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分析国内电源产业的发展历程

作者:广州市爱浦电子来源:原创 日期:2017年6月27日 09:21

        随着电子电路的技术发展和直流48V通信电源的广泛应用,从而带动了通信电源行业的蓬勃发展。以电力电子学为核心技术的通信电源产业,从20世纪60年代中期开始形成。形成初期通信电源在通信行业网络中的应用不是很大,虽然通信电源是整个通信网络的关键基础设施,但是通信电源模块在整个通信行业中占的比例相应还是很小。电信运营商在电源模块产品上的采购主要是每年的设备维护和系统设,其中电源设备的维护通常占采购量的比重更高。电信运营商每年用于电源系统的建设上的费用相对较少,除非电信系统需要大规模的升级或者扩建,运营商才会增加电源设备的采购量。

        对于通信电源而言,买家并不仅限于电信运营商,还有电信设备制造商这个庞大的市场。动力无论是对提供电信服务的运营商,还是对设备研究开发、加工装配的制造企业都是不可忽视的中国是世界有名的制造基地,这也客观上为电源产品造就了强大的市场支柱,这些将无疑帮助通信电源产业顺利度过市场的冬天。

        以整流技术(AC/DC)为主的各种电源装置,如电解、电镀和中小容量的AD/DC 变换器的出现是这个时期的主要标志。经过近十年的努力,我国电力半导体器件的研制和生产有了长足的发展。1970年在北京召开全国第一次"可控硅研制成果会议"。会议上的成果表明,我国的可控硅的电压和电流容量、性能以及产品的稳定性有了很大的提高,同时也出现了可控硅派生器件,如双向可控硅和GTO等。这时期由当时吉林炭素厂自行研制的硅整流电源的单机容量达到 125kA/165V;据说北京市某研究所也研究出100A/48V开关电源科研样机。

        进入20世纪八十年代,国际上开关电源开始实用化,PWM高频调制技术、软开关技术、处理网侧谐波电流和提高网侧功率因数的PFC技术的研究以及柔性交流输电系统概念的提出引起学术界和企业界的广泛和浓厚兴趣。它吹响了电力电子技术的应用步入高效、高性能、高功率因数和低污染新阶段的号角。受改革开放浪潮的激励和发展电力电子技术的需要,我国于1980年在长春市召开中国电工技术学会属下的电力电子学会筹备会,1981年7月在大连召开第一届"全国电力电子学术年会"。学术年会的召开标志着我国电力电子的学术交流从个别走向系统、全面和深入,从而加速了我国电力电子技术的发展,密切了学术界与企业的联系,而有助于产业规模的形成。1983年,以从事直流和交流电源的民间人士为主,发起组建了"中国电源学会",经过不懈的努力,2000年"中国电源学会"被中国科协接受为正式成员。应该说,中国电源学会在推动开关电源和软开关技术的研究上发挥了重要的作用。在这期间,我国电力电子业界掀起三大研究和开发热潮:高频电子镇流器、高频逆变-整流式弧焊电源和交流电机变频调速。值得一提的是,20世纪70年代国际上革除工频变压器的"20千周革命 ",在这时期得到积极的响应,一些民营高科技公司,如北京的迪赛公司等开始了开关电源的量产化工作。同时,国内少数单位也开展了DC/DC软开关、DC/AC谐振环、双PWM变频调速和单相PFC等的基础研究。此外,国内还研制了SCR中频臭氧电源和基于单片机控制的SCR中频X射线机电源。

        20世纪九十年代以来是我国电力电子技术和电源产业快速发展的时期。据统计,九十年代初期我国器件和装置的年产值也不过20亿元左右。然而, 2001年基于场控器件的开关电源产品的年产值,仅原华为电气一个公司就达到26亿元,其他超亿元年产值的公司有,武汉洲际、北京动力源、北京通力环、烟台东方玉麟电子有限公司等等……。PC机开关电源、UPS和逆变焊机的公司也有年产值达亿元以上的。通用变频器的年产值接近1亿元。这些情况仅限于个人了解的。由于统计是零散和局部的,缺乏全面的统计和权威统计机构的工作,大量信息无法反映上来。尽管如此,上述情况也已说明近十年电源产业规模的发展在加快。20世纪90年代国际上进行的电能变换装置从使用电流控制型器件向使用电压控制型器件转变也在我国通信电源产品中得到充分体现。

        在国家自然科学基金的资助下或创新意识指导下,我国电力电子技术的研究从吸收消化和一般跟踪发展到前沿跟踪和基础创新。除前述之外,具有代表性的研究成果和产品还有如下:

        (1)获2002年国家科技进步二等奖的±20MVA静止无功发生器(SVG)工业试验样机 1999年投入现场运行;
        (2)1998年8月在西藏安多县建成100kW光伏电站;
        (3)最近北京市零排放锂电池电动公交车投入考核运行;
        (4)30kVA动态电压恢复器投入现场运行,其研究正在深入;
        (5)磁悬浮概念车的阶段性研究成果几年前就通过鉴定;
        (6)研制出采用压电陶瓷变压器的百瓦级降压型开关电源产品;
        (7)波音飞机上用的电子镇流器小批产品通过民航总局认可;
        (8)交流励磁发电的研究取得进展;
        (9)其他。

        此外,目前国内还开展了跟踪国际多方面前沿性课题的研究或基础创新研究。它包括"电力电子系统的积木式集成技术"、"所谓单级三相PFC"、"2700法拉双电荷层电容器"、"多电平软开关技术"、"铁道供电系统的电流谐波抑制和功率因数改?、"逆变器无线均流技术"、"电磁干扰的传播特性"、"直流侧谐波抑制的PWM控制策略"等。

        上述方面的成果和研究对提高我国电力电子的学术水平,提升电源产品的技术含量、赶超世界先进水平和增强国际竞争能力具有特别重要的意义。

        但与国际发达国家相比,在应用基础研究深度方面差距为5-10年;在电源产品的质量、可靠性、开发投入、生产规模、工艺水平、先进检测设备、工人素质、持续创新能力和公司体制等综合实力方面差距估计为10-15年。对电源产品和装置性能有极其重要影响的新型场控器件的芯片制造技术还处于非常脆弱状态。电源产品分属多个系统管辖,入网多头重复检测,统计局部而分散,有关电源装置的展览会满天飞,这种混乱局面急需扭转,以面对入世的挑战。目前当务之急是,迅速成立全国性的电源行业协会。眼前要做的工作是:

        (1)制定行业规划;
        (2)学习和熟悉WTO的规则,防止行业内部损害;
        (3)摸清行业情况;
        (4)进行协调和统一工作;
        (5)制定行业标准;
        (6)其他。

        电力电子学的发展史实际上是一部围绕提高效率、提高性能、小型轻量化、消除电力公害、减少电磁干扰和电噪声进行不懈研究的奋斗史。随着社会、经济和电力电子技术的发展,特别是信息社会的到来和可持续发展战略深入人心,21世纪的通信电源装置和系统对上述方面的要求更加强烈。这也正是21世纪电力电子产业或电源产业的发展趋势。其具体要求可归纳如下几点:

        (1)进一步提高电能变换效率,降低待机损耗;
        (2)避免电力公害:尽量减少网侧电流谐波,并使网侧功率因数接近1;
        (3)提高电源装置和系统的电磁兼容性(EMC);
        (4)降低电噪声;
        (5)小型轻量化:通过高频化、元件小型化和先进工艺加以实施;
        (6)高性能:随各种用电器而不同,如带非线性负载能力、无线均流、GHZ以上电源模块的快速电流响应、直流侧谐波抑制、智能化以及各种性能高指标等。

        通信电源模块在整个通信行业中虽然占的比例比较小,但它是整个通信网络的关键基础设施,是通信网络上一个完整而又不可替代的独立专业。对于电源产品来说也是最基础的,产品技术的发展和变化速度也不同于其他通信产品,电源产品的种类繁多,包括高频开关电源设备、半导体整流设备、直流-直流模块电源、直流-直流变换设备、逆变电源设备、交、直流配电设备、交流稳压器、交流不间断电源(UPS)、铅酸蓄电池、移动通信手持机电池、发电机组、集中监控系统等。

        上述要求表明,用于电力系统的电能变换设备、服务于环保和人类健康的电源装置、适合信息社会需要的电源产品、薄-轻-超小型电源模块与装置以及高效节能低污染的"绿色"电源产品将是21世纪的主流产品。国际上电力电子技术和产业的这种发展趋势值得中国通信电源行业认真研究。
 






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