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現(xiàn)代電力電子技術的發(fā)展方向,是從以低頻技術處理問題為主的傳統(tǒng)電力電子學,向以高頻技術處理問題為主的現(xiàn)代電力電子學方向轉變。電力電子技術起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其發(fā)展先后經(jīng)歷了整流器時代、逆變器時代和變頻器時代,并促進了電力電子技術在許多新領域的應用。八十年代末期和九十年代初期發(fā)展起來的、以功率MOSFET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,表明傳統(tǒng)電力電子技術已經(jīng)進入現(xiàn)代電力電子時代。
1.1整流器時代
大功率的工業(yè)用電由工頻(50Hz)交流發(fā)電機提供,但是大約20%的電能是以直流形式消費的,其中最典型的是電解(有色金屬和化工原料需要直流電解)、牽引(電氣機車、電傳動的內燃機車、地鐵機車、城市無軌電車等)和直流傳動(軋鋼、造紙等)三大領域。大功率硅整流器能夠高效率地把工頻交流電轉變?yōu)橹绷麟?因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶閘管的開發(fā)與應用得以很大發(fā)展。當時國內曾經(jīng)掀起了-股各地大辦硅整流器廠的熱潮,目前全國大大小小的制造硅整流器的半導體廠家就是那時的產物。
1.2逆變器時代
七十年代出現(xiàn)了世界范圍的能源危機,交流電機變頻惆速因節(jié)能效果顯著而迅速發(fā)展。變頻調速的關鍵技術是將直流電逆變?yōu)?~100Hz的交流電。在七十年代到八十年代,隨著變頻調速裝置的普及,大功率逆變用的晶閘管、巨型功率晶體管(GTR)和門極可關斷晶閘管(GT0)成為當時電力電子器件的主角。類似的應用還包括高壓直流輸出,靜止式無功功率動態(tài)補償?shù)取_@時的電力電子技術已經(jīng)能夠實現(xiàn)整流和逆變,但工作頻率較低,僅局限在中低頻范圍內。
1.3變頻器時代
進入八十年代,大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路技術的迅猛發(fā)展,為現(xiàn)代電力電子技術的發(fā)展奠定了基礎。將集成電路技術的精細加工技術和高壓大電流技術有機結合,出現(xiàn)了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的問世,導致了中小功率電源向高頻化發(fā)展,而后絕緣門極雙極晶體管(IGBT)的出現(xiàn),又為大中型功率電源向高頻發(fā)展帶來機遇。MOSFET和IGBT的相繼問世,是傳統(tǒng)的電力電子向現(xiàn)代電力電子轉化的標志。據(jù)統(tǒng)計,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半導體器件市場上已達到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在電力電子領域巳成定論。新型器件的發(fā)展不僅為交流電機變頻調速提供了較高的頻率,使其性能更加完善可靠,而且使現(xiàn)代電子技術不斷向高頻化發(fā)展,為用電設備的高效節(jié)材節(jié)能,實現(xiàn)小型輕量化,機電一體化和智能化提供了重要的技術基礎。
2.現(xiàn)代電力電子的應用領域
2.1計算機高效率綠色電源
高速發(fā)展的計算機技術帶領人類進入了信息社會,同時也促進了電源技術的迅速發(fā)展。八十年代,計算機全面采用了開關電源,率先完成計算機電源換代。接著開關電源技術相繼進人了電子、電器設備領域。
計算機技術的發(fā)展,提出綠色電腦和綠色電源。綠色電腦泛指對環(huán)境無害的個人電腦和相關產品,綠色電源系指與綠色電腦相關的高效省電電源,根據(jù)美國環(huán)境保護署l992年6月17日"能源之星"計劃規(guī)定,桌上型個人電腦或相關的設備,在睡眠狀態(tài)下的耗電量若小于30瓦,就符合綠色電腦的要求,提高電源效率是降低電源消耗的根本途徑。就目前效率為75%的200瓦開關電源而言,電源自身要消耗50瓦的能源。
2.2通信用高頻開關電源
通信業(yè)的迅速發(fā)展極大的推動了通信電源的發(fā)展。高頻小型化的開關電源及其技術已成為現(xiàn)代通信供電系統(tǒng)的主流。在通信領域中,通常將整流器稱為一次電源,而將直流-直流(DC/DC)變換器稱為二次電源。一次電源的作用是將單相或三相交流電網(wǎng)變換成標稱值為48V的直流電源。目前在程控交換機用的一次電源中,傳統(tǒng)的相控式穩(wěn)壓電源己被高頻開關電源取代,高頻開關電源(也稱為開關型整流器SMR)通過MOSFET或IGBT的高頻工作,開關頻率一般控制在50-100kHz范圍內,實現(xiàn)高效率和小型化。近幾年,開關整流器的功率容量不斷擴大,單機容量己從48V/12.5A、48V/20A擴大到48V/200A、48V/400A。
因通信設備中所用集成電路的種類繁多,其電源電壓也各不相同,在通信供電系統(tǒng)中采用高功率密度的高頻DC-DC隔離電源模塊,從中間母線電壓(一般為48V直流)變換成所需的各種直流電壓,這樣可大大減小損耗、方便維護,且安裝、增加非常方便。一般都可直接裝在標準控制板上,對二次電源的要求是高功率密度。因通信容量的不斷增加,通信電源容量也將不斷增加。
2.3直流-直流(DC/DC)變換器
DC/DC變換器將一個固定的直流電壓變換為可變的直流電壓,這種技術被廣泛應用于無軌電車、地鐵列車、電動車的無級變速和控制,同時使上述控制獲得加速平穩(wěn)、快速響應的性能,并同時收到節(jié)約電能的效果。用直流斬波器代替變阻器可節(jié)約電能(20~30)%。直流斬波器不僅能起調壓的作用(開關電源),同時還能起到有效地抑制電網(wǎng)側諧波電流噪聲的作用。
通信電源的二次電源DC/DC變換器已商品化,模塊采用高頻PWM技術,開關頻率在500kHz左右,功率密度為5W~20W/in3。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展,要求電源模塊實現(xiàn)小型化,因此就要不斷提高開關頻率和采用新的電路拓撲結構,目前已有一些公司研制生產了采用零電流開關和零電壓開關技術的二次電源模塊,功率密度有較大幅度的提高。
2.4不間斷電源(UPS)
不間斷電源(UPS)是計算機、通信系統(tǒng)以及要求提供不能中斷場合所必須的一種高可靠、高性能的電源。交流市電輸入經(jīng)整流器變成直流,一部分能量給蓄電池組充電,另一部分能量經(jīng)逆變器變成交流,經(jīng)轉換開關送到負載。為了在逆變器故障時仍能向負載提供能量,另一路備用電源通過電源轉換開關來實現(xiàn)。
現(xiàn)代UPS普遍了采用脈寬調制技術和功率M0SFET、IGBT等現(xiàn)代電力電子器件,電源的噪聲得以降低,而效率和可靠性得以提高。微處理器軟硬件技術的引入,可以實現(xiàn)對UPS的智能化管理,進行遠程維護和遠程診斷。
目前在線式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS發(fā)展也很迅速,已經(jīng)有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多種規(guī)格的產品。
2.5變頻器電源
變頻器電源主要用于交流電機的變頻調速,其在電氣傳動系統(tǒng)中占據(jù)的地位日趨重要,已獲得巨大的節(jié)能效果。變頻器電源主電路均采用交流-直流-交流方案。工頻電源通過整流器變成固定的直流電壓,然后由大功率晶體管或IGBT組成的PWM高頻變換器,將直流電壓逆變成電壓、頻率可變的交流輸出,電源輸出波形近似于正弦波,用于驅動交流異步電動機實現(xiàn)無級調速。
國際上400kVA以下的變頻器電源系列產品已經(jīng)問世。八十年代初期,日本東芝公司最先將交流變頻調速技術應用于空調器中。至1997年,其占有率已達到日本家用空調的70%以上。變頻空調具有舒適、節(jié)能等優(yōu)點。國內于90年代初期開始研究變頻空調,96年引進生產線生產變頻空調器,逐漸形成變頻空調開發(fā)生產熱點。預計到2000年左右將形成。變頻空調除了變頻電源外,還要求有適合于變頻調速的壓縮機電機。優(yōu)化控制策略,精選功能組件,是空調變頻電源研制的進一步發(fā)展方向。
2.6高頻逆變式整流焊機電源
高頻逆變式整流焊機電源是一種高性能、高效、省材的新型焊機電源,代表了當今焊機電源的發(fā)展方向。由于IGBT大容量模塊的商用化,這種電源更有著廣闊的應用前景。
逆變焊機電源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)變換的方法。50Hz交流電經(jīng)全橋整流變成直流,IGBT組成的PWM高頻變換部分將直流電逆變成20kHz的高頻矩形波,經(jīng)高頻變壓器耦合,整流濾波后成為穩(wěn)定的直流,供電弧使用。
由于焊機電源的工作條件惡劣,頻繁的處于短路、燃弧、開路交替變化之中,因此高頻逆變式整流焊機電源的工作可靠性問題成為最關鍵的問題,也是用戶最關心的問題。采用微處理器做為脈沖寬度調制(PWM)的相關控制器,通過對多參數(shù)、多信息的提取與分析,達到預知系統(tǒng)各種工作狀態(tài)的目的,進而提前對系統(tǒng)做出調整和處理,解決了目前大功率IGBT逆變電源可靠性。
國外逆變焊機已可做到額定焊接電流300A,負載持續(xù)率60%,全載電壓60~75V,電流調節(jié)范圍5~300A,重量29kg。
2.7大功率開關型高壓直流電源
大功率開關型高壓直流電源廣泛應用于靜電除塵、水質改良、醫(yī)用X光機和CT機等大型設備。電壓高達50~l59kV,電流達到0.5A以上,功率可達100kW。
自從70年代開始,日本的一些公司開始采用逆變技術,將市電整流后逆變?yōu)?kHz左右的中頻,然后升壓。進入80年代,高頻開關電源技術迅速發(fā)展。德國西門子公司采用功率晶體管做主開關元件,將電源的開關頻率提高到20kHz以上。并將干式變壓器技術成功的應用于高頻高壓電源,取消了高壓變壓器油箱,使變壓器系統(tǒng)的體積進一步減小。
國內對靜電除塵高壓直流電源進行了研制,市電經(jīng)整流變?yōu)橹绷?采用全橋零電流開關串聯(lián)諧振逆變電路將直流電壓逆變?yōu)楦哳l電壓,然后由高頻變壓器升壓,最后整流為直流高壓。在電阻負載條件下,輸出直流電壓達到55kV,電流達到15mA,工作頻率為25.6kHz。
2.8電力有源濾波器
傳統(tǒng)的交流-直流(AC-DC)變換器在投運時,將向電網(wǎng)注入大量的諧波電流,引起諧波損耗和干擾,同時還出現(xiàn)裝置網(wǎng)側功率因數(shù)惡化的現(xiàn)象,即所謂"電力公害",例如,不可控整流加電容濾波時,網(wǎng)側三次諧波含量可達(70~80)%,網(wǎng)側功率因數(shù)僅有0.5~0.6。
電力有源濾波器是一種能夠動態(tài)抑制諧波的新型電力電子裝置,能克服傳統(tǒng)LC濾波器的不足,是一種很有發(fā)展前途的諧波抑制手段。濾波器由橋式開關功率變換器和具體控制電路構成。與傳統(tǒng)開關電源的區(qū)別是:(l)不僅反饋輸出電壓,還反饋輸入平均電流;(2)電流環(huán)基準信號為電壓環(huán)誤差信號與全波整流電壓取樣信號之乘積。
2.9分布式開關電源供電系統(tǒng)
分布式電源供電系統(tǒng)采用小功率模塊和大規(guī)模控制集成電路作基本部件,利用最新理論和技術成果,組成積木式、智能化的大功率供電電源,從而使強電與弱電緊密結合,降低大功率元器件、大功率裝置(集中式)的研制壓力,提高生產效率。
八十年代初期,對分布式高頻開關電源系統(tǒng)的研究基本集中在變換器并聯(lián)技術的研究上。八十年代中后期,隨著高頻功率變換技術的迅述發(fā)展,各種變換器拓撲結構相繼出現(xiàn),結合大規(guī)模集成電路和功率元器件技術,使中小功率裝置的集成成為可能,從而迅速地推動了分布式高頻開關電源系統(tǒng)研究的展開。自八十年代后期開始,這一方向已成為國際電力電子學界的研究熱點,論文數(shù)量逐年增加,應用領域不斷擴大。
分布供電方式具有節(jié)能、可靠、高效、經(jīng)濟和維護方便等優(yōu)點。已被大型計算機、通信設備、航空航天、工業(yè)控制等系統(tǒng)逐漸采納,也是超高速型集成電路的低電壓電源(3.3V)的最為理想的供電方式。在大功率場合,如電鍍、電解電源、電力機車牽引電源、中頻感應加熱電源、電動機驅動電源等領域也有廣闊的應用前景。
3.高頻開關電源的發(fā)展趨勢
在電力電子技術的應用及各種電源系統(tǒng)中,開關電源技術均處于核心地位。對于大型電解電鍍電源,傳統(tǒng)的電路非常龐大而笨重,如果采用高頓開關電源技術,其體積和重量都會大幅度下降,而且可極大提高電源利用效率、節(jié)省材料、降低成本。在電動汽車和變頻傳動中,更是離不開開關電源技術,通過開關電源改變用電頻率,從而達到近于理想的負載匹配和驅動控制。高頻開關電源技術,更是各種大功率開關電源(逆變焊機、通訊電源、高頻加熱電源、激光器電源、電力操作電源等)的核心技術。
3.1高頻化
理論分析和實踐經(jīng)驗表明,電氣產品的變壓器、電感和電容的體積重量與供電頻率的平方根成反比。所以當我們把頻率從工頻50Hz提高到20kHz,提高400倍的話,用電設備的體積重量大體下降至工頻設計的5~l0%。無論是逆變式整流焊機,還是通訊電源用的開關式整流器,都是基于這一原理。同樣,傳統(tǒng)"整流行業(yè)"的電鍍、電解、電加工、充電、浮充電、電力合閘用等各種直流電源也可以根據(jù)這一原理進行改造,成為"開關變換類電源",其主要材料可以節(jié)約90%或更高,還可節(jié)電30%或更多。由于功率電子器件工作頻率上限的逐步提高,促使許多原來采用電子管的傳統(tǒng)高頻設備固態(tài)化,帶來顯著節(jié)能、節(jié)水、節(jié)約材料的經(jīng)濟效益,更可體現(xiàn)技術含量的價值。
3.2模塊化
模塊化有兩方面的含義,其一是指功率器件的模塊化,其二是指電源單元的模塊化。我們常見的器件模塊,含有一單元、兩單元、六單元直至七單元,包括開關器件和與之反并聯(lián)的續(xù)流二極管,實質上都屬于"標準"功率模塊(SPM)。近年,有些公司把開關器件的驅動保護電路也裝到功率模塊中去,構成了"智能化"功率模塊(IPM),不但縮小了整機的體積,更方便了整機的設計制造。實際上,由于頻率的不斷提高,致使引線寄生電感、寄生電容的影響愈加嚴重,對器件造成更大的電應力(表現(xiàn)為過電壓、過電流毛刺)。為了提高系統(tǒng)的可靠性,有些制造商開發(fā)了"用戶專用"功率模塊(ASPM),它把一臺整機的幾乎所有硬件都以芯片的形式安裝到一個模塊中,使元器件之間不再有傳統(tǒng)的引線連接,這樣的模塊經(jīng)過嚴格、合理的熱、電、機械方面的設計,達到優(yōu)化完美的境地。它類似于微電子中的用戶專用集成電路(ASIC)。只要把控制軟件寫入該模塊中的微處理器芯片,再把整個模塊固定在相應的散熱器上,就構成一臺新型的開關電源裝置。由此可見,模塊化的目的不僅在于使用方便,縮小整機體積,更重要的是取消傳統(tǒng)連線,把寄生參數(shù)降到最小,從而把器件承受的電應力降至最低,提高系統(tǒng)的可靠性。這樣,不但提高了功率容量,在有限的器件容量的情況下滿足了大電流輸出的要求,而且通過增加相對整個系統(tǒng)來說功率很小的冗余電源模塊,極大的提高系統(tǒng)可靠性,即使萬一出現(xiàn)單模塊故障,也不會影響系統(tǒng)的正常工作,而且為修復提供充分的時間。
3.3數(shù)字化
在傳統(tǒng)功率電子技術中,控制部分是按模擬信號來設計和工作的。在六、七十年代,電力電子技術擬電路基礎上的。但是,現(xiàn)在數(shù)字式信號、數(shù)字電路顯得越來越重要,數(shù)字信號處理技術日趨完善成熟,顯示出越來越多的優(yōu)點:便于計算機處理控制、避免模擬信號的畸變失真、減小雜散信號的干擾(提高抗干擾能力)、便于軟件包調試和遙感遙測遙調,也便于自診斷、容錯等技術的植入。所以,在八、九十年代,對于各類電路和系統(tǒng)的設計來說,模擬技術還是有用的,特別是:諸如印制版的布圖、電磁兼容(EMC)問題以及功率因數(shù)修正(PFC)等問題的解決,離不開模擬技術的知識,但是對于智能化的開關電源,需要用計算機控制時,數(shù)字化技術就離不開了。
3.4綠色化
電源系統(tǒng)的綠色化有兩層含義:首先是顯著節(jié)電,這意味著發(fā)電容量的節(jié)約,而發(fā)電是造成環(huán)境污染的重要原因,所以節(jié)電就可以減少對環(huán)境的污染;其次這些電源不能(或少)對電網(wǎng)產生污染,國際電工委員會(IEC)對此制定了一系列標準,如IEC555、IEC917、IECl000等。事實上,許多功率電子節(jié)電設備,往往會變成對電網(wǎng)的污染源:向電網(wǎng)注入嚴重的高次諧波電流,使總功率因數(shù)下降,使電網(wǎng)電壓耦合許多毛刺尖峰,甚至出現(xiàn)缺角和畸變。20世紀末,各種有源濾波器和有源補償器的方案誕生,有了多種修正功率因數(shù)的方法。
總而言之,電力電子及開關電源技術因應用需求不斷向前發(fā)展,新技術的出現(xiàn)又會使許多應用產品更新?lián)Q代,還會開拓更多更新的應用領域。開關電源高頻化、模塊化、數(shù)字化、綠色化等的實現(xiàn),將標志著這些技術的成熟,實現(xiàn)高效率用電和高品質用電相結合。這幾年,隨著通信行業(yè)的發(fā)展,以開關電源技術為核心的通信用開關電源,僅國內有20多億人民幣的市場需求,吸引了國內外一大批科技人員對其進行開發(fā)研究。開關電源代替線性電源和相控電源是大勢所趨,因此,同樣具有幾十億產值需求的電力操作電源系統(tǒng)的國內市場正在啟動,并將很快發(fā)展起來。還有其它許多以開關電源技術為核心的專用電源、工業(yè)電源正在等待著人們去開發(fā)。
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【關鍵詞】發(fā)展 電子 電力 技術
隨著高新技術的發(fā)展,電力電子技術的發(fā)展也為電力行業(yè)帶來了新鮮血液,為電力行業(yè)朝著更高方向發(fā)展提供了基礎。但它不僅僅只是應用于電力行業(yè),由于時代科技的發(fā)展,各學科間的邊緣越來越模糊,由此也決定了電力電子技術并不是一個完全獨立的學科技術,與它關聯(lián)的有材料科學、微電子技術及控制理論等,也就是說電力電子技術已經(jīng)慢慢地滲透進各個工業(yè)部門。
1 電力電子技術的發(fā)展歷程
如果說晶體管的誕生標志著固態(tài)電子時代的來臨,那么晶閘管的問世就把電子技術帶上了飛速發(fā)展的軌道。隨著高技術的發(fā)展,電力電子技術發(fā)展速度也越來越快,更多的領域開始應用這一技術,其作用可以從我國經(jīng)濟的發(fā)展看出。縱觀電力電子技術的發(fā)展史,我們可以看出其經(jīng)歷了三個階段:晶閘管時代、逆變時代、變頻時代。接下來,筆者將從這三個階段分別進行描述。
1.1 晶閘管時代
晶閘管時代也稱晶閘管整流時代,晶閘管整流管在20世紀60和70年代得到了長足的發(fā)展,當時都是通過50HZ的交流發(fā)電機來提供較大功率的工業(yè)用電,其中直流形式的電能消費占了百分之二十。在當時,我國很多電廠都需要把交流電轉化為直流電,這就催生了大功率硅整流器和晶閘管,它能高效的完成直流電的轉變。這也造就了晶閘管整流時代。
1.2 逆變時代
到七十年代以后,自關斷器件登上了歷史舞臺,隨之也帶來了電力電子技術逆變時代。所謂“逆變”即是將直流電轉換成交流電。世界范圍內的能源危機,普遍提高了人們的節(jié)能意識,大眾普遍使用交流電機,因為更加節(jié)能。所以電力器件包括GTO、GTR,還有就是大功率的逆變晶閘管。
1.3 變頻器時代
上述的逆變時代,雖然完成了逆變和整流的功能,但是其工作頻率相對來說比較低,滿足不了人們逐漸擴大的需求。所以,到80年代后期出現(xiàn)了集成電路。這種大規(guī)模的集成電路主要特點是將高壓大電流技術和精細加工技術融為一體,標志著現(xiàn)代電力電子變頻器時代的到來,標志著傳統(tǒng)電力電子技術的升級。這時期的電力電子器件走復合化的道路,各器件的結構也越來越緊密,因為結合了各類器件的優(yōu)點,顯得功能也越來越強大。縱觀世界現(xiàn)狀,電力電子技術的發(fā)展方向將是高頻化。
2 電力電子技術在現(xiàn)實社會中的運用
我國正在由 “工業(yè)經(jīng)濟”模式向“信息經(jīng)濟”模式轉變過程中,在轉變中電子技術的發(fā)展將起到了基石的作用。因為高新技術的發(fā)展需要電子技術。它將傳統(tǒng)產業(yè)和信息產業(yè)結合起來,促進了信息業(yè)的飛速前進。如今,很多高性能的電力變流裝置已經(jīng)被人們接納,并且廣泛的投入使用。這不僅促進電子行業(yè)的發(fā)展,而且還有利于促進其他相關行業(yè)發(fā)展,比如前面所講的自動控制技術,就能夠為其發(fā)展提供便利。未來的電力電子技術的應用領域還會拓寬,并將在經(jīng)濟發(fā)展中占據(jù)不可忽視的地位。下面,筆者將從五個方面分析電力電子技術在現(xiàn)實社會中的應用。
2.1 傳統(tǒng)改造業(yè)
在傳統(tǒng)產業(yè)的環(huán)境中,有很多不利于人體健康的因素,人們往往要在惡劣的環(huán)境中進行高強度的工作。電力電子技術的出現(xiàn)大大的改善了這一狀況,它能把電能轉化成勞動力,把智能工作室?guī)нM工廠,減輕工人們的工作負擔。像化石燃料電站類的行業(yè),工人們通常都是在危險的環(huán)境中作業(yè),電力電子行業(yè)的出現(xiàn),給此類行業(yè)的工作帶來了極大的便利。
2.2 家用電器
電力電子技術也逐漸的普及到各家各戶中,如變頻空調、熒光燈等等。這些家用電器為家庭生活帶來極大的便利的同時也相對的節(jié)約了家庭開支。比如,變頻空調能夠節(jié)約百分之三十的電量。除了這些之外,居民家中的電器,比如冰箱等都需要電力電子技術。電力電子技術為人人們帶來更多的空余時間去享受生活。
2.3 交通運輸
交通運輸系統(tǒng)很龐大,我們享受到的便利交通正是電力電子技術的支持,比如交通中采用直流機,采用變頻裝置的交流機車,就能夠為交通運輸帶來與傳統(tǒng)交通所不同的優(yōu)勢。除了機車外,還有飛機輪船等也需要通過電力電子技術的支持。就算是如今各大高樓林立中的電梯也都采用交流變頻調速。在交通運輸界,電力電子技術已經(jīng)毫不意外的成了一顆眾家熱捧的“新星”。
2.4 一般工業(yè)
現(xiàn)代化的工廠中隨處可見自動化的機器設備,這就需要強大的電力系統(tǒng),所以各工廠幾乎都采用交直流電動機供電,尤其是交流電機,已經(jīng)逐漸占據(jù)各工廠的主導地位了。不管是多大的電都可以使用電力電子調速技術,一些低技術的設備比如大型鼓風機,也可通過采用變頻裝置來提高性能和效率。
2.5 電力系統(tǒng)
電力系統(tǒng)的發(fā)展能夠推動國家的發(fā)展,電力系統(tǒng)也需要電力電子技術,所以,當前的電力系統(tǒng)廣泛采用該技術。配電系統(tǒng)的不穩(wěn)定為我們帶來很大的煩惱,電力電子裝置可以在發(fā)生意外的情況下有效的控制電能質量,達到改善電力系統(tǒng)供電質量的目的。
3 結語
總而言之,電力電子技術是一個有著極大發(fā)展?jié)摿Φ某柈a業(yè),自上世紀以來經(jīng)歷了五十多年的發(fā)展歷程,在其理論研究及現(xiàn)實應用領域已經(jīng)取得了一定的效果,也具有了一定的生產規(guī)模。以“變頻技術”的為核心電力電子技術的廣泛運用為人們帶來了極大的便利,極大限度的拉動了國民經(jīng)濟的增長。可想而知的是,在不久的將來,電力電子技術將如太陽一樣普照世界。
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作者簡介
劉娜(1976-),女,河南省鎮(zhèn)平縣人,本科學歷,工程師,研究方向為技術監(jiān)督專業(yè)。
【關鍵詞】電力電子技術;發(fā)展;應用領域
一、概述
電力電子技術的概念和基礎就是由于晶閘管和晶閘管變流技術的發(fā)展而確立的,為了使電力電子裝置的結構緊湊,體積減小,常常把若干個電力電子器件及必要的輔助器件做成模塊的形式,后來又把驅動,控制,保護電路和功率器件集成在一起,構成功率集成電路(PIC)。目前PIC的功率都還較小但這代表了電力電子技術發(fā)展的一個重要方向。
二、電力電子技術的發(fā)展
隨著電力半導體制造技求、徽電子技術、計算機技術,以及控制理論的不斷進步,電力電子技求向著大功率、高頻化及智能化方向發(fā)展,應用的領域將更加廣闊。
1.整流器時代。整流器是一個整流裝置,簡單的說就是將交流(AC)轉化為直流(DC)的裝置。其中最典型的是電解、牽引和直流傳動三大領域,大功率硅整流器能夠高效率地把工頻交流電轉變?yōu)橹绷麟姡虼嗽诹呤甏蠊β使枵鞴芎途чl管的開發(fā)與應用得到很大發(fā)展。
2.逆變器時代。是把直流電能(電池、蓄電瓶)轉變成交流電(一般為220V,50Hz正弦波)。它由逆變橋、控制邏輯和濾波電路組成。上世紀七十到八十年代隨著變頻調速裝置的普及,大功率逆變用的晶閘管、巨型功率晶體管(GTR)和門極可關斷晶閘管(GT0)成為當時電力電子器件的主角。類似的應用還包括高壓直流輸出,靜止式無功功率動態(tài)補償?shù)取_@時的電力電子技術已經(jīng)能夠實現(xiàn)整流和逆變,但工作頻率較低,僅局限在中低頻范圍內。
3.變頻器時代。是應用變頻技術與微電子技術,通過改變電機工作電源頻率方式來控制交流電動機的電力控制設備。80年代,大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路技術的迅猛發(fā)展,為現(xiàn)代電力電子技術的發(fā)展奠定了基礎。將集成電路技術的精細加工技術和高壓大電流技術有機結合,出現(xiàn)了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的問世,導致了中小功率電源向高頻化發(fā)展,而后絕緣門極雙極晶體管(IGBT)的出現(xiàn),又為大中型功率電源向高頻發(fā)展帶來機遇。
三、現(xiàn)代電力電子的應用
1.計算機高效率綠色電源。綠色電腦就是一種安全、節(jié)能型電腦,綠色是一種環(huán)保稱謂,其實質是將耗電量、原材料以及對健康和環(huán)境的危害力爭減少到最低限度。綠色電源技術是業(yè)界探討極為廣泛的話題。隨著“綠色電源”概念伴隨“智能電網(wǎng)”一起涌現(xiàn),我們發(fā)現(xiàn)此概念涵蓋的范疇已經(jīng)不僅是功耗。實際上它是設計社群與最終用戶的一種觀念變更。就最基本的層面而言,“綠色”表示高能效。
2.通信用高頻開關電源。通信用高頻開關電源就是用通過電路控制開關管進行高速的導通與截止,將直流電轉化為高頻率的交流電提供給變壓器進行變壓,從而產生所需要的一組或多組電壓,轉化為高頻交流電的原因是高頻交流在變壓器變壓電路中的效率要比50Hz高很多,所以開關變壓器可以做的很小,而且工作時不是很熱。
3.直流-直流(DC/DC)變換器。DC/DC變換是將固定的直流電壓變換成可變的直流電壓,也稱為直流斬波。這種技術被廣泛應用于無軌電車、地鐵列車、電動車的無級變速和控制,同時使上述控制獲得加速平穩(wěn)、快速響應的性能,并同時收到節(jié)約電能的效果。
4.不間斷電源(UPS)。不間斷電源(即UPS),是將蓄電池(多為鉛酸免維護蓄電池)與主機相連接,通過主機逆變器等模塊電路將直流電轉換成市電的系統(tǒng)設備。主要用于給單臺計算機、計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)或其它電力電子設備提供穩(wěn)定、不間斷的電力供應。當市電輸入正常時,UPS將市電穩(wěn)壓后供應給負載使用,此時的UPS就是一臺交流市電穩(wěn)壓器,同時它還向機內電池充電;當市電中斷(事故停電)時,UPS 立即將電池的直流電能,通過逆變零切換轉換的方法向負載繼續(xù)供應220V交流電,使負載維持正常工作并保護負載軟、硬件不受損壞。UPS 設備通常對電壓過高或電壓過低都能提供保護。
5.變頻電源。變頻電源是將市電中的交流電經(jīng)過ACDCAC變換,輸出為純凈的正弦波,輸出頻率和電壓一定范圍內可調。它有別于用于電機調速用的變頻調速控制器,也有別于普通交流穩(wěn)壓電源。理想的交流電源的特點是頻率穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定、內阻等于零、電壓波形為純正弦波(無失真)。變頻電源十分接近于理想交流電源,因此,先進發(fā)達國家越來越多地將變頻電源用作標準供電電源,以便為用電器提供最優(yōu)良的供電環(huán)境,便于客觀考核用電器的技術性能。變頻電源主要有二大種類:線性放大型和SPWM開關型。
6.高頻逆變式整流焊機電源。高頻逆變式整流焊機電源是一種高性能、高效、省材的新型焊機電源,代表了當今焊機電源的發(fā)展方向。由于IGBT大容量模塊的商用化,這種電源更有著廣闊的應用前景。
7.大功率開關型高壓直流電源。上世紀80年代,高頻開關電源技術迅速發(fā)展。國內對靜電除塵高壓直流電源進行了研制,市電經(jīng)整流變?yōu)橹绷鳎捎萌珮蛄汶娏鏖_關串聯(lián)諧振逆變電路將直流電壓逆變?yōu)楦哳l電壓,然后由高頻變壓器升壓,最后整流為直流高壓。
8.電力有源濾波器。電力有源濾波器是一種用于動態(tài)抑制諧波、補償無功的新型電力電子裝置,它能夠對不同大小和頻率的諧波進行快速跟蹤補償,之所以稱為有源,是相對于無源LC濾波器,只能被動吸收固定頻率與大小的諧波而言,APF可以通過采樣負載電流并進行各次諧波和無功的分離,控制并主動輸出電流的大小、頻率和相位,并且快速響應,抵銷負載中相應電流,實現(xiàn)了動態(tài)跟蹤補償,而且可以既補諧波又補無功和不平衡。
9.分布式開關電源供電系統(tǒng)。分布供電方式具有節(jié)能、可靠、高效、經(jīng)濟和維護方便等優(yōu)點。已被大型計算機、通信設備、航空航天、工業(yè)控制等系統(tǒng)逐漸采納,也是超高速型集成電路的低電壓電源(3.3V)的最為理想的供電方式。
四、電力電子設備和系統(tǒng)發(fā)展趨勢
1.在未來一段時間內,以各種電力半導體器件為主功率器件的電力電子設備和系統(tǒng)將展開競爭且共同發(fā)展。晶閘管及其派生器件仍將壟斷特大功率領域。
2.以IGBT為主功率器件的整流器和逆變器可提高效率、減小噪聲,減輕設備的重量、減少體積,將廣泛應用于工業(yè)(電機變頻、電焊機,工業(yè)加熱,電鍍電源、貯能裝置等)、家用電器(電磁爐,商用電磁爐,變頻空調,變頻冰箱等)和新能源等方面(風力發(fā)電,光伏發(fā)電、電動汽車等)等。
3.以IGCT為主功率器件的電力電子設備和系統(tǒng)將有可能逐步取代晶閘管。
4.以MOSFET為主功率器件的電力電子設備和系統(tǒng)將在中低功率領域發(fā)揮巨大的作用。
5.諧振變流器技術將廣泛應用,新的控制技術及手段將在電力電子設備和系統(tǒng)中獲得應用,并進一步提高電力電子設備和系統(tǒng)的性能和檔次。
【關鍵詞】電力電子技術 技術應用 技術系統(tǒng) 發(fā)展研究
1 引言
隨著我國社會主義現(xiàn)代化的飛速發(fā)展,國內各行各業(yè)均得到了極大的進步。政治、經(jīng)濟、文化、社會、法律等諸多環(huán)境的完善,給當代國內新技術的研發(fā)與使用提供了良好的氛圍與平臺。電力電子技術作為當代眾多新型技術之一,其已然對當代我國國民經(jīng)濟建設與發(fā)展產生了重要的影響,并成為了支撐眾多領域及其技術發(fā)展的核心基礎之一。在十上提出了經(jīng)濟新常態(tài)的概念,指出了國內粗放經(jīng)濟發(fā)展模式產生的詬病與弊端。誠然,隨著國內經(jīng)濟發(fā)展速度與水平的不斷提升,逐漸開始以經(jīng)濟為中心開展國內建設,嚴重忽略了對能源與資源的保護,從而使國內的生活居住環(huán)境不斷變差。這些問題也同樣存在于世界上的各個發(fā)展中國家。新能源的生產、新技術的發(fā)現(xiàn)作為保護生態(tài)資源、提升勞動力水平的重要途徑,其已經(jīng)成為了解決世界各國難題的關鍵所在。電力電子技術作為新技術之一,其能夠應用于電力科技領域的重要影響力,逐漸使對電力電子技術的應用研究成為了時下熱門的課題。在本文中作者將從三個角度(熱電電氣節(jié)能、新能源的發(fā)電、智能電網(wǎng)技術)來對國內電力電子應用系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀給予研究,以此提升對新技術的推廣與應用。
2 國內電力電子技術應用系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀研究
2.1 熱電電氣節(jié)能領域的發(fā)展
電力電子技術在熱電電氣節(jié)能領域已經(jīng)產生了深入的影響,其中以變頻調速系統(tǒng)的發(fā)明與使用最具有代表性。該設備通過采用由電力電子技術支撐研發(fā)的變頻器,并將其作為眾多機械設備中電機裝置的驅動電源,從而實現(xiàn)了對現(xiàn)有供給機械設備運作電力動力的節(jié)能。搭載電力電子技術的變頻器已經(jīng)被廣為使用在空調、洗衣機等家用領域中,并且由于該項技術較為成熟,使設備整機更新?lián)Q代的頻率與時間通常為十年。這些優(yōu)質的特性與特點,使國內電力電子變頻器擁有了十分廣闊的市場與用戶人群。根據(jù)不完全統(tǒng)計,當前在使用低壓電機系統(tǒng)的機械設備中,其中采用了電力電子變頻技術的設備占比為百分之三十左右,高壓電機系統(tǒng)的機械設備中,其中采用了電力電子變頻技術的設備占比為百分之二十左右。盡管電力電子變頻裝置在各領域中的使用已經(jīng)較為成熟,但是其整體運作的穩(wěn)定性、新機使用的成本、現(xiàn)場安裝操作的復雜程度等依舊需要不斷的進行深入研究。根據(jù)對該領域的研究,作者認為未來國際電子電力變頻器的發(fā)展將更加集中于專用型。通過更多專用化的設計將可不斷優(yōu)化變頻器的功能與特點,從而使變頻器與設備之間更加匹配,從而達到增強穩(wěn)定性、復雜性的目的,并間接降低設備的整體成本。
2.2 新能源發(fā)電領域的發(fā)展
國內經(jīng)濟的粗放快速發(fā)展,使中國又一次進入了經(jīng)濟新常態(tài)時期。面對人與自然、人與社會的關系,眾多又經(jīng)濟發(fā)展過速帶來的問題成為了時下熱門的研究課題。新能源作為替代傳統(tǒng)能源、實現(xiàn)綠色經(jīng)濟的重要支撐,其在當前國內自然環(huán)境逐漸遭到破壞、石油天然氣等傳統(tǒng)能源逐漸枯竭的今天,成為了亟待解決的重中之重,并成為了世界各國的日常關注焦c。在新能源發(fā)電領域,電力電子技術得到了廣泛的應用。對于一個較為典型的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng),其內部通常會包含多個電力與電子變化的環(huán)境,例如:DC至AC的逆變;DC至DC的直流交換;AC至DC的整流交換等。可以發(fā)現(xiàn),該太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)除了與光伏陣列之間不存在較為密切的聯(lián)系,其他部分的組成與使用均和電力電子技術之間有著密切的聯(lián)系。對于一套較為典型的采用雙饋式的風力發(fā)電系統(tǒng)而言,其內部通常包括有發(fā)電機側變換器裝置、網(wǎng)側變換器裝置以及變槳控制器裝置等,這些裝置與組件均涵蓋有電力與電子之間的變換過程。通過這些舉例可以發(fā)現(xiàn),新能源發(fā)電與電力電子技術間具有著深入的聯(lián)系。
2.3 智能電網(wǎng)技術領域的發(fā)展
智能電網(wǎng)中的電力電子應用系統(tǒng)包括以SVC為代表的柔流輸電技術、以高壓直流輸電為代表的新型超高壓輸電技術、以智能開關為代表的同步開斷技術,以靜止無功發(fā)生器、動態(tài)電壓恢復器為代表的用戶電力技術等。這些技術的開發(fā)與使用均是以電力電子技術為依托。智能電網(wǎng)技術是近年來電力領域較為熱門的概念之一。根據(jù)行業(yè)當中對該概念的理解,可以將其總結為一種兼具電力電子技術、新能源發(fā)電技術、傳感傳導技術、通信鏈接技術等的組合型技術。其中對于電力電子技術而言,其是智能電網(wǎng)技術的核心組成,其為保障新型能源的儲備、電力輸送的靈活、信息的傳導與控制等功能性特點提供了巨大支撐,并且還給利用再生能源進行電力的生產、保障整個電力系統(tǒng)的供需調配及安全運行帶來巨大幫助。我國自二零零八年保持與世界同步,提出了國家智能電網(wǎng)發(fā)展計劃,并擴展了智能電網(wǎng)電力生產的領域,積極推動熱電、太陽能發(fā)電、風能發(fā)電、地熱能發(fā)電等電力的共同使用,將統(tǒng)一現(xiàn)有各電能的入網(wǎng)、調配、供給等能源管理模式作為重要發(fā)展目的,為提升國家電網(wǎng)的運作效率、能源利用率帶來巨大幫助。
3 結論
通過上文的研究,可以發(fā)現(xiàn),電力電子技術作為當代新技術之一,其已然開始對國內眾多行業(yè)及領域產生深入的影響。特別是對于新能源的研制與開發(fā)、能源的節(jié)能與保護領域具有著巨大的影響力。在本文中作者首先對我國能源使用及發(fā)展狀況開展了宏觀環(huán)境分析與研究,在此基礎上從三個角度對電力電子技術應用系統(tǒng)在國內的發(fā)展進行了研究。利用本文的研究,作者謹此希望能夠不斷推動國內電力電子技術的發(fā)展與應用,以此來實現(xiàn)對國內資源與環(huán)境的保護,并逐步促進國內各行各業(yè)發(fā)展模式的改進,為國內社會主義和諧社會的建設做出自身貢獻。
參考文獻
一、組織的基礎歷史選擇了我們走具有中國特色的社會主義道路,并利用市場經(jīng)濟機制發(fā)展經(jīng)濟,2006年1月20日,國務院《國務院關于加強地質工作的決定)}(下文簡稱《決定}))明確了地礦工作的發(fā)展方向。
(一)存在問題
《決定》是指導新時期地質工作的綱領性文件。《決定》的實施是我國地質工作發(fā)展史上的里程碑。《決定》指出:地質工作是經(jīng)濟社會發(fā)展重要的先行性、基礎性工作,服務于經(jīng)濟社會的各個方面。《決定》提出加強地質工作的根本目的在于:增強地質勘查對經(jīng)濟社會發(fā)展的資源保障能力和服務功能,促進地質工作更好地滿足經(jīng)濟社會發(fā)展的需要。因此,加強地質工作,不能簡單地理解為僅僅是地勘單位的改革。加強地質工作的主體應該是地質勘查單位。一方面要通過推動國土資源管理部門切實履行好地勘行業(yè)管理職責,認真執(zhí)行國家有關礦產資源管理法律法規(guī)和方針政策,研究制定管理、保護與合理利用礦產資源的方針政策,依法規(guī)范地質勘查行業(yè)準人,引導、監(jiān)督和檢查地質勘查單位實施礦產資源勘查規(guī)劃、計劃執(zhí)行情況,整頓和規(guī)范礦產資源勘查開發(fā)秩序。另一方面,地質勘查單位要發(fā)揮好人才、技術設備手段、已掌握的地質資料等組合優(yōu)勢,認真履行好實施地質礦產勘查中、長期規(guī)劃和年度計劃職責;組織實施好全省基礎性、公益性、戰(zhàn)略性地質礦產勘查工作;完成全省地質災害預防治理、應急調查、地質環(huán)境監(jiān)測任務,為我省經(jīng)濟社會發(fā)展提供資源保障和地質技術服務;通過循序漸進的改革,最終實現(xiàn)事企分體運行。由于處于由計劃經(jīng)濟向市場經(jīng)濟轉軌時期,地礦改革存在諸多不適應我省社會與經(jīng)濟發(fā)展與地質有關的主要問題:
1.地質礦產勘查與資源開發(fā)利用方面礦產資源的保障涉及國家安全,地質科學研究與地質工作程度不高,保障程度不夠。如飲水安全、地熱資源勘測查與開發(fā)利用、地學旅游資源調查、地質公園建設等方面。
2.生態(tài)、城市及礦山環(huán)境治理方面石漠化治理任務艱巨、“西電東送”、交通建設、礦產資源開發(fā)等一批重大工程、礦山建設安全與生態(tài)保護、地下水污染治理都需要作大量地質調查工作。
3.地質災害預報與環(huán)境監(jiān)淵方面貴州省地處高原斜坡地帶,又為巖溶區(qū),地質環(huán)境條件復雜,生態(tài)環(huán)境條件脆弱,突發(fā)性地質災害多。隨著社會和經(jīng)濟的發(fā)展,預測未來新的地質災害預報與環(huán)境監(jiān)測工作任務將不斷增加。
(二)對策建議
從制度的第一層次看,要以科學發(fā)展觀為指導,按《決定》要求,轉變觀念,促進改革。
1.按照政事分開的原則,完成“廳管政務,局管事務”的目標
2.建立適應社會主義市場經(jīng)濟的地質工作組織機構,切實履行職責①在省政府的層次上,首先要明確省公益性地質調查隊伍建設方向。關于幾家省級地勘單位改革重組問題,鑒于省地礦局、省煤田地質局、省有色地勘局等主要地質勘查單位在20。。年前后才分別下放省政府管理,時間比較短,各項管理工作正在規(guī)范。這三個單位隊伍大,內部管理、隊伍結構等存在較大差異,除共性問題外,個性問題還比較多。重組改革是方向,但進程過急,勢必會影響到隊伍的穩(wěn)定。建議在隊伍管理體制改革上,應穩(wěn)妥推進。各局完成內部改革后,再適時推進此項工作。②全局干部職工要提高認識,統(tǒng)一思想,共同主動穩(wěn)妥推進內部改革,建立適應社會主義市場經(jīng)濟的地質工作體制。把公益性地質工作與商業(yè)性地質工作分體運行,其核心就是將投資主體、運行機制和隊伍分開。對于地方地勘隊伍而言,改革的一個難點就是很難把現(xiàn)有隊伍分成兩支性質不同的隊伍,即公益性地質調查隊伍與商業(yè)性礦產勘查隊伍。按公益性地質和商業(yè)性地質工作分開運行原則,公益性地質調查工作需要人員精干并相對穩(wěn)定、裝備精良,以高新技術為支撐、調查與科研相結合,能擔當重大戰(zhàn)略任務、善于攻堅打硬仗的高素質、專業(yè)化隊伍。同樣,商業(yè)性礦產勘查隊伍也需要一支適應全球化競爭、能在市場中立足的隊伍。在一個地質勘查局范圍內,如果專門抽調骨干人員組成公益性地質隊伍,并從地質勘查局分離出去,而把非骨干人員、甚至家屬留給商業(yè)性地勘隊伍,很難想象這支隊伍還能闖市場。由于人才資源是地質工作最主要的戰(zhàn)略資源,因此,公益性與商業(yè)性地質工作分離過程中,要想從原有隊伍中分離出兩支都是“精英”的隊伍,顯然是十分困難的。建議地勘單位改革的原則為:積極探索有利于加強地質工作的改革途徑,按照統(tǒng)一部署、分類推進、逐步深人、擇機到位的原則,繼續(xù)推進國有地勘單位的改革,激發(fā)活力,促進地勘事業(yè)發(fā)展。因此,對地勘單位內部改革應先做好定位,分類進行指導,強化公益性事業(yè)職能,穩(wěn)步推進準公益性企業(yè)職能,漸進過渡,最終實現(xiàn)事企分體運行。
二、組織的環(huán)境
(一)存在問題從制度的第二層次分析,面對競爭與地礦改革的制度環(huán)境極待改善.(l)政府規(guī)劃指導不力。統(tǒng)一協(xié)調布局差,造成部門之間相互封鎖、力量分散、工作重復,超前意識不夠。
(2)投人保障不足,勘查資金短缺。總體_L看從“八五”至“十五”三個五年計劃期間總的勘查資金嚴重不足,極大地影響了新的資源地的發(fā)現(xiàn)和已發(fā)現(xiàn)的資源地工作程度的提高。
(3)政府監(jiān)管不力。實施《礦產資源法》管理不到位,礦業(yè)權是產權,產權不是指人與物的關系,而是指由物的存在及關于它們的使用所引起的人們之問相互認可的行為關系。產權可歸結為四種基本權利,即所有權、使用權、用益權和讓渡權。在一個資源不稀缺的世界里,產權是不起作用的。但是,人類社會面臨的是一個資源十分稀缺的環(huán)境,每個人的自利行為都要受到資源的約束。如果不對人們獲取資源的競爭條件和方式作出具體的規(guī)定,亦即設定產權安排,就會發(fā)生爭奪稀缺資源的利益沖突,以產權界定為前提的交易活動就無法進行。因此,產權制度對資源使用決策的動機有重要影響,并因此影響經(jīng)濟行為和經(jīng)濟績效。對礦業(yè)權產權保護不力,最明顯的是礦業(yè)權的申辦程序,其過程存在“權力尋租”的漏洞,干擾地質勘查和礦業(yè)開展市場的健康成長。
(4)政事不分,既當運動員,又當裁判員,體制不順,權責不明,不利于地質工作的加強。
(5)改革成本不足。地勘單位有很多長期遺留問題沒有得到解決。
(二)對策建議從制度的第二層次看,要落實地勘單位改革政策。1999年地勘隊伍管理體制改革后,〔1999〕37號文、[2003〕76號出臺了許多支持地勘隊伍改革的優(yōu)惠政策,這些政策部分得到了落實,但是,為進一步支持地勘單位的發(fā)展,還需落實的政策有:
(l)按照《決定》精神和我省“十一五”規(guī)劃綱要目標要求,切實實行政事分開,圍繞中心,服務大局。
(2)進一步健全和完善地質工作投資體制。①按照“十一五”計劃對地質工作的要求,在用好中央財政國土資源大調查和各類專項經(jīng)費的基礎上,努力爭取加大投人,解決事關民生的基礎地質研究和調查工作。②改革一家獨營,形成多元(國有、民營、國外及混合型)投資格局。③設立專項基金,保障重點投人。主要設立“風險地質勘查專項基金”,嚴格審批和篩選對地勘單位自身發(fā)展有利的礦產勘查項目,用于地質勘查前期投人,建立風險地質勘查經(jīng)費補償機制,加強礦產地質工作,為礦業(yè)開發(fā)提供有力的資源保障。④保障風險收益,形成風險投資機制。
(3)財稅等政策支持。
(4)加強監(jiān)督、規(guī)范市場,擴大地質勘查和礦業(yè)開發(fā)領域開放。
(5)解決歷史欠賬,促進改革發(fā)展。
三、組織治理機制
(一)存在問題
關鍵詞 電力電子技術;應用;發(fā)展前景
中圖分類號TM1 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708(2011)46-0078-02
電力電子技術是應用于電力領域的電子技術,它對于電力領域有著非常重要的貢獻,它是利用電力電子器件對電能進行變換和控制的新興學科。在現(xiàn)階段的發(fā)展背景下,電力電子技術可以理解為功率強大。它與傳統(tǒng)的電子技術相比,改變了以往的發(fā)展模式,有著許多的優(yōu)勢和功能:它不僅能夠通過功率較大的電流和承受高電壓,而且能夠在大功率的情況下,很好的解決器件發(fā)熱、運行效率的問題,對于我國電力事業(yè)的發(fā)展意義重大。當前,電力電子技術的應用范圍已經(jīng)越來越廣,對于人們的生活所產生的影響越來越大。本文主要針對當前電氣工程領域的四大熱點進行詳細分析和探討,分別為電氣節(jié)能領域、新能源發(fā)電領域、電力牽引領域以及智能電網(wǎng)領域4個方面。
1 電力電子技術的應用
1.1 電氣節(jié)能的應用
節(jié)能是當前社會發(fā)展的必然趨勢。電氣節(jié)能主要包括變頻調速、電能質量控制、有源濾波等,當前階段,在電氣節(jié)能的應用中又以變頻調速為主要研究內容。電機變頻調速節(jié)能是當前工業(yè)節(jié)能發(fā)展的一個主要途徑,在未來的發(fā)展時期,三大發(fā)展因素將會進一步促進電機變頻調速行業(yè)的快速發(fā)展:一是變頻器產品日趨成熟,應用范圍越來越廣,技術越來越新,企業(yè)投資產品的成本將會越來越低;二是電機變頻調速節(jié)能的效果非常明顯,具有廣泛的社會效益,這樣能夠更好的調動企業(yè)生產的積極性;三是國家對重點耗能企業(yè)也會采取一系列措施,發(fā)展電氣節(jié)能能夠有效的降低企業(yè)能源消耗,減少資源浪費,為社會創(chuàng)造財富。
1.2 新能源發(fā)電的應用
當前,社會發(fā)展的速度越來越快,人們消耗的資源也越來越多,全球范圍內的石油儲量、煤炭資源總量逐步在減少。在傳統(tǒng)能源逐步減少的同時,生態(tài)平衡也受到嚴重的破壞,環(huán)境污染日益嚴重。因此,新能源在未來的一段時期有很大的發(fā)展前景。現(xiàn)在通過新能源發(fā)電的方法越來越多,比如通過地面太陽能發(fā)電、風電等,其中太陽能光伏發(fā)電在上海世博會上被充分利用,這對于新能源的開發(fā)有很好的借鑒意義。上海世博會的太陽能發(fā)電項目不僅是我國當前規(guī)模最大、采用技術最多的項目,同時也是世博會歷史上新能源發(fā)電技術的最大規(guī)模應用,可以說,新能源的世界已經(jīng)離我們越來越近。新能源發(fā)電中的電力電子技術應用特點主要有:新能源在供給過程中能源供給隨機性較大,比如風能、太陽能等都會隨著天氣的變化而變化,并對電網(wǎng)發(fā)電的要求比較高,在新興的能源使用中,可以充分考慮海洋能等隨意性不大的資源。
1.3 電力牽引的應用
電力牽引(electric traction)是利用電能為動力的軌道運輸牽引動力形式。它是以電力系統(tǒng)或發(fā)電廠為電源,通過牽引變電所使電力系統(tǒng)受電,經(jīng)過降壓、變頻成交流電源,由接觸網(wǎng)向電力機車、動車組供電。比如電力機車或動車的牽引電動機將電能充分轉換為機械能,驅動鐵路列車運行,這給人們的生活提供了極大的方便。但電力牽引也存在一些不足,主要表現(xiàn)在增加了供電系統(tǒng)裝置,使其一次性投資比其他牽引動力形式要高些,同時,電力機車在運行時,會產生高次諧波和負序電流,諧波的存在和高壓接觸網(wǎng)及其回流網(wǎng)的不對稱,對沿線不平行接近的電信線路將產生干擾電壓,對電力系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟運行有一定的影響,對通信質量和人身安全也存在一定的影響。因此,需要采取有效措施進行防護和限制,要在以后的發(fā)展過程中不斷改進技術,通過新技術來改進電力牽引的缺點,使其達到合理,為社會發(fā)展貢獻力量。
1.4 智能電網(wǎng)的應用
智能電網(wǎng),就是將電網(wǎng)進行智能化改造,它是建立在集成的高速雙向通信網(wǎng)絡的基礎之上的,在運行的過程中,通過先進的傳感和測量技術、控制技術以及先進的決策管理體系的應用,實現(xiàn)電網(wǎng)的可靠運輸、實現(xiàn)經(jīng)濟、高效、環(huán)境友好和使用安全的目標。從更高的層次來講,當前社會發(fā)展的電網(wǎng)變得比以往更大、更安全及更高能效,但其智能化程度仍舊較低,因此,其在未來的發(fā)展過程中有很好的發(fā)展前景。智能電網(wǎng)的核心就是智能電表。通過借助智能電表,電力事業(yè)機構能夠知道用戶在任意時間所使用的電能,便于他們根據(jù)用戶的個性化需求提供針對性的服務,不斷的滿足社會的需求。
2 電力電子技術的未來發(fā)展前景
當前,電力電子技術的發(fā)展已經(jīng)進入到各個領域,它在人們的生活中扮演著非常重要的角色,有著非常大的發(fā)展前景,這主要體現(xiàn)在以下幾個方面:
1)新的材料進一步更新。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展,人們生活水平越來越高,對于新材料的需求也會越來越高。同樣,電力電子技術也會進一步加快研究步伐,將會擴大器件的頻率研究、功率等級研究,會有效的降低器件的溫度,減少器件體積,同時,成本將會大幅度下降,可以大大改進系統(tǒng)性能,擴大應用范圍,使越來越多的領域受益;
2)改進器件和裝置封裝形式。在未來的發(fā)展前景中,電力電子技術將會對電力電子器件和裝置形式不斷進行改進,實現(xiàn)系統(tǒng)集成,減小各項生產成本,同時,通過新技術的運用使其獲得更高的集成化和可靠性;
3)使用無需吸收電路并且關斷延時小的集成門極換流晶閘管,這樣可以有更多的器件來選擇應用,特別是在一些大功率應用場合的器件選擇時,選擇的范圍將會越來越廣,給人們社會生活帶來方便;
4)發(fā)展新型的全半導體變流系統(tǒng)。隨著社會經(jīng)濟發(fā)展的迅速,社會在選擇上越來越傾向于體積小、應用廣的電子器件。因此,電力電子技術的發(fā)展將會在體積小、重量輕、損耗小、無功率的全半導體變流系統(tǒng)上做文章,不斷加大設計力度和創(chuàng)新手法,滿意日益增長的物質文化需要;
5)發(fā)明新型家用電器產品。隨著低碳經(jīng)濟的提倡,人們在生活中越來越追求低碳的概念,低碳對于人們的生活有著非常重要的意義,現(xiàn)階段,各種低碳產品已經(jīng)逐步進入人們的視線和生活之中,新型汽車、新型電動車等低碳產品供不應求。因此,未來的電子器件的發(fā)展趨勢將會進一步向家用電器延伸。
參考文獻
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【關鍵詞】電力電子技術;發(fā)展;應用
一、電力電子技術概述
電力電子技術是一門具有很強應用性的新興學科,電力技術、電子技術和控制技術是其基本組成。通常來講,電力技術涉及的主要是發(fā)電、輸配電及電力應用,電子技術涉及的主要是各種電路組成的電子系統(tǒng)、設備及電子器件,電力電子技術器件是電力電子技術的基礎,而電氣電力技術的應用就是對電力電子器件的電能控制與轉換。邁入新世紀,作為一種高新技術,電力電子技術對人們生活的影響越來越深刻。當前,電力電子技術主要包括:變頻控制器、交流高壓凈化電源、開關穩(wěn)壓電源、逆變電源等。且隨著電力電子技術的迅速發(fā)展,其已經(jīng)被廣泛應用于現(xiàn)代通訊、生物工程、計算機、工業(yè)控制、國防安全等多個領域。
二、電力電子技術的發(fā)展
近年來,我國的電子電子技術取得了迅速的發(fā)展,完成了由當初半控、低頻、小功率器件向全控、高頻、超大功率的轉變。當前,晶閘管仍是我國主要生產的電力電子器件,其中低檔產品已經(jīng)趨于成熟,且出口數(shù)量相當可觀。電力電子技術是通過對電子器件的應用來實現(xiàn)多種的電能控制和變換的,通過電力電子技術來制造電力電子裝置,可用弱電來控制強電,具有降耗、節(jié)能、省材、用電質量提高等優(yōu)點。可以說,正式因為電力電子技術諸多優(yōu)勢的存在,才使其成為傳統(tǒng)產業(yè)改造和新興產業(yè)的基礎。但反觀國際,相比于發(fā)達國家,我國在電力電子器件質量和品種上的差距仍非常大,尚缺乏生產新一代電力電子器件的能力。這一現(xiàn)實情況下,為同我國國民經(jīng)濟發(fā)展的基本需要相適應,就必須在新型電力電子器件的開發(fā)生產方面下功夫,并將其盡快地推至市場。
在未來的一段時期內,對于四大類電力電子器件的研發(fā)應當成為電力電子行業(yè)的工作重心,它們是當今技術水平的代表,且有著良好的市場前景。在實際的器件研發(fā)當中,注重對關鍵技術的突破,來推進技術的不斷創(chuàng)新:首先,加速對高檔大功率晶閘管、逆導晶閘管、雙向晶閘管、快速晶閘管、高頻晶閘管等高新技術產品的開發(fā)。在高壓擴散技術、全壓接技術、高壓器件設計、表面造型保護等關鍵技術上有所突破;其次,加快對ICCT產品的開發(fā)。著眼于CCT的設計、硬門極觸發(fā)設計、封裝技術、均勻擴散技術、精密光刻挖槽技術、保護技術、造型技術、制造技術及透明發(fā)射極制造技術等急需解決的方面;再次,加大對工藝裝備復雜、技術難度大的IGBT產品的開發(fā),將大功率電力電子技術同大規(guī)模集成電路制造技術有機結合在一起。且高壓器件設計技術、IGBT芯片的封裝測試技術和高壓場環(huán)技術是當下需要著手解決的;最后,加快對大功率速軟二極管的開發(fā),將自建電場雜志濃度擴散技術、雜質分布控制技術及電場基區(qū)厚度截止等難題盡快解決。
三、電力電子技術的應用分析
(一)工業(yè)領域中的應用
工業(yè)領域中,交直流電動機的應用十分普遍,如大型鼓風機、數(shù)控機床伺服電機等。當前,在大量冶金工業(yè)中,電力電子技術也被廣泛應用于直流電弧爐電源、淬火電源、中高頻感應加熱電源中。同時,在水電廠的蓄能機組中,應用現(xiàn)代電力電子技術科對大型機組工作狀態(tài)、調速作出改變。此外,工業(yè)領域的有很多高溫場合,而在高溫環(huán)境下,電力電子裝置的應用有著十分嚴格的散熱要求。然而隨著電力電子器件頻率不斷提高、容量不斷增加,器件發(fā)熱問題就凸顯出來,尤其是在一些高溫應用場合,如散熱措施不適當,就很有可能造成器件溫度超過所允許的最高溫。結合高工作溫度、大容量的應用場合,提出了液態(tài)冷卻,其相比于氣體冷卻和油冷,可提高兩個數(shù)量級的導熱系數(shù),其散熱效率比較如表1所示。
通過實踐表明,該水冷裝置的故障率很低,且具有體積小、冷卻效率高、無污染等顯著優(yōu)勢。可以說,該裝置在工業(yè)領域的應用推廣,為電力電子技術的應用提供了基礎保障,從而使器件潛力得到充分發(fā)揮。
(二)交通運輸中的應用
電力電子技術在電氣化鐵道中有著廣泛應用,整流裝置被應用于直流機車中,交流機中應用變頻裝置。同時,鐵道車輛中,直流斬波器的應用也十分廣泛,在磁懸浮列車的未來發(fā)展中,電力電子技術扮演者重要角色。除電機的牽引轉動外,各種車輛輔助電源同電力電子技術也密不可分,電動汽車電機的驅動與交換就是憑借電力電子裝置來實現(xiàn)的,且在蓄電池充電過程,也需要電力電子裝置的參與來完成。船舶、飛機均需要很多電源,且有著不同要求,故它們同電力電子技術難以分割。而如果將電梯也視作交通運輸?shù)脑挘乙残枰娏﹄娮蛹夹g的參與,以往,直流調速系統(tǒng)在電梯中普遍應用,而近年來,電梯中應用方式也主要集中在交流變頻調速。
(三)電力系統(tǒng)中的應用
在電力系統(tǒng)中,電力電子技術有著非常廣泛的應用,相關數(shù)據(jù)表明,在用戶電能的最終使用中,發(fā)達國家的電力電子變流裝置至少對60%以上的電能作出過至少一次的處理。而電力系統(tǒng)的現(xiàn)代化發(fā)展中,電力電子技術同樣是作為關鍵技術而存在的,扮演者直觀重要的角色,不夸張的來講,如脫離了電力電子技術,現(xiàn)代化的電力系統(tǒng)將難以想象。在大容量、長距離的輸電中,直流輸電有著很大優(yōu)勢,晶閥管變流裝置在送電端整流閥與受電端逆變閥中均有應用。近年來,逐漸發(fā)展起來的FACTS(柔流輸電)也是在電力電子裝置的參與下才得以實現(xiàn)的。FACTS是現(xiàn)代控制技術與電力電子技術的有機結合,可對電力系統(tǒng)的電壓、相位角、參數(shù)、功率潮流作連續(xù)性調控,從而使得輸電損耗大幅降低,促進系統(tǒng)穩(wěn)定水平和輸電能力的有效提高。近年來,ASCTS開始在美國、日本、巴西、瑞典等國的重要超高壓輸電工程中實現(xiàn)應用,其典型運用如表2所示。
(四)家用電器中的應用
家用電器中照明的地位十分突出,因電力電子照明電源發(fā)光效率高、體積小,有大量能源節(jié)約,故被稱之為“節(jié)能燈”且正在對傳統(tǒng)的日光燈、白熾燈進行取代。家用電器中,電力電子技術應用的典型例子是變頻空調器,且電視機、家用計算機、音響設備等電子設備的電源部分也均需要電力電子技術的支持。可以說,電力電子技術在家用電器中的廣泛應用,使其日益貼近我們的生活。
四、結語
新時期,電力電子作為節(jié)能、節(jié)材、智能化、自動化、機電一體化的基礎,正在朝著產品性能綠色化、硬件結構模塊化、應用技術高頻化的方向發(fā)展。且我們有理由相信,在不遠的將來,電力電子技術必將取得更好地發(fā)展和應用,促使電源技術更加實用、經(jīng)濟、成熟,從而實現(xiàn)高品質、高效率的用電。
參考文獻
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【關鍵詞】電力工程;電氣自動化技術
引言
當前,經(jīng)濟越來越發(fā)達,大小電器不斷地出現(xiàn)在人們的生活中,人們對電力的依賴越來越強,電力在人們的生活工作中也越來越重要。電氣自動化技術是一門新興的學科,但是它發(fā)展迅速,并在人們的日常生活及工作中得到了廣泛應用。科技在發(fā)展,電力系統(tǒng)也不斷地發(fā)展。而現(xiàn)供社會對電力系統(tǒng)的要求也越來越高,所以,社會不斷地促進電氣自動化技術的發(fā)展和進步。
1.電力自動化技術的簡介
電力自動化技術包括集信息處理、網(wǎng)絡通信、電子等技術,它在電力行業(yè)中的應用有電網(wǎng)調度、供電系統(tǒng)、發(fā)電廠、信息傳輸這四個方面的自動化。提高電力系統(tǒng)工程建設中的電力自動化技術,能實現(xiàn)對電力系統(tǒng)工程的遠程監(jiān)控及管理,同時也為電力工程系統(tǒng)的穩(wěn)定運行創(chuàng)造優(yōu)質的環(huán)境,從而從整體上提高電力行業(yè)自動化的管理水平。
2.在電力工程系統(tǒng)中實行電氣自動化應用的意義
無論對于電氣自動化本身,還是對于電力系統(tǒng)工程,在電力工程系統(tǒng)中實行電氣自動化都有著非常重要的意義。
2.1信息化更加突出
電氣自動化技術的信息化,體現(xiàn)在電力工程的各項技術及設備的更新等方面。隨著電氣自動化技術的信息化的更加突出,各部門的管理也更加信息化、先進化。信息化的更加突出對于設備的權限等方面的作用非常明顯、有效,信息化表現(xiàn)更加突出,如,控制系統(tǒng)模糊化、各項設備的要求更高等方面。同時,電器的自動化離不開計算機技術,從而信息化也在帶動電氣自動化的發(fā)展。
2.2各方面的維護更加方便
電氣自動化技術有著其獨特的特點和優(yōu)勢,如維護非常便利。這是因為電氣的自動化技術與計算機密切聯(lián)系,計算機的優(yōu)點就是快捷便利,工作人員只需要對各項數(shù)據(jù)及信息進行維護即可達到簡單的維護電力系統(tǒng)的目標。電氣自動化技術的這項意義同時也是實行電氣自動化的其中一個重要的原因。
2.3管理控制更加容易
在電力系統(tǒng)中,實行電氣自動化技術最主要的目的是便于管理控制。我國電氣自動化技術在發(fā)展實施的過程中也在跟隨著社會不同的需求不斷地做出了調整與改變,這樣就在不斷地提高電氣自動化的質量。目前我國電氣自動化技術僅僅靠一根總線將各種電氣設備連接起來,整個過程非常簡單而又清晰,工作人員可以輕松地掌握電力系統(tǒng)工程的每一個技巧,所以也就讓整個過程更加容易監(jiān)督、控制管理了。
3.電氣自動化技術在電力系統(tǒng)中的應用
3.1變電站及配電自動化的應用
變電站自動化技術是采用現(xiàn)代通信技術、先進的計算機技術、電子技術以及信息處理技術,實現(xiàn)對變電站的二次設備的重新組合和優(yōu)化設計,從而減少了人力資源的浪費,減低了變電站及配電站工作人員的工作強度,提高變電站及配電站人員的安全性及整個系統(tǒng)運行的有效性。不僅如此,變電站自動化技術還可以多層次、全方位地對多種電氣設備的運行狀況進行安全檢測以達到高效控制的目標。在實際的應用中,主要通過新型的設備代替以往的電磁式裝置從而使得現(xiàn)場的監(jiān)視操作更加智能化、可視化。隨著對科學技術的應用以及監(jiān)控設備的更新,種綜合性的自動化監(jiān)測系統(tǒng)能夠提高變電站運行的穩(wěn)定性,降低運行維護的成本,高質量輸電過程,經(jīng)濟效益提高很多。
3.2在電網(wǎng)調度自動化中的應用
在電力工程中,電網(wǎng)的總調度能夠通過大屏幕顯示器、計算機服務等自動化系統(tǒng)對電網(wǎng)進行遠程監(jiān)控。根據(jù)電力工程中電網(wǎng)的運行情況進行分析,監(jiān)控電網(wǎng)的實時狀態(tài)。通過各個分系統(tǒng)傳送的電力工程中的生產數(shù)據(jù)、控制發(fā)電的數(shù)據(jù),對電力工程整個系統(tǒng)進行評估、調配和預測,從而減少了電網(wǎng)在運行過程中出現(xiàn)的電力故障及異常情況,通過電氣自動化技術能夠及時作出判斷,檢測更加及時。從而減少了電力工程中危及人身安全和設備安全的事故。另外,通過電氣自動化技術還能對整個電網(wǎng)進行實時監(jiān)測和分析,調度從大屏幕上可以清晰的采集信息,找出電氣事故的發(fā)生地并提出應對措施,防止事故的擴散,減低影響。
3.3分散測控系統(tǒng)自動化的應用
在電力工程的發(fā)電廠分散測控系統(tǒng)中,通過太網(wǎng)、過程控制單元、工程師工作站、高速數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)等對分層對電廠的生產狀況進行測試和控制。經(jīng)過過程控制單元可以在生產運行的過程中通過接受熱電阻、熱電偶、電氣量等信號,處理運算的結果、參數(shù)等,通過這種方式對電網(wǎng)進行監(jiān)控,從而提高電氣自動化在電力工程中的檢測、保護和控制功能。
3.4計算機自動化的應用。電氣自動化技術在電力工程中的應用主要是引入了計算機操作系統(tǒng),通過微型計算機讓整個電力系統(tǒng)自動記錄、反饋電氣設施的實際工作情況。同時,對反饋信息進行的誤差判定。加強軟件的查找、分析、測算的應用,從而在電力工程中實現(xiàn)操作技術的使用性,更加便于電力工程的管理。在電氣自動化技術中還要注意對監(jiān)控方式、現(xiàn)場總線監(jiān)控進行設計。只有全面加強電氣設備的監(jiān)控信息及監(jiān)控方式,才能提高監(jiān)控系統(tǒng)的效率以及整個系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性。
4.電氣自動化技術的發(fā)展趨勢
隨著計算機技術的快速發(fā)展,人們對于電氣自動化技術有了更新的認識,電氣自動化技術在電力系統(tǒng)中得到了普遍的應用。它已成為保障電力系統(tǒng)正常運行的主要因素,特別是對于電力生產狀況的實時監(jiān)控,對于電力調控的準確控制,對于運行基礎資料的有效收集,使得電氣自動化技術在電力系統(tǒng)中的運用成為必須,尤其是電氣自動化中的信息共享和操作共享技術更是得到了人們的普遍青睞。隨著我們國家科技水平的不斷提高,我國的電氣自動化技術目前也在積極地向國際最高水平?jīng)_刺。在電力系統(tǒng)中廣泛地應用電氣自動化技術,將會有利的推動計算機技術在通信工程控制技術和控制技術的應用中的有力推動環(huán)節(jié)。隨著電氣自動化水平的不斷提高,電氣自動化技術將會吸收更多的組成部分,例如:通信技術、多媒體技術等,這些技術的廣泛應用,將會使電氣自動化技術在我國經(jīng)濟發(fā)展的各個方面予以體現(xiàn),成為推動我國經(jīng)濟社會發(fā)展的積極因素,也會對計算機技術的進一步發(fā)展產生良好的反作用力。
5.結束語
將電氣自動化技術更好、更有效地應用到電力系統(tǒng)工程的工作中,不僅提高了電力的生產效率,同時充分滿足了當前社會經(jīng)濟發(fā)展對電力需求。電力企業(yè)對于自動化技術的深入應用,促進了國家基礎公共事業(yè)的大步發(fā)展,同時也確保電力能安全、穩(wěn)定地供應在社會各個方面中。隨著社會的發(fā)展及科技水平的不斷提高,電力供應也往更穩(wěn)定更安全的發(fā)展方向。電力更好地為我們的生活提供了便利,讓社會工作及生產能更加流暢更有保障,也讓我們的生活、工作、學習變得更加完美。然而,電氣自動化技術同時也會面臨更大的挑戰(zhàn),必須使電氣自動化技術更好地應用地電力系統(tǒng)工程中,才能為我們的社會發(fā)展做出更好、更多的貢獻!
參考文獻:
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繼數(shù)字信息化、網(wǎng)絡信息化之后,我們正逐步進入智能信息化階段,也就是以云計算、物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)為特征的“泛在網(wǎng)”時代。去年國家又確立了中國特色新型工業(yè)化、信息化、城鎮(zhèn)化、農業(yè)現(xiàn)代化道路。這些都需要大量自主可控的創(chuàng)新成果作為支撐,從某種意義上說,我們現(xiàn)在比歷史上任何時期更需要提升自主創(chuàng)新能力。在這樣的形勢下,我們更加要發(fā)揚艱苦奮斗、敢為人先的“中關村精神”,努力實現(xiàn)自主創(chuàng)新能力的歷史性跨越。
集成電路技術是高科技產業(yè)基礎
當今世界,自主創(chuàng)新能力越來越體現(xiàn)在對核心技術的掌握和關鍵產品的掌控上。軟件和集成電路是近幾十年來發(fā)展最為迅猛的現(xiàn)代高科技領域,也是世界各國搶占自主創(chuàng)新制高點的主戰(zhàn)場。集成電路技術是迄今為止人類開發(fā)出來的最復雜的產業(yè)技術,是現(xiàn)代高科技產業(yè)的基礎,已經(jīng)成為集中反映一個國家經(jīng)濟發(fā)展、科技進步和國防實力的重要標志,集成電路產業(yè)和產品也日益成為國家安全、經(jīng)濟發(fā)展和人民生活的命脈。
目前,以集成電路技術為核心的電子信息產業(yè)超過了以汽車、石油、鋼鐵為代表的傳統(tǒng)工業(yè),成為第一大產業(yè),成為改造和拉動傳統(tǒng)產業(yè)邁向數(shù)字時代的強大引擎和雄厚基石。數(shù)據(jù)表明,每l―2元的集成電路產值,約帶動10元左右電子工業(yè)產值的形成,進而帶動100元GDP的增長。
經(jīng)過多年努力,中國集成電路產業(yè)中的芯片設計業(yè)、制造業(yè)規(guī)模已經(jīng)分別占全球1/5和1/3左右,并涌現(xiàn)出中芯國際、展訊通信等一大批擁有核心技術、產品占領市場、得到全球業(yè)界認可的優(yōu)秀代表。但是,與國際先進水平相比,我們的技術還相對落后,部分技術差距甚至有拉大的趨勢。產品主要集中在中低端的消費類芯片和IC卡芯片上,而附加值高的計算機、網(wǎng)絡通信類芯片以及高端消費類芯片公司還相對比較少。中國是全球最大的集成電路市場,但大多數(shù)產品,尤其是高端產品,大量依賴進口,每年凈進口額高達一萬億元以上,是我國第一大宗進口產品。
當前,集成電路領域正在出現(xiàn)一些值得注意的趨勢,為我們提供了難得的機遇:在芯片技術層面,單核發(fā)展空間受限,多核和眾核技術方興未艾,硬件動態(tài)可重構前景看好;在非芯片技術層面,28nm以下投資回報率下降,繼續(xù)摩爾定律的動力減弱,低功耗芯片不斷催生新的市場;新興的納米電子技術將引領未來二三十年集成電路行業(yè)的發(fā)展,并在制造、保健、能源、農業(yè)、通信、交通等領域帶來巨大的變革。
全面提高自主創(chuàng)新能力
要實現(xiàn)自主創(chuàng)新能力的歷史性跨越,需要科技工作者更加努力的工作,同時也需要來自政府、企業(yè),以及全社會各界的共同支持,不斷探索新機制,創(chuàng)造更多更好的自主創(chuàng)新成果,并通過市場機制,快速轉化成為促進經(jīng)濟發(fā)展和社會進步的不竭動力,形成“供給”推動、“需求”拉動,兩翼齊飛的局面。
1.要繼續(xù)加大對核心技術和關鍵產品的投入力度
中國對核心技術和關鍵產品的研發(fā)投入近年來以每年超過20%的速度快速增長,但是與發(fā)達國家相比,我們的投入還遠遠不夠。以集成電路產業(yè)為例,國家這些年來一直通過863、973、科技重大專項等項目對部分核心技術和關鍵產品進行重點支持,民營資本也逐漸進入集成電路領域。但迄今為止國內投入最大的集成電路企業(yè)中芯國際每年投入也不到5億美元,而國際產業(yè)巨頭每年投入動輒數(shù)十億美元,2012年美國英特爾公司的研發(fā)投入更是超過100億美元。
因為我們的資金投入相對短缺,所以更要統(tǒng)籌安排、合理利用資金,核高基01號重大專項實施幾年來,按照萬鋼副主席的要求,“構建以龍頭企業(yè)帶動,按照上下游配套進行系統(tǒng)部署的集成電路產業(yè)鏈”,取得了一系列成果,但在具體實施過程中,還存在一些亟待改進和提高之處,通過總結經(jīng)驗,不斷完善,將可以更好地發(fā)揮其巨大的引領和帶動作用。
要改變我國部分核心技術和關鍵產品受制于人的局面,我們必須站在全球化的高度,加大對核心技術和關鍵產品的投入,逐步形成我國在高新技術產業(yè)的制高點,進而由點到面,帶動自主創(chuàng)新能力的全面突破。
2.要積極實施標準化戰(zhàn)略,通過市場“需求”拉動自主創(chuàng)新能力
在WTO框架下,標準化戰(zhàn)略是各國普遍使用的,加快國內產業(yè)發(fā)展進程、提高國際競爭力的有效手段。這些年來,國家在提高自主創(chuàng)新能力的“供給”方面,制定了很多政策,比如國家科技重大專項就是典型的“供給”政策,在很多領域實現(xiàn)了零的突破。
相對而言,我國在通過“需求”引導產業(yè)發(fā)展方面還有很大潛力,特別我國已經(jīng)成為世界上最重要的市場,完全可以通過實施標準化戰(zhàn)略,鼓勵產業(yè)界和用戶更加積極地采用我們的自主創(chuàng)新成果,通過巨大的國內市場,帶動核心技術和新興產業(yè)的發(fā)展。在這方面,中國通過制定北斗導航標準、TD-SCDMA、TD-LTE標準,不但有效保障了國家信息安全,并且?guī)恿藝鴥犬a業(yè)發(fā)展,值得認真總結經(jīng)驗并加以推廣。
近年來,相關部委組織制定了全球第一個針對安防監(jiān)控物聯(lián)網(wǎng)的基礎信源標準――SVAC國家標準,如果能得到大規(guī)模應用,下一步將很有可能成為國際標準,屆時中國將可在國內乃至國際安防監(jiān)控技術領域占據(jù)主導地位,真正實現(xiàn)自主可控、安全可靠。
3.需要進一步深化科技體制改革,確立和鞏固以企業(yè)為主體、市場為導向、產學研相結合的技術創(chuàng)新體系
這不但是國家早已確立的戰(zhàn)略方向,也是被國內外無數(shù)經(jīng)驗證明了的行之有效的發(fā)展路徑。 總結“星光中國芯工程”的成功經(jīng)驗,在很大程度上得益于中關村初步建立了以企業(yè)為主體的自主創(chuàng)新機制,吸引海外人才、引入國家股權投資、突破技術入股限制等,并且從市場需求出發(fā),實現(xiàn)了研發(fā)主體與產業(yè)化主體的一體化,避免了科技成果難轉化的問題,從而在較短時間內實現(xiàn)了我國在超大規(guī)模集成電路設計領域的重大突破。
因此,我們可以選擇相對較新,矛盾較少、阻力較小的增量領域,在科研項目的項目選擇、項目管理、項目評價等方面探索創(chuàng)新機制。在技術路徑選擇上遵循技術中立原則和自主可控原則,百花齊放、百家爭鳴,在競爭中實現(xiàn)我國科技水平的突破和創(chuàng)新能力的提升。培養(yǎng)有核心技術和國際市場競爭力的優(yōu)秀企業(yè),促進企業(yè)間的整合、重組和并購,引導社會力量形成合力。
中關村是中國第一個國家自主創(chuàng)新示范區(qū),北京市同時擁有眾多科研機構和高新技術企業(yè),高科技人才在全國首屈一指,理應在自主創(chuàng)新方面走在全國前列。作為中國的“硅谷”,中關村發(fā)展高科技產業(yè),一定要以自主核心技術為基礎,特別是集成電路技術,已經(jīng)滲透到各行各業(yè)。例如,英特爾能長期站在利潤最豐厚的產業(yè)鏈頂端,源于其獨一無二的集成電路技術;蘋果、三星的產品之所以有明顯高出同類企業(yè)的市場占有率和利潤率,也是得益于他們領先的集成電路技術。事實表明,發(fā)展集成電路技術和產業(yè),是短期內占領產業(yè)鏈高端、實現(xiàn)跨越式發(fā)展的有效途徑。擁有自主版權的集成電路技術已日益成為經(jīng)濟發(fā)展的命脈、社會進步的基礎、國際競爭的籌碼和國家安全的保障。