統(tǒng)集成化的服務(wù)內(nèi)容之一，不僅可以實(shí)現(xiàn)用戶的實(shí)際需求，還可以從根本上提高生產(chǎn)效率。

將電力電子系統(tǒng)集成變得標(biāo)準(zhǔn)化還可以讓其應(yīng)用在不同的工作場(chǎng)合，使其無限的拓展能力應(yīng)用于所有場(chǎng)合，在滿足不同用戶的實(shí)際需求的同時(shí)讓結(jié)構(gòu)變得更加合理，讓這套系統(tǒng)可以在特殊的環(huán)境下良好運(yùn)行。大多數(shù)的電力電子系統(tǒng)都是使用變流電路，這種電路在使用的過程中具有特異性，不能對(duì)不同的信號(hào)進(jìn)行識(shí)別，只能在規(guī)定的場(chǎng)合中使用，因此，沒有相關(guān)專利對(duì)其進(jìn)行保護(hù)，我們可以在這個(gè)基礎(chǔ)上對(duì)電力電子系統(tǒng)進(jìn)行研究，讓其特異性消失，進(jìn)而優(yōu)化現(xiàn)代電力電子系統(tǒng)。

在完善電力電子系統(tǒng)的時(shí)候我們要使用科學(xué)的方法對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)線路進(jìn)行分類和研究，通過數(shù)據(jù)計(jì)算出相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，之后再分析這套系統(tǒng)所在的電壓范圍，對(duì)輸出的功率進(jìn)行科學(xué)比較，在研究結(jié)束之后進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用，通過分析應(yīng)用情況了解系統(tǒng)的性能與耗能，通過不斷完善使其具有較強(qiáng)的普適性，讓它可以適應(yīng)不同的生產(chǎn)環(huán)境與情況。

3.2 對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)集成

對(duì)電力電子實(shí)際應(yīng)用的系統(tǒng)進(jìn)行集成，就是讓人們根據(jù)電力電子系統(tǒng)集成的相關(guān)理論與設(shè)計(jì)規(guī)律設(shè)計(jì)更加智能化的電力電子系統(tǒng)。在標(biāo)準(zhǔn)模塊的集成結(jié)構(gòu)之下，我們一定要設(shè)計(jì)開放的分層分級(jí)控制系統(tǒng)，開放式的結(jié)構(gòu)可以讓控制變得更加標(biāo)準(zhǔn)化，而分級(jí)控制的方法可以讓電力電子系統(tǒng)集成變得更加方便，做好應(yīng)用管理器與硬件管理器的標(biāo)準(zhǔn)接口控制，可以讓系統(tǒng)的功能變得更加強(qiáng)大。這種方法讓若干的標(biāo)準(zhǔn)模塊集成發(fā)展成為一個(gè)小系統(tǒng)，而這些小系統(tǒng)就可以形成一個(gè)龐大且全面的應(yīng)用系統(tǒng)，在科學(xué)合理的設(shè)計(jì)之下，大功率的電力電子系統(tǒng)可以利用軟件編程的方式靈活操控各種標(biāo)準(zhǔn)模塊，讓我們可以在不必重新設(shè)計(jì)硬件的情況下，對(duì)整個(gè)電力的系統(tǒng)的功能進(jìn)行修改，讓生產(chǎn)過程變得更加靈活，在提高效率的同時(shí)也節(jié)約不必要的資源浪費(fèi)。

3.3 設(shè)計(jì)可靠的規(guī)劃發(fā)展目標(biāo)

我們進(jìn)行電力電子系統(tǒng)集成工作的目標(biāo)就是對(duì)當(dāng)前的電力電子行業(yè)現(xiàn)狀進(jìn)行改變，讓相關(guān)技術(shù)可以適應(yīng)當(dāng)前時(shí)代發(fā)展的需要。利用系統(tǒng)集成，我們可以更加方便快捷地對(duì)電力電子系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際操作，縮短復(fù)雜電力電子應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究時(shí)間，減少設(shè)計(jì)研究所用的成本，進(jìn)而提高生產(chǎn)效率。我們發(fā)展的方向就是讓非專業(yè)的人員也可以使用基本模塊進(jìn)行組裝，根據(jù)需求制作出一套智能化的電力電子應(yīng)用系統(tǒng)，這種想法無疑是革命性的，讓電力電子系統(tǒng)從專業(yè)部門變成類似于個(gè)人計(jì)算機(jī)工業(yè)一樣的工業(yè)部門，從根本上推動(dòng)生產(chǎn)自動(dòng)化與智能化的變革，讓勞動(dòng)密集與技術(shù)密集的生產(chǎn)現(xiàn)狀獲得徹底改變。

4.結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，電力電子系統(tǒng)已經(jīng)獲得廣泛應(yīng)用，電力電子系統(tǒng)的集成已經(jīng)成為一種發(fā)展的必經(jīng)階段。我們要在研究的過程中根據(jù)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展情況不斷調(diào)整技術(shù)，讓我國(guó)的工業(yè)發(fā)展規(guī)模得到擴(kuò)大，提高生產(chǎn)效率，保障生產(chǎn)質(zhì)量，在節(jié)約成本的同時(shí)也讓電力電子系統(tǒng)集成化的價(jià)值獲得體現(xiàn)。