电力电子技术在我国电力装备中的应用前景

／机械工业北京电工技术经济研究所 邓伟／

目前，基于半控型晶闸管变流技术成熟，我国在该技术领域业已跟随国际先进水平，但是国外电力设备供应厂商通过专利控制变流器的核心技术，国内企业自主创新相对薄弱，国内产品水平与国外先进水平差距较大。

一、电力电子技术对能源装备的发展意义重大

电力电子技术将各种能源高效率地变换成为高质量的电能，是信息技术与能量变换的结合，具有高效、节能、省材的特点，业已成为传统产业实现自动化、智能化、节能化、机电一体化的重要途径。

电力电子技术在风能、太阳能、热泵、水电、生物质能等电力领域有着广泛的应用前景，应用于发电、输电、配电各个环节。电力电子技术的革新促进了电力应用的节约化和高效化发展，为电力使用效率提升做出了贡献。特别是在输变电环节，大功率电力电子技术应用于高压直流输电和柔性交流输电、交直流混合配电网等方面，是实现电能变换和控制的关键技术。

我国已经完全掌握了静止无功补偿器（SVC）设计制造的核心技术，彻底实现了SVC的全面国产化，并已成为国际上最大的SVC设计制造国。

二、我国电力电子产业发展现状

（一）电力电子器件方面

我国传统型晶闸管类电力电子器件的电压等级和电流容量不断扩展，品种不断增加，产业结构趋于稳定，能满足国内的需求。光控晶闸管实现了产业化，目前已经用于高压直流输电和无功补偿（SVC）等领域。

在国家产业政策支持和国民经济发展的推动下，我国高频类电力电子器件的研发和产业化也取得了一定的成绩。在IGBT行业中已经有所突破，从芯片设计到芯片封装、测试的完整产业链正在形成。IGBT模块的封装技术上了一个台阶，国产品牌正在形成之中，已与国际品牌展开竞争态势。基于IGBT模块的电力电子变流装置，如风力发电变流器、光伏发电逆变器、电机调速变频器等都均已规模化应用，部分应用领域的变流器已替代进口产品。

（二）电力电子设备和系统方面

高压变频器制造技术水平和应用范围与发达国家的距离正在缩小中，高压变频器的市场主要为内资企业占有。中低压变频器早已规模化生产，但技术缺乏优势，市场主要被国外公司占有。

经典的直流输电技术有了跨越式进步，输送电能容量有很大提升。自主研发的±800千伏及以下电压等级直流输电换流阀在设计、制造、试验和运行方面技术成熟，同国外同行业先进企业的产品水平接近。柔性直流输电技术也已取得突破，±160千伏输电工程已在南澳岛运行，±320千伏背靠背联网工程将在2015年底投入运行，±500张北柔直、±800千伏昆柳龙特高压混合多端直流项目相继投运。

我国已经完全掌握了静止无功补偿器（SVC）设计制造的核心技术，彻底实现了SVC的全面国产化，并已成为国际上最大的SVC设计制造国。国产中小功率不间断供电电源（UPS）占据了国内主要市场份额，正在向高端大功率市场发展。

三、电力电子产业发展存在的问题

目前，基于半控型晶闸管变流技术成熟，我国在该技术领域业已跟随国际先进水平，但是国外电力设备供应厂商通过专利控制变流器的核心技术，国内企业自主创新相对薄弱，国内产品水平与国外先进水平差距较大。

（一）电力半导体器件制造水平薄弱

国内已掌握了半控型器件设计制造技术，但全控型电力半导体器件，诸如绝缘栅双极性晶体管（IGBT）、电子注入增强晶体管（IEGT）等器件依赖进口。国内相关科研院所和少数企业开展了IGBT器件的开发工作，初步具备产业化条件，但多数企业仍集中在半导体模块的封装技术方面，器件性能水平、可靠性较差；智能功率半导体模块研发方面国内尚处于空白阶段。同时，新一代宽禁带半导体器件（SiC、GaN器件）研发工作尚未形成产业雏形。

（二）高性能电力电子产品水平落后

我国电力电子产业以中低端产品为主，特别是高压、大容量电力电子产品的设计制造水平较低，自主研发能力不足，因国外技术壁垒等因素，高性能电力电子产品多依赖国外进口，其关键技术尚未完全掌握；同时，国内电力电子产品的控制系统多以数字信号处理器为核心，处于数字化控制的初级阶段，缺乏基于嵌入式信息系统的高性能电力电子产品开发设计经验。

（三）电力电子产品缺乏标准化工作

目前，国内电力电子产品尚未有相关成熟的设计标准，多以用户侧的需求为目标进行设计，随着电力电子产品在电力网中的规模化应用，其产品设计标准的建立迫在眉睫；同时，电力电子产品没有相关权威检测机构认证，产品安全性等方面难以保障，不利于产品产业链的良性发展。

四、电力电子技术在电力装备领域的应用前景

主要应用方向包括：

1）新型电力电子器件研制。促进宽禁带电力半导体器件的产业化；基于新材料的储能电池开发、超导电力技术在储能、输变电领域的应用。

2）柔性输配电技术。主要包括柔性直流输电技术、交直流混合配电网技术、电能质量治理技术、高压大容量电力变换技术及其先进全数字控制系统研发。

3）工业节能技术。主要为高性能、高压大容量的变频调速系统开发。

4）规模化电力电子系统开发。包括微电网能量管理技术及其工程应用，超导、电池等规模化电力储能技术，电动汽车充电及驱动控制技术，机车牵引、船舰电力驱动、深海电力等特殊应用领域电力电子产品的研发。