绪论

0.1 现代电力电子技术的基本概念

电力电子从英文的Power Electronics而来，最初译作功率电子学，相对于传统的模拟电子学和数字电子学来讲是一门后发展起来的崭新学科。在日语中电力这个词本身也代表着功率，因此，Power Electronics被译作电力电子学（或技术）。在我国，开始有两种说法，搞电子出身的人喜欢用功率电子学，搞功率变换的人习惯用电力电子学，现在正慢慢统一于电力电子学（或技术）。

电力电子技术的历史可追溯到1783年伏特（Volta）对半导体现象的发现及1897年格雷兹（Graetz）发明的三相整流桥。随后，20世纪20年代水银整流器的发明也是一大技术突破。但是真正现代意义的电力电子技术始于1955美国通用电气（GE）公司发明的大功率硅整流二极管（SR：Silicon Rectifier）及1957年在此基础上进一步发明的晶闸管（Thyristor，也称SCR：Silicon Controlled Rectifier）。

在1973年的第四届国际电力电子专家会议上，Newell博士首次给出了电力电子学的定义，即电力电子技术是电力（Power）、电子（Electronics）与控制（Control）技术之间的交叉学科（见图0.1），它主要承担电能形式（电压、电流、频率、相位、相数等）的变换，其中的关键因素是电力半导体器件（Power Semiconductor Devices）日新月异的发展。随着微电子技术和控制技术的飞速发展，并与新型电力半导体器件，尤其是全控型可关断器件如可关断晶闸管（GTO：Gate Turn-off Thyristor）、大功率三极管（BJT：Bipolar Junction Transistor）、功率场效应晶体管（Power MOSFET）及其变换电路相结合，传统电力电子技术完成了向现代电力电子技术的飞跃。在1980年，美国田纳西大学B.K.Bose教授给出了一个电力电子技术的新定义（见图0.2）。两种定义反映了传统电力电子技术和现代电力电子技术的巨大差别，以及现代电力电子技术的飞速发展，这些发展的结果是应用领域的在不断扩大。正是由于应用领域的这种不断扩大，使人们对电力电子技术的认识及究竟什么是电力电子技术也产生了一定程度的差异，甚至产生了某种争论。

如麻省理工学院（MIT）教授Kassakian认为：“The dominant application of electronics today is to process information.While all these applications require power.Power Electron-ics Circuits are principally concerned with processing energy.They convert electrical energy from the form supplied by the source to the form required by the load as efficiently as possi-ble.”这里强调的是电能的转换和利用效率。日本九州大学的原田耕介（Harada）先生则认为：“Power electronics is the switching technique using power semiconductor devices as swit-ches.”这里强调的是电力电子器件的开关作用。而搞电气传动出身的柏林工业大学Heu-mann教授则强调对电能的控制，他认为：“Power electronics covers the control of electrical energy using semiconductor devices.”

终于在1998年的西安电力电子国际研讨会及1999年的IEEE APEC会议上，美国杜克（Duke）大学的T.Wilson教授给出了一个大家公认的完整定义：“Power electronics is the technology associated with the efficient conversion，control and conditioning of electric pow-er by static means from its available input form into the desired electrical output form.This technology encompasses the effective use of electrical and electronic components，the applica-tion of linear and nonlinear circuit and control theory，the employment of skillful design techniques，and the development of sophisticated analytical tools toward achieving the fol-lowing purpose：The goal of power electronics is to control the flow of energy from an elec-trical source to an electrical load with high efficiency，high availability，high reliability，small size，light weight，and low cost.”

这也正是我们从20世纪90年代以来一直推倡的定义，即：现代电力电子技术乃是一种电能处理技术（Electrical Energy ProcessingTechnique），即采用功率半导体器件和线路（Power semiconductor devices and circuitry）对电能进行转换（Conversion）、控制（Control）和高效利用（Efficient use）的一门技术。其核心在于利用功率半导体器件的开关作用，构成频率从零到兆赫兹、容量从几瓦到几十兆瓦之间任意组合的有功和无功电源，给各种负载供电，使电能的产生、传输和使用效率大大提高，并实现了用电装置的小型化、轻量化及原材料的大量节省，广泛地应用于电气传动，电力系统及各种电源系统等工业生产和民用部门。此外，电能质量的控制及新能源的开发，电气设备的自动化控制，都将在很大程度上依赖于现代电力电子技术的进步和成就。