工业控制自主创新

电力电子技术是20世纪后期诞生并发展起来的一门崭新的技术，是以电力为处理对象并集电力、电子、控制三大电气工程技术领域的综合性学科。从学科角度来看，电力电子的主要研究集中在电力电子（功率半导体）器件、变流器拓扑及其控制和电力电子应用系统，实现对电、磁能量之间的变换、控制、传输和存储，以达到合 理、高效地使用各种形式的电能，为人类提供高质量电能。

电力电子的发展历程

从1958年美国GE公司研制出世界第一个工业普通晶闸管开始，电能的变换和控制就开始了从旋转的变流机组和静止的离子变流器进入由功率半导体器件构成的变 流器时代。虽然早在20世纪初就已经出现了可以控制电流的真空管和水银整流器，但电力电子技术真正得到飞速发展并被广泛应用，还是在硅整流器件诞生之后。 硅整流器件包括从半控型晶闸管(SCR)到全控型的门极可关断晶闸管(GTO)、电力双极型晶体管(BJT)和电力场效应晶体管(Power-MOS- FET)。随着硅整流器件的发展，电力电子器件的控制能力和开关速度得到了提高，现代电力电子的发展向着高频技术处理发展，其发展先后经历了整流器时代、 逆变器时代和变频器时代，在不断的发展中促进了现代电力电子技术的广泛应用。当前，以功率MOS-FET和IGBT为代表的、集高频、高压和大电流于一身 的功率半导体复合器件的出现，表明已经进入现代电子电力技术发展时代。 电力电子的研究范围与研究内容主要包括： 1.电力电子元器件及功率集成电路； 2.电力电子变流技术，其研究内容主要包括新型的或适用于电源、节能及电力电子新能源利用，电力电子系统中的控制和计算机仿真、建模等； 3.电力电子应用技术，其研究内容主要包括变流器在节能、可再生能源发电、钢铁、冶金、电力、电力牵引、舰船推进中的应用，电力电子系统故障分析和可靠性，复杂电力电子系统稳定性和适应性等； 4.电力电子系统集成，其研究内容主要包括电力电子模块标准化，电力电子集成系统的稳定性、可靠性。　　　　 电力电子技术可实现控制加节能，将“粗电”变为“细电”来用。近年来，美国高度应用电力电子变频技术对各种电机进行改造，使电能节约15%～25%左右，在日 本，由于广泛使用变频技术，目前单位国民总值平均能耗居世界最低水平。最新数据显示，目前我国能源40%为电力能源，工业领域占很大比重，约50%的发电 量用于电动机的驱动，电力能源中有40%～80%通过电力电子转换再进行利用。而我国与先进国家总体能源利用效率差10%，远超发达国家平均水平的 23%，未来五年节能将成为国家支柱型战略新兴产业。 　　　　 电力电子制约我国工控创新

虽然我国电力电子技术研究有50多年的历史，已经取得了一定的进展，但该领域科技发展速度太快，加之原有基础薄弱，特别是面临国外高科技冲击等方面的原因， 我国电力电子有被“边缘化”的趋势，即各行各业都迫切需要，但是各应用领域均没将其作为研究重点。应当承认，目前我们与国外先进水平的差距还是很大的。当 前存在的主要问题是：目前我国生产的大部分电力电子装置还主要基于晶闸管；虽然也能制造一些高技术的电力电子产品和装置，但是它们均是采用国外生产的电力 电子器件和组件以组装集成的方式制造的；特别是先进的全控型电力电子器件则全部依赖进口，而关系到国民经济命脉和国家安全的若干关键领域中的核心技术和软 硬件，国外均是对我国进行控制和封锁的。我们正面临着国际竞争的严峻形势，特别是关系到国民经济命脉和国家安全的若干关键领域中的核心技术与国外先进水平 的差距更大，迅速改变这一现状是我们面临的挑战和义不容辞的任务。　　 过去，我国国民经济各部门引进了不少国外先进技术，也强调了国产化的问题，尽管它们中的绝大多数几年后都可以达到国产化率70%的要求，可是只要我们仔细分析一下，就不难发现，最终国外公司拒绝转让的技术和重要部件，均是涉及到高技术的电力电子及电力传动产品中的核心技术。 工业控制领域所涉及到的关键电力电子技术可概括为：大功率变流技术；电力电子及其系统控制技术；大功率逆变器并网技术；大功率全控电力电子器件和电力电子全 数字控制技术等。与国外的主要差距和存在的问题是：全控电力电子器件国内不能制造；大功率变流器制造技术水平较低，装置可靠性差；电力电子全数字控制技术 水平还处于初级阶段；应用系统控制技术和系统控制软件水平较低；缺乏重大工程经验积累等。高性能大功率变流装置目前几乎全部依靠进口。　　　　 通过以上分析，可以看出电力电子技术能够实现工业控制系统上高效节能的目的，具有非常高的实用性，应用范围也相当广泛，在工业控制中很多方面已经开始发挥出 重要的节能作用。随着电力电子技术的发展，其必将为绿色工业提供更好的指导和更强的动力，为节能减排创造更广阔的发展空间，从而造福全社会。我国要真正实 现工业控制系统中的自主创新、资源节约、环境友好这一系列目标，迫切需要建立一个自主创新的、强大的、达到世界先进水平的电力电子产业。