中国电力电子与电力传动应用及发展分析

丁皓天

中国电力电子与电力传动应用及发展分析

丁皓天

（哈尔滨理工大学，黑龙江 哈尔滨 150080）

电力电子与电力传动在当前和今后具有越来越广泛的应用领域和市场前景，电力电子与电力传动学科和技术发展迅速，要特别重视对学科和技术的研究，推动重点领域将其作为核心技术给予高度重视和大力支持，破解技术难题，抢占核心高地，不断拉近中国电力电子与电力传动学科和技术与国际的水平，提升中国经济社会高质量发展水平。

电力电子；电力传动；电质量控制；电质量控制

1 引言

电力电子和电力传动是合理、高效使用各种形式电能，为经济社会发展提供高质量电能、磁能的重要技术支撑。电力电子和电力传动在涉及电的各行各业无处不在，尤其是随着学科和技术的不断完善和发展，市场的需求量越来越大，电力电子与电力传动作为交叉学科将会越来越受到重视；电力电子与电力传动作为高新技术将会展现强大的技术优势，应用方向也将从传统工业领域走向信息化领域，向着更加智能、更加环保的方向加速发展。

2 电力电子与电力传动

2.1 电力电子与电力传动学科特征

电力电子与电力传动学科是综合电能变换、电磁学、自动控制、微电子及电子信息、计算机等技术的新成就而迅速发展起来的交叉学科。研究的内容是电力电子器件的原理、制造及其应用技术，电力电子电路、装置、系统及其仿真与计算机辅助设计，电力电子系统故障诊断及可靠性，电力传动及其自动控制系统，电力牵引，电磁测量技术与装置，先进控制技术在电力电子装置中的应用，电力电子技术在电力系统中的应用，电能变换与控制，谐波抑制与无功补偿等。研究目的是通过电力电子器件、变流器拓扑及其控制、电力电子应用系统等，实现对电能、磁能的变换、控制、传输和存储。

2.2 电力电子与电力传动技术优势

电力电子与电力传动主要有以下技术优势：①运用分布式发电与可再生能源发电，利用电力电子与电力传动关键技术器件，如逆变器、频率变流器、静态传输开关、直流-直流变流器、交流-直流变流器、集成大功率电机驱动器等进行控制和调节，一方面充分利用能源，尽可能多地将有功能量送入电网，另一方面提高发电并网时大电网的稳定性。 ②加强电质量控制，优化资源配置，节能省电，解决存储能量再次转化的问题，提高用电效率。

2.2.1 集中式大电网供电

目前全球90%的供电系统主要是以大机组、大电网、高电压为主的集中式单一供电，电力负荷以集中单一的大电网供电为主。存在以下缺陷：①大电网中任何一点故障所产生的扰动将会对整个电网造成较大影响，严重时可能导致大面积停电甚至全网崩塌；②大电网供电容易受到战争或恐怖势力破坏，如对大电网破坏非常严重的科索沃和海湾战争； ③集中式大电网供电不能有效跟踪电力负荷变化，但还要为了短暂的峰荷建造发电厂，花费大且效益低。为解决大电网供电缺陷，西方发达国家运用电力电子与电力传动关键技术器件，采用大电网系统和分布式发电系统相结合的方法，加强电质量控制，解决发电时提高并入电网的稳定性，尽可能多地将有功能量送入电网，解决存储能量再次转化能问题等，起到了节省投资、降低能耗、提高效率的作用，大大提高了供电系统的安全性和灵活性。

2.2.2 分布式发电与可再生能源发电

分布式发电与可再生能源发电多利用风能、水能、光能以及其他可再生能源等进行发电，根据国家能源局官网2014—2018年每年利用这些能源发电量（单位：亿千瓦）统计数据，水能发电总量分别为3.0，3.159 4，3.3，3.411 9，3.5；风电发电总量分别为0.963 7，1.307 5，1.5，1.636 7，1.8；光电发电总量分别为0.280 5，0.421 8，0.774 2，1.302 5，1.7；其他可再生能源发电总量4.4，4.92，6.0，6.5，7.28。从这一组数据可以看到，中国分布式发电与可再生能源发电逐年递增，表明经济社会需求量越来越大。

优点：分布式发电与可再生能源发电清洁、污染小；从使用效益上看，发电设备接近用户，利用方便，减少了人类对远距离输电的依赖。

缺点：产生的电能较不稳定，存在一定的风险，如风力发电，为了尽可能多利用风能资源，并网型风力发电通常要运用多台大容量风力发电机，由于风场发电的不稳定性，导致发电并入电网时，可能会对大电网造成不稳定性冲击。

解决办法：利用电力电子与电力传动技术，植入关键器件，加强对电能的控制和调节，提高稳定性，使其并入大电网时，避免对大电网造成严重冲击；提高利用率，增加储能环节，解决存储能量再次转化的问题。

2.2.3 电质量控制

电力工业是国民经济发展的基础产业和战略支撑产业。市场对电力能源的需求巨大，国家能源局官网公布的2014—2018年每年电力总装机容量（单位：亿千瓦）分别为：13.75，15.2527，16.5，17.7703，19.0。从这一组数据来看，中国电力总装机容量五年内增长了38.2%，平均每年以8.1%的速度递增。根据国家能源局官网有关材料显示，为打赢污染防治攻坚战，中国煤电行业大幅减少污染物排放和能源消耗，2014—2018年三季度末，中国煤电机组累计完成超低排放改造7亿千瓦以上，节能改造累计已完成6.5亿千瓦。在解决供给和限制的矛盾方面，必须在发电、输电、配电三个环节上提高电质量，而电力电子与电力传动技术在以下三个环节起到了非常重要的作用：在发电环节，主要应用于发电机励磁装置、电厂用电故障监测及保护装置、串补装置、风力发电用永磁发电机变频调速装置、超大功率逆变并网型系统等；在输电环节，主要应用于高压直流输电系统、灵活交流输电系统等；在配电环节，主要应用于有源电力滤波器、静止无功发生器、动态电压补偿器、电力调节器、电子短路限流保护器等，在这些电力环节和电力器件中，几乎都使用了全控型大功率电力电子器件、各种新型的高性能多电平大功率变流器拓扑和DSP全数字控制技术。电力电子与电力传动技术以及应用于电力器件中显示出的高效、节能、省材等大量优良特性，使其成为了弱电控制和强电运行之间，信息技术与先进制造技术之间，传统产业实现自动化、智能化、节能化、机电一体化的桥梁，还使它显示出了巨大的潜在的市场份额。

3 结论

电力电子器件和应用技术已在中国走过了近50年的发展历史，电力电子与电力传动学科打破了学科限制，跨越学科发生联系；电力电子与电力传动技术成为高新技术，正在与数字技术、信息技术、计算机控制充分融合发展。电力电子与电力传动在改造传统产业、发展高新技术、高质量利用各种能源中发挥了重要作用。有许多专家认为，电力电子与电力传动即将导致下一次电子学的革命，对电子技术领域造成强烈的冲击和改变，人类社会将会很快步入更加便捷高效的新时代。今后应高度重视电力电子与电力传动学科和技术发展，重点解决好三对矛盾，即各行各业对电力电子与电力传动技术的迫切需要与应用领域没有作为研究重点的矛盾，中国电力产业迅猛发展亟需电力电子与电力传动技术支撑与电力电子和电力传动学科和技术发展相对滞后的矛盾，一些电力电子与电力传动新技术新装置停留在试验阶段与市场环境欠缺和法律法规滞后导致难以快速进入市场的矛盾，加快推动电力电子与电力传动学科和技术发展，进入市场，发挥经济效应。

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2095－6835（2019）22－0150－02

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10.15913/j.cnki.kjycx.2019.22.063

〔编辑：严丽琴〕