1947年，世界上第一個(gè)晶體管被發(fā)明出來(lái)，引發(fā)了一場(chǎng)空前的電子技術(shù)革命。

    晶體管的發(fā)明推動(dòng)了半導(dǎo)體技術(shù)的蓬勃發(fā)展，隨著制程工藝的進(jìn)步，人類(lèi)得以在一塊小小的芯片上集成百億個(gè)晶體管，讓筆記本電腦、智能手機(jī)這些便攜設(shè)備真正走進(jìn)大眾的生活中，但半導(dǎo)體技術(shù)帶來(lái)的革新遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止于此。

近年來(lái)，半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展不僅讓智能數(shù)碼設(shè)備的算力節(jié)節(jié)攀升，也推動(dòng)了電力電子技術(shù)朝著更高電壓、更大容量、更高功率密度的方向發(fā)展，為社會(huì)各行各業(yè)用電的安全、穩(wěn)定、高效做出了卓越貢獻(xiàn)。

電力電子技術(shù)是由電子學(xué)、電力學(xué)與控制理論三個(gè)學(xué)科交叉形成的，其本質(zhì)是使用功率半導(dǎo)體器件對(duì)電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù)，是能源變換和信息控制的結(jié)合，也是現(xiàn)代能源變化的關(guān)鍵技術(shù)。

隨著大容量功率半導(dǎo)體器件的迅速發(fā)展，電力電子技術(shù)在電氣節(jié)能、新能源發(fā)電、電力牽引和智能電網(wǎng)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，展現(xiàn)出了節(jié)能、高效的優(yōu)勢(shì)，推動(dòng)了新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建。

核心器件飛躍發(fā)展

第二次工業(yè)革命時(shí)期，隨著電器的廣泛應(yīng)用，電力系統(tǒng)的建設(shè)出現(xiàn)過(guò)交流直流的爭(zhēng)論，當(dāng)時(shí)制約直流輸電系統(tǒng)發(fā)展最核心的原因就是電壓提升的困難，無(wú)論是從技術(shù)原理到設(shè)備成本都無(wú)法與交流電簡(jiǎn)單高效的變壓技術(shù)相比。

在半導(dǎo)體技術(shù)還未出現(xiàn)年代，一些用電場(chǎng)景仍然需要直流電源，例如電解鋁、電池充電、電氣化軌道交通、無(wú)線通信等，就要使用一些比較傳統(tǒng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)交流電到直流電的轉(zhuǎn)換。

    早期人們通過(guò)電動(dòng)-發(fā)電機(jī)對(duì)拖系統(tǒng)來(lái)提供直流電，即交流電驅(qū)動(dòng)交流電機(jī)，帶動(dòng)機(jī)械連接的直流發(fā)電機(jī)，發(fā)出直流電，這種方式的轉(zhuǎn)換效率并不高，機(jī)械部件需要頻繁維護(hù)。

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    隨后，汞弧閥（水銀整流器）被發(fā)明出來(lái)，讓交直流變換技術(shù)向前邁進(jìn)了一大步，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)汞弧閥是一種可控的閥門(mén)，通過(guò)整流電路能夠?qū)⒔涣麟娬鳛槊}沖直流電，再通過(guò)濾波就能輸出穩(wěn)定的直流電。汞弧閥能夠承載高電壓和大電流，因此它的出現(xiàn)也催生了現(xiàn)代的直流輸電技術(shù)，1954年第一條真正意義上的永久性商用高壓直流輸電線路，正是使用汞弧閥作為核心設(shè)備。直到1970年代，汞弧閥才被可靠性更高、制造維護(hù)成本更低的功率半導(dǎo)體所取代。

進(jìn)入半導(dǎo)體時(shí)代，電力電子技術(shù)的發(fā)展依賴(lài)于功率半導(dǎo)體器件、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)理論、控制技術(shù)共同的推動(dòng)，以器件的發(fā)展來(lái)劃分，經(jīng)歷了晶閘管、門(mén)極可關(guān)斷晶閘管（GTO）、電力晶體管（GTR）、金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET）、絕緣柵極型功率管（IGBT）等代表性器件的演進(jìn)，從半控型器件向全控型器件邁進(jìn)。

功率半導(dǎo)體器件的革新讓電力電子設(shè)備朝著高功率密度、高控制精度、高轉(zhuǎn)換效率等方向突飛猛進(jìn)，廣泛應(yīng)用于社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域，已經(jīng)成為現(xiàn)代能源變換的重要支撐。

應(yīng)用場(chǎng)景逐漸豐富

電力電子技術(shù)的蓬勃發(fā)展自然也伴隨著應(yīng)用場(chǎng)景的不斷豐富，在家用、工業(yè)、交通、電力系統(tǒng)等領(lǐng)域都有典型的應(yīng)用。

電子設(shè)備電源是我們?nèi)粘Ｉ钪凶顬槭煜さ牟糠?，從貼身攜帶的手機(jī)、辦公娛樂(lè)用的電腦、視聽(tīng)影音的電視，這些現(xiàn)代的設(shè)備都需要直流電源，它們的電源適配器正是電力電子技術(shù)的最典型應(yīng)用場(chǎng)景。

    此外，一些常見(jiàn)的家用電器也依賴(lài)于電力電子技術(shù)，例如直流變頻空調(diào)、冰箱、洗衣機(jī)，其核心是把交流電轉(zhuǎn)換為直流電后再逆變成不同頻率的交流電，實(shí)現(xiàn)對(duì)交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制。

    軌道交通領(lǐng)域的電力電子技術(shù)也與電動(dòng)機(jī)相關(guān)，由于交流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、啟動(dòng)調(diào)速性能良好，廣泛應(yīng)用于高鐵、城軌、地鐵等電動(dòng)列車(chē)的牽引驅(qū)動(dòng)，通過(guò)功率半導(dǎo)體器件為核心的變頻器進(jìn)行控制驅(qū)動(dòng)（如VVVF技術(shù)）。其中，IGBT芯片就被譽(yù)為高鐵的心臟，曾經(jīng)也是被西方“卡脖子”的領(lǐng)域，經(jīng)過(guò)艱苦的研發(fā)攻關(guān)，終于實(shí)現(xiàn)了IGBT芯片的自主設(shè)計(jì)生產(chǎn)。

類(lèi)似的情況也發(fā)生在電力系統(tǒng)領(lǐng)域，我國(guó)大力發(fā)展的超高壓、特高壓直流輸電技術(shù)，換流站是完成交流直流轉(zhuǎn)換的核心設(shè)施，而換流站中的換流閥更是核心中的核心，通常采用壓接式IGBT功率模塊?？梢哉f(shuō)電力電子技術(shù)在我國(guó)特高壓輸電領(lǐng)域蓬勃發(fā)展中起到了非常關(guān)鍵的作用。

新型電力系統(tǒng)關(guān)鍵

同時(shí)，基于電力電子技術(shù)發(fā)展出了柔性直流輸電技術(shù)，不僅實(shí)現(xiàn)了電能的大容量、遠(yuǎn)距離輸送，還能夠提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行水平，增加電網(wǎng)靈活性。

在配電領(lǐng)域，電力電子技術(shù)也是發(fā)展“光儲(chǔ)直柔充”的核心，能夠提升新能源發(fā)電的利用效率，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)建筑的全面低碳化改造，助力新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建。

白云電氣集團(tuán)作為電力能源裝備制造領(lǐng)域的領(lǐng)軍企業(yè)，將電力電子作為重點(diǎn)打造的三大核心能力之一，并在電力電子設(shè)備領(lǐng)域有深度的布局。

集團(tuán)旗下企業(yè)、關(guān)聯(lián)企業(yè)，研制了“基于國(guó)產(chǎn)IGBT的柔性直流換流閥”，使IGBT器件國(guó)產(chǎn)化比例大幅提升，實(shí)現(xiàn)了核心器件自主可控，產(chǎn)品入選工信部首臺(tái)（套）重大技術(shù)裝備推廣應(yīng)用指導(dǎo)目錄和國(guó)家能源局能源領(lǐng)域首臺(tái)（套）重大技術(shù)裝備。其中，特高壓柔性直流輸電換流閥產(chǎn)品已在國(guó)家西電東送重點(diǎn)工程中獲得成功應(yīng)用。

在防災(zāi)減災(zāi)方面，基于電力電子技術(shù)研發(fā)直流融冰裝置、智能配網(wǎng)/地線便攜式移動(dòng)融冰裝置等設(shè)備，保障極端天氣災(zāi)害下電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

基于電力電子變壓器（PET）及相關(guān)儲(chǔ)能核心設(shè)備，探索建設(shè)“光儲(chǔ)直柔充”新型配電網(wǎng)科研及產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目，將樓宇與光伏、儲(chǔ)能、充電樁等新型直流負(fù)載組合成一個(gè)直流系統(tǒng)，集成數(shù)字化、電力電子等綜合能源技術(shù)，應(yīng)用車(chē)網(wǎng)互動(dòng)、新型分布式潮流控制技術(shù)等，促進(jìn)分布式可再生能源消納，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降碳。

“雙碳”目標(biāo)下，以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)給了電力電子技術(shù)巨大的發(fā)展空間，但也還面臨許多挑戰(zhàn)和機(jī)遇。

未來(lái)，仍需要進(jìn)一步提升電力電子器件的效率和可靠性，減少能源轉(zhuǎn)換過(guò)程中的能量損失，推動(dòng)電力電子技術(shù)與其他領(lǐng)域的深度融合，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的智能化和自動(dòng)化水平，實(shí)現(xiàn)新型電力系統(tǒng)的數(shù)字化、信息化、智能化。