丁皓天

中國電力電子與電力傳動應(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在當(dāng)前和今后具有越來越廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域和市場前景，電力電子與電力傳動學(xué)科和技術(shù)發(fā)展迅速，要特別重視對學(xué)科和技術(shù)的研究，推動重點領(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，不斷拉近中國電力電子與電力傳動學(xué)科和技術(shù)與國際的水平，提升中國經(jīng)濟社會高質(zhì)量發(fā)展水平。

電力電子；電力傳動；電質(zhì)量控制；電質(zhì)量控制

1 引言

電力電子和電力傳動是合理、高效使用各種形式電能，為經(jīng)濟社會發(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在涉及電的各行各業(yè)無處不在，尤其是隨著學(xué)科和技術(shù)的不斷完善和發(fā)展，市場的需求量越來越大，電力電子與電力傳動作為交叉學(xué)科將會越來越受到重視；電力電子與電力傳動作為高新技術(shù)將會展現(xiàn)強大的技術(shù)優(yōu)勢，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

2.1 電力電子與電力傳動學(xué)科特征

電力電子與電力傳動學(xué)科是綜合電能變換、電磁學(xué)、自動控制、微電子及電子信息、計算機等技術(shù)的新成就而迅速發(fā)展起來的交叉學(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)及其仿真與計算機輔助設(shè)計，電力電子系統(tǒng)故障診斷及可靠性，電力傳動及其自動控制系統(tǒng)，電力牽引，電磁測量技術(shù)與裝置，先進控制技術(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，諧波抑制與無功補償?shù)?。研究目的是通過電力電子器件、變流器拓撲及其控制、電力電子應(yīng)用系統(tǒng)等，實現(xiàn)對電能、磁能的變換、控制、傳輸和存儲。

2.2 電力電子與電力傳動技術(shù)優(yōu)勢

電力電子與電力傳動主要有以下技術(shù)優(yōu)勢：①運用分布式發(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、集成大功率電機驅(qū)動器等進行控制和調(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)時大電網(wǎng)的穩(wěn)定性。 ②加強電質(zhì)量控制，優(yōu)化資源配置，節(jié)能省電，解決存儲能量再次轉(zhuǎn)化的問題，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)主要是以大機組、大電網(wǎng)、高電壓為主的集中式單一供電，電力負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)中任何一點故障所產(chǎn)生的擾動將會對整個電網(wǎng)造成較大影響，嚴重時可能導(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)爭或恐怖勢力破壞，如對大電網(wǎng)破壞非常嚴重的科索沃和海灣戰(zhàn)爭； ③集中式大電網(wǎng)供電不能有效跟蹤電力負荷變化，但還要為了短暫的峰荷建造發(fā)電廠，花費大且效益低。為解決大電網(wǎng)供電缺陷，西方發(fā)達國家運用電力電子與電力傳動關(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，加強電質(zhì)量控制，解決發(fā)電時提高并入電網(wǎng)的穩(wěn)定性，盡可能多地將有功能量送入電網(wǎng)，解決存儲能量再次轉(zhuǎn)化能問題等，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行發(fā)電，根據(jù)國家能源局官網(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，中國分布式發(fā)電與可再生能源發(fā)電逐年遞增，表明經(jīng)濟社會需求量越來越大。

優(yōu)點：分布式發(fā)電與可再生能源發(fā)電清潔、污染?。粡氖褂眯б嫔峡?，發(fā)電設(shè)備接近用戶，利用方便，減少了人類對遠距離輸電的依賴。

缺點：產(chǎn)生的電能較不穩(wěn)定，存在一定的風(fēng)險，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)電通常要運用多臺大容量風(fēng)力發(fā)電機，由于風(fēng)場發(fā)電的不穩(wěn)定性，導(dǎo)致發(fā)電并入電網(wǎng)時，可能會對大電網(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技術(shù)，植入關(guān)鍵器件，加強對電能的控制和調(diào)節(jié)，提高穩(wěn)定性，使其并入大電網(wǎng)時，避免對大電網(wǎng)造成嚴重沖擊；提高利用率，增加儲能環(huán)節(jié)，解決存儲能量再次轉(zhuǎn)化的問題。

2.2.3 電質(zhì)量控制

電力工業(yè)是國民經(jīng)濟發(fā)展的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)和戰(zhàn)略支撐產(chǎn)業(yè)。市場對電力能源的需求巨大，國家能源局官網(wǎng)公布的2014—2018年每年電力總裝機容量（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)來看，中國電力總裝機容量五年內(nèi)增長了38.2%，平均每年以8.1%的速度遞增。根據(jù)國家能源局官網(wǎng)有關(guān)材料顯示，為打贏污染防治攻堅戰(zhàn)，中國煤電行業(yè)大幅減少污染物排放和能源消耗，2014—2018年三季度末，中國煤電機組累計完成超低排放改造7億千瓦以上，節(jié)能改造累計已完成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、配電三個環(huán)節(jié)上提高電質(zhì)量，而電力電子與電力傳動技術(shù)在以下三個環(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)電機勵磁裝置、電廠用電故障監(jiān)測及保護裝置、串補裝置、風(fēng)力發(fā)電用永磁發(fā)電機變頻調(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、靜止無功發(fā)生器、動態(tài)電壓補償器、電力調(diào)節(jié)器、電子短路限流保護器等，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撲和DSP全數(shù)字控制技術(shù)。電力電子與電力傳動技術(shù)以及應(yīng)用于電力器件中顯示出的高效、節(jié)能、省材等大量優(yōu)良特性，使其成為了弱電控制和強電運行之間，信息技術(shù)與先進制造技術(shù)之間，傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)自動化、智能化、節(jié)能化、機電一體化的橋梁，還使它顯示出了巨大的潛在的市場份額。

3 結(jié)論

電力電子器件和應(yīng)用技術(shù)已在中國走過了近50年的發(fā)展歷史，電力電子與電力傳動學(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)、計算機控制充分融合發(fā)展。電力電子與電力傳動在改造傳統(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。有許多專家認為，電力電子與電力傳動即將導(dǎo)致下一次電子學(xué)的革命，對電子技術(shù)領(lǐng)域造成強烈的沖擊和改變，人類社會將會很快步入更加便捷高效的新時代。今后應(yīng)高度重視電力電子與電力傳動學(xué)科和技術(shù)發(fā)展，重點解決好三對矛盾，即各行各業(yè)對電力電子與電力傳動技術(shù)的迫切需要與應(yīng)用領(lǐng)域沒有作為研究重點的矛盾，中國電力產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展亟需電力電子與電力傳動技術(shù)支撐與電力電子和電力傳動學(xué)科和技術(shù)發(fā)展相對滯后的矛盾，一些電力電子與電力傳動新技術(shù)新裝置停留在試驗階段與市場環(huán)境欠缺和法律法規(guī)滯后導(dǎo)致難以快速進入市場的矛盾，加快推動電力電子與電力傳動學(xué)科和技術(shù)發(fā)展，進入市場，發(fā)揮經(jīng)濟效應(yīng)。

［1］錢照明.我國電力電子與電力傳動發(fā)展的大好機遇［J］.變頻器世界，2008（7）：40，42，44-46.

［2］李壘，冒春燕，陳愷立，等.我國電力電子與電力傳動面臨的挑戰(zhàn)與機遇［J］.建筑與發(fā)展，2018（9）：69-70.

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

2095－6835（2019）22－0150－02

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10.15913/j.cnki.kjycx.2019.22.063

〔編輯：嚴麗琴〕