電力電子

電子技術包括信息電子技術和電力電子技術兩大分支。信息電子技術主要用於信息處理，而電力電子技術則主要用於電力變換。通常所説的模擬電子技術和數字電子技術都屬於信息電子技術。電力電子技術是應用於電力領域的電子技術。具體説，就是使用電力電子器件對電能進行變換和控制的技術。所用的電力電子器件均用半導體制成，故也稱為功率半導體器件。電力電子技術所變換的“電力”，功率可以大到數百MW甚至GW，也可以小到數W甚至1W以下。

電力電子涉及由半導體開關啓動裝置進行電源的控制與轉換領域。半導體整流控制、半導體硅整的小型化等的出現，產生一個新的電力電子應用領域。半導體硅整流、汞弧整流器應用於控制電源，但是這樣的整流回路只是工業電子的一部分，對於汞弧整流器應用範圍而言是有侷限的。半導體硅整流的應用涉及很多領域，如汽車、電站、航空電子、高頻變頻器等。

電力設備製造業大體包括髮電設備行業、輸變電一次設備行業、二次設備行業、電力環保行業四個子行業。電力設備行業的發展依託電力工業的發展，電力投資的規模和方向直接影響電力設備行業的發展。

2008年隨着電力下游需求的減少，電力行業新增生產能力同比減少；可再生能源發電容量增加，其中以風電發電容量增加幅度最大；設備變電容量增加；發電設備利用方面，傾向於利用可再生能源發電設備。

2008年11月初，中央為擴大內需促進經濟增長推出4萬億投資計劃和十項措施，在2008年四季度新增的1千億投資中，就有40億元用於城市電網和農村電網建設。2008年11月14日，國家電網和南方電網公佈了其年內和未來兩年的電網投資具體額度。受投資計劃刺激，電力設備行業未來兩年的業績增長基本沒有懸念，與其他受益投資拉動概念的板塊不同，兩大電網在第一時間公佈了投資額度，讓電力設備行業的利好率先有了保證。

電力電子技術可實現控制加節能，將“粗電”變為“細電”來用。電力電子器件製造技術是電力電子技術的基礎,我國在這個環節與國外差距比較大。 我國與先進國家總體能源利用效率差10%,工業能耗主要是電能消耗,佔能源消耗總量的45%,遠超發達國家平均水平的23%。未來五年節能將成為國家支柱型戰略新興產業。保守估計2020年節能產值將是2010年的13倍。

應用技術高頻化（20kHz以上）、硬件結構集成模塊化（單片集成模塊、混合集成模塊）、軟件控制數字化和產品性能綠色化（無電磁干擾和對電網無污染），是當前電力電子新技術產品的四大發展方向。 ^[1] 

高頻化、集成化、模塊化和智能化是電力電子器件未來的主要發展方向。

（1）隨着電力電子技術應用的不斷髮展，對電力電子器件性能指標和可靠性的要求也日益苛刻。具體而言，要求電力電子器件具有更大的電流密度、更高的工作温度、更強的散熱能力、更高的工作電壓、更低的通態壓降、更快的開關時間，而對於航天和軍事應用，還要求有更強的抗輻射能力和抗振動衝擊能力。特別是航天、航空、艦船、輸變電、機車、裝甲車輛等使用條件惡劣的應用領域，以上要求更為迫切。

（2）未來幾年中，儘管以硅為半導體材料的雙極功率器件和場控功率器件已趨於成熟，但是各種新結構和新工藝的引入，仍可使其性能得到進一步提高和改善，Coolmos、各種改進型IGBT和IGCT均有相當的生命力和競爭力。

（3）電力電子器件的智能化應用也在不斷研究中取得了實質成果。一些國外製造企業已經開發出了相應的IPM智能化功率模塊，結構簡單、功能齊全、運行可靠性高，並具有自診斷和保護的功能。

（4）新型高頻器件碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)器件正在迅速發展，一些器件有望在不遠的將來實現商品化，總部位於美國北卡羅來納的CREE公司已經實現商用的SiC二極管和MOSFET ^[2]  。但由於材料和製造工藝方面的問題，還需要大量的研究投入和時間才能逐步解決，北卡州立大學的FREEDM中心正在對此技術進行研究 ^[3]  。

由於環境、能源、社會和高效化的要求，電力電子設備和系統正朝着應用技術高頻化、智能化、全數字控制、系統化及綠色化方向發展。

（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將展開競爭且共同發展。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，將廣泛應用於工業（電機變頻、電焊機，工業加熱，電鍍電源、儲能裝置等）、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（風力發電，光伏發電、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將在中低功率領域發揮巨大的作用。

（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中獲得應用，並進一步提高電力電子設備和系統的性能和檔次。

（6）電力電子設備和系統中的電磁干擾（EMI）控制、PWM傳動系統中的軸電流和軸電壓等難題將取得突破性進展。

（7）未來電力電子設備和系統的應用熱點是：變頻調速、智能電網、汽車電子、信息和辦公自動化、家用特種電源、牽引用特種電源、新能源(太陽能、風能及燃料電源)等。