電力電子技術(shù)問世至今，在各行各業(yè)都有廣泛的應(yīng)用，尤其在工業(yè)控制領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。我國要真正實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制系統(tǒng)中的自主創(chuàng)新、資源節(jié)約、環(huán)境友好這一系列目標(biāo)，迫切需要建立一個(gè)自主創(chuàng)新的、強(qiáng)大的、達(dá)到世界先進(jìn)水平的電力電子產(chǎn)業(yè)。

在工業(yè)控制方面，電力電子技術(shù)主要應(yīng)用在電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)、開關(guān)電源、可靠供電技術(shù)以及電能質(zhì)量治理技術(shù)等。在電力電子技術(shù)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的變流器及其控制系統(tǒng)，高精度可程控交、直流電源系統(tǒng)，高精度數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動和控制系統(tǒng)，這些技術(shù)不但提高了工業(yè)制造精度和效率，更重要的是有效地降低了能耗，實(shí)現(xiàn)綠色工業(yè)。

我國與所有發(fā)達(dá)國家一樣，電力電子技術(shù)及電力電子裝置已日益廣泛地應(yīng)用和滲透到工業(yè)控制系統(tǒng)中的各個(gè)角落，并且電力電子恰恰是關(guān)系到上述領(lǐng)域中我國許多引進(jìn)技術(shù)中的核心所在。國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要指出：“我國要在激烈的國際競爭中掌握主動權(quán)，就必須提高自主創(chuàng)新能力，在若干重要領(lǐng)域掌握一批核心技術(shù)，擁有一批自主知識產(chǎn)權(quán)，造就一批具有國際競爭力的企業(yè)?？傊?，必須把提高自主創(chuàng)新能力作為國家戰(zhàn)略，大幅度提高國家競爭力。”所以，我們認(rèn)為有必要從戰(zhàn)略高度出發(fā)，就工業(yè)控制系統(tǒng)中如何在當(dāng)前進(jìn)行自主創(chuàng)新，為發(fā)展和振興我國自主的電力電子技術(shù)做出貢獻(xiàn)等問題進(jìn)行認(rèn)真的思考。

工業(yè)控制中的典型應(yīng)用

變頻調(diào)速系統(tǒng)

在工業(yè)控制領(lǐng)域中，大部分使用的是交直流電動機(jī)，例如數(shù)控機(jī)床的伺服電機(jī)、軋鋼機(jī)和礦山牽引、大型鼓風(fēng)機(jī)等等都采用電力電子變頻調(diào)速技術(shù)。變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置，能實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的軟起動、變頻調(diào)速、提高運(yùn)轉(zhuǎn)精度、提高功率因數(shù)等功能。變頻器的功能很多，比如優(yōu)化電機(jī)運(yùn)行，全世界中用電量有60%左右是通過電動機(jī)來消耗的，因此變頻器在提高電動機(jī)的電能利用率上有很大的作用。根據(jù)全球著名變頻器生產(chǎn)企業(yè)ABB的測算，該企業(yè)在全球范圍內(nèi)已經(jīng)安裝的變頻器每年就能夠節(jié)省1150億千瓦時(shí)電力，相應(yīng)減少9700萬噸二氧化碳排放，這已經(jīng)超過芬蘭一年的二氧化碳排放量。在一般的工業(yè)控制領(lǐng)域，通常場合下的電機(jī)調(diào)速均采用電力電子技術(shù)與電力傳動技術(shù)，目前該技術(shù)已經(jīng)比較成熟。在異步電動機(jī)運(yùn)行時(shí)，需要同步進(jìn)行調(diào)壓和調(diào)頻，使電機(jī)在獲得良好的運(yùn)行性能的同時(shí)保持控制的靈活性。目前主要通過交-直-交變頻調(diào)速系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。但一些高壓大功率的應(yīng)用（中高壓高性能電機(jī)驅(qū)動等）場合，依然是這一領(lǐng)域的技術(shù)制高點(diǎn)，仍在進(jìn)行不斷的研究。

高頻開關(guān)電源技術(shù)

電氣產(chǎn)品的體積、重量與供電頻率的平方根成反比，所以當(dāng)把頻率從工頻提高后，用電設(shè)備的體積重量大大減少，基于此，對傳統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域中的電鍍、電加工、充電等各種電源進(jìn)行改造，不僅材料成本可減少，還可達(dá)到節(jié)電的目的。目前，高頻小型化的開關(guān)電源及其技術(shù)已成為現(xiàn)代工業(yè)控制系統(tǒng)中通信供電的主流，傳統(tǒng)的相控式穩(wěn)壓電源已逐步被高頻開關(guān)電源所取代。

電能質(zhì)量治理技術(shù)

工業(yè)控制系統(tǒng)中常用的變壓器和交流異步電動機(jī)等都屬于感性負(fù)載，這些設(shè)備在運(yùn)行時(shí)不僅消耗有功功率，而且還消耗無功功率。因此無功電源與有功電源一樣，是保證電能不可缺少的部分。隨著電力電子技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，逐步出現(xiàn)了應(yīng)用變流技術(shù)進(jìn)行動態(tài)無功補(bǔ)償?shù)撵o止補(bǔ)償器SVG。SVG根據(jù)檢測的電網(wǎng)中的情況實(shí)時(shí)地發(fā)出或者吸收無功，減少了工業(yè)控制中電能傳輸?shù)膿p耗，改善了工業(yè)控制系統(tǒng)的供電電壓質(zhì)量。

工業(yè)控制系統(tǒng)中的諧波存在會造成異步電動機(jī)效率下降，噪聲增大，使低壓開關(guān)設(shè)備產(chǎn)生誤動作，對工業(yè)自動化控制中的正常通訊造成干擾，影響計(jì)量設(shè)備的準(zhǔn)確性。諧波的存在也會使電力變壓器的銅損和鐵損增加，直接影響變壓器的使用容量和使用效率，還會造成變壓器噪聲增加，縮短變壓器的使用壽命。這些問題都加大了工業(yè)控制系統(tǒng)中的電力運(yùn)行成本，降低了供電的可靠性，引發(fā)供電事故的發(fā)生，導(dǎo)致設(shè)備無法正常工作，降低產(chǎn)品質(zhì)量，影響通訊系統(tǒng)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，即對產(chǎn)生諧波的電力電子裝置本身進(jìn)行改造，使其不產(chǎn)生諧波。另一種治理方法是裝設(shè)諧波補(bǔ)償裝置，這對各種諧波源均適用，稱為被動型諧波治理。

可靠供電技術(shù)

UPS(不間斷電源)通常被置于市電電網(wǎng)和用電負(fù)載之間，其目的是改善對負(fù)載的供電質(zhì)量，并在市電故障時(shí)，保證負(fù)載設(shè)備的正常運(yùn)行。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，供電網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載越來越復(fù)雜，特別是工業(yè)控制系統(tǒng)中大型用電設(shè)備的啟動和停止、大型可控電力電子設(shè)備的應(yīng)用以及網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部噪聲會使交流正弦波發(fā)生畸變。另外，自然界的雷電、電網(wǎng)的接地不良等因素均影響到電網(wǎng)的供電質(zhì)量。以上因素的影響可能會導(dǎo)致接在工業(yè)控制系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)設(shè)備、精密儀器設(shè)備發(fā)生失控﹑丟失數(shù)據(jù)﹑停機(jī)﹑損壞等嚴(yán)重后果，直接影響工業(yè)控制系統(tǒng)的正常工作，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。隨著現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，供電中斷所帶來的損失也變得越來越嚴(yán)重。UPS就是為了解決供電系統(tǒng)存在的問題應(yīng)運(yùn)而生的，至今已經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展歷程。UPS不僅使供電無中斷，而且還具有穩(wěn)定輸出電壓和抗干擾等功能。

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