电力电子技术的重要作用

1 电力电子技术的重要作用

电力电子是国民经济和国家安全领域的重要支撑技术。它是工业化和信息化融合的重要手段，它将各种能源高效率地变换成为高质量的电能，将电子信息技术和传统产业相融合的有效技术途径。同时，还是实现节能环保和提高人民生活质量的重要技术手段，在执行当前国家节能减排、发展新能源、实现低碳经济的基本国策中起着重要的作用。

电力电子器件在电力电子技术领域的应用和市场中起着决定性的作用，是节能减排、可再生能源产业的“绿色的芯”。电力电子半导体器件是伴随着以硅为基础的微电子技术一起发展的。在上世纪五十到六十年代，微电子的基本技术得到了完善，而功率晶体管和晶闸管则主导了电能变换的应用。从七十年代到八十年代，功率MOS技术得到了迅速发展并在很大程度上取代了功率晶体管。基于MOS技术的IGBT器件开始出现，并研发出CoolMOS。九十年代初以后，主要的研发力量集中在对IGBT器件性能的提高和完善。到了本世纪初，经过了若干代的连续发展，以德国英飞凌、瑞士ABB、美国国际整流器公司（IR）、日本东芝和富士等大公司为代表的电力电子器件产业已经拥有了趋于完美的IGBT技术，产品的电压覆盖300V到6.5kV范围。

电力电子器件与相关技术包括：

（1）功率二极管；

（2）晶闸管；

（3）电力晶体管；

（4）功率场效应晶体管（MOSFET）；

（5）绝缘栅双极型晶体管（IGBT）；

（6）复合型电力电子器件；

（7）电力电子智能模块（IPM）和功率集成芯片（Power IC）；

（8）碳化硅和氮化镓功率器件；

（9）功率无源元件；

（10）功率模块的封装技术、热管技术；

（11）串并联、驱动、保护技术。

2 电力电子技术发展现状和趋势

2.1电力电子器件发展现状和趋势

电力电子器件产业发展的主要方向：

（1）高频化、集成化、标准模块化、智能化、大功率化；

（2）新型电力电子器件结构：CoolMOS，新型IGBT ；

（3）新型半导体材料的电力电子器件：碳化硅、氮化镓电力电子器件。

2.2 电力电子装置、应用的现状和趋势

（1）在新能源和电力系统中的应用

电力系统是电力电子技术应用中最重要和最有潜力的市场领域，电力电子技术在电能的发生、输送、分配和使用的全过程都得到了广泛而重要的应用。从用电角度来说，要利用电力电子技术进行节能技术改造，提高用电效率；从发、输配电角度来说，必须利用电力电子技术提高发电效率和提高输配电质量。

（2）在轨道交通和电动汽车中的应用

电力电子技术在轨道交通牵引系统中的应用主要分为三个方面：主传动系统、辅助传动系统、控制与辅助系统中的稳压电源。在电力电子技术的带动下，电传动系统由直流传动走向现代交流传动。电力电子器件容量和性能的提高、封装形式

的改进，以及功能单元的模块化设计技术促进了传动系统装置的简约化，促进牵引电传动系统、辅助系统和控制与辅助电流稳压电源的发展。

（3）工业电机节能应用

电动机作为电能最大的消费载体，具有很大的节电潜力。我国“十五”和“十一五”计划都将电机系统节能列为节能的重点项目。而随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，电气传动技术面临着一场历史革命，即交流调速取代直流调速、计算机数字控制技术取代模拟控制。

（4）在消费类电子中的应用

电力电子技术在消费类电子中的应用主要集中于各类家电中电机的驱动、感应加热、照明驱动和各类个人电子用品电源管理，家用电器依托变频技术，主要瞄准高功能和省电。

（5）在国防军工中的应用

电力电子技术及电力电子装置已日益广泛地应用和渗透到能源、环境、制造业、交通运输业中，特别是与国家安全和国防有关的先进能源技术、激光技术、空天技术、高档数控机床与基础制造技术等许多重要领域，电力电子技术是关系到上述领域中的核心技术所在。电力电子在现代化国防中得到越来越广泛的应用，所有现代国防装备的特种供电电源、电力驱动、推进、控制等均涉及到电力电子核心技术。

2.3电力电子技术发展趋势

（1）下一代电力电子装置的变换效率将有极大的提高，采用碳化硅器件的装置的效率将从现有硅器件的85~90%提升到99%，体积减小到1/5~1/20。

（2）下一代电力电子器件的装置将开拓全新的应用领域，极大地拓展电力电子技术的影响，诸如进入输电系统、实现智能电网等。

3 我国电力电子行业发展现状与机遇

3.1我国电力电子器件的市场现状和趋势

（1）从2005~2008年我国电力电子市场的增长率平均为23%，到2008年电力电子器件的市场销售额达1016.2亿人民币。

（2）随着我国特高压直流输电、高压变频、交流传动机车/动车组、城市轨道交通、电动汽车等技术的发展和市场需求的增加，对超大功率晶闸管、IGCT、IGBT 的需求非常紧迫，而且需求量非常大。

（3）从2010年到2020年全球IGBT市场将继续保持年均20%左右的增长速度。我国IGBT的市场规模，2010年是的55亿元人民币，预计2015年将增加到137亿元人民币，2020年将达到341亿元人民币。

3.2我国电力电子器件行业与国外的差距

（1）高频场控电力电子器件的市场基本上被国外垄断。

（2）电力电子器件的生产受到国外竞争。

（3）电力电子器件的中、高端芯片的研发和生产的关键技术还有待突破。（4）电力电子器件芯片的生产线有待完善和提高。

（5）新型电力电子器件生产的产业链还未形成。

3.3我国电力电子装置的发展现状与分析

（1）变频器技术

国内市场上的变频器厂家有300多家。活跃在我国市场上的国产品牌占70%左右，但市场份额仅占25%。目前，高压变频器的主要市场为内资企业占有，中低压变频器市场主要被外资占有。