在電氣工程領域內,電力電子技術算是一個較為新興的學科。從1957年第一只晶閘管的誕生開始算起,他正在以相當迅猛的速度發(fā)展著。近年來電力電子技術又取得了長足的進展,主要表現(xiàn)在以下幾個方面:
(1)電力電子器件技術。全世界公認,電力電子器件技術是電力電子技術的核心。甚至可以說,一部電力電子技術的發(fā)展史,也就是電子電子器件的發(fā)展史。全世界每年都要產(chǎn)生很多種新的電力電子器件,但大浪淘沙,能留下來的新器件并不多。igbt是一種很優(yōu)秀的電力電子器件。二十幾年前,和igbt同樣受到重視的還有mct,曾幾何時,igbt已逐漸取代晶閘管,成為電力電子技術的新寵,成為電力電子技術平臺性的器件。
遺憾的是,目前我國幾乎沒有自己的igbt產(chǎn)業(yè),我們大量購買的igbt管子全部來自進口。當然,在全球經(jīng)濟一體化之下,不可能每個國家的所有產(chǎn)品都能自己生產(chǎn)。但我們是一個擁有13億人口的世界大國。對于像igbt這樣的基礎元件及其相關技術,不能只依賴進口。否則一旦有戰(zhàn)事,發(fā)達國家肯定要封鎖我們,那是不可想象的。因此,我國必須發(fā)展自己的igbt技術和產(chǎn)業(yè)。
目前,我國只能進口igbt芯片,自己進行少量封裝。距離真正擁有自己的igbt產(chǎn)業(yè)尚有一段距離。但是,我們必須清醒地看到,我國距離真正擁有自己的igbt產(chǎn)業(yè)并不遙遠。國家對電力電子技術的發(fā)展十分重視,在國家支撐計劃中,已列入重點項目“電力電子關鍵器件與重大裝備研制”的子項目“新型電力電子器件及電力電子集成技術”給以大力支持,中標的是西安電力電子技術研究所、江蘇宏微科技有限公司和西安交通大學。西安電力電子技術研究所是我國電力電子技術的龍頭單位,在電力電子器件的制造方面有很強的實力,是我國最早研制出第一只晶閘管的研究所。江蘇宏微科技有限公司是以我學會理事、海歸趙善麒先生為首的民營企業(yè),他們較好的掌握了igbt的制造技術。西安交通大學在電力電子技術方面有很強的實力。相信這一組合定能很好的完成這一任務,目前項目進展順利,不久,我們就可以用上自己生產(chǎn)出的igbt。
(2)電力電子集成化技術。電子電路的集成化極大地改變了人類的生活,如果電力電子技術實現(xiàn)了集成化,必將給我們的工作和生活方式帶來巨大影響。
但和電子電路集成技術不同,電力電子技術的集成有三大難題:電隔離、熱隔離、電磁隔離。在電力電子裝置電壓不高、容量不大的領域內,單片電力電子集成電路被廣泛應用。而在電壓較高、容量較大的領域,目前的研究仍以混合集成、封裝技術為主,以至于封裝技術成為當前電力電子集成化技術研究的主流。
在我國,國家自然科學基金委員會對此十分重視,專門設立了重點項目對其研究予以支持。浙江大學、西安交通大學和西安電力電子技術研究所獲得了支持并較好的完成了該項目。最近,如前所述,在我國的支撐計劃中又給予了該項目支持。相信在這一領域中,我國將趕上發(fā)達國家的水平。
(3)電力電子數(shù)字化技術。對于數(shù)字化本身的研究來說,全世界已有很多成果和應用。我國對此項技術的研究也并不落后很多。即使在電力電子領域,對此的研究也并非剛剛開始。但其發(fā)展速度之快,則超出人們的預料。
目前,在電力電子領域,數(shù)字化技術正以飛快的速度發(fā)展著。以前,以開電源關為代表的一些技術不太復雜,模擬技術相對成熟的領域廣泛采用模擬技術。現(xiàn)在,由于大規(guī)模生產(chǎn)的不斷發(fā)展,要求調試更為簡單的呼聲甚高,因此傳統(tǒng)的模擬控制技術正逐漸讓位給數(shù)字控制技術,促成了數(shù)字控制技術的飛速發(fā)展。不少大學和研究機構專門抽出人力物力,開展電力電子數(shù)字化技術的研究。
(4)小功率電力電子技術。以前,和小功率電力電子技術相比,國內更加關注容量較大的電力電子技術的發(fā)展。有人甚至認為,功率小的裝置和技術不能算是電力電子。后來,我們提出了不以功率大小,而以功能來區(qū)分電力電子和信息電子的概念。這一想法被普遍認可。
近來,以使用電力mosfet的電源管理芯片為代表的小功率電力電子技術異軍突起,發(fā)展極為迅猛,深刻地改變著電力電子技術的格局。對此,電力電子技術工程師必須有清醒的認識。
在其他領域(如手持電器),小功率電力電子也大行其道。對此,電力電子技術工程師必須給予足夠的重視。雖然一臺小功率電力電子價格不高,但數(shù)量極其龐大,因此在產(chǎn)值上不可忽視。
(5)新能源發(fā)電技術和電能質量控制技術及節(jié)能技術。其中風力發(fā)電和太陽能發(fā)電最受關注,而電力電子技術正是風力發(fā)電和太陽能發(fā)電的核心技術之一,這給電力電子工程師提供了千載難逢的發(fā)展機遇,廣大電力電子工程師務必抓住這一機遇,乘勢而上,促進電力電子技術的發(fā)展。同時,由于一方面電力電子裝置和電弧爐等裝置的的大量應用,使得電能質量日益下降,另一方面用戶對電能質量的要求越來越高,人們對以有源電力濾波器為代表的電能質量控制裝置日益重視,研究開發(fā)越來越多。此外,由于電力系統(tǒng)電動機(約占發(fā)電量的60%以上)和照明電源(約占發(fā)電量的10~15%)的大量采用,電力電子裝置對無功功率和電力諧波都可有很好的補償作用,因此,電力電子技術被稱為節(jié)能的技術。目前,由于化石能源日漸枯竭,因此,電力電子技術在節(jié)能方面受到很大程度的重視,并且發(fā)展十分迅速。
同時,一方面由于電力電子裝置和電弧爐等裝置的的大量應用,使得電能質量日益下降,另一方面用戶對電能質量的要求越來越高,人們對以有源電力濾波器為代表的電能質量控制裝置日益重視,研究開發(fā)越來越多。
作者簡介
王兆安 男 1945年生,西安交通大學電氣工程學院教授、博士生導師?,F(xiàn)任全國高等學校電氣工程及其自動化專業(yè)教學指導分委員會主任、中國電源學會理事長、中國電工技術學會電力電子學會副理事長兼學術委員會主任。2006年被評為國家級教學名師。










