序
随着人类社会对可持续发展和环境保护的迫切需求,电力电子技术正成为推动我国能源转型、解决环境污染问题以及推动产业升级的关键引擎。一方面,电力电子技术在提高能源利用效率、可再生能源发电中扮演重要角色,为构建我国低碳高效能源体系、解决能源危机提供有力支持。另一方面,电力电子技术在电动汽车、高铁、智能电网等诸多新兴产业中也发挥了关键作用,推动了科技创新和产业升级。
近年来,以碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)为代表的宽禁带半导体器件的快速发展和应用,为电力电子技术的发展提供了难得机遇和动力。如何应用好新器件以充分发掘其潜力,如何适配新器件及新老应用场景,开发更匹配应用、更具竞争力的拓扑,如何应对电力电子化电力系统出现的各种稳定性新问题等,都是当前电力电子发展面临的难题。实际上,在硅(Si)基半导体器件推广应用过程中,此类问题也似曾相识,而历史上解决该类问题的方法包括适配新的拓扑(例如电流源与电压源型变换器的转变)、提出新的理论(Middlebrook判据)、应用新的控制方法(矢量控制)等。理解历史上这些技术路线的发展过程,有助于帮助新时代电气科技工作者站在更加宏观的角度解决当下面临的技术问题。因此,系统梳理电力电子发展历程,既可以回顾电力电子的辉煌历史,也可以启迪和推动未来学科的科技进步,在当下的时间节点具有重要的意义。
我的学生,东南大学陈武教授,是个有心人,凡事喜欢刨根问底。他总想把电力电子技术发展的历程弄清楚,与电力电子同行共享。因此,在繁忙的工作之余,他抽出时间,广泛涉猎各种学术文献库、国内外图书、网络等,抽丝剥茧,追本溯源,历时两年,撰写了《寻迹电力电子》一书。据说,这个书名是浙江大学徐德鸿教授取的,我觉得是该书的点睛之处。该书首先回顾了电气科学的起源,从古代人类对于电、磁现象的认识开始讲到近现代人类如何科学理解电能并利用电能,进而促成了电力电子学科的诞生。在此基础上,第一部分介绍了电力电子元器件的产生和发展,回顾了包括猫须探测器、真空管、水银整流器、三极管、硅基器件等一系列有源器件以及变压器、磁放大器、电感等无源元件的演化;第二部分介绍各类电力电子变换器电路拓扑的演变、电力电子系统建模、控制技术的发展;第三部分介绍电力电子在各类行业中的应用发展史,包括新能源发电、交直流输配电、各种通用电源以及特种电源;在最后的附录中则对IEEE电力电子学会、中国电源学会等国内外电力电子相关学术组织的发展进行了介绍。该书点面结合,较系统全面地描述了一幅宏大的电力电子历史画卷。
该书所介绍的技术演变、名人轶事、科技典故、最新技术成果等,是对现有教材和科研论著体系的有益补充。该书在行文风格上不似传统论著,采用的是接近口语化的表达方式,给读者娓娓道来,具有很高的趣味性。同时,概述公式极少,基本以原理性、概念性的图例进行技术介绍,可读性很强。《寻迹电力电子》一书能帮助科研工作者知晓现有技术路线的来龙去脉,也使业外人士了解电力电子的最新发展,同时会吸引更多学生踏入电力电子殿堂。这本书可带领读者寻迹电力电子的根源和本真,使读者知其然,更知其所以然。学史以明志,鉴往而知来,是这本书的初衷。
2024年1月于南京航空航天大学