電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)及展望

李正熙

（1.北京市電力電子與電氣傳動(dòng)工程研究中心，北京市100144；2.北方工業(yè)大學(xué)，北京市100144）

電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)及展望

李正熙1，2

（1.北京市電力電子與電氣傳動(dòng)工程研究中心，北京市100144；2.北方工業(yè)大學(xué)，北京市100144）

節(jié)約能源既是我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的一項(xiàng)長(zhǎng)遠(yuǎn)戰(zhàn)略和基本國(guó)策，也是當(dāng)前的緊迫任務(wù)。論文在深入分析國(guó)內(nèi)外電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能現(xiàn)狀和介紹先進(jìn)的節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上，指出了現(xiàn)階段我國(guó)在電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能方面存在的問(wèn)題，并結(jié)合國(guó)情，提出了我國(guó)實(shí)施電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能工程的建議，為推動(dòng)我國(guó)整體節(jié)能工作的開展提供參考。

電機(jī)系統(tǒng)；節(jié)能；管網(wǎng)；關(guān)鍵技術(shù)

目前，我國(guó)正處于工業(yè)化、城鎮(zhèn)化加速發(fā)展的重要階段，業(yè)已成為能源消耗大國(guó)。在全球減排溫室氣體背景下，能源消費(fèi)強(qiáng)度（單位生產(chǎn)總值的能源消耗量）已成為國(guó)與國(guó)之間對(duì)比減排溫室氣體成效的指標(biāo)之一，而基于單位GDP能源消耗強(qiáng)度的國(guó)際間對(duì)比研究表明，我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展存在很大的節(jié)能減排潛力[1],因此節(jié)約能源既是我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的一項(xiàng)長(zhǎng)遠(yuǎn)戰(zhàn)略和基本國(guó)策，也是當(dāng)前的緊迫任務(wù)。為此，國(guó)家制定了《節(jié)能中長(zhǎng)期專項(xiàng)規(guī)劃》，在“十二五”期間的節(jié)能減排規(guī)劃中,將電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能列為重中之重,同時(shí),國(guó)家抓緊實(shí)施電機(jī)系統(tǒng)節(jié)電工程所需的配套政策、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的制定、頒布、宣傳、貫徹與落實(shí)。

1 電機(jī)系統(tǒng)和電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能的含義

電機(jī)系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)、被拖動(dòng)裝置（負(fù)載）、傳動(dòng)系統(tǒng)、控制(調(diào)速)系統(tǒng)以及管網(wǎng)（電源）等組成,圖1所示為典型電機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成示意。該系統(tǒng)是一個(gè)典型的弱電控制強(qiáng)電、軟件控制硬件、部件融于系統(tǒng)、信息能量互動(dòng)的系統(tǒng)，也是一個(gè)涉及多學(xué)科、多專業(yè)、多領(lǐng)域的復(fù)雜系統(tǒng)，其通過(guò)電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,再由被拖動(dòng)裝置（如風(fēng)機(jī)、水泵、壓縮機(jī)、機(jī)床、傳送帶等）做功,實(shí)現(xiàn)所需的各種功能,滿足生產(chǎn)工藝的需求。

圖1 典型電機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成示意

電機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用于各行各業(yè)，涉及各種復(fù)雜多樣的工況、不同的負(fù)載特性以及千差萬(wàn)別的工藝過(guò)程。因此電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能工程技術(shù)是在滿足負(fù)載要求功能的前提下，設(shè)計(jì)、制造和選用合適的系統(tǒng)部件，并合理組合匹配，使系統(tǒng)綜合節(jié)能效果和系統(tǒng)性價(jià)比達(dá)到最佳或較佳的綜合工程技術(shù)。由于電機(jī)系統(tǒng)的多樣性,不同電機(jī)系統(tǒng)可采用不同的節(jié)能措施。

電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能主要包括電機(jī)系統(tǒng)各部件自身的能效提高、電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的節(jié)能，例如風(fēng)機(jī)、泵類變頻調(diào)速系統(tǒng)節(jié)能,采用電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)使工藝、設(shè)備條件改善,效率提高的節(jié)能等方式[2]。表1列出了采用不同節(jié)能措施后達(dá)到的節(jié)能量。

表1 不同節(jié)能措施及達(dá)到的節(jié)能量

由表1可見(jiàn)，電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能工程需要綜合考慮電動(dòng)機(jī)本體、電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)設(shè)備、控制電動(dòng)機(jī)的裝置、管網(wǎng)系統(tǒng)、實(shí)現(xiàn)的負(fù)載功能等多種因素，因此，它是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)節(jié)能工程。

2 實(shí)施電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能工程的重要意義

2.1 我國(guó)電機(jī)節(jié)能的意義

我國(guó)近期的能源政策是注重能源資源的節(jié)約和合理利用,而緩解我國(guó)能源資源與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展之間的矛盾,必須立足國(guó)情，顯著提高能源資源利用效率,堅(jiān)決實(shí)行開發(fā)和節(jié)約并舉，把節(jié)約放在首位的方針，鼓勵(lì)開發(fā)和應(yīng)用節(jié)能降耗的新技術(shù)。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2004年我國(guó)為電力、煤炭、石油等能源價(jià)格上漲而付出的代價(jià)高達(dá)百億美元，而能源短缺間接對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)造成的經(jīng)濟(jì)損失更難以用具體的數(shù)值來(lái)估量。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),工業(yè)作為我國(guó)的能源消費(fèi)主體,其用電消費(fèi)量占全國(guó)電力總消費(fèi)量的70%以上,而電動(dòng)機(jī)又是工業(yè)電能消耗的最大戶，因此，電動(dòng)機(jī)是節(jié)電潛力最大的用戶。2008年IEC發(fā)布的IEC60034-30《單速三相籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的能效分級(jí)》標(biāo)準(zhǔn)指出：提高電機(jī)系統(tǒng)的效率是節(jié)能工程關(guān)注的重點(diǎn),通過(guò)系統(tǒng)優(yōu)化其節(jié)能潛力可達(dá)到30%~60%[3]。我國(guó)電動(dòng)機(jī)總裝機(jī)容量4億多千瓦,其年用電量約為1.5×1012kW·h,約占年全國(guó)總發(fā)電量2.187×1012kW·h的65%~70%。節(jié)約電能意味著發(fā)電所需一次能源的節(jié)約,也就意味著有害氣體排放量的減少,溫室效應(yīng)的削弱,有利于環(huán)境與氣候的改善。

在國(guó)外,電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)受到各國(guó)政府的普遍關(guān)注。先進(jìn)國(guó)家和地區(qū)都非常重視電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能對(duì)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗戰(zhàn)略目標(biāo)的重要作用,采用政府立法,制定能效標(biāo)準(zhǔn),政府出資資助公共服務(wù)機(jī)構(gòu)開展共性關(guān)鍵技術(shù)研究,制定節(jié)能導(dǎo)則,通過(guò)宣傳、培訓(xùn)、信息化服務(wù)、技術(shù)推廣、檢測(cè)服務(wù)等各種手段和措施，促使電機(jī)系統(tǒng)合理匹配、優(yōu)化設(shè)計(jì)等,達(dá)到提高系統(tǒng)效率的目的。為此,美國(guó)于1998年提出了“電動(dòng)機(jī)挑戰(zhàn)計(jì)劃”,采用高效電機(jī)及采用調(diào)速等方法來(lái)提高電機(jī)系統(tǒng)效率,節(jié)能潛力達(dá)14.8%,擬年節(jié)電8× 1010kW·h。

我國(guó)電機(jī)系統(tǒng)的能源利用率約比國(guó)際先進(jìn)水平低20%左右,節(jié)電潛力更加巨大。近年來(lái),交流電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)在傳動(dòng)系統(tǒng)中普遍應(yīng)用，風(fēng)機(jī)泵類采用變頻調(diào)速技術(shù)，可節(jié)約電能30%~50%；大型傳動(dòng)系統(tǒng)如軋鋼、牽引、油氣輸送、船舶推進(jìn)等采用交流電機(jī)變頻調(diào)速，大大提高設(shè)備和工藝的效能，例如軋鋼傳動(dòng)采用交流調(diào)速電耗可減少30%以上，船舶推進(jìn)采用交流電機(jī)變頻調(diào)速可提高效率超過(guò)20%，可見(jiàn)節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用具有重要的節(jié)能效果，同時(shí)還將節(jié)約建電站的投資和相應(yīng)配套設(shè)施的投資，大大減少溫室氣體排放[4]。因此，電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能對(duì)維護(hù)我國(guó)能源安全,促進(jìn)環(huán)境保護(hù),實(shí)現(xiàn)我國(guó)電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能的跨越式和可持續(xù)發(fā)展,提高我國(guó)電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能的核心競(jìng)爭(zhēng)力具有重要的意義。

2.2 大城市和大型廠礦電機(jī)節(jié)能問(wèn)題

以北京市為例,年消耗電能1千億度電,其中電機(jī)耗能大約占30%。北京與發(fā)達(dá)國(guó)家首都電機(jī)用電比大約有20%的節(jié)能空間,主要體現(xiàn)在電機(jī)本身效率,電力電子變換器的效率與總體能效管理方面。關(guān)鍵技術(shù)瓶頸是高效電機(jī)和電力電子變換器的基于電、磁、機(jī)、熱等綜合參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)模型,缺少基于人工智能控制的能效管理與控制模型和系統(tǒng),仍處于屬于粗放式設(shè)計(jì)和管理狀態(tài)。

3 國(guó)內(nèi)外電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能發(fā)展現(xiàn)狀

3.1 電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能發(fā)展現(xiàn)狀

電機(jī)系統(tǒng)隨著電力電子器件、功率變換器、電機(jī)制造、現(xiàn)代控制理論及計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步而迅速發(fā)展。國(guó)際上交流電機(jī)變頻調(diào)速是電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的主流，并形成電力電子、電動(dòng)機(jī)及其控制系統(tǒng)的集成，從設(shè)計(jì)、制造到運(yùn)行緊密地融為一體[5]。

電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)促使常規(guī)電機(jī)的設(shè)計(jì)、制造和應(yīng)用發(fā)生變化。國(guó)際上高效電機(jī)、變頻調(diào)速電機(jī)已形成系列，機(jī)電一體化將功率變換器和控制系統(tǒng)集成到電機(jī)上，形成智能電機(jī)、網(wǎng)絡(luò)電機(jī)等，廣泛應(yīng)用于中小功率傳動(dòng)和家用電器。同時(shí)，永磁同步電機(jī)、開關(guān)磁阻電機(jī)、磁懸浮直線電機(jī)等新型調(diào)速電機(jī)應(yīng)運(yùn)而生，在機(jī)車牽引、電動(dòng)汽車、大型艦船驅(qū)動(dòng)以及磁懸浮交通等領(lǐng)域中得到應(yīng)用。它們的共同特點(diǎn)是：突破了原來(lái)圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的概念，電機(jī)本體與控制集成一體，高效，高可靠性，多個(gè)電磁力矩混合作用，高功率密度。

電機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用遍及工業(yè)、國(guó)防和家用電器等國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域[6],主要有：1）高精度、高性能的交流調(diào)速應(yīng)用于鋼鐵、煤炭、造紙、起重等工業(yè)機(jī)械調(diào)速，提高工藝設(shè)備能效;2）高性能、高效率、高集成的交流調(diào)速應(yīng)用于電動(dòng)汽車、電力機(jī)車牽引、磁浮交通、船舶電驅(qū)動(dòng)等，取代傳統(tǒng)交通運(yùn)輸?shù)娜紮C(jī)直接驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)快捷、安全、節(jié)能;3）風(fēng)機(jī)、泵類機(jī)械變速節(jié)能系統(tǒng); 4）機(jī)電一體化、智能電動(dòng)機(jī)等家用電器節(jié)能傳動(dòng)。

3.2 相關(guān)領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能最主要的相關(guān)領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)是電力電子及電氣傳動(dòng)，特別是交流電機(jī)變頻調(diào)速產(chǎn)業(yè)。2004年全世界電力電子及電氣傳動(dòng)的市場(chǎng)銷售額約940億美元。我國(guó)交流電機(jī)變頻調(diào)速市場(chǎng)發(fā)展迅速，每年以12%的速度迅速增長(zhǎng)。國(guó)內(nèi)大量的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，冶金、煤炭、化工、石油等制造業(yè)領(lǐng)域的大量投資為我國(guó)電機(jī)系統(tǒng)市場(chǎng)創(chuàng)造了巨大的需求，市場(chǎng)前景廣闊。

電力電子器件正向大功率、高電壓、高頻化和智能模塊化方向發(fā)展。普通晶閘管逐步讓位于新型可關(guān)斷電力電子器件。近幾年出現(xiàn)的集成門極換流晶閘管（IGCT）已取代可關(guān)斷晶閘管（GTO）成為大功率高壓變頻的主流器件；絕緣柵雙極晶體管（IGBT）在中小功率交流調(diào)速中普遍應(yīng)用；電子促進(jìn)絕緣柵雙極晶體管（IEGT）研制成功，并開始應(yīng)用于大功率高壓變頻領(lǐng)域。此外,將微電子集成電路與電力電子器件組合在一起形成的功率集成電路（power IC）、智能功率模塊（IPM）、功率電力電子集成模塊（PEBB）等廣泛應(yīng)用于中小功率變頻和家用電器的電機(jī)調(diào)速。該領(lǐng)域進(jìn)一步發(fā)展的革命性研究課題是碳化硅材料電力電子器件。

中小功率電機(jī)調(diào)速普遍應(yīng)用IGBT電壓型脈寬調(diào)制（PWM）變頻器,而在大功率高壓變頻領(lǐng)域,由于供電與電機(jī)的多樣性,交交變頻、H橋級(jí)聯(lián)變頻器、IGBT和IGCT多電平變頻器、IGCT元件串聯(lián)的變頻器等都有其應(yīng)用場(chǎng)合。

交流電機(jī)矢量控制與直接轉(zhuǎn)矩控制理論已成熟并應(yīng)用到交流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中。同時(shí)，自適應(yīng)、模糊控制、人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)等現(xiàn)代智能控制理論與方法已開始運(yùn)用于電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中。

3.3 存在的主要問(wèn)題

目前在電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能存在的主要問(wèn)題有：

1）我國(guó)電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)與裝備水平距離節(jié)能的目標(biāo)相差很遠(yuǎn)，變頻電機(jī)數(shù)量少,性能不高,不到總量的10%；我國(guó)電力電子及電氣傳動(dòng)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)水平落后，規(guī)模小，成本高，產(chǎn)品可靠性差，技術(shù)與產(chǎn)品的落后與迅速發(fā)展的節(jié)能市場(chǎng)需求反差巨大，嚴(yán)重制約了我國(guó)電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

2）我國(guó)中小電機(jī)基本是通用常規(guī)類型，還沒(méi)能形成變頻調(diào)速電機(jī)系列，變頻器電機(jī)集成、智能電機(jī)、機(jī)電一體化技術(shù)差距很大。

3）國(guó)產(chǎn)中小功率變頻器多為U/f比控制方式，很少采用先進(jìn)的矢量控制及直接轉(zhuǎn)矩控制方式，其控制性能、保護(hù)技術(shù)、可靠性等方面與國(guó)外產(chǎn)品差距很大，只能采取低成本、低價(jià)格的市場(chǎng)策略，占據(jù)低端市場(chǎng)。

4）新型可關(guān)斷電力電子器件取代普通晶閘管已成為趨勢(shì)，而采用IGBT/IGCT等新型電力電子器件的變頻器已成為電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能的主流。但我國(guó)電力電子器件技術(shù)及制造水平與國(guó)際水平差距很大，除普通晶閘管外還不能制造IGBT/IGCT等新型電力電子器件，因此國(guó)產(chǎn)變頻器的IGBT/IGCT電力電子器件及電容等配套部件絕大部分依賴進(jìn)口。

5）國(guó)產(chǎn)普通晶閘管的交交變頻器雖已經(jīng)成熟，但應(yīng)用范圍局限。國(guó)外變頻調(diào)速技術(shù)與產(chǎn)品占我國(guó)電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能市場(chǎng)的主導(dǎo)地位。特別是國(guó)家重大工程項(xiàng)目的高性能、大功率變頻調(diào)速系統(tǒng)基本上被國(guó)外產(chǎn)品占據(jù)。采用新型電力電子器件的國(guó)產(chǎn)大功率高性能變頻調(diào)速系統(tǒng)還是空白。

6）在電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能領(lǐng)域缺少系統(tǒng)節(jié)能的設(shè)計(jì)方法和評(píng)估手段，變頻調(diào)速還沒(méi)有完善的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、測(cè)試規(guī)范和測(cè)試手段。

7）電力電子及變頻調(diào)速技術(shù)是高新技術(shù),先進(jìn)國(guó)家在該領(lǐng)域的研究開發(fā)投入很大。我國(guó)該領(lǐng)域技術(shù)在總體上與國(guó)際水平相差5~10年。盡管我國(guó)政府對(duì)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)節(jié)能十分重視,但在該領(lǐng)域的基礎(chǔ),即電力電子及變頻調(diào)速技術(shù)的科研投入少,且有限的投入也大多是低水平的重復(fù)開發(fā)。國(guó)家還沒(méi)有形成電力電子及變頻調(diào)速領(lǐng)域技術(shù)和產(chǎn)品研發(fā)的平臺(tái),無(wú)法形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模。

4 對(duì)實(shí)施電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能工程的建議

1）應(yīng)鼓勵(lì)制造高效電機(jī)，強(qiáng)制淘汰低效電機(jī)。按照目前電機(jī)效率分類及國(guó)際IEC電機(jī)標(biāo)準(zhǔn)，高效電機(jī)的效率一般定義為91%~96%，低效電機(jī)的效率一般為75%~89%。目前我國(guó)實(shí)際運(yùn)行中的電機(jī)主要集中在0.55~100 kW功率等級(jí)，為總運(yùn)行臺(tái)數(shù)的95%以上，其中70%為Y系列異步電動(dòng)機(jī)，10%的為Y2系列異步電動(dòng)機(jī)，20%其他各種電機(jī)，平均效率為89.3%。因此，電機(jī)節(jié)能技術(shù)目標(biāo)分3個(gè)層次，即:（1）從全壽命期的費(fèi)用最低、耗能最少的觀點(diǎn)優(yōu)化設(shè)計(jì)通用型高效電機(jī)，確立適合中國(guó)國(guó)情的高效電機(jī)標(biāo)準(zhǔn),將0.55~100 kW功率等級(jí)電機(jī)的平均效率提高為92%。（2）開發(fā)并應(yīng)用變頻調(diào)速用電機(jī),并形成產(chǎn)業(yè)化。與常規(guī)電機(jī)相比，同功率、同體積、同材料的變頻調(diào)速電機(jī)的效率可提高1%~3%。（3）緊跟國(guó)際發(fā)展趨勢(shì),開發(fā)和研制智能化電機(jī),即把電動(dòng)機(jī)、變頻器和控制系統(tǒng)集成到一起的電機(jī)系統(tǒng),使該系統(tǒng)節(jié)能達(dá)20%~30%。

2）變頻器是電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能中的重要部件,采用變頻調(diào)速后的電機(jī)系統(tǒng)效率可以節(jié)能10%~15%。技術(shù)目標(biāo)也分3個(gè)層次進(jìn)行：（1）加速通用變頻器的產(chǎn)業(yè)化,提高產(chǎn)品的技術(shù)性能和可靠性,形成規(guī)模生產(chǎn),提高國(guó)產(chǎn)化市場(chǎng)占有率。目前我國(guó)通用變頻器的國(guó)產(chǎn)化率已超過(guò)50%,但其技術(shù)性能（如變頻器本身效率、控制精度、材料消耗和諧波分量等）和可靠性與國(guó)外先進(jìn)通用變頻器相比仍有較大差距。（2）支持對(duì)高壓變頻器的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行攻關(guān),盡快提高產(chǎn)品可靠性,并逐步擴(kuò)大市場(chǎng)。高壓變頻器（3.3~10 kV）目前在國(guó)際上也正處在產(chǎn)業(yè)化完善階段,國(guó)內(nèi)已有少量國(guó)外產(chǎn)品,但遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足市場(chǎng)的需要。而高壓電機(jī)系統(tǒng)是與大容量電機(jī)系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)的,盡管臺(tái)數(shù)不多,其所占容量卻不比低壓電機(jī)小,是電機(jī)節(jié)能的主要部分。高壓變頻器技術(shù)難度大、開發(fā)周期長(zhǎng)、資金投入大,需要重點(diǎn)攻關(guān)，尤其是1~5 MW、6 kV的高壓變頻器,應(yīng)著重提高其可靠性和降低成本。（3）鼓勵(lì)經(jīng)濟(jì)型變頻器的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，要求采用高新技術(shù)解決低成本、高性能、高可靠性的問(wèn)題。電機(jī)調(diào)速節(jié)能潛力大,但僅僅只靠變頻調(diào)速是不夠的。因此,針對(duì)特殊應(yīng)用和特定范圍,采用其他有效調(diào)速方法將更體現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性。

3）普通晶閘管制造和應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)成熟，應(yīng)進(jìn)一步擴(kuò)大規(guī)模和應(yīng)用范圍。對(duì)于IGBT/IGCT等新型電力電子器件，應(yīng)以應(yīng)用技術(shù)研發(fā)和推廣應(yīng)用為主，同時(shí)積極組織新型器件的研發(fā)。以普通晶閘管及GTO制造技術(shù)為基礎(chǔ)，盡快研發(fā)國(guó)產(chǎn)IGCT及快速軟恢復(fù)二極管。對(duì)于IGBT器件采取先封裝集成及測(cè)試，再過(guò)渡到芯片制造的思路，積極引導(dǎo)和支持國(guó)內(nèi)微電子制造技術(shù)和電力電子制造技術(shù)相結(jié)合，逐步形成和提高我國(guó)新型電力電子器件的研發(fā)和制造能力。對(duì)配套元器件，如無(wú)感電阻、鉗位吸收及高壓直流電容、層疊無(wú)感母線等進(jìn)行研究開發(fā)，并逐步形成批量供貨能力，確保電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)節(jié)能產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化需要。可先從封裝、測(cè)試開始，再逐步過(guò)渡到開發(fā)、生產(chǎn)芯片。

4）重點(diǎn)研究開發(fā)采用新型電力電子器件研制高性能、污染小的大功率變頻調(diào)速系統(tǒng)，在鋼鐵、煤炭、機(jī)車牽引等行業(yè)中樹立一批國(guó)產(chǎn)化樣板工程，替代進(jìn)口，帶動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能國(guó)產(chǎn)化裝備技術(shù)的發(fā)展。

5）應(yīng)對(duì)電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)和應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行研究，建立電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)試規(guī)范。

6）支持電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能領(lǐng)域的新技術(shù)、新方法，鼓勵(lì)自主創(chuàng)新、原始創(chuàng)新、集成創(chuàng)新，形成電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)創(chuàng)新平臺(tái)；支持電機(jī)節(jié)能控制系統(tǒng)的開發(fā)。

要全面推廣應(yīng)用電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)，大幅度提高我國(guó)電機(jī)系統(tǒng)的能效，應(yīng)強(qiáng)化創(chuàng)新能力建設(shè)，建立電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化的基礎(chǔ)支撐條件。應(yīng)以企業(yè)為主體，以具有市場(chǎng)前景的技術(shù)為核心,吸引高等院校、科研單位等相關(guān)機(jī)構(gòu),通過(guò)技術(shù)、資本和資產(chǎn)的重組，形成與產(chǎn)業(yè)緊密結(jié)合的科研和工程化開發(fā)條件，解決電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)的共性、關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，并為行業(yè)的發(fā)展提供技術(shù)支撐和技術(shù)服務(wù)。將具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的電力電子及裝置的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行整合，形成完善的可用于產(chǎn)品系列組接的電力電子功率平臺(tái),實(shí)施平臺(tái)戰(zhàn)略,突出軟硬件的應(yīng)用技術(shù)及工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的可復(fù)用性,使產(chǎn)品組成部件及技術(shù)的可組接性大為提高,形成可以滿足不同用戶需求的全方位的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化電力電子及電氣傳動(dòng)裝置產(chǎn)品,形成產(chǎn)品開發(fā)、制造的可持續(xù)發(fā)展平臺(tái)。同時(shí),在重大項(xiàng)目和重大工程中樹立國(guó)產(chǎn)高技術(shù)、高水平變頻器系統(tǒng)樣板工程。以市場(chǎng)為導(dǎo)向,結(jié)合先進(jìn)工藝和技術(shù)改造,在若干應(yīng)用領(lǐng)域推廣應(yīng)用一批技術(shù)指標(biāo)先進(jìn)、性能可靠實(shí)用的電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)，以顯示我國(guó)電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)的主要品牌和競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力,起到示范作用,加速研究、開發(fā)、工程、產(chǎn)業(yè)化的一體化進(jìn)程,帶動(dòng)整個(gè)行業(yè)的發(fā)展。

當(dāng)前電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能重點(diǎn)改造領(lǐng)域[7]包括：1）電力用變頻、永磁調(diào)速及計(jì)算機(jī)控制改造風(fēng)機(jī)、水泵系統(tǒng)，重點(diǎn)是2.0×105kW以上火力發(fā)電機(jī)組。2）冶金鼓風(fēng)機(jī)、除塵風(fēng)機(jī)、冷卻水泵、加熱爐風(fēng)機(jī)、鑄造除鱗水泵等設(shè)備的變頻、永磁調(diào)速。3）有色除塵系統(tǒng)自動(dòng)化控制及風(fēng)機(jī)調(diào)速。4）煤炭礦井通風(fēng)機(jī)、排水泵調(diào)速改造及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。5）石油、石化、化工工藝系統(tǒng)流程泵變頻調(diào)速及自動(dòng)化控制。6）機(jī)電研發(fā)制造節(jié)能型電機(jī)、電機(jī)系統(tǒng)及配套設(shè)備。7）輕工注塑機(jī)、液壓泵的變頻、永磁調(diào)速。8）其他企業(yè)空調(diào)和通風(fēng)、樓宇集中空調(diào)的電機(jī)系統(tǒng)改造等。9）對(duì)城市電機(jī)系統(tǒng)和大型廠礦的電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能要建立綜合控制系統(tǒng)。要以電力能效最優(yōu)為目標(biāo)建立管控系統(tǒng)，核心技術(shù)室電機(jī)系統(tǒng)設(shè)備本身優(yōu)化，數(shù)據(jù)處理，能效模型的建立與智能配網(wǎng)與負(fù)荷的動(dòng)態(tài)管理。

圖2為電力能效綜合控制系統(tǒng)示意圖。

圖2 電力能效綜合控制系統(tǒng)示意

5 結(jié)語(yǔ)

電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能是一項(xiàng)長(zhǎng)期而艱巨的任務(wù),它涉及到節(jié)能意識(shí)、節(jié)能管理、節(jié)能技術(shù)、節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)和節(jié)能效益評(píng)估等方方面面。電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能工程的實(shí)施將有力地推動(dòng)我國(guó)的整體節(jié)能進(jìn)步。要在我國(guó)全面推進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能工作，需要政府主管部門、企業(yè)、供應(yīng)商、節(jié)能評(píng)估機(jī)構(gòu)和第三方節(jié)能檢測(cè)機(jī)構(gòu)等多方共同努力[8]。需要以提高能源利用效率為核心，以企業(yè)為實(shí)施主體，大力調(diào)整和優(yōu)化結(jié)構(gòu)，加快推進(jìn)節(jié)能技術(shù)進(jìn)步，建立嚴(yán)格的管理制度和有效的激勵(lì)機(jī)制，加大政府資金的引導(dǎo)力度，充分發(fā)揮市場(chǎng)配置資源的基礎(chǔ)性作用，調(diào)動(dòng)市場(chǎng)主體節(jié)約能源資源的自覺(jué)性，盡快形成穩(wěn)定可靠的節(jié)能能力,為實(shí)現(xiàn)國(guó)家節(jié)能目標(biāo)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

[1] 張曉平,孫磊.中國(guó)工業(yè)能源消費(fèi)強(qiáng)度變化的分解分析[J].資源科學(xué),2010,32(9):1685-1691.

[2] 趙爭(zhēng)鳴，李崇堅(jiān).“十一五”國(guó)家十大重點(diǎn)節(jié)能工程之一——電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能[J].電氣時(shí)代，2006（10）：16－20.

[3] IEC60034-30(2008 FDIS),Efficiency classes of single-speed,threephase,cage-induction motors[S].

[4] 李崇堅(jiān),趙爭(zhēng)鳴.電子電力與電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能工程[C]//中國(guó)電工技術(shù)學(xué)會(huì)：第九屆全國(guó)電技術(shù)節(jié)能學(xué)術(shù)會(huì)議論文集，2007.

[5] 張衛(wèi)民.簡(jiǎn)論變頻器的發(fā)展和應(yīng)用[J].世界儀表與自動(dòng)化，2003，7 (11)：16-19.

[6] 陳偉華，李秀英,姚鵬，等.電機(jī)及系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)發(fā)展綜述[J].電氣技術(shù)，2008（9）：13－22.

[7] 國(guó)家發(fā)改委：關(guān)于組織實(shí)施電機(jī)能效提升計(jì)劃（2013-2015年）的通知 [EB/OL].(2013-06-21).http://wap.miit.gov.cn/n11293472/ n11293832/n12843926/n13917012/15463739.html.

[8] 郭春生.發(fā)展高效電機(jī)促進(jìn)節(jié)能減排[C]//第十一屆全國(guó)永磁電機(jī)學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集,2011.

Key Technology of Motor System Energy Saving and Expectation

LI Zhengxi1,2
(1.Power Electronics and Motor Drives Engineering Research Center of Beijing,Beijing 100144,China; 2.North China University of Technology,Beijing 100144,China)

Energy saving not only is a long-term strategy and basic national policy of the economic and society development of China,but also is urgent mission at present.The paper analyzes present situation of motor system energy saving at home and abroad and introduces advanced key technology of energy saving,on the basis of which the paper points out some problems existed at energy saving of motor system in China,and then the paper provides some suggestions on implementation of motor system energy saving project in combination with national conditions for reference of development of the whole energy saving work in China.

motor system;energy saving;pipeline network;key technology

TM301

A

1004-4345(2015)03-0001-05

2015-06-13

國(guó)家自然科學(xué)基金,2013“大功率三電平PWM整流器優(yōu)化控制和電網(wǎng)不平衡運(yùn)行研究”（E070602）。北京市電力節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)2011協(xié)同創(chuàng)新計(jì)劃專項(xiàng)基金。

李正熙（1955—），男，教授、博導(dǎo)，主要從事電力電子與電力傳動(dòng)等方面的研究。