论绿色变换的发展

摘要：以功率变换技术发展的历史阐明了“回归绿色”需要解决的网侧与负载侧的关键问题；并以CTA技术为代表，揭示其各分支优波电源的广阔应用领域和发展过程中遇到的难点；说明了电力电子及其相关器件的发展与电源绿色化过程的相互依存关系。

关键词：功率变换优波电力电子

1功率变换技术发展史呼唤绿色回归

　　功率变换技术是按用户需求改变电能应用方式（改变电能的波形、频率等）的技术；可以有AC／DC、DC／DC、DC／AC、AC／AC及其相互组合的多种变换。40年代前后，由电磁元件组合形成的各种功率变换过程基本上可实现清洁电源。例如，将交流电动机与直流发电机同轴联结得到AC／DC变换，从电网吸取正弦电流；功率因数的校正也可由并网的同步电机完成。其中励磁还要配小容量电机完成。用这样庞大的机组群完成功率变换功能，不论在一次投资、运行费用、占地还是工作效率方面看，均受制于当时的技术发展水平。60年代晶闸管工频相控技术推动了功率变换技术完成从旋转式到静止式的变革，虽解决了上述不足，却付出了污染电网、降低用电器效率的代价。PWM控制与可关断电力电子器件组成新的变换器及其不断更新换代正在逐步缓解电力公害的影响，但离根治尚有很大距离。不过在跨世纪阶段，人们对清洁电源的渴求，再也不会回到电磁旋转式绿色变换时代；而将依赖电力电子器件的不断发展以及静止功率变换技术与相关学科的融合来创造现代绿色电源。

2创造绿色电源的关键

　　在现有功率变换技术基础上派生绿色电源的关键是要解决网侧和负载的谐波污染问题。

2．1网侧处理

　　对网侧业已存在的污染可进行动态谐波补偿，使谐波成份被限制在允许的范围内。国标GB／T14549－93《电能质量公用电网谐波》已于1994.3.1起正式执行，应予坚决贯彻。

　　在研制新电源装置时，采取网侧补偿措施，使之一体化。可按装置容量与电网容量之比制定达到绿色标准的功率因数和吸取电网电流正弦度指标。该项工作可由制定电源标准的权威部门完成，供技术质量监督部门参考。

　　80年代中期以来，对网侧功率因数校正与动态谐波补偿技术已步入由可关断电力电子器件实现装置的发展过程。已有国外大型补偿装置进入现场，在电网经济运行中发挥作用。国际国内在这一领域的研究也十分活跃。90年代初，清华大学蔡宣三教授等对有源校正、混合校正技术进行了系统归纳和总结。为了重新认识和解决这一领域的问题，西安交通大学刘进军博士在导师王兆安教授的支持下，对动态功率因数重新进行了理论上的定义，并应用该理论指导新一代补偿装置的研制。近年来日本Masada教授在潜心于利用超导技术解决电力系统峰谷电力贮存问题的同时处理网侧谐波污染。以美国李泽元（Fred.C.Lee）教授为代表的学者群则致力于结合电源拓扑和软开关技术的发展，将网侧校正技术置入一体化：目前主要在AC/DC、DC/DC变换的网侧校正一体化措施方面有前沿的积累，各种其它功率变换的网侧校正一体化问题尚有待后续研究。1996年以来，各国学者发表在IEEETrans.onPE上的这方面论文已形成热点。电源产品已有专用的网侧补偿控制芯片。

　　除补偿校正处理19次以下谐波问题外，软开关技术的有机结合还同时抑制了高频化导致的高频噪声对本机、同网设备和通讯系统的干扰。

　　以上成果直接推动各类现有电力电子电源向“绿色”化方向再上台阶，形成带网补偿功能的新型产品系列。

　　在风机、泵类节电应用领域中活跃着VVVF变频器产品系列。从几个kW至几百kW量大面广的领域，还没能进行一体化网侧补偿产品的开发研制。事实上变频器作为功率较大的电源，若不进行网侧补偿的一体化处理，对电网的冲击较一般电源更严重，将对节电的效果产生负面效应。那么，是什么原因制约了变频器产品网侧补偿一体化的升级换代呢？其主要障碍并非技术本身，而是前一阶段市场运作形成变频器产品附加值远低于同容量类似拓扑电源产品（逆变器等）的现实，使制造商进行产品升级换代时，难于合理提价，有利可图。因此，国家是否应出台某些宏观调政策，促进国产或合资企业变频器产品网侧补偿一体化的升级换代，并以此提前占领国内市场足够的份额？

2.2负载侧处理

　　对负载的问题应具体分析。照明、电热等用电器对供电波形无特殊要求，允许各种波形包括直流供电；马达类感性负载需要正弦波电源供电，不适配的方波强制供电会引起强谐波噪音、电机发热、降低电机寿命等弊端；医用仪器中常含晶闸管电路和高脉冲电流，当与其它用电器共用一套电源时，应对电源的适配容量和供电波形有更严格的要求。

由于供电点负载性质、范围的多重性