静止变频电源的发展

    从20世纪60年代中期开始，以整流技术(AC/DC)为主的各种电源装置，如电解、电镀和中小容量的AC/DC整流器的出现是这个时期电力电子技术的主要标志，这使得我国电力半导体器件的研制和生产有了长足的进步。1970年在北京召开了全国第一次“可控硅研制成果会议。会议的成果表明，我国的可控硅的电压和电流容量、性能以及产品的稳定性有了很大的提高，同时也出现了可控硅派生器件，如双向可控硅和GTO等。此外，动态性能更好的快速可控硅和高频可控硅也已研制出来。这样一来，我国基于SCR的电源装置的研制范围迅速扩大，产品种类也增加了，例如中频感应加热、400周电源、大容量开关电源、小型轻量化400kV高压电源、电火花加工电源、声纳电源、利用时分割电路的长波通信电源和甚低频导航发射机电源、固体化超声电源、超音频感应加热( 30kW/40kHz)等。这时期由当时吉林炭素厂自行研制的硅整流电源的单机容量达到125kA/165V，北京市某研究所也研究出100A/48V开关电源科研样机。

    进入20世纪80年代，国际上开关电源开始实用化，例如PWM高频调制技术、软开关技术、处理网侧谐波电流和提高网侧功率因数的PFC技术的研究以及柔性交流输电。从而使电力电子技术的应用步人高效、高性能、高功率因数和低污染的新阶段。1980年在长春召开中国电工技术学会下属的电力电子学会筹备会，1981年7月在大连召开第一届“全国电力电子学术年会”。学术年会的召开标志着我国电力电子的学术交流从个别走向系统、从全面走向深入，从而加速了我国电力电子技术的发展，密切了学术界与企业的联系，而有助于产业规模的形成。1983年，以从事直流和交流电源的民间人士为主，发起组建了“中国电源学会”，经过不懈的努力，2000年“中国电源学会”被中国科协接受为正式成员。应该说，中国电源学会在推动开关电源和软开关技术的研究上发挥了重要的作用。在这期间，我国电力电子业界掀起三大研究和开发热潮：高频电子镇流器、高频逆变一整流式弧焊电源和交流电机变频调速。值得一提的是，20世纪70年代国际上革除工频变压器的“20千周革命”，在这时期得到积极的响应，一些民营高科技公司，开始了开关电源的商品化工作。随后，针对通信和PC机应用的开关电源生产公司如雨后春笋般地迅速发展起来。这为后来我国开关电源产业规模的快速发展起到催化剂的作用。同时，国内少数单位也开展了DC/DC斩波、DC/AC逆变、双PWM控制和单相PFC等的基础研究。此外，国内还研制了SCR中频臭氧电源和基于单片机控制的SCR中频X射线机电源。

   20世纪90年代初期，我国电力电子器件和装置的年产值也不过20亿元左右。然后，2001年基于场控器件的开关电源产品的年产值，仅原华为电气一个公司就达到26亿元，其他超亿元年产值的公司有：武汉洲际、北京动力源、北京通力环、烟台东方玉麟电子有限公司等。PC机开关电源、UPS和逆变焊机公司也有年产值达亿元以上的。这些统计是零散和局部的，但也已说明近十年电源产业的发展规模在加快。

    在国家自然科学基金的资助下和创新意识的指导下，我国电力电子技术的研究从吸收消化和一般跟踪发展到前沿跟踪和基础创新。除前述之外，具有代表性的研究成果和产品还有如下：

   (1)获2002年国家科技进步二等奖的±20MVA静止无功发生器(SVG)工业试验样机1999年投入现场运行；

   (2) 1998年8月在西藏安多县建成100kW光伏电站；

   (3)北京市零排放锂电池电动公交车投人考核运行；

   (4) 30kVA动态电压恢复器投入现场运行，其研究正在深入；

   (5)研制出采用压电陶瓷变压器的百瓦级降压型开关电源产品；

   (6)波音飞机上用的电子镇流器小批产品通过民航总局认可；

   (7)交流励磁发电的研究取得进展。

    此外，目前国内还开展了跟踪国际多方面前沿性课题的研究或基础创新研究。它包括电力电子系统的积木式集成技术、单级三相PFC、具有独立电源的多电平拓扑电路、具有超导储能的并联型UPS、IGCT大容量高压变流装置、2700F双电荷层电容器、多电平软开关技术、铁道供电系统的电流谐波抑制和功率因数改善、逆变器无线均流技术、电能质量综合调节器、100MVA SVG方案论证、电磁干扰的传播特性、直流侧谐波抑制的PWM控制策略等。上述方面的成果和研究对提高我国电力电子的学术水平，提升电源产品的技术含量、赶超世界先进水平和增强国际竞争能力具有特别重要的意义。

    但与国际发达国家相比，在应用基础研究深度方面差距为5～10年，在电源产品的质量、可靠性、开发投入、生产规模、工艺水平、先进检测设备、工人素质、持续创新能力和公司体制等综合实力方面差距估计为10～15年。对电源产品和装置性能有极其重要影响的新型场控器件的芯片制造技术还处于非常脆弱状态。电源产品分属多个系统管辖，入网多头重复检测，统计局部而分散。

    电力电子学的发展史实际上是一部围绕提高效率、提高性能、小型轻量化、消除电力公害、减少电磁干扰和电噪声进行不懈研究的奋斗史。随着社会、经济和电力电子技术的发展，特别是信息社会的到来和可持续发展战略深入人心，21世纪的电源装置和系统对上述方面的要求更加强烈。这也正是21世纪电力电子产业或电源产业的发展趋势。其具体要求可归纳如下几点：

   (1)进一步提高电能变换效率，降低待机损耗。

   (2)避免电力公害。尽量减少网侧电流谐波，并使网侧功率因数接近1。

   (3)提高电源装置和系统的电磁兼容性(EMC)。

   (4)降低电噪声。

   (5)小型轻量化。通过高频化、元件小型化和先进工艺加以实施。

   (6)高性能。随各种用电器而不同，如带非线性负载能力、无线均流、吉赫兹以上CPU电源的快速电流响应、直流侧谐波抑制、智能化以及各种性能高指标等。

    上述要求表明，用于电力系统的电能变换设备、服务于环保和人类健康的电源装置、适合信息社会需要的电源产品、薄一轻一超小型电源模块与装置，以及高效节能低污染的绿色电源产品将是21世纪的主流产品。