核心提示：　　電力電子技術(shù)誕生至今己近50年，它對人類的文明起了巨大的推動作用，如今它己無領(lǐng)域不在，無行業(yè)不用，以至于離開了電力電子技術(shù)，將使人們的生活暗然失色。由于電力電子技術(shù)的發(fā)展目的是實(shí)現(xiàn)電能的產(chǎn)生、調(diào)度

　　電力電子技術(shù)誕生至今己近50年，它對人類的文明起了巨大的推動作用，如今它己無領(lǐng)域不在，無行業(yè)不用，以至于離開了電力電子技術(shù)，將使人們的生活暗然失色。由于電力電子技術(shù)的發(fā)展目的是實(shí)現(xiàn)電能的產(chǎn)生、調(diào)度及對電網(wǎng)與用電負(fù)載之間最佳匹配，完成最佳效率、最優(yōu)波形用電。實(shí)現(xiàn)這些功能的基礎(chǔ)是電力半導(dǎo)體器件，而完成這些功能的手段是電力電子成套裝置。電力電子技術(shù)是一門綜合電力半導(dǎo)體器件、電力變換技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、自動控制技術(shù)等許多學(xué)科的邊緣交叉學(xué)科，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電力電子技術(shù)又與現(xiàn)代控制理論、材料科學(xué)、電機(jī)工程、微電子技術(shù)等許多領(lǐng)域密切相關(guān)3.目前，它己逐步發(fā)展成為一門包含更多學(xué)科的綜合性技術(shù)學(xué)科，并在為現(xiàn)代通訊、電子儀器、計(jì)算機(jī)、工業(yè)自動化、電網(wǎng)優(yōu)化、電力工程、國防及某些高新技術(shù)提供高質(zhì)量、高效率、高可靠性的電能方面起著關(guān)鍵的作用。

　　21世紀(jì)是知識經(jīng)濟(jì)及工業(yè)經(jīng)濟(jì)并舉的時代，人類的文明將進(jìn)入一個更高的層次，各種高新技術(shù)都將得到迅猛發(fā)展，這就要求與這些技術(shù)密切相關(guān)的電力電子技術(shù)不落后于時代，因而21世紀(jì)中電力電子技術(shù)將有更迅猛的發(fā)展。21世紀(jì)電力電子技術(shù)研究領(lǐng)域可從電力半導(dǎo)體器件、電力電子成套裝置及控制理論三大方面來探討，而電力電子成套裝置又隨行業(yè)的不同可分為很多方面。

　　221世紀(jì)電力半導(dǎo)體器件的主要研究領(lǐng)域21世紀(jì)電力半導(dǎo)體器件的研究領(lǐng)域分為己有器件性能的完善和新型器件的開發(fā)兩個方面。

　　2.1現(xiàn)有電力半導(dǎo)體器件性能的完善人類第一只硅可控整流器SCR（現(xiàn)統(tǒng)稱為晶閘管）發(fā)明至今己近50年，如今電力半導(dǎo)體器件己形成了40多個品種的龐大家族，各種器件都己在電力電子成套裝置中占領(lǐng)了一席之地，21世紀(jì)這些己有器件將在性能方面獲得更大的發(fā)展，發(fā)展的主流是提高電壓與電流等級，提高工作頻率，減小體積，高度模塊化，高工作效率化，其主要研究領(lǐng)域可以從以下幾個方面來探討。

　　2.1.1GTO、晶閘管、GTR的發(fā)展速度減緩由于硅單晶的結(jié)構(gòu)決定了以硅為原材料制造的器件的最大容量僅可達(dá)到10000A/10000V，因而決定了晶閘管、整流管、GTO、IGCT等器件容量的擴(kuò)大在向10000A/10000V靠近的同時，其功率等級提高的速度放慢，而GTR由于工作機(jī)理決定了大電流與開關(guān)頻率之間不可調(diào)和的矛盾，人們將不會再花很大的精力去提高其功率和頻率。

　　2.1.2MOS器件地位顯赫MOS場控電力半導(dǎo)體器件成為21世紀(jì)電力半導(dǎo)體器件研究的主流。對MOSFET、IGBT、IEGT這些以M0SFET作為控制級，且具有高工作頻率的器件，其研究的核心是提高電壓和電流容量。經(jīng)過努力有望使其電壓與電流的容量達(dá)到接近10000V/10000A水平，工藝上研究的深入和突破將大大提高這些器件的工作頻率，同時其壓降將大幅度降低，以滿足電力電子成套裝置越來越苛刻的要求，使用這些器件制作的電力電子成套裝置的效率更高，體積更小。

　　SIT、SITH將受到重視變頻調(diào)速的更新?lián)Q代和提高性能研究。變頻調(diào)速技術(shù)通過改變定子供電電壓的頻率實(shí)現(xiàn)了交流電動機(jī)轉(zhuǎn)速的改變，從而使一大批由變頻調(diào)速電機(jī)拖動的風(fēng)機(jī)和水泵實(shí)現(xiàn)了節(jié)能。如今以GTR為功率器件的變頻調(diào)速裝置在全世界至少占領(lǐng)了近百億美元的市場。21世紀(jì)電力電子成套裝置的一個熱門課題是用IGBT功率集成電路等現(xiàn)代電力半導(dǎo)體器件對這些變頻器進(jìn)行更新和改造，伴隨著改善輸入輸波形和提高效率降低成本等研究，同時可望在控制理論和方法上有所突破。

　　擴(kuò)大變頻電源的應(yīng)用領(lǐng)域。許多原采用電子管的變頻電源系統(tǒng)，諸如超聲波電源、臭氧離子發(fā)生器、熒光燈電子鎮(zhèn)流器、感應(yīng)加熱電源、聲納電源、無線電（長、中、短波）發(fā)射電源，以至微波電源將被以現(xiàn)代電力半導(dǎo)體器件（諸如IGBT、MOSFET等）為主功率器件的新型變頻電源所取代，與這些電源有關(guān)的技術(shù)（如驅(qū)動、保護(hù)高壓、超高頻等）研究將是變頻電源在21世紀(jì)研究的主要課題。

　　變頻電源的控制策略和EMI抑制成為研究重點(diǎn)。提高變頻電源性能的各種控制策略及EMI抑制將成為變頻器的重點(diǎn)研究領(lǐng)域，研究的重點(diǎn)是改善變頻器的輸出波形、使之更趨近正弦波，能針對不同的負(fù)載具有寬范圍的適應(yīng)性，盡可能地消去諧波，提高功率因數(shù)，應(yīng)用SPWM整流技術(shù)，大功率諧振變流技術(shù)減少開關(guān)損耗，進(jìn)而提高整套裝置的效率。

　　3.1.3應(yīng)用電力電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)節(jié)能是研究的重要方向運(yùn)動控制的節(jié)能。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界有60%左右的發(fā)電量是通過電動機(jī)消耗的，電動機(jī)只有在額定負(fù)載附近運(yùn)行效率才最高，但由于對過載、安全系數(shù)的考慮，電動機(jī)常處于低效運(yùn)行。為解決人類能源危機(jī)，實(shí)現(xiàn)大面積節(jié)能，21世紀(jì)將利用計(jì)算機(jī)與電力電子技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的優(yōu)化運(yùn)行，并對諸如車床、沖床、剪床等變負(fù)載電動機(jī)實(shí)現(xiàn)調(diào)壓節(jié)能調(diào)速，同時更大范圍地實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)、泵、壓縮機(jī)等通用機(jī)械拖動電動機(jī)（占電動機(jī)耗電的一半左右）變頻調(diào)速，對軋鋼、有色金屬壓延、造紙、榨糖、大型機(jī)床等的拖動電機(jī)按工藝實(shí)行變頻調(diào)速，對運(yùn)輸機(jī)械中的電氣機(jī)車、內(nèi)燃機(jī)、地下鐵道、輕軌機(jī)車、無軌電車、磁懸浮列車和電動車，以及電梯、自動扶梯、礦井卷揚(yáng)車和龍門吊等實(shí)行變流拖動改造及與之配套的交流調(diào)速，開展與這些領(lǐng)域有關(guān)的研究是21世紀(jì)電力電子成套裝置的又一個重要研究領(lǐng)域。

　　照明燈具改造與節(jié)能研究。據(jù)報道，照明耗電占人類總發(fā)電量的20%左右，所以21世紀(jì)為節(jié)約能源將在照明燈具的改造上投入很大的精力，體現(xiàn)在電子鎮(zhèn)流器的研制及升級換代，改造過去傳統(tǒng)的鎮(zhèn)流器。

　　3.1.4電力系統(tǒng)使用電力電子成套裝置的更新?lián)Q代研究電力系統(tǒng)中電力電子成套裝置用于發(fā)電、供配電及輸變電的所有領(lǐng)域21世紀(jì)在以下方面進(jìn)行新的研究和探索。

　　傳統(tǒng)勵磁方式的改造。將傳統(tǒng)的發(fā)電機(jī)直流勵磁改為變頻勵磁，以獲得更高的可靠性和更大的效益。對水輪發(fā)電機(jī)采用變頻勵磁，針對枯水期與富水期中水輪機(jī)轉(zhuǎn)速變化保證其發(fā)出電的電壓恒定，這一技術(shù)亦可用于風(fēng)力發(fā)電中。

　?。ㄈ缈绾］旊姡?，非周期（非同步）的電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)方面，高壓直流輸電優(yōu)于交流輸電，同時直流輸電節(jié)省金屬材料的用量（少一根輸電線），直流輸電需構(gòu)成特大功率的整流與逆變裝置，并要求很高的可靠性，21世紀(jì)將在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上開展更進(jìn)一步的研究，提高可靠性，人類將有更多的直流輸電線路投入運(yùn)行。

　　動態(tài)無功功率補(bǔ)償（SVC）技術(shù)。無功的存在使發(fā)電機(jī)功率因數(shù)降低，諧波污染電網(wǎng)，引起電網(wǎng)電壓波動，加發(fā)電機(jī)和其他設(shè)備的發(fā)熱。采用電力電子成套裝置進(jìn)行無功補(bǔ)償仍將是21世紀(jì)電力系統(tǒng)的熱門課題，研究的重點(diǎn)是達(dá)到最優(yōu)效果，并盡可能使功率因數(shù)接近1.消除諧波改善電網(wǎng)品質(zhì)。采用電力電子技術(shù)對各種電力電子成套裝置運(yùn)行中的副產(chǎn)品EMI進(jìn)行抑制，其研究的主要課題是有源濾波技術(shù)抑制諧波發(fā)生，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)綠色化。

　　3.2電力電子成套裝置將開辟新的研究領(lǐng)域3.2.1儲能領(lǐng)域渴望新型電力電子成套裝置由于電網(wǎng)的負(fù)載是隨著季節(jié)和晝夜的影響而變化的，從而出現(xiàn)用電高峰和低谷。在用電低谷時，現(xiàn)用的方法是關(guān)掉一臺到幾臺發(fā)電機(jī)，能源浪費(fèi)相當(dāng)嚴(yán)重。采用電力電子成套裝置在用電低谷時把發(fā)電機(jī)發(fā)出的多余電能儲存起來，在用電高峰時，再輸送給電網(wǎng)，這種方法相當(dāng)于多蓋了至少三分之一的發(fā)電廠，其經(jīng)濟(jì)價值是明顯的，這方面的研究集中在實(shí)現(xiàn)下述三個儲能方法的電力電子成套裝置。

　　抽水儲能發(fā)電。白天，上游水庫泄水而發(fā)電；晚間，利用多余的電網(wǎng)電能拖動電動機(jī)運(yùn)行，驅(qū)動水泵把下游水庫的水抽進(jìn)上游水庫，加上游水庫蓄水，使白天可以更多地發(fā)電。當(dāng)然，這種電能變?yōu)闄C(jī)械能，再變成電能的能量變換過程，效率是比較低的。

　　地下室內(nèi)的蓄電池與電容器組儲能。把夜間電網(wǎng)提供的多余交流電整流成直流電，儲存在建筑物地下室內(nèi)的“蓄電池-電容器組”；白天，再把這些儲存的電能逆變成交流電給整個建筑物供電，研究這一變換過程中的電力電子成套裝置也是21世紀(jì)一個重要的研究領(lǐng)域。

　　超導(dǎo)線圈的磁場儲能。在超導(dǎo)體線圈中，數(shù)十萬安培的直流電流在其中流動是不會損耗的，這種儲能器體積大為縮小，轉(zhuǎn)換效率很高。但是，如何實(shí)現(xiàn)常規(guī)交流電能與這種低電壓超大電流的直流電能的互相轉(zhuǎn)換，給電力電子技術(shù)提出了更新的課題。

　　2新能源利用向電力電子成套裝置提出了新的研究課題利用電力電子成套裝置進(jìn)行污水處理、控制有毒有害氣體排放、控制人類氣候變暖等方面的研究亦是一個重要的研究領(lǐng)域。

　　4結(jié)束語21世紀(jì)將是電力電子技術(shù)蓬勃發(fā)展的時代，上述領(lǐng)域的研究將使人類的文明更加輝煌燦爛，讓我們展開雙臂，滿懷喜悅的迎接這一天早日到來吧丨