一、應(yīng)用熱點(diǎn)

(一)電氣節(jié)能

節(jié)能是社會所關(guān)注的一個(gè)焦點(diǎn)問題，尤其是在能源相對比較短缺的現(xiàn)代社會，能源的使用和節(jié)約問題也是經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中必須解決的問題。電動機(jī)作為最大的電能消耗載體，在電能節(jié)約方面也有很大的發(fā)展空間。我國在電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)上所消耗的電量達(dá)12000億千瓦時(shí)，超過了全國工業(yè)總用電量的60%。變頻技術(shù)的應(yīng)用，能夠有效控制電機(jī)的合理運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。就目前情況來看，使用變頻調(diào)速的水泵和風(fēng)機(jī)系統(tǒng)是電機(jī)系統(tǒng)中重點(diǎn)的節(jié)能對象。以電力電子技術(shù)為基礎(chǔ)的變頻器，是實(shí)現(xiàn)電氣節(jié)能最為關(guān)鍵的設(shè)備。而變頻器的使用，需要解決其成本問題，提高應(yīng)用的可靠性。

(二)新能源發(fā)電

就現(xiàn)階段的情況來看，電力電子技術(shù)在可再生能源發(fā)電領(lǐng)域以及分布式發(fā)電領(lǐng)域中有著極為廣泛的應(yīng)用，尤其是目前太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮堋⑸锬艿瓤稍偕茉吹拇罅﹂_發(fā)，在很大程度上推動了我國電力行業(yè)的發(fā)展與進(jìn)步。利用電力電子變化技術(shù)能夠在很大程度上確保新能源大量轉(zhuǎn)化電能，以確保我國社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的用電需求，也能在一定程度上提升電能的利用效率，降低國家電網(wǎng)負(fù)荷。新能源發(fā)電中，電力電子技術(shù)在應(yīng)用的過程中存在其獨(dú)特性，主要表現(xiàn)在一次性能源供給存在較大的隨機(jī)性，例如太陽能、風(fēng)能受到天氣條件最為直接的影響。同時(shí)并網(wǎng)發(fā)電的要求相對于一般發(fā)電要更高一些，主要體現(xiàn)在電網(wǎng)側(cè)要求輸電波動不宜過大，另外要求電能輸送質(zhì)量也非常高。就我國目前的發(fā)電現(xiàn)狀來看，并網(wǎng)發(fā)電變換器主要是從國外進(jìn)口，國內(nèi)尚缺乏相關(guān)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，在應(yīng)用方面也處于初級階段，運(yùn)行的可靠性較差，而且相關(guān)功能與性能也不能夠充分契合我國現(xiàn)階段發(fā)電現(xiàn)狀。因此，必須確保并網(wǎng)發(fā)電變化器發(fā)展朝向大容量、高質(zhì)量方面，也需要確保能源的直接變換，提高變換器的運(yùn)轉(zhuǎn)效率與運(yùn)轉(zhuǎn)可靠性，以為我國電能轉(zhuǎn)換事業(yè)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

(三)電力牽引

電力牽引需要有電力電子的控制和變換技術(shù)做基礎(chǔ)，是交通發(fā)展的重要內(nèi)容。目前電力電子技術(shù)在電力牽引中主要的發(fā)展方向有三點(diǎn)，一是電力電子在變換器裝置上功率密度和效率的提升，以及冷卻技術(shù)和集成技術(shù)的發(fā)展;二是控制方面的研究和發(fā)展，如直接轉(zhuǎn)矩控制和矢量控制;三是能量綜合管理技術(shù)和冗余控制的應(yīng)用。

(四)智能電網(wǎng)

在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展、能源需求、環(huán)境問題等多重因素的作用下，使得社會對電力等清潔能源的需求越來越大。如何使電力資源得到有效調(diào)配催生了智能電網(wǎng)概念。智能電網(wǎng)融合了包括數(shù)字化、信息化等多種前沿的科學(xué)技術(shù)，其以節(jié)能、環(huán)保、高效、可靠穩(wěn)定的優(yōu)勢在世界范圍內(nèi)得到迅速推廣。智能電網(wǎng)最于本世紀(jì)初由美國和歐盟等發(fā)達(dá)國家提出，其構(gòu)建初衷是建立靈活、清潔、經(jīng)濟(jì)、安全的智能電網(wǎng)，并以此作為發(fā)展目標(biāo)。美國在電網(wǎng)建設(shè)中，主要側(cè)重于電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性控制，因此在電網(wǎng)的“自愈”能力方面做了重要探索和試點(diǎn)研究。其輸配電網(wǎng)應(yīng)用了智能電表和信息通信等技術(shù)，使得電網(wǎng)市場的信息更加透明，最終達(dá)到節(jié)約電力能源的目的。當(dāng)前我國的特高壓電網(wǎng)也處于重要的改革期，智能電網(wǎng)作為電力的發(fā)展新方向，也成了我國發(fā)展的新方向。基于特高壓輸電傳輸距離遠(yuǎn)、損耗小、成本低的特點(diǎn)，在我國發(fā)展迅速。當(dāng)前已有一條由陜北——晉東南——南陽——荊門(1000kV，已運(yùn)營)和云南——廣東、向家壩——上海兩條(800kV)的在建項(xiàng)目。但電力的發(fā)展卻受到電子器件、主電路結(jié)構(gòu)及控制等電力設(shè)備的制約。

二、關(guān)鍵應(yīng)用技術(shù)與問題

大容量電子應(yīng)用系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)主要元素為：硬件設(shè)備、方法(拓?fù)?、控制技術(shù)。硬件設(shè)備，因高電壓大電流系統(tǒng)的需求，使得應(yīng)用系統(tǒng)需要更好更高功率的半導(dǎo)體器件，從而充分保障系統(tǒng)的可靠性和安全性。但當(dāng)前主要困擾的是，傳統(tǒng)的應(yīng)用系統(tǒng)其效益低、電流容量小，難以適應(yīng)電力的長遠(yuǎn)發(fā)展。探索新的硬件設(shè)備成為其發(fā)展的重要出路。拓?fù)浞椒ê涂刂萍夹g(shù)，傳統(tǒng)的控制技術(shù)(PWM)，其指標(biāo)性能較低，難以適應(yīng)市場的發(fā)展需求。基于當(dāng)前存在半導(dǎo)體開關(guān)器件技術(shù)的掌握還不完全、主電路的設(shè)計(jì)與實(shí)際存在差異、設(shè)備與裝置的電磁暫態(tài)過程描述不清、設(shè)備與設(shè)備協(xié)調(diào)機(jī)理不清晰等問題。發(fā)展自適應(yīng)設(shè)備模型、明晰安全工作區(qū)域的定義、落實(shí)能源控制等關(guān)鍵問題仍是學(xué)者深入探討研究的方向。

作者:徐周         單位:貴州工程應(yīng)用技術(shù)學(xué)院