電力電子及其應(yīng)用的十年展望

電力電子及其應(yīng)用已經(jīng)走過了從誕生到成熟的艱難歷程。但在人類的科技史上看這僅僅是開始。讓我們從時(shí)代前進(jìn)的角度,，對包括材料,、元器件、整機(jī)和系統(tǒng),，從基礎(chǔ)理論到可靠性的改善,，來初步展望電力電子及其應(yīng)用在可以預(yù)見的今后十年的新發(fā)展。

　　脫胎于以電子管（電真空器件和充氣管器件）為基礎(chǔ)的“工業(yè)電子學(xué)”,、在電力半導(dǎo)體器件發(fā)展推動(dòng)下誕生的“電力電子學(xué)”已經(jīng)走過近50年的歷程而逐步成熟起來,。它以優(yōu)化功率變換為己任，以高效節(jié)能節(jié)材為專長,，以為自動(dòng)化,、智能化、機(jī)電一體化服務(wù)為目標(biāo),，今天已經(jīng)滲透到電能的產(chǎn)生,、輸送、分配和應(yīng)用的各行各業(yè),，日益顯示出與微電子相似的基礎(chǔ)高科技的一系列特點(diǎn),。

　　電力電子及其應(yīng)用的進(jìn)程是十分艱難的。它是一種強(qiáng)電電子技術(shù),。正因?yàn)樗ㄟ^弱電控制來同強(qiáng)電打交道,，所以不斷有越來越深層次的可靠性問題被發(fā)現(xiàn)、被提出,，使其理論和實(shí)踐的內(nèi)容越來越豐富,。所以，電力電子還是處于不停的發(fā)展中,，蘊(yùn)藏著巨大的生命力,。我們從時(shí)代前進(jìn)的角度，基于對過去近半世紀(jì)來的進(jìn)步的回顧和當(dāng)代初露端倪的新苗頭,，來初步展望電力電子及其應(yīng)用在可以預(yù)見的今后十年的新發(fā)展,。

1 向高電壓、大電流,、高速化方向發(fā)展,、“各司其職”的電力半導(dǎo)體器件

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　　近半個(gè)世紀(jì)來，電力半導(dǎo)體器件出現(xiàn)了幾十種產(chǎn)品,，從理論,、結(jié)構(gòu)和工藝的創(chuàng)新、應(yīng)用廣泛和持續(xù)的視角來看,，功率二極管,、晶體閘流管,、可關(guān)斷晶閘管（GTO）和電場控制器件（IGBT為代表）是幾個(gè)發(fā)展平臺(tái)，從每個(gè)平臺(tái)又派生出若干相關(guān)的器件來,。當(dāng)然,，所有參數(shù)均佳的“全能冠軍”式器件是不存在的。必然是適應(yīng)不同的應(yīng)用需要而會(huì)有不同的器件得到具體的發(fā)展,；而不同的器件又會(huì)找到最適合自己特點(diǎn)的應(yīng)用場合,。

　　1.1 功率二極管　

　　在現(xiàn)代電力電子線路裝置中，除了大功率工頻整流的基本功能之外,，功率二極管還日益肩負(fù)起高頻整流,、續(xù)流、隔離,、箝位,、吸收等越來越多的功能。除了電壓,、電流的指標(biāo)外,，二極管的反向恢復(fù)特性成為最被關(guān)注的參數(shù)。能夠能動(dòng)地控制恢復(fù)電荷,、恢復(fù)時(shí)間,、恢復(fù)軟度及其一致性的工藝技術(shù)，以及為折衷超快恢復(fù)特性與壓降之間的矛盾而必須采用橫向耐壓的,、減少表面電場的RESURF技術(shù)將會(huì)進(jìn)一步成熟起來,。為滿足頻率越來越高的高頻整流和高效率的伏級低電壓計(jì)算機(jī)等整流電源發(fā)展的需要，高性能肖特基二極管和用功率MOSFET組成的同步整流器將會(huì)普及應(yīng)用,。

　　1.2 晶體閘流管

　　在特大功率的工頻開關(guān)應(yīng)用中,，晶閘管以其耐壓高、通態(tài)壓降小,、通態(tài)功耗低而應(yīng)用在高壓直流輸電（HVDC）,、動(dòng)態(tài)無功功率補(bǔ)償、超大電流電解等場合占有優(yōu)勢,。今后十年，我國以三峽電站為代表的一系列西部水力發(fā)電站的建成所需的直流輸電工程需要大量6500V/3000A級晶閘管,；300kA電解鋁設(shè)備要求用大量2500V/5000A級晶閘管,。它們的動(dòng)態(tài)特性，如前者的反向恢復(fù)電荷的一致性,，后者的di/dt耐量高將成為必須攻克的技術(shù)細(xì)頸,。此外，為解決觸發(fā)絕緣的困難,，要求制造這種參數(shù)的光控晶閘管用于HVDC的呼聲日益高漲,。

　　1.3 從GTO到IGCT

　　常規(guī)GTO因其關(guān)斷增益不可能太大而必須借助于足夠大的負(fù)門極電流（約為主電流的三分之一左右）實(shí)現(xiàn)關(guān)斷,。有人把GTO關(guān)斷所需很大的負(fù)門極電流認(rèn)為是靠門極－陰極結(jié)的反向雪崩來傳導(dǎo)的，這種錯(cuò)誤觀點(diǎn)誤導(dǎo)了不少GTO的應(yīng)用者,，使應(yīng)用中莫名其妙地?zé)瞬簧?span lang=EN-US>GTO,。實(shí)際上，施加負(fù)門極脈沖前,，GTO必須先開通,，即α1＋α2＝1被滿足，在陽極電流足夠大之后,，才能施加負(fù)門極信號來降低門極電位,，造成陽極電流的相當(dāng)部分從陽極直接流向門極而減少了通過陰極即npn晶體管部分的發(fā)射結(jié)的電流，從而使門極－陰極發(fā)射結(jié)對應(yīng)的電流放大系數(shù)減小,，最終在α1＋α2<1時(shí),，GTO關(guān)斷。這里,，GTO的狀態(tài)檢測和識(shí)別十分重要,，即只有當(dāng)GTO處于通態(tài)之后才允許施加負(fù)門脈沖來關(guān)斷它。否則在斷態(tài)下的GTO上施加負(fù)門脈沖容易使門－陰結(jié)擊穿損壞,。在GTO關(guān)斷時(shí),，很大的負(fù)門極電流在其體內(nèi)不是來自門－陰結(jié)的反向雪崩擊穿，而是來源于陽極電流的部分分流,。

　　在大功率高電壓的交流逆變（變頻器）應(yīng)用中,，GTO繼承了晶閘管通態(tài)壓降比較小的優(yōu)點(diǎn)。為了克服其靠負(fù)門極電流關(guān)斷的難點(diǎn),，近幾年來出現(xiàn)了一種靠外附MOSFET組來關(guān)斷的GTO組件,，即IGCT（集成門極換流晶閘管）已逐步完善。從這個(gè)意義上講,，IGCT是外關(guān)斷的GTO,。它們關(guān)斷時(shí)，是靠分組串接在陰極和門極的兩組多并聯(lián)MOSFET的協(xié)調(diào)工作來實(shí)現(xiàn)的,。即關(guān)斷瞬間先讓通過陰極的陽極大電流全部“分流”到門極,，再利用串在門極的MOSFET的快速關(guān)斷使之?dāng)嗔鞫P(guān)斷。這樣,，表面看測不出它的尾部電流了,；實(shí)際上，與原來GTO尾部電流對應(yīng)的多余電荷仍存在于其基區(qū)體內(nèi),，這部分電荷（載流子）的復(fù)合仍需要時(shí)間,，所以IGCT的全關(guān)斷時(shí)間和工作頻率同GTO類似。從長遠(yuǎn)看,，IGCT用于高壓直流輸電和動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償?shù)裙ゎl逆變比較合適,。6000V/800A級IGCT已經(jīng)商業(yè)化,。

　　1.4 從IGBT到IEGT

　　IGBT在實(shí)踐中顯示了自己的生命力，最近IGBT在大功率,、高頻率方向上取得了可喜的突破,。

　　（1）溝槽（Trench）結(jié)構(gòu)降低IGBT的通態(tài)壓降

　　常規(guī)IGBT在柵極下方不可避免地存在一個(gè)結(jié)型場控晶體管,，采用溝槽結(jié)構(gòu)挖掉了這個(gè)晶體管,，使IGBT的串聯(lián)電阻明顯減小。這要求解決挖槽,、側(cè)壁氧化及垂直制柵等具體工藝問題,。

　　（2）非穿通（NPT）結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)多芯片并聯(lián),，以擴(kuò)大IGBT電流容量

　　穿通結(jié)構(gòu)能減薄基區(qū),，在晶閘管、GTO等多種電力半導(dǎo)體器件中得到廣泛應(yīng)用,。在常規(guī)電壓IGBT中,，為減薄外延層，也采用穿通（PT）結(jié)構(gòu),，但PT結(jié)構(gòu)中各并聯(lián)單元之間存在著電流分布不均的嚴(yán)重問題,。IGBT的制造又要經(jīng)過十來次光刻，其成品率不允許像晶閘管,、GTO那樣在一個(gè)大硅片上直接做一個(gè)器件,。所以，要想得到大電流容量的IGBT,，必須采用多芯片并聯(lián),。采用NPT結(jié)構(gòu)，在額定電流下,，各IGBT芯片并聯(lián)時(shí)能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)均流的功能,。于是，采用NPT結(jié)構(gòu)的多芯片（如幾十個(gè)）并聯(lián),，已成為IGBT向大電流容量發(fā)展的主要技術(shù)措施,。

　　（3）用單晶片取代外延片制造高電壓IGBT

　　1200V以下的IGBT,，基區(qū)只有100多微米,，只能靠在足夠厚度的超低電阻襯底硅片上外延生長出來，才會(huì)保持其機(jī)械強(qiáng)度,，加工時(shí)不至碎片。制造高電壓IGBT,，基區(qū)厚度要求達(dá)到幾百微米,，這就可以不用外延片而直接采用高電阻率的單晶硅片了,。

（4）提高基區(qū)內(nèi)載流子濃度分布的IEGT

　　高電壓的常規(guī)IGBT，由于基區(qū)大大加寬,，導(dǎo)通壓降太大,。采用注入增強(qiáng)柵晶體管結(jié)構(gòu)（IEGT），增加基區(qū)中的載流子濃度來減小其體壓降,。這是IGBT走向高壓化的又一重要措施,。所以，IEGT是高電壓化的IGBT,。目前4500V/3000A的IGBT（IEGT）已經(jīng)商品化,。不久，6500V級IEGT也將實(shí)用化,。

　?。?/span>5）霹靂型IGBT向150－300kHz前進(jìn)

　　正常IGBT的工作頻率在10－20kHz，其開關(guān)速度比GTO,、IGCT快得多,。在交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速中，它是較好的選擇,。它在中小容量裝置中淘汰功率雙極晶體管（GTR）已成定論,。IEGT在高電壓領(lǐng)域中保持快速開關(guān)特性。在20世紀(jì)末,，采用特殊結(jié)構(gòu)和特殊少子壽命控制（如質(zhì)子注入加特殊退火工藝規(guī)范）的IGBT,，在600－1200V電壓水平下，使工作頻率達(dá)到150kHz（硬開關(guān)）和300kHz（軟開關(guān)）,，被稱為霹靂型IGBT,。它們將在開關(guān)電源中與功率MOSFET競爭，以其導(dǎo)通壓降小,，電流密度大,，電壓等級高，成本低等優(yōu)點(diǎn)占有優(yōu)勢,。今后十年的開關(guān)電源,，也許這種IGBT的市場份額將會(huì)擴(kuò)大。

　　1.5 功率MOS場效應(yīng)管（MOSFET）在競爭中快速發(fā)展

　　20世紀(jì)90年代初業(yè)界就有不少預(yù)言,，功率MOSFET將隨價(jià)格的降低而逐步擴(kuò)大其在量大面廣的晶體管總市場中的份額,，從而將勝過固有二次擊穿問題的雙極結(jié)型晶體管。在2000年,，二者市場份額已經(jīng)基本持平,。今后十年，功率MOSFET的這種優(yōu)勢將進(jìn)一步發(fā)展,，特別是在汽車電子（每輛轎車約采用40－120只MOSFET）,、計(jì)算機(jī)外部設(shè)備,、各種開關(guān)電源和電子鎮(zhèn)流器等開關(guān)應(yīng)用的領(lǐng)域，將成為功率MOSFET的廣闊市場,。

　　如前所述,，在較高電壓（如300V以上）、中等頻率（如200kHz以下）的開關(guān)電源中,，功率MOSFET將遇到高頻化的IGBT的競爭,。但是，所有含有PN結(jié)的硅器件（包括二極管）,，其導(dǎo)通伏安特性上均有至少0.7V的門檻電壓降,，而功率MOSFET表現(xiàn)為純電阻特點(diǎn)而呈從原點(diǎn)發(fā)出的直線。所以在100V以下的開關(guān)應(yīng)用中,，MOSFET的導(dǎo)通電阻低于結(jié)型器件,，超低導(dǎo)通電阻的MOSFET占有絕對優(yōu)勢，這對高效率的伏級開關(guān)電源是重要貢獻(xiàn),。

　　另外,，在200kHz以上的高頻應(yīng)用領(lǐng)域，也是功率MOSFET的巨大市場所在,。最近幾百兆赫,、幾百瓦的射頻MOSFET已經(jīng)商品化。未來十年,，微波功率MOSFET（即吉赫波段）的應(yīng)用將可能促使微波設(shè)備的全固態(tài)化,。

　　低電壓MOSFET的低導(dǎo)通電阻、極高的開關(guān)速度,，以及其良好的并聯(lián)自均流特性（雙極器件難以達(dá)到）,，使其成為大功率IGCT不可缺少的組成部分。

　　1.6 碳化硅器件的登場

　　碳化硅是一種高溫半導(dǎo)體材料,，工作溫度可達(dá)600℃,。PN結(jié)耐壓易于達(dá)到5－10kV。導(dǎo)通電阻比硅器件小得多,。導(dǎo)熱性比硅好,。漏電流特別小。現(xiàn)在碳化硅制成的高壓二極管,、MOSFET管均已問世,。估計(jì)在今后五年內(nèi)，碳化硅材料中的缺陷,，特別是內(nèi)部存在的“管道”（pipe）密度將得到明顯減少,，材料成本將大為下降，器件工藝更加成熟。到2012年,，若干種功率碳化硅器件將在市場上出現(xiàn)并逐步得到普遍應(yīng)用,。

　　器件是裝置的基礎(chǔ),，一代器件將推動(dòng)一代整機(jī)的前進(jìn),。在未來十年內(nèi)，電力電子器件仍將是硅器件當(dāng)家,。碳化硅器件的發(fā)展速度受到碳化硅材料完整性的制約,。

2 不斷提高應(yīng)用可靠性，抑制電應(yīng)力是關(guān)鍵　　

　　在穩(wěn)態(tài)工作的電氣設(shè)備中,，設(shè)計(jì)師總是可以把元件選擇和系統(tǒng)設(shè)計(jì)得十分可靠,，因?yàn)榉€(wěn)態(tài)的電能分布是可知的，可控的,。但是在電力電子系統(tǒng)里,，它的工作狀態(tài)是經(jīng)常變化的，在從一種穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)入另一種穩(wěn)態(tài)的過渡過程中,，系統(tǒng)中的能量分布發(fā)生很大變化,；另一方面，系統(tǒng)中的功率半導(dǎo)體器件總是工作在頻率越來越高的開關(guān)過程當(dāng)中,，產(chǎn)生很高的dv/dt和di/dt,。這不僅使整個(gè)系統(tǒng)經(jīng)常處在周期性重復(fù)的瞬態(tài)，而且隨著開關(guān)頻率的升高,，器件開關(guān)過程中的損耗將遠(yuǎn)大于其穩(wěn)態(tài)損耗,。瞬態(tài)中能量在系統(tǒng)中的分布失衡，從而產(chǎn)生各種局部過電壓和過電流（通常表現(xiàn)為電壓,、電流波形上的“毛刺”）,，通稱“電應(yīng)力”。這些電應(yīng)力的存在意味著能量的局部集中,，瞬時(shí)功耗很大但作用時(shí)間卻很短,，引起局部過熱（超溫）、絕緣層的疲勞擊穿,、電機(jī)軸電流的出現(xiàn)致使軸承的電燒蝕,、功率半導(dǎo)體器件的突然損壞等災(zāi)難性后果。瞬態(tài)能量分布的失衡還常伴隨著電流,、電壓波形的畸變,，產(chǎn)生各種諧波。這不但污染電網(wǎng),、殃及電網(wǎng)上連接的其他電器,，而且在電力電子系統(tǒng)中引起諧波損耗、諧波諧振、諧波轉(zhuǎn)矩等多種問題,，直接危及本系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性,。因此，分析研究電應(yīng)力的出現(xiàn)原因,，采取各種抑制電應(yīng)力的措施,，是提高電力電子應(yīng)用可靠性的關(guān)鍵，是今后十年電力電子產(chǎn)品能得以迅速推廣應(yīng)用的重大問題,。 來源:http://

　　2.1 不同時(shí)間常數(shù)子系統(tǒng)共存的電力電子系統(tǒng)的能量分布研究

　　電力電子系統(tǒng)中存在著時(shí)間常數(shù)差異很大的若干子系統(tǒng),。子系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)表征著該系統(tǒng)的能量分布從一種穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)為另一種穩(wěn)態(tài)的過渡時(shí)間。例如,，在電動(dòng)機(jī)調(diào)速的現(xiàn)代電力電子系統(tǒng)中,，存在著：（1）以秒計(jì)的機(jī)械時(shí)間常數(shù)表征的機(jī)電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，它主要決定于轉(zhuǎn)子和運(yùn)動(dòng)負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,；（2）以毫秒計(jì)的電磁時(shí)間常數(shù)表征的電磁轉(zhuǎn)換系統(tǒng),，它主要決定于定子、轉(zhuǎn)子的電感（自感與互感）,；（3）以微秒計(jì)的晶閘管,、GTO等器件開關(guān)決定的主電路開關(guān)系統(tǒng)；（4）以納秒計(jì)的IGBT,、功率MOSFET等器件快速開關(guān)及某些拓?fù)渲懈哳l軟開關(guān)環(huán)節(jié)決定的,。一般地說，要用短于或等于某系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)動(dòng)作的措施來保護(hù)系統(tǒng)中的過電壓,、過電流?，F(xiàn)在據(jù)了解皮秒級動(dòng)作的新型壓敏器件已經(jīng)上市[4]。以上第一個(gè)系統(tǒng)的研究在經(jīng)典的“電力拖動(dòng)”課程中得到了比較充分的展開,；第二個(gè)系統(tǒng)的研究也在“電機(jī)瞬態(tài)過程”課程中得到良好的分析,。應(yīng)該說目前從納秒到皮秒系統(tǒng)的研究還是很不夠的，目前除了用“Sunbber”（吸收,、緩沖）的概念外,，研究的基本模型和得力方法尚未建立起來，電力電子系統(tǒng)中有關(guān)電應(yīng)力的規(guī)律研究還剛剛開始?，F(xiàn)在,，有了計(jì)算機(jī)仿真的手段，有可能在今后十年內(nèi)完善從拓?fù)?、建模（物理模型和?shù)學(xué)模型）,、模擬等以能量的角度來綜合研究電應(yīng)力、探討失效機(jī)理,、改善可靠性的系統(tǒng)性成果出現(xiàn),。在一定意義上講,，電力電子科技工作者正是通過不斷研究、協(xié)調(diào),、處理過渡過程中的“能量失衡”,，來提高系統(tǒng)可靠性的。

其實(shí),，我們熟知的“電容上的電壓不容突變,，電感中的電流不容突變”均來源于系統(tǒng)中的能量不容突變。電容C儲(chǔ)備的電場能量E＝?CV2,dE/dt＝? C ? 2Vdv/dt＝CV dv/dt,。電感L儲(chǔ)備的磁場能量E＝?LI2,，dE/dt＝?L?2I di/dt＝LI di/dt。所謂電容上的電壓突變,，就是dv/dt＝∞；電感中的電流突變,，就是di/dt＝∞,。它之所以不允許出現(xiàn)，就是因?yàn)?span lang=EN-US>dE/dt＝P（功率）,，功率P不會(huì)是無窮大。

　　2.2 采用無感功率母線是應(yīng)用快速開關(guān)器件的現(xiàn)代電力電子裝置的必備元件

　　在應(yīng)用快速開關(guān)器件時(shí)，電壓,、電流常以脈沖形式出現(xiàn),，其前、后沿有極高的dv/dt和di/dt,。常規(guī)電纜和實(shí)體銅板母線都有很大的寄生電感和寄生電容,，一根10厘米長的直圓導(dǎo)線就有約10納亨的寄生電感。電感與di/dt的乘積就是過電壓毛刺的高度,。為了減小接線寄生電感,、抑制電應(yīng)力，在現(xiàn)代電力電子裝置中必須采用特別設(shè)計(jì)制造的無感功率母線,，主回路中的各種元器件都安裝在這種功率母線上,，不再增加另外的接線。無感功率母線是用多層（每層不同電位）很寬的薄銅板母線彼此絕緣并粘合成一體的,，從每一層母線有特制的,、彼此電絕緣的螺栓同各個(gè)元器件相聯(lián)接。其寄生電感比普通接線減少1－2個(gè)數(shù)量級,。而且整機(jī)的結(jié)構(gòu)大為簡化和緊湊,。無感功率母線在電力電子裝置中的采用，國外已有十多年歷史了,，其成熟產(chǎn)品在國內(nèi)仍很鮮見,。今后十年，無感功率母線應(yīng)該得到普及。

　　2.3 元器件－整機(jī)合一的集成化,、智能化模塊的推廣

　　近十年來,，所謂All in one的電力電子裝置正在逐步推廣。它是把一臺(tái)裝置的全部硬件（各種元器件,、集成電路）有序地以裸片形式組裝在一個(gè)模塊里,，使各元器件之間的引線減少到最低程度。整機(jī)設(shè)計(jì)制造人員只要在DSP或微處理器芯片上寫入各種軟件就可以了,。這樣做,，首先是減少電應(yīng)力，提高可靠性,；其次是整機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊,，體積縮小，功率密度提高,，一臺(tái)75kW的電機(jī)變頻調(diào)速用的模塊,，尺寸只有800×400×300mm這么大；同時(shí)這種封裝結(jié)構(gòu)代替了常規(guī)裝置的三次封裝,，成本也降低了,。這種產(chǎn)品通常稱謂“用戶專用智能化功率模塊”（ASIPM）。這樣,，采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）可以把應(yīng)用裝置設(shè)計(jì)者要求的電路元件及其接線,，科學(xué)地布置、安裝在一個(gè)模塊中,，統(tǒng)一密封起來,，安裝在必要的散熱器上。用戶使用十分方便,。

　　2.4 選擇,、采用合理的保護(hù)措施

　　在電力電子裝置中，針對換向過電壓,、操作過電壓,、大氣過電壓要采取相應(yīng)的保護(hù)措施；對于各種不同的器件要采取與之相適應(yīng)的強(qiáng)觸發(fā)驅(qū)動(dòng)和保護(hù)方式,；在串并聯(lián)時(shí),，要考慮它們的均壓、均流,；對于過電流,、超溫和短路等故障也要采取合理的保護(hù)。這些屬于電力電子應(yīng)用技術(shù)的通用部分,。

　　要注意的是,，電力電子裝置中的各種元器件往往有其特殊要求,。很多場合下要注意選用無感電阻、無感電容,；隔離,、箝位用的二極管必須具備快速恢復(fù)特性；“交－直－交”直流環(huán)節(jié)的儲(chǔ)能電解電容不僅應(yīng)無感,，還要減小其串聯(lián)等效電阻,，要用足夠粗的多引線并聯(lián)引至端子。

　　最近有報(bào)道說動(dòng)作反應(yīng)速度達(dá)到10-12秒（皮秒）的保護(hù)元件已經(jīng)問世,，它能抑制現(xiàn)代電力電子系統(tǒng)中的各種過電壓毛刺,，后者的持續(xù)時(shí)間是10-9秒（納秒）量級。這種皮秒級動(dòng)作的過壓保護(hù)元件有可能把動(dòng)作電壓值置于比正常峰值電壓略高點(diǎn),，于是,，很多納秒級的過電壓毛刺都可以被削平。這樣一來,，現(xiàn)存的過電壓應(yīng)力都能得到充分抑制,；由大量過電壓毛刺對應(yīng)的瞬態(tài)功耗總值也被節(jié)約下來（在大型電力電子裝置中，有因此節(jié)電10－15％的報(bào)道）,；過電壓毛刺的削平，還可降低各種元器件的耐壓儲(chǔ)備,，從而減少元器件花費(fèi),，降低裝置成本。在未來十年內(nèi),，這種保護(hù)元件很有應(yīng)用前景,。

3 全面控制電氣參數(shù)的變換，向波形重組前進(jìn)

　　各種不同的電力電子變換器,，其實(shí)質(zhì)是變換系統(tǒng)輸入電氣參數(shù)為用戶需要的輸出電氣參數(shù),。最基本的電氣參數(shù)有：電壓、電流,、頻率,、相數(shù)，以至于波形等六項(xiàng),?？v觀電氣科學(xué)的發(fā)展史，19世紀(jì)末基于電磁感應(yīng)原理而問世的變壓器,，實(shí)現(xiàn)了交流電壓和交流電流的自如變換,。由此逐漸形成了龐大的輸變電行業(yè)，實(shí)現(xiàn)高壓交流輸電和低壓配電到用戶,，使電能的方便使用成為現(xiàn)實(shí),，并迅速推廣普及,，為近代工業(yè)和生活質(zhì)量的發(fā)展提供了重要的能源基礎(chǔ)。20世紀(jì)下半葉電力電子技術(shù)的進(jìn)步,，逐步誕生了整流器,、斬波器、逆變器,、變頻器等各種功率變換器,，完成了頻率、相位,、相數(shù)的受控變換,，使電能的產(chǎn)生、輸送,、分配和應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化,，使以電能為核心的各種能量的轉(zhuǎn)換，使電參數(shù)的全方位控制和改變,，上升到高效率和高功率因數(shù)的新階段,。電氣參數(shù)的全面受控變換，使得“高效率用電和高品質(zhì)用電相結(jié)合”的目標(biāo)正在一步步成為現(xiàn)實(shí),。伴隨著高性能微處理器和高速功率開關(guān)器件的進(jìn)步,，可以預(yù)見到：在21世紀(jì)中，電力電子和微電子全面結(jié)合,，進(jìn)一步發(fā)展和改善,，將會(huì)實(shí)現(xiàn)電壓、電流波形的優(yōu)化重組,。

　　3.1 脈寬調(diào)制（PWM）是波形重組的成功范例

　　20世紀(jì)后二十年,，脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)從無線電領(lǐng)域引入到電力電子中來，得到很大成功,。首先在DC/DC變換中的直流脈寬調(diào)制,，解決了高效率直流變壓、變流的難題,。這種技術(shù)被從幾瓦到幾百瓦的開關(guān)電源推廣到幾十,、數(shù)百千瓦的直流電機(jī)斬波調(diào)速中，通過調(diào)制脈沖寬度和脈沖重復(fù)頻率相結(jié)合,，完成了很寬范圍的直流無級調(diào)速,，在直流電機(jī)傳動(dòng)中顯示了比調(diào)節(jié)電樞電阻和磁場電流的傳統(tǒng)調(diào)速方法高效得多的節(jié)能效益。這是從連續(xù)直流波形重組為斷續(xù)脈沖波形再濾波重組為新的連續(xù)直流波形,。它在逆變式直流焊機(jī)中也得到有效地應(yīng)用,。

　　后來，在交流電機(jī)的交－直－交變頻調(diào)速中,，特別在其中“直－交”逆變變換中,，廣泛采用了各種交流脈寬調(diào)制（交流PWM）技術(shù),。它按特定規(guī)律變換出一系列不同寬度（其脈寬同所在時(shí)相的正弦成比例）的方波脈沖，再經(jīng)濾波重組成正弦化的輸出波形,，送到交流電動(dòng)機(jī)負(fù)載,。這種波形重組也是十分成功的。

　　在開關(guān)電源中,，工頻交流電源整流后向?yàn)V波電容每周波只充電一次,，形成了電網(wǎng)側(cè)的輸入電流嚴(yán)重畸變，功率因數(shù)大為下降,，諧波大為增多?，F(xiàn)在普遍采用了高頻化PWM技術(shù)來實(shí)行有源濾波，保證每周波對濾波電容有上萬次充電,，使輸入電流重組成近于標(biāo)準(zhǔn)的正弦波,，功率因數(shù)改善到幾乎為1的程度。

近來,，中電壓大功率交流電機(jī)的變頻調(diào)速裝置中,，多電平級聯(lián)式模塊又是PWM波形重組的一個(gè)實(shí)例。每個(gè)模塊都把變壓器副邊的一組三相繞組的三相電整流為直流后再逆變?yōu)閱蜗嘟涣麟?。這些模塊的輸出通過專門的控制軟件的指令,，再把它們級聯(lián)重組為三相正弦波送到電動(dòng)機(jī)上。其中又一次成功地采用了特定的脈寬調(diào)制技術(shù),。

　　3.2 交－交矩陣式變頻器是波形重組的典型發(fā)展

　　20世紀(jì)變頻器（無論是交流電機(jī)變頻調(diào)速還是開關(guān)電源的變換）主回路的拓?fù)浠旧弦越唬保蛔儞Q為主,，以直流環(huán)節(jié)采用大電容或大電感而被區(qū)分為電壓型（從負(fù)載側(cè)看是低內(nèi)阻的電壓源供電）或電流型（從負(fù)載側(cè)看是高內(nèi)阻的電流源供電）變頻器。在20世紀(jì)末出現(xiàn)的交－交矩陣式直接變頻器省去了中間直流環(huán)節(jié),，在三相輸入和三相輸出相交的矩陣九個(gè)節(jié)點(diǎn)上各用一對反并聯(lián)的開關(guān)器件聯(lián)接起來?？恐@些器件的特殊有序開關(guān),，把每一瞬間的三相輸入電壓依一定的規(guī)律送到副邊，組成頻率,、相位不同于輸入的新三相系統(tǒng)供給負(fù)載,，實(shí)現(xiàn)輸入電流的PWM波形重組和輸出電壓的PWM波形重組。這樣,，有更高的轉(zhuǎn)換效率,、消除了電源輸入電流的畸變而大大減少了諧波、功率因數(shù)可達(dá)到1,、可滿足四象限運(yùn)行,，還能夠全容量回饋。這種波形重組將推動(dòng)電力電子理論,、元器件（如有可用的雙向IGBT,，則使裝置大為簡化）,、拓?fù)洹⒖刂频榷喾矫娴陌l(fā)展和進(jìn)步,，有可能成為21世紀(jì)各種電力電子變換裝置采用的主要拓?fù)洹?請登陸:輸配電設(shè)備網(wǎng) 瀏覽更多信息

　　3.3 波形重組下的有源無功功率補(bǔ)償－諧波濾波裝置

　　傳統(tǒng)電路中,，在正弦波形下由于電抗性負(fù)載（電感、電容）同電源交換能量而形成的相移無功功率（可稱為第I類無功）,，可以通過合理地并聯(lián)電容器的辦法得到補(bǔ)償,。在現(xiàn)代電力電子電路中，除了正弦基波與電壓之間的相移使存在這種同樣的第I類無功之外,，還由于各諧波電流同正弦電壓之間形成的畸變無功功率（可稱為第II類無功）,。第II類無功只靠電容器是得不到根本補(bǔ)償?shù)模仨毻C波濾波相結(jié)合,。比較好的辦法是采用有源－無源結(jié)合的“無功功率補(bǔ)償－諧波濾波”結(jié)合的裝置,，以削弱對電網(wǎng)的污染和提高電力品質(zhì)。現(xiàn)在已有多種這樣的補(bǔ)償－濾波方案,。

　　曾有這樣的方案：把畸變的三相電流分解成各次（n個(gè)）諧波,，每組同次三相諧波又各自分解成正序、負(fù)序,、零序三個(gè)分量,。對這3n個(gè)分量分別進(jìn)行補(bǔ)償，再把它們組合起來,。這種分析方案過于復(fù)雜龐大,，難以實(shí)施操作?？磥碓诮窈笫曛袝?huì)研究開發(fā)出來波形組合方案,，有可能是最有效的。在這種方案里,，畸變電流只需分解出一個(gè)同正弦電壓同相位的基波電流,，二者相減即得到一個(gè)電流中所有諧波分量和基波無功分量混合的實(shí)際波形。以這個(gè)波形為目標(biāo),，重組發(fā)生一個(gè)與之波形相同,、大小相等、相位相反的倒影電流,。在同該畸變電流匯流后,，所有諧波和無功電流都相互抵消了，只有功率因數(shù)為1的基波正弦電流流入電網(wǎng),。這種任意波形電流發(fā)生器已在研究之中,，并取得了喜人的進(jìn)展?？梢灶A(yù)見,，利用波形重組實(shí)現(xiàn)的這種“無功補(bǔ)償－諧波濾波”一體化裝置將在未來十年取得長足的進(jìn)步,。

4 電力電子新應(yīng)用領(lǐng)域展望

　　同以往相比，今后十年內(nèi)有希望成為電力電子應(yīng)用新領(lǐng)域的市場熱點(diǎn)在哪里,？從現(xiàn)在正在開發(fā)和需求的情況看,，以下幾個(gè)方面的動(dòng)向值得注意。

　　4.1 電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能

　　電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)消耗掉全國用電量的62％左右,，既是第一位用電大戶,，也是節(jié)能潛力最大的用戶。我國政府在本世紀(jì)初提出電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能計(jì)劃,，在今后五年內(nèi),，計(jì)劃投入500億元，爭取年節(jié)電達(dá)到1000億kWh,。這是一項(xiàng)十分艱巨的任務(wù),。特別是作為國民經(jīng)濟(jì)各行業(yè)主力裝備所用到的中電壓（1－10kV）大功率（400－2000 kW）電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)調(diào)速節(jié)能還有不少問題有待解決,。其中大家看好采用IGBT,、多電平、級聯(lián)式,、無電網(wǎng)污染的變頻器,。這里，科學(xué)地劃定用電電壓等級,、進(jìn)一步克服電應(yīng)力造成的電機(jī)絕緣層疲勞擊穿與軸承電蝕的失效損壞,、提高電動(dòng)機(jī)的能效水平、降低變頻器的成本與售價(jià),，都是推廣中有相當(dāng)難度的措施,。

　　在風(fēng)機(jī)、泵,、壓縮機(jī)之類通用電機(jī)系統(tǒng)中,，節(jié)能調(diào)速潛力很大，在石油,、電力、冶金,、有色,、化工、上下水處理等行業(yè)中有很大需求,。它對調(diào)速精度要求不高,，但要求調(diào)速器可靠耐用、價(jià)格便宜,。因此,，在新十年中應(yīng)注重對經(jīng)濟(jì)型調(diào)速裝置的開發(fā),，使這種系統(tǒng)的節(jié)能效益早日得到實(shí)現(xiàn)。

　　在變頻工況應(yīng)用日益增多的今天,，設(shè)計(jì),、制造同變頻工況的特點(diǎn)相適應(yīng)的專用電動(dòng)機(jī)是很必要的。面對中國即將成世界電動(dòng)機(jī)的制造,、供應(yīng)基地的現(xiàn)實(shí),，盡快制訂與世界接軌的電動(dòng)機(jī)和變頻器標(biāo)準(zhǔn)，按全壽命期中總能耗最低,、總費(fèi)用最少的思路來設(shè)計(jì)有自己知識(shí)產(chǎn)權(quán)的系列電機(jī)和專用變頻器,，是需要認(rèn)真做好的基礎(chǔ)工作。

　　4.2 永磁無刷電動(dòng)機(jī)及其“直流變頻”調(diào)速

　　永磁無刷電動(dòng)機(jī)采用永磁代替電流激磁,，可使電機(jī)效率提高4－8個(gè)百分點(diǎn),。當(dāng)它用位置傳感器或靠軟件計(jì)算代替位置傳感器信號按電子換向器控制工作、電樞電流為方波運(yùn)行的,，即為永磁無刷直流電機(jī)模式,，又稱“自控式同步電機(jī)”。當(dāng)它靠外加變頻器控制,、電樞電流為正弦波運(yùn)行的,，則為永磁同步電動(dòng)機(jī)模式，又稱為“他控式同步電機(jī)”,。這種電機(jī)兼有交－直流電動(dòng)機(jī)二者的優(yōu)點(diǎn),，調(diào)速范圍寬，電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單,，低速轉(zhuǎn)矩比較大,，對電動(dòng)機(jī)械來講有可能做到在很寬速度范圍內(nèi)直接驅(qū)動(dòng)，從而減少噪聲（免去變速箱或皮帶傳動(dòng)）,，還有電機(jī)慣量小等長處,。

　　目前，在日本的空調(diào)產(chǎn)品中調(diào)速空調(diào)已占到95％以上,。在此領(lǐng)域中,，現(xiàn)在異步機(jī)的交流變頻正在被這種永磁無刷電動(dòng)機(jī)的所謂“直流變頻”所代替。直流變頻空調(diào)已占到空調(diào)產(chǎn)品的50％,。而且,，在冰箱、洗衣機(jī)等家用電器中采用“直流變頻”已成為潮流,。所以對于今后十年的中國家電市場來說,，也將應(yīng)是永磁無刷電機(jī)直流變頻占主導(dǎo)。這種裝置單臺(tái)容量雖小，但量大面廣,，市場總量及節(jié)能總量都不可輕視,。

　　目前永磁無刷電動(dòng)機(jī)的容量受到磁鐵尺寸、釹鐵硼永磁材料的居里點(diǎn)等方面的制約,，除家用電器市場外,，在計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、電動(dòng)車輛和電梯牽引等領(lǐng)域中也顯示了明確的優(yōu)越性,。中國是稀土材料的富國,，占世界儲(chǔ)量78％以上。把這種資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為效益優(yōu)勢,，是未來十年發(fā)展的重點(diǎn),。最近240kW的這種電機(jī)及其控制器已經(jīng)完成鑒定。將來的發(fā)展不可限量,。

要指出的是,，永磁無刷電動(dòng)機(jī)在伺服傳動(dòng)領(lǐng)域中有不可替代的優(yōu)勢，在機(jī)械人,、數(shù)控加工系統(tǒng),，以至軍事應(yīng)用中會(huì)有廣闊應(yīng)用天地,。

　　4.3 電動(dòng)車輛及充電站網(wǎng)絡(luò)

　　中國人多地大石油少,，現(xiàn)在中國每年已進(jìn)口許多石油。在21世紀(jì)前半葉,，地球上的石油天然氣資源日益減少,，以至早晚會(huì)用盡。特別在中國國情下,，城市交通以發(fā)展電動(dòng)車輛為主是必然的趨勢,。大城市間的磁懸浮列車、城市內(nèi)的電動(dòng)高架列車和地鐵列車,、個(gè)人用電動(dòng)自行車和電動(dòng)汽車將構(gòu)成未來的交通網(wǎng)絡(luò)的主角,。其中，大有電力電子產(chǎn)品的用武之地,。磁懸浮列車的磁懸浮電源和直線電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速,；城市高架列車和地鐵列車中異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速；電動(dòng)自行車和電動(dòng)汽車中永磁無刷電機(jī)的外轉(zhuǎn)子調(diào)速,，在今后十年里會(huì)有很大的發(fā)展,。這里，電動(dòng)自行車和電動(dòng)汽車的普及必須解決無刷電機(jī)及其控制器,、環(huán)保電池、快速充電器和充電站網(wǎng)絡(luò)服務(wù)等幾方面的問題。現(xiàn)在看來,，在中國推廣電動(dòng)自行車替代摩托車作為代步工具技術(shù)上正在趨于成熟。這里必須采用鎳－氫電池組和鋰離子電池組,，消除常規(guī)鉛－酸電池對環(huán)境的污染,。這種價(jià)格尚偏貴的電池組可以采用向電動(dòng)自行車用戶出租使用的方式，實(shí)行由間距合理的電池充電站統(tǒng)一充電和用戶自行充電相結(jié)合的辦法,。鉛－酸電池與鋰離子電池（如36V,，10AH）相比，前者重12 kg,，后者僅2.4 kg,。

　　電動(dòng)汽車的發(fā)展又是電力電子未來的潛在大市場。首先是高能量密度的清潔電池的突破,。比較有希望的是燃料電池，它的起動(dòng)和穩(wěn)定運(yùn)行都要用電力電子產(chǎn)品與之配套,。其牽引系統(tǒng)方案中令人最感興趣,、并已有工業(yè)應(yīng)用前景的,，要屬安裝在四個(gè)車輪中的外轉(zhuǎn)子盤式永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)了。這種電機(jī)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì),、高性能控制調(diào)速傳動(dòng)，以及四臺(tái)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn),，將為電動(dòng)汽車的舒適運(yùn)行,，零半徑轉(zhuǎn)彎提供技術(shù)保證,。今后十年將是電動(dòng)汽車實(shí)用化發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期,，電力電子產(chǎn)業(yè)可以也應(yīng)該為此做出相應(yīng)的研究開發(fā)工作，積極迎接這個(gè)龐大市場的到來,。

　　4.4 中壓直流輸電

　　20世紀(jì)的后二十年，電力系統(tǒng)中采用高壓直流遠(yuǎn)距離輸電顯示了很大的優(yōu)越性,。葛洲壩－上海的120萬kW,、±500kV輸電線路正常運(yùn)行了十多年。今后十年三峽電站和紅水河等西部水電站的西電東輸工程,，高壓直流輸電將陸續(xù)建成,。這都是數(shù)百萬kW級的國家工程,。

　　采用直流輸配電系統(tǒng)具有功率因數(shù)高（沒有無功問題）、電網(wǎng)污染小,、節(jié)電等優(yōu)點(diǎn),。這種技術(shù)有可能在今后十年推廣到中電壓（1kV左右）直流輸電范圍來。在石油,、礦山、電力等部門企業(yè)中,，用電負(fù)載散布在相距幾十,、上百公里的范圍，不可能也不值得在各應(yīng)用點(diǎn)設(shè)大量降壓變電站,，從總發(fā)電站或總變電站送出的工頻三相380V標(biāo)準(zhǔn)電力有很大線損,，而且沿輸電線的偷電現(xiàn)象十分嚴(yán)重。現(xiàn)在已經(jīng)完成了一項(xiàng)在石油油田中采用中壓直流輸電的改造工程,。變電站里設(shè)置一臺(tái)容量較大的整流器,，送出1kV直流電；在負(fù)載側(cè)首先安裝斬波器,，把輸入電壓靈活地穩(wěn)定到與三相380V交流系統(tǒng)適應(yīng)的直流值,；然后接逆變器，把該穩(wěn)壓直流電逆變成工頻標(biāo)準(zhǔn)電壓,，以交流三相380V供給抽油機(jī)等需要調(diào)速的正常負(fù)載節(jié)能運(yùn)行,。這樣，把大量的“交－直－交”變頻調(diào)速器展開了：把“交－直”整流部分集中到主變電站,，而把“直－交”逆變部分分布在各用電點(diǎn),。既節(jié)約了電能，又防止了偷電,。 來源:http://

　　隨著電力電子應(yīng)用的推廣,，許多工業(yè)設(shè)備和家用電器中都采用“交－直－交”變換，這在交流供電系統(tǒng)中是不可避免的,。如果逐步采用直流供電,，充分發(fā)揮逆變器和斬波器的作用，來高效率地供給各種交,、直流負(fù)載,。這樣的社會(huì)供電系統(tǒng)，也許會(huì)帶來更安全,、更經(jīng)濟(jì),、更節(jié)能的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。這當(dāng)然是一種暢想,，但在未來十年中,，會(huì)在某些行業(yè)中先行,，再逐步推廣。

　　4.5 42V直流汽車電子系統(tǒng)

　　現(xiàn)代燃油汽車（特別是轎車）中,，電氣負(fù)載越來越多：包括起動(dòng)電機(jī)在內(nèi)的各種電動(dòng)機(jī)達(dá)30－70個(gè),、多個(gè)電磁閥、車內(nèi)外照明與儀表顯示,、水泵、風(fēng)扇,、冷暖空調(diào)電器和各種車用電子裝備,，其功率將從2kW/臺(tái)增加到10kW/臺(tái)。這樣,，采用12V蓄電池供電系統(tǒng)（汽車發(fā)電機(jī)為14V端壓）的線損太大了,。同時(shí)考慮到供電電壓對人體的安全保證，1994年開始提出把汽車供電系統(tǒng)的電壓提高到36V蓄電池,，汽車發(fā)電機(jī)端壓為42V的動(dòng)議,，現(xiàn)已為美歐汽車行業(yè)接受，首先在3升以上排量的豪華轎車中推行,，再逐步擴(kuò)展到所有轎車和其他汽車,。這種系統(tǒng)中采用60V級功率MOSFET當(dāng)作無觸發(fā)繼電器，控制門,、窗的開關(guān),，座椅的傾斜與復(fù)位等，約裝有100多只,。在新增加的汽車電子和汽車電器中堅(jiān)持推行36V額定電壓,，對老的12V電器與電子設(shè)備則采用42V/14V的DC－DC變換器供電。汽車行業(yè)的這項(xiàng)決策無疑給電力電子產(chǎn)業(yè)帶來了極大的商機(jī),。在未來十年中,，這項(xiàng)過渡即將實(shí)現(xiàn)。國際汽車電子界的這場戰(zhàn)略變化的舉動(dòng)應(yīng)該引起國內(nèi)汽車行業(yè)和電力電子行業(yè)的關(guān)注與投入,。

　　4.6 低頻交流勵(lì)磁在水力,、風(fēng)力發(fā)電中的應(yīng)用

　　在跨世紀(jì)的前后各十年中，我國正在大力建設(shè)以三峽水電站為核心的水力發(fā)電設(shè)施,。同時(shí)與國際同步正在研發(fā),、推廣風(fēng)力發(fā)電等可重復(fù)的綠色發(fā)電裝置。水量與風(fēng)速的大范圍變化使這兩種發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速恒定（以保證發(fā)電頻率固定）帶來很大困難,。水力發(fā)電可以在一定的流速變化范圍內(nèi)靠調(diào)節(jié)器控制其轉(zhuǎn)速恒定,，但超出這個(gè)范圍，特別是枯水期,，即使還可以發(fā)電,，但因頻率失衡也只好停車檢修了,。而風(fēng)力發(fā)電則不得不放棄性能、效率更好的同步發(fā)電機(jī),，而采用在線異步發(fā)電機(jī)來適應(yīng)風(fēng)速變化而頻率不變的要求,，其代價(jià)是犧牲高效率和較低速度時(shí)的風(fēng)力資源。

　　在原動(dòng)力速度變化較大的發(fā)電場合,，如果把傳統(tǒng)的直流勵(lì)磁改成超低頻可變頻交流勵(lì)磁,，用勵(lì)磁頻率的變化來彌補(bǔ)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的非穩(wěn)定變化，就有可能在河水枯水期使水力發(fā)電機(jī)繼續(xù)發(fā)電,；使風(fēng)力發(fā)電機(jī)回歸到選擇同步機(jī),，在各種變化的風(fēng)速下輸出恒定電頻率的電能。這給電力電子技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn),。

　　4.7 電能儲(chǔ)存裝置

　　電是一種十分特殊的商品,，市電供應(yīng)的交流電是無法儲(chǔ)存的。這使用電量的變化無法實(shí)現(xiàn)峰谷調(diào)劑,，即不能用晚上富余的發(fā)電來補(bǔ)充白天用電超容量的需要,。發(fā)電裝機(jī)能力必須按最大負(fù)荷準(zhǔn)備，但所裝發(fā)電機(jī)的實(shí)際平均利用率卻比較低,。

儲(chǔ)能發(fā)電站的構(gòu)思是不錯(cuò)的：白天水庫放水發(fā)電,，支援用電高峰；晚上到用電谷期用富余的網(wǎng)電把該發(fā)電機(jī)作水泵電動(dòng)機(jī)運(yùn)行,，把落到下游的水抽上去,，增加水庫的庫容，以增加第二天白天的發(fā)電量,。但這種系統(tǒng)的效率很低,。

　　利用電力電子技術(shù)，把晚間的交流電整流為直流電,，儲(chǔ)存到蓄電池和大電容器的并聯(lián)組合中,。當(dāng)白天需要用電時(shí)，再利用電力電子技術(shù),，把夜里儲(chǔ)存起來的直流電再逆變?yōu)榭捎玫慕涣麟?，甚至同電網(wǎng)并聯(lián)使用。這樣的系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率比較高,。

　　美國在20世紀(jì)90年代就開始研究開發(fā)超導(dǎo)線圈儲(chǔ)能的可行性,。超導(dǎo)線圈可以在超導(dǎo)溫度下流過極高電流密度的大電流而不消耗電能，是儲(chǔ)存電能的好方法,。如何把晚間電網(wǎng)中的交流電轉(zhuǎn)換成低電壓大電流的直流電送進(jìn)儲(chǔ)能超導(dǎo)線圈,，白天又如何把超導(dǎo)線圈中的直流大電流取出來，使之轉(zhuǎn)換成普通交流電還進(jìn)電網(wǎng),，都是電力電子范圍內(nèi)的新課題,。

　　在21世紀(jì)能源緊缺的世界上,，這種以谷補(bǔ)峰的合理用電措施必將普及推廣。但所有這些辦法只有在政策上采取用電峰谷差異電價(jià)才可能實(shí)行,。而且峰谷電價(jià)應(yīng)相差4倍以上才能使用戶有積極性使用,，以彌補(bǔ)購置儲(chǔ)能設(shè)備的費(fèi)用。要推廣這種儲(chǔ)能設(shè)備,，給電力電子又打開了一個(gè)應(yīng)用空間,。 來源:http://www.

　　進(jìn)入21世紀(jì)以來，作為強(qiáng)電－弱電接口,、推進(jìn)現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)關(guān)鍵的電力電子正方興未艾地在世界上發(fā)展,。今后十年是中國社會(huì)從小康走向初步富裕的重要時(shí)期，作為一個(gè)發(fā)展中國家,，發(fā)展電力電子正是完成工業(yè)化、推廣信息化的重大舉措,。我們將看到今后十年有關(guān)電力電子的新思想,、新理論、新技術(shù),、新材料,、新產(chǎn)品、新應(yīng)用將在政產(chǎn)學(xué)研各界的共同努力下,，不斷涌現(xiàn),，為持續(xù)造福于人民做出應(yīng)有貢獻(xiàn)。