ERI西安电力电子技术所

1,PERI,西安电力电子技术研究所,目前我国电力电子产业发展的形势和任务,西安电力电子技术研究所 白继彬,1,一、电力电子应用领域,二、电力系统中的电力电子,三、电力电子异军突起的新领域电源管理,四、我国电力电子行业的发展,2,（1）集成电路和软件,（2）下一代网络,（3）新一代无线移动通信,（4）先进计算,（5）信息安全,（6）生物制药,（7）现代中药,（8）矿产资源勘探、采收和综合和利用,（9）煤炭高效、安全开采与洁净转化,（10）电力系统安全与特高压输变电,（11）可再生能源,（12）先进冶金技术,（13）水资源综合利用,（14）农林业优良品种选育,（15）农林业资源检测与高效利用,（16）轨道交通,（17）船舶及海洋工程,（18）节能与新能源汽车,（19）数控与先进成型制造,（20）大型清洁火电与核电,我国自主创新专项重点建设的20个领域,3,20年前的电力电子应用领域,1.电力系统用装置：如直流输电、扬水发电所、新能源利用、闪变防止、无功补偿、发电机励磁等方面用装置。,2.各种电源：如化工电源、电车或地铁变电所电源、焊接机电源、电炉电源、中频电源、各种恒压恒频或变压变频电源、不停电电源、臭氧发生电源、充电电源等等。,3.车辆用变流装置：如斩波器电车、地铁车辆、工矿用车、交流电气车等等。,4.开关用装置：各种交直流无接点开关、固态继电器、接触器等等。电源中的调功器也可属这一类。,5.电动机调速装置。,4,汽车电子,汽车电子汽车总控 座位/照明/雨刷控制 温度控制,底盘系统悬挂系统 制动ABS 转向,汽车网络,CAN，LIN，MOST，FlexRay,娱乐/信息系统数码音响移动网络/多媒体 自动通讯 声音识别 仪表盘显示,动力系统引擎管理 变速箱,控制系统/CVT,排放控制 混合燃料动力,保险/安全 气囊 门锁系统,ABS,轮胎压力监控巡巡航控制预警系统,汽车电源,安全与身份识别,智能卡,无线射频识别,生物特征识别,工业/测控,工厂自动化传感器信号调制,高压交流空调系统,照明,马达和运动控制,焊接,消费类电子,音频,便携式音响,/MP3,卫星广播,高保真元件,专业音响,照相机/电子成像,照,相机,便携式摄像机,DVD播放器 刻录机,电子游戏/玩具 游戏操纵台 玩具控制器,家庭网络以太网供电 家用网关 1394接口USB,机顶盒台式电视 人造卫星 电缆 图像存储,小型办公室/家庭办公室,传真机/扫描仪/复印机,无绳电话/录音电话,电视,高清电视/数字电视标清电视,手持式TV/便携式,TV 广播电视/有线电视,计算机/外设,计算机硬件,台式机/服务器,笔记本PC 多媒体中心PC,数据存储,串行ATA,CD/DVD 驱动,器,存储网络存储区域网络 光纤通道,RAID,iSCSI,显示设备液晶显示器投影仪,输入/输出 游戏手柄,/控制杆,键盘 鼠标,移动计算,个人电脑/掌上电脑,/打印机,当代电力电子在国民经济中的应用领域(举例）,5,精确、快速控制,更大容量、更大范围的电力交换,更加经济、有效,环保和可持续发展,更加安全、可靠性,提高输电能力,节能降耗,电力电子技术应用,利用先进技术改造传统产业,信息与电网控制最佳结合点,储能、新能源和分布发电,电网发展与电力电子技术,6,输电规模（MW）,输电距离（km）,主要输电方式,存在问题,电力电子应用,北通道,50000,3001200,AC,稳定、输电能力,电压支撑,输电能力,动态稳定,FACTS,中通道,50000,10002200,DC,直流多落点、稳定,HVDC,南通道,40000,9001500,ACDC,直流多落点、稳定,HVDCFACTS,南北互供,10005000,AC,或,DC,动态稳定,B2BDCFACTS,全国联网的特点及电力电子应用,7,华北,南方,东北,西藏,台,湾,西北,晋东南煤电II,陕北煤电,陕北,蒙西煤电II,石家庄,北京东,华中,济南,豫中,420,280,240,420,200,150,350,晋东南,徐州,淮南煤电,徐州煤电,300,320,280,雅龙江梯级,金沙江I期,1回,1回,金华,川西水电,1回,170,无锡,南阳,300,170,300,150,上海北,220,华东,杭北,芜湖,290,330,长沙,荆州,恩施,乐山,2020年前后国家电网骨干网架示意图,330,300,川西水电,蒙西煤电IV,天津,南昌,唐山,青岛,120,300,250,300,450,福州,370,南京,350,240,300,沿海核电,沿海电源,150,蒙西煤电I,宁夏煤电,1回,蒙西煤电III,晋中煤电,驻马店,武汉,沿海核电,220,400,360,300,锡盟煤电I,锡盟煤电II,480,480,连云港,沿海核电,280,400,160,300,晋中,重庆,300,450,晋东南煤电,1回,呼盟煤电,1回,沿海核电,沿海核电,金沙江II期,关中煤电,呼盟煤电,1回,沈阳,三峡地下电站,1回,1回,丽江西,开关站,安顺,桂林,龙门,开关站,惠东,揭西,永平,罗平,柳州,佛岗东,四会,新兴,恩平,电白,西南水电,西南水电,上海西,永登,拉西瓦,白银,渭北,东南郊,洛川,榆林,兰州东,宝二,宝鸡,咸阳西,西宁,彬长,平凉,宁东,官亭,石嘴山,蒙西,锡盟,昭通电厂,图例,500kV,交流,800kV级,直流,1000kV级,交流,750kV交流,哈密电厂,安西,永登,嘉峪关,金昌,8,2010年,2020年,2030年,低温电力电子器件；,低温冷却双极电力电子器件,示范大功率快速电力开关：2010年60kA/220kV；,实现潮流控制技术造价更低、性能更好的半导体设备；,SiC,CVD金刚石,分立元件,高频、高压半导体（10100kHz、10kV）及电力电子器件,研发低成本、大功率电子器件（模块化、多级、高电压功率转换系统）；,成本降低50,高压构建模块,SiC设备,固态电流限制器；,建设基于ETO无变压器的STATCOM示范工程，40MVA、13.8kV；,示范大功率快速电力开关：2020年60kA/500kV；,成本更低、电压等级更高的IGBT、IGCT；,可以提高转换器效率的电力电子设备；,大功率的Si、SiC器件的开发；,投资研发，以改进大功率电子设备发热问题,研发生产成本低的高温传感器和电子设备；,开发非硅材料的电力电子设备；,开发非固态电力电子设备低损耗、故障开路、不需冷却设施；,开发融合HTS器件的带冷却的电力电子设备,高电压、大电流、高速电子设备的研发；,电力电子器件未来在电网的展望,9,FACTS的系统稳态应用,系统发生,的问题,正确方法,传统解决办法,采用FACTS技术的解决办法,电压控制,重负荷时电压低,提供无功功率,并联电容、潮流电容,SSSC、SVC、TCSC、STATCOM,轻负荷时电压升高,切除无功电源,投切高压线路或并联电容器,SSSC、SVC、TCSC、STATCOM,吸收无功功率,投切并联电容器、电抗器,SVC、STATCOM、TCPR,吸收无功功率,增加并联电抗器,SVC、STATCOM、TCPR,保护设备,增加避雷器,SVC,故障后产生低电压,提供无功功率,投切并联电容器、电抗器、串联电容器,SSSC、SVC、STATCOM、TCPR,防止过负荷,串联电抗器,SSSC、TCPAR、TCSC,低电压过负荷,提供无功功率、限制过负荷,几种设备的结合,SSSC、UPFC、TCSC、SVC、STATCOM、TCPR,潮流分布控制,线路或变压器过负荷,降低过负荷,增加线路或变压器,SSSC、TCSC、TCPAR、UPFC,增加串联电抗器,SSSC、SVC、TCSC,并联线路跳闸,限制回路负荷,增加串联电抗器、电容器,SSSC、UPFC、TCSC,柔性输电（FACTS)中应用电力电子技术,10,电力系统,市,市场中电,力,力电子产,品,品的前景,电力电子,在,在国民经,济,济中具有,十,十分重要,的,的地位。,为,为了合理,高,高效地利,用,用电能，,现,现在发达,国,国家电能,的,的75%,要,要经过这,种,种变换或,控,控制后使,用,用，预计,近,近年来有,望,望达到95%以上,。,。而我国,经,经过变换,或,或控制后,使,使用的电,能,能仅占30%，70%的电,能,能仍采用,传,传统的传,输,输方式，,远,远远达不,到,到应用电,力,力电子技,术,术才能实,现,现的效果,。,。,我国2007年发,电,电装机容,量,量7.133万千,瓦,瓦，发电,量,量3.2,万,万亿千瓦,。,。到2010年我,国,国发电装,机,机容量将,达,达到10,亿,亿千瓦，,发,发电量4.5万亿,千,千瓦。如,果,果每年经,过,过变换或,控,控制后使,用,用的电能,提,提高1,，,，这样每,年,年将有1000,万,万千瓦的电能需,要,要变换或,控,控制。由,此,此可见，,电,电力电子,技,技术在国,内,内发展的,潜,潜力是十,分,分巨大的,。,。对此，,有,有行业分,析,析师推测,，,，包括电,力,力元器件,、,、电力电,子,子装置和,行,行业应用,在,在内的电,力,力电子市,场,场容量每,年,年至少在3000,亿,亿元以上,。,。,11,电力电子,产,产品在电,源,源管理应,用,用领域的,比,比例,12,13,14,IC与电,源,源管理结,合,合的实际,应,应用,15,各类电力,电,电子器件,的,的应用发,展,展情况（1）,16,各类电力,电,电子器件,的,的应用发,展,展情况（2）,货币单位,：,：百万美,元,元,17,目前我国,电,电力电子,产,产业的状,况,况,电力电子,应,应用和自,主,主化产品,纵,纵向比，,进,进步很大,；,；横向比,，,，差距较,大,大；,2.电,力,力电子企,业,业的特点,是,是”弱、,多,多、小、,散,散”；,3.电,力,力电子产,业,业内部合,作,作基本上,在,在技术层,面,面，资本,合,合作很少,；,；,4.产,品,品主要是,”,”内销“,，,，还没有,真,真正的走,出,出国门；,5.先,进,进技术主,要,要是”跟,踪,踪“，原,始,始创新少,；,；,6.电,力,力电子在,社,社会的影,响,响力不够,，,，各工业,领,领域对电,力,力电子是,”,”为我所,用,用“，国,家,家没有全,面,面规划和,布,布局，支,持,持力度低,。,。,18,我国电力,电,电子的产,业,业发展是,目,目前需要,政,政府关注,的,的问题,我国电力,电,电子企业,众,众多，但,从,从实力看,，,，没有几,个,个与象ABB、Siemens、富,士,士、三菱,这,这样的企,业,业能横驰,在,在世界舞,台,台。我国,必,必须有这,样,样的企业,，,，才能撑,起,起我国电,力,力电子行,业,业的脊梁,。,。,国家有目,的,的、有选,择,择的重点,支,支持一些,企,企业，在,政,政策，工,程,程机遇、,资,资金方面,倾,倾斜和照,顾,顾，即有,意,意识扶植,。,。当然这,些,些企业选,择,择要在竞,争,争中选择,，,，在竞争,中,中优选劣,汰,汰。,各地方政,府,府应注意,发,发展具有,特,特色产品,资,资源的企,业,业集群，,形,形成品牌,，,，在政策,倾,倾斜的条,件,件下培植,这,这种企业,集,集群，形,成,成合力才,有,有影响和,作,作用，使,企,企业在国,内,内外市场,不,不是孤军,作,作战。,19,政府和电力,电,电子行业互,动,动,行业专家提,出,出建议，政,府,府应重视电,力,力电子产业,的,的发展和布,局,局，强力支,持,持电力电子,关,关键技术的,研,研发和重大,装,装备的配套,和,和协调。,这几年，我,国,国经济形势,发,发展很好，,市,市场需求量,旺,旺盛，这是,我,我国电力电,子,子企业发展,的,的大好时机,。,。最近，在,我,我国电力电,子,子行业的许,多,多专家和企,业,业家的呼吁,下,下国家发改,委,委、科技报,、,、信息产业,部,部纷纷立项,，,，开展了一,系,系列的关键,电,电力电子产,品,品