電力電子技術問世至今，在各行各業都有廣泛的應用，尤其在工業控制領域發揮著重要的作用。工業控制系統如何在當前進行自主創新？關于這個問題，我們有必要從戰略高度出發，對發展和振興我國自主電力電子技術以助力工業控制系統自主創新進行認真的思考。 

在工業控制方面，電力電子技術主要應用在電機驅動系統、開關電源、可靠的供電技術和電能質量控制技術。在電力電子技術的基礎上實現的變流器及其控制系統，高精度可程控交、直流電源系統，高精度數控機床的驅動和控制系統，這些技術不但提高了工業制造精度和效率，更重要的是有效地降低了能耗，實現綠色工業。

我國與所有發達國家一樣，電力電子技術及電力電子裝置已日益廣泛地應用和滲透到工業控制系統中的各個角落，并且電力電子恰恰是關系到上述領域中我國許多引進技術中的核心所在。

為了在的國際競爭的日益激烈局勢下中發揮主動性，必須提高我國自主創新能力，掌握若干重要領域的核心技術，擁有一批自主知識產權，創建一批具有國際競爭力的企業。為了提高作為國家戰略的國家核心科技競爭力，對于國家自主創新能力需求日益提高。”因此，我們認為，為了發展和振興我國的自主電力電子產業，有必要從戰略高度出發，對目前產業控制體系的自主創新進行研究技術做出貢獻等問題進行認真的思考。

工業控制中的典型應用

變頻調速系統

在工業控制領域中，大部分使用的是交直流電動機，例如數控機床的伺服電機、軋鋼機和礦山牽引、大型鼓風機等等都采用電力電子變頻調速技術。變頻器是利用功率半導體器件將工頻電源開關到另一個頻率的功率控制裝置，它可以實現軟啟動、變頻調速、提高運行精度和功率因數。作為具備多種的功能的變頻器，像例如優化電機運行，由于全球國家中用電量里面，占60%左右是通過電動機來消耗的，因此變頻器在提高電動機的電能利用率上有很大的作用。根據全球著名變頻器生產企業ABB的測算，該企業在全球范圍內已經安裝的變頻器每年就能夠節省1150億千瓦時電力，相應減少9700萬噸二氧化碳排放，這已經超過芬蘭一年的二氧化碳排放量。在一般的工業控制領域，通常場合下的電機調速均采用電力電子技術與電力傳動技術，目前該技術已經比較成熟。在異步電動機運轉時，需要使調壓和頻率調制同步，在保持控制的靈活性的同時，得到良好的性能。目前主要通過交-直-交變頻調速系統來實現這一目標。但一些高壓大功率的應用（中高壓高性能電機驅動等）場合，依然是這一領域的技術制高點，仍在進行不斷的研究。

高頻開關電源技術

電氣產品的體積、重量與供電頻率的平方根成反比，所以當把頻率從工頻提高后，用電設備的體積重量大大減少，基于此，對傳統工業領域中的電鍍、電加工、充電等各種電源進行改造，不僅材料成本可減少，還可達成對節能的需求。目前，作為現代工業控制系統中通信供電中占主流位置的小型化高頻開關電源及其技術，已逐步取代傳統的相控式穩壓電源。

電能質量管理方法

工業控制系統中的普通變壓器和交流異步電動機都是敏感負載，這些設備不僅消耗有功功率，而且消耗無功功率，因此，無功功率是功率不可缺少的組成部分。隨著電力電子技術的進一步發展，應用于動態無功補償的靜態補償器svg逐漸發展起來。svg可以根據檢測到的電網狀況實時傳輸或吸收無功功率，降低工業控制中的輸電損耗，提高工業控制系統的供電電壓質量。

工業控制系統中諧波的存在會導致異步電動機效率降低、噪聲增加、低壓開關柜誤操作，干擾工業自動化控制中的正常通信，影響計量設備的準確性。諧波的存在會增加電力變壓器的銅損和鐵損，直接影響變壓器的使用容量和使用效率，變壓器噪聲增加，變壓器的壽命縮短。這些問題都加大了工業控制系統中的電力運行成本，降低了供電的可靠性，引發供電事故的發生，導致設備無法正常工作，降低產品質量，影響通訊系統的正常工作。諧波污染治理可以分為兩種，—種是主動型諧波治理，即改造產生諧波的電力電子裝置的本身，使諧波不再產生。裝設諧波補償裝置是則另一種治理方案，這適用于各種諧波源，稱為被動型諧波治理。

可靠供電技術

在市電電網和用電負載之間通常設置了UPS(不間斷電源)，主要目的是改良供電的負載質量，同時在市電出現故障時，確保負載設備能夠正常運行。現代工業隨著發展，對于越來越復雜供電網絡負載，在工業控制系統中特別是大型用電設備的啟動和停止、大規模控制電力電子設備的應用和網絡中的噪聲會對交流正弦波產生畸變。此外，雷電的性質、接地網等因素影響著電源質量，這些因素的影響可能導致控制丟失、數據丟失、計算機設備、精密儀器和與工業控制系統連接的設備停機和損壞。伴隨網絡技術與信息產業的高速發展，相關電力電子設備斷電停機所帶來的損失也變得越來越嚴重。作為專門解決供電系統的問題應運而生的UPS，經過了幾十年的發展歷程，UPS已經可以完成無中斷電力供給，同時還具有的輸出電壓穩定和抗干擾等功能。

電力電子技術發展歷程

作為20世紀后期誕生的電力電子技術，是一項嶄新的也是對未來發展至關重要的技術，以電氣工程技術領域中，通過對以電力為處理對象的電力、電子、控制的三大綜合性學科。從學科角度來看，電力電子學的研究主要集中在電力電子器件電力半導體）器件、變換器拓撲及其控制和電力電子應用系統上。電力電子的研究范圍與研究內容主要包括：

1.電力電子元件和電力集成電路；

2.電力電子轉換器技術，主要包括新型或適用于電力供應、節能和電力電子新能源利用、電力電子系統控制和計算機仿真與建模等。

3.電力電子應用技術，主要包括轉換器在節能、可再生能源發電、鋼鐵、冶金、動力、牽引、船舶推進、電力電子系統故障分析與可靠性、電力電子系統復雜穩定性和適應性等方面的應用。

4.電力電子系統集成，主要包括電力電子模塊的標準化、電力電子集成系統的穩定性和可靠性。

從1958年美國GE公司研制出世界第一個工業普通晶閘管開始，電能的轉換和控制從轉換器和靜態離子轉換器轉換為由轉換器時代組成的功率半導體器件開始。早在20世紀初期就已經出現了真空管和控制電流的汞整流器，但電力電子技術真正得到飛速發展并被廣泛應用，還是在硅整流器件誕生之后。硅整流器件包括從半控型晶閘管(SCR)到全控型的門極可關斷晶晶閘管（gto）、電雙極晶體管（bjt）和電場效應晶體管（epc）。隨著硅整流器件的發展，電力電子器件的控制能力和開關速度得到了提高，現代電力電子的發展向著高頻技術處理發展，其發展先后經歷了整流器時代、逆變器時代和變頻器時代，在不斷的發展中促進了現代電力電子技術的廣泛應用。當前，以功率MOS-FET和IGBT為代表的、集高頻、高壓和大電流于一身的功率半導體復合器件的出現，表明已經進入現代電子電力技術發展時代。

電力電子技術可實現控制加節能，將“粗電”變為“細電”來用。近年來，美國高度應用電力電子變頻技術對各種電機進行改造，使電能節約15%～25%左右，在日本，由于廣泛使用變頻技術，目前單位國民總值平均能耗居世界最低水平。最新數據顯示，目前我國能源40%為電力能源，工業領域占很大比重，約50%的發電量用于電動機的驅動，電力能源中有40%～80%通過電力電子轉換再進行利用。而我國與先進國家總體能源利用效率差10%，遠遠超過發達國家23%的平均水平，經濟將在未來五年成為國家戰略性新興產業的支柱。

我國要真正實現工業控制系統中的自主創新、資源節約、環境友好這一系列目標，迫切需要建立一個自主創新的、強大的、達到世界先進水平的電力電子產業。

大力發展電子電力產業勢在必行

雖然我國電力電子技術研究有50多年的歷史，已經取得了一定的進展，但該領域科技發展速度太快，加之原有基礎薄弱，特別是面臨國外高科技沖擊等方面的原因，我國電力電子有被“邊緣化”的趨勢，即各行各業都迫切需要，但是各應用領域均沒將其作為研究重點。應當承認，目前我們與國外先進水平的差距還是很大的。當前存在的主要問題是：目前我國生產的大部分電力電子裝置還主要基于晶閘管；雖然也能制造一些高技術的電力電子產品和裝置，但是它們均是采用國外生產的電力電子器件和組件以組裝集成的方式制造的；特別是先進的全控型電力電子器件則全部依賴進口，而關系到國民經濟命脈和國家安全的若干關鍵領域中的核心技術和軟硬件，國外均是對我國進行控制和封鎖的。我們正面臨著國際競爭的嚴峻形勢，特別是關系到國民經濟命脈和國家安全的若干關鍵領域中的核心技術與國外先進水平的差距更大，迅速改變這一現狀是我們面臨的挑戰和義不容辭的任務。

過去，我國國民經濟各部門引進了不少國外先進技術，也強調了國產化的問題，盡管它們中的絕大多數幾年后都可以達到國產化率70%的要求，可是只要我們仔細分析一下，就不難發現，最終國外公司拒絕轉讓的技術和重要部件，均是涉及到高技術的電力電子及電力傳動產品中的核心技術。

工業控制領域所涉及到的關鍵電力電子技術可概括為：大功率變流技術；電力電子及其系統控制技術；大功率逆變器并網技術；大功率全控電力電子器件和電力電子全數字控制技術等。與國外的主要差距和存在的問題是：全控電力電子器件國內不能制造；大功率變流器制造技術水平較低，裝置可靠性差；電力電子全數字控制技術水平還處于初級階段；應用系統控制技術和系統控制軟件水平較低；缺乏重大工程經驗積累等。目前幾乎全部通過進口來購買高性能大功率變流裝置。

通過以上分析可以看出，電力電子技術在工業控制系統中能夠達到高效節能的目的，具有很高的實用性，應用范圍相當廣泛，在工業控制的許多方面已經開始在節能中發揮重要作用。隨著電力電子技術的發展，其必將為綠色工業提供更好的指導和更強的動力，為節能減排創造更廣闊的發展空間，從而造福全社會。我國要真正實現工業控制系統中的自主創新、資源節約、環境友好這一系列目標，迫切需要建立一個自主創新的、強大的、達到世界先進水平的電力電子產業。