——高压大容量变频器在节能与新能源领域的应用
                          本刊专访清华大学教授、博导李永东博士   

    李永东先生为清华大学教授、博士生导师，电机变频控制领域的专家，产业化的推动者。他长期从事全数字化交流电机控制及伺服系统的理论和应用研究，尤其是在高压大容量异步电机变频调速，交流电机矢量控制及其数字化实现和无速度传感器运行等方面提出自己的控制方法和理论，受到国内外同行的高度评价。（详细简历附后）

    编者前言：中国经济近十年的高速成长，使得能源缺口较大。虽然国家大力投资建设使能源危机得到一定缓解，2007年12月底，全国电力装机容量突破7亿千瓦，但由于石油与煤炭储量的减低、开采成本的提高，环境污染、减排的全球压力增大，和国家环境税的推出，使得电力价格不断提高。国家从能源产业的战略高度提出了十一五“节能减排”的硬性指标，对于电力的高效传输和变换应用提出了更迫切的需求。在新能源和清洁能源被有效地开发出来之前，首先应该做到节能、节电。从世界范围来看，资源节约型社会已成为人与自然和谐相处的现代文明的象征。开发新型高效的电能变换设备，如大功率风机泵类负载的变频器产品，可以实现高效的电能变换，节约大量的电能。
    大功率电力电子与交流调速技术的研究及其产品化是国家在90年代初期就立项支持的高科技研究项目，近20年的多学科研究和人才的培养，民营企业集团的飞速发展，为国产化产品推向市场提供了动力，并实现了节能和降低环境污染的社会效益。用于低压电机的变频器已经遍地开花，进入战国纷争的时代；而高压大容量电机占工业用电大部分容量，其变频调速技术产品的研究不仅资金投入大，而且周期更长，风险大，形成了产业壁垒，目前有十几家在参与，市场处于春秋争霸的时期。但是，实现高压大容量电机的变频控制，除了满足工艺要求外，会节省大量电能。近年来，我国高压大容量变频调速技术产业化的成功，充分印证了大学等研究机构对于国家主导产业发展的重要价值及产学研相结合的重要性。
    而且高效电力电子变换控制技术在轨道交通电力牵引、电动汽车、感应加热炉、超声波清洗等方面的广泛应用，也间接地降低了环境污染。另外，采用高压大容量多电平的电力电子装置构成的无功补偿和电力有源滤波器可以有效地实施无功补偿，减低谐波，提高功率因数，对电力系统的运行也具有深刻意义。
     利德华福是国内高压变频器的主力公司，是核心技术国产化的一面旗帜，销量连续五年在中国国内市场上占有率第一，产品出口国外多个国家。《变频通讯》是利德华福主办的内刊，在行业中发行量将近6000份，编辑严谨，信息实用，行业影响力大，连续二年获得“北京市工商联系统优秀内报内刊优秀奖”。为了给读者们介绍一些新发展，回顾一下本领域的科学研究与产业发展，2007年12月29日，本刊有幸专访了我国电力电子及交流传动行业知名专家，清华大学电机工程系李永东教授，就高压大容量变频控制器的技术以及在风力发电控制系统的应用前景进行了深入的探讨。

    张学：80年代末您从法国回来就从事电力电子和交流调速技术的研究，取得不少成果，并支持很多企业进行产品化，为产业发展做出了很大贡献，请您谈谈研究与发展的体会？
    李教授：利德华福的员工及《变频通讯》的读者大家好！按历史时间的划分，我属于中法文化、技术交流的第三代。目前赶上了国家改革开放的好机会，社会走向安定，尊重知识，尊重人才，蔚然成风。出于对国家强盛的渴望，我从1988就回国投身祖国的科技发展和经济建设中来。回想第一代留法学人，如周恩来、邓小平等老一辈革命家，在艰苦的生活下，勤工俭学，探索救国的真理，并成就了开国伟业。建国前后回国的第二代留法学人，如钱三强院士等科学家成功的领导了 “两弹一星”的研究，建立了我国今天成为世界强国的基础；如吴文俊院士等也取得国际水准的研究成果，深入研究中国古代数学方法，在此基础上，创立数学几何和代数计算机证明方法，赢得国际尊重。他们始终是我求学和从事科学研究的榜样。
    作为改革开放的第一代大学生，我于1982年大学毕业后，以优异成绩被国家选派去法国攻读硕士和博士学位，开始了在电力电子及交流调速方面的研究工作，我的博士论文题目就是“关于交流电机控制理论比较研究及其在伺服系统中的应用研究”的。最近二十年，我科研的主要方向在高压大容量异步电机变频调速，交流电机矢量控制，直接转矩控制及其数字化实现等方面，做了点儿工作，对我国交流调速产业化起了一点儿推动作用。算算从开始接触交流传动的课题，到今天一晃已经25年了。在法国，我接触到了当时最先进的设备和技术，如DSP（数字信号处理器）、IPM（集成智能功率模块）、CPLD（复杂可编程逻辑器件）等，我所在的实验室是法国图卢兹国家理工学院电工与电力电子实验室，在法国是最大，最好的电力电子与电机控制实验室，甚至在整个欧洲来讲都是比较先进的。何以见得？2003年8月，我们专业全球最大的会议??欧洲电力电子及其应用会议就在法国图卢兹举行，我的导师是大会主席。很荣幸，我应邀在此次大会上做了一个专题报告，也介绍了中国国内的一些科研情况。图卢兹城市不大，约有60多万人口，10多万大学生，但是科研水平很高，如TGV高速列车、空中客车、幻影战斗机、阿丽亚娜火箭等先进技术都是出自这座小城，可谓是一座当之无愧的高技术城市，也是欧洲的航天航空中心。2004年1月胡锦涛主席访问法国时，曾专门在图卢兹停留了一天，参观那里先进的空中客车和幻影战斗机。
    我在法国的五年主要从事一些研究工作，做博士学位论文，也发表了一些论文，但偏重于理论，真正做产品是在国内开始的。1988年回国后到清华大学来做博士后研究主要就是想把所学应用到工业生产实际上，切切实实的为我们国家的电气行业做些高性能实用的产品，包括交流伺服、机床传动等方面的产品。经过近20年的不断研究和探索，在电力电子领域取得了一些的成果，主要包括三个方面：第一个是高性能、全数字化交流电机矢量控制及伺服系统、直接转矩控制系统和无速度传感器系统及其在地铁轻轨、数控机床、工业缝纫机中的应用。其中研究DTC（转矩直接控制）从机床主轴传动开始，1990年到现在一直在不断的研究；VC（矢量控制）方面也为几个厂家做应用研究过并达到了较高的性能；第二个主要的方向就是高压大容量变频器，在国内我们这方面的研究是做得比较早的，不是传统的交交变频，是新型的、高性能的大容量变频器，这种对电网很小污染的高压大功率交流电机变频调速技术产品的应用意义非常重大，市场也十分广阔。以国家经贸委的有关统计数据为准，这个市场的潜力在700～1000亿人民币以上，假如单台变频器的价格为100万元（800kW/6kV），市场的需求量超过7万台。我于1996年从美国工作访问回来后，就和北京凯奇公司开始做这个项目，项目本身是比较成功的。当时的那个团队，由倚鹏、刘军为主力的近十个人组成，也构成了目前几家国产高压大容量变频器厂家的研发主力。你们利德华福继承这个项目做起来了，2003年销售量就接近100台，产值超过8000万元，这两年在业内的成就是大家有目共睹的，2007年产值超过五个亿，销售总量超过1400台。可以说是国内市场占有量最大的公司了，甚至超过西门子、ABB等国外电气巨头。这是我们的科研成果与投资公司合作，应用到实践中推动产业发展最好的一个例子，是我们中国人的骄傲！
    回顾近代中国的觉醒和发展，从洋务运动提倡的“中学为体，西学为用”，到改革开放以来的追赶世界一流技术，建立科技强国的希望与梦想。我们从事科研的根本目的是服务于国家的产业经济发展，服务于国家的安全战略，服务于广大民众的日常生活。经过这么多年的理论探讨和产品研发，我的感受是，在电力电子这个行业里如果只做理论，对国内经济的发展不会有大的促进作用。我非常鼓励学生毕业后去企业里工作，事实证明他们确实能很快把技术转化为实际生产力，作为生产骨干和参与人员研发出不少的实用产品，这是我最乐于看到的事情。
    电力电子应用在电机的数字化控制等领域的发展离不开国家的战略规划与投入，人才的培养，优势的形成，产业的推动需要几代人的努力。虽然我们在行业里取得了一些成就，但这都是继承了很多国内外老前辈们的成果得来的，他们做了很多开创性的工作，至今仍耕耘不止，正是他们的精神激励着我在前些年比较艰苦的条件下探索不已，现在我也远远没有满足，还有更多的项目和课题吸引着我们继续进行研究。
    张学：每个人的成长都和自己的努力分不开的，但是更需要厚积薄发和抓住机遇，请您谈谈成长过程中有重大意义和印象深刻的事？
    李永东：回顾个人的发展，有很多个印象深刻的第一次，记忆在心，挥之不去。
    第一次听说恒压频比（VVVF）控制，记得是1980年在哈尔滨工业大学上大三电机学课时，老师讲完之后说，这只是个稳态控制规律，谁要是能在动态把磁通控制住就好了，当时刚有概念，但不知如何去做？1985年在法国做博士论文期间，当时我盯着交流电机派克方程整整看了一个星期，终于消除了所有微分项，推出一个数学公式，不论稳态还是动态均可把磁通控制住。我兴冲冲的把仿真结果拿去给导师看，结果太好了，以至于他完全不相信，直到后来被实验验证。这就是在1985年首次欧洲电力电子及应用会议上获十佳论文之一的电压定向矢量控制，后来在1989年第一届中国交流电机调速传动会议上也获得优秀论文。以后，用该方法又完成转矩闭环控制、无速度传感器运行，遗憾的是至今尚未形成批量产品。
    第一次看到实际的变频器是在1984年初上硕士课程期间，做完课堂试验后法国老师带我到实验室去参观，觉得变频器及其研究仪器设备太复杂了，看得眼花缭乱。开始从事交流电机控制是从打孔卡片计算机程序作交流电机启动的动态仿真开始的，费了九牛二虎之力得出结果，高兴的不得了。
    第一次接触矢量控制是在1985年，我的磁通控制方法提出后，导师总是有点疑惑，于是希望我把自己的方法和德国人提出的矢量控制作比较。于是把Leonhard教授的文章和书找来看，发现矢量控制在国际上几乎一统天下，初步仿真的结果是性能确实不错，从此我和矢量控制接下不解之缘,直到现在,我们已经把矢量控制及无速度传感器技术应用在低压和高压变频器系统中。
    第一次接触转矩直接控制是看到高桥?教授1986在IEEE上发表的文章，因为电流波形很奇怪，所以当时根本没放在心上。后来，在1989年第一届中国交流电机调速传动会议上听了马小亮和周国兴老师的文章讲演，很受启发，没想到从1991年后开始了长达十几年的直接转矩控制系统研究。开始想把这种方法用在机床主轴上，但一直不太成功，后来反而是用在地铁传动系统上。直到2003年在法国图卢兹第十届欧洲电力电子及应用会议上组织了一个关于转矩直接控制的Tutorial。
    我从事交流伺服系统的研究是从异步电机位置最优控制开始的，但第一次接触无刷直流电机的控制还是在1989年参观德国西门子公司的伺服产品，后来通过试验发现该系统的电流波形为方波，但是性能还是很好的，当时我们百思不得其解。通过查找资料，尤其是看到严仰光和朱震莲老师和La Joie-Mazenc的文章，才明白是怎么一回事，原来方波的电流也可以出高性能！当时我们和襄樊机床电气传动设备厂签了个合同，消化和吸收西门子的IFT5交流伺服系列产品，我前后去了7、8次，历时一年多，为此，我还被米饭的沙子咯掉了一颗牙。最后的产品性能完全达到西门子的水平，采用的是永磁方波电机，也就是目前广泛使用的无刷直流电机。在此基础上，我们又采用DSP完成了冶金部自动化院伺服研究所的全数字化交流永磁同步电机的控制系统的研发工作，后来又参加了机械部机电数控集团的8.5攻关项目：全数字化交流异步电机主轴和永磁同步电机伺服控制系统的研制工作。这些，当时可都是国家支持的、有名的大院大所，轰轰烈烈的国家攻关项目。张学，你在清华大学做的硕士论文与研究，就是和冶金自动化院合作开发的永磁同步伺服机变频控制系统。
    在1988年回国之初，我系陈丕章教授为了支持节能事业，从北京市三电办拿了一个变频器的项目，希望我来做，正好黄立培老师也从日本回来，于是我们一块带了一个杨秉寿教授的硕士生丁永汀，开始了我们实验室第一台VVVF变频器的研制工作。我们的变频器在和平宾馆连续运行了24小时后还开了鉴定会。1990年春节还被邀请参加了在人民大会堂举行的春节团拜会，见到了李瑞环等国家领导同志。此外，学校觉得我在博士后期间工作还算勤奋，找来了青年报的记者采访了一通，结果发表在中国青年报的头版头条，后来就有了与很多公司的合作。
    1995年参加了国家经贸委的关于电气节能的调查，发现这个市场的潜力在700～1000亿人民币以上，假如单台变频器的价格为100万元（800kW/6kV），市场的需求量超过7万台。1996年的一个早上，我给王正元同志打电话，他让我去听罗宾康公司的讲座，当时觉得很神秘。后来，我们就和北京凯奇公司合作，一道开发高压大容量变频器技术，很多人还认为是异想天开，唐诘歌德式的幻想。但是，通过我们的自主研发，很快申请了自己的高压变频技术专利，并于1998年通过技术鉴定，在北京重型电机厂投入试运行。当在北京重型电机厂看到我们亲手研制的几百千瓦的高压变频器首次带动着电机平滑运转，并实现正弦供电、连续调速时，当时的心情是何等的激动！从此，一个高压变频器国产化时代在我们手中拉开帷幕。
目前，国内大约已经有十几家企业有能力生产高压变频器，国产品牌占市场的50％以上，年产值达十几亿元。
    张学：谢谢李教授的介绍！作为电气传动领域尤其是变频器行业的专家，请您给我们介绍一下清华电力电子研究室的成立背景及其应用研究的状况。
    李教授：我1988年回国做博士后，1990年留在清华大学电机系。1990年北京市成立电力电子研究中心后，在高景德院士、韩英铎系主任的支持推动下，1991年清华大学成立电力电子工程研究中心，把对电机内部的研究，扩展为对于电机数字控制系统和电力电子技术一体化系统的研究。我们于1991年暑假在清华大学召开了首届全国青年电力电子会议，当时参会的年轻人很多成为现在各单位和行业的骨干。现在中国高校电力电子与电力传动学术会议，每年一次，在全国各著名高校轮流举行。20年来直接培养硕士、博士30多人，听过讲课的本科生2000多人。积极与企业在产品开发方面深度合作，取得十几项合作成果，促进产业发展7-8家。同时，与国内外十几个高校的相关专业保持交流与合作，促进了水平提高，加速了高素质人才的培养。多年来，我们送技术、送人才，扶持企业发展，把合作门槛尽量降低，没有把追求个人的经济效益放在第一，为企业节约大量成本，按照稳健性原则降低企业风险，承担了一定产业发展的社会责任，符合我们科技产业报国的理念。
    张学：行业的成功发展需要大批专业人才，在教授的岗位上，您对于人才培养与成长有什么看法？
    李教授：我们清华大学电机系电力电子与电机控制研究室20年来为行业培育了一些高级技术人才，他们有的走向教师岗位，继续前沿科学研究和培养新人；有的直接到企业里从事产品开发和高技术支持，在新兴的民营企业、股份公司和国际大公司里都有。他们在个人的发展中同研究室有着密切的联系，共同推动了国家交流变频调速产业的发展。
    对于学生的培养，我倾向因材施教。因为清华的研究生都有很好的理论基础，有很强的独立思考能力，但是各有所长，因人而异，有的人学术精钻，有的人善于组织和交流。通过不断引导，耐心鼓励，很多同学在工作岗位上都做到了厚积薄发，或成为钻研技术的专才、企业高级技术人才，技术管理人才，或成为专门的管理人才。而不是仅仅学些泛泛的知识，华而不实，中国需要的是理论应用于实际的人才，不需要只读书的记忆仓库。研发人员要深入实际，了解实际需求，解决实际问题，真正促进产业发展，把各方面的投资作出价值。此外，科学技术有很强的系统性，融通型人才是成为大师的基础。要有不断学习的能力，并养成习惯，甘于寂寞、不断积累才能成就大事业。在企业发展中，也需要学习经营管理等知识，知识只有被融会贯通才能正确使用。大企业需要大团队合作，需善于沟通和整合人力资源，这样才能促进企业健康成长。另外要组织研究国外公司的成功经验，“师夷之长以制夷”，当然现在经济技术全球化的背景下，我们还要与国际合作，培养国际化人才，吸收外国人员参与企业技术研究和发展。
    德智体全面发展还要提，无德不能从事严谨的学术研究，难于为人师表。清华大学 “自强不息，厚德载物” 的校训是中国文化的反映，要求我们做到，学生也要修炼。体质方面要注重健康，清华提倡为祖国健康工作50年，现在很多前辈和大师都做到了，这是我们学习的榜样。没有好体质难以有长远的发展，昙花一现是可惜的。
    对于中国来讲，高压变频器技术与产业的发展是艰难而光明的，我们需要仁人志士有无畏的决心和勇气执着投入，献身其中，其乐无穷！
    张学：李教授，多电平技术成为高压变频方向重要的研究课题，请您给我们简单介绍一下发展概况。
    李教授：从上世纪80年代以来，现代电力电子技术开始向高频，高效（低开关损耗），高功率因数，高功率密度（组合集成化）及高压大功率方向迅速发展。以GTO（可关断可控硅）、BJT（双极结型晶体管）、MOSFET（金属氧化物半导体型场效应管）为代表的自关断器件得到长足的发展, 尤其是以IGBT（绝缘门双极晶体管）为代表的双极型复合器件的惊人发展, 使得电力电子设备正沿着大容量、高频、易驱动、低损耗、智能模块化的方向前进。伴随着电力电子器件的飞速发展, 大功率逆变器及交流调速技术的发展也日趋高性能化。
    传统的大功率逆变电路有以下几种：（1）普通三相逆变器；（2）降压—普通变频—升压电路：（3）交交变频电路；（4）变压器耦合的多脉冲逆变器。
    以上的大功率逆变电路研究比较成熟，但在实现大功率交流传动的同时，在性能上没有什么突破，且装置复杂，制作成本高，控制方式可靠性低，并且对电网污染严重，功率因数低，无功损耗大，须附加谐波治理装置，设备成本成倍增加。因此，近10年来一些新型多电平电压型逆变器吸引了许多学者的注意，多电平技术成为高压变频方向重要的研究课题。随着以高压IGBT、IGCT（集成门极换流晶闸管）为代表的性能优异的复合器件的快速发展，和相应的各种PWM控制算法的不断深入研究，使多电平结构得以逐步走向应用化，电力电子技术在高压大容量电能变换及高品质控制方面的应用得到了极大的拓展。其应用领域包括交直流能量转换、高压大容量交流电机变频调速、电能质量综合治理等。
    多电平电路最早由日本学者提出，称为中点箝位式（NPC）逆变器，它的出现为高压大容量电压型逆变器的研制开辟了一条新思路。在此基础上, 经过多年的研究发展出三种主要的拓扑结构∶（1）二极管箝位式；（2）电容箝位式；（3）带分离直流电源的串联式。
    这三种结构与普通两电平逆变器相比具有以下优点∶
    （1）更适合大容量、高压的场合；（2）可产生M层阶梯形输出电压，理论上提高电平数可接近纯正弦波形，谐波含量很小；（3）电磁干扰（EMI）问题大大减轻,，因为开关元件一次动作的dv/dt通常只有传统双电平的1/（M-1）：（4）效率高。消除同样谐波，两电平采用PWM 控制法开关频率高、损耗大， 而多电平逆变器可用较低频率进行开关动作，开关频率低、损耗小，效率提高。
    除去上面共同的优点之外，这几种多电平拓扑由于电路特征各有利弊，可根据需要选择适合的场合使用。
    （1）二极管嵌位式和电容嵌位式由于存在均压问题，比较适合应用于无功调节，而在有功传递，如电机调速方面控制较难，需要实施额外的算法。
    （2）在输入变压器成本允许的前提下，串联型结构以较低耐压器件实现高压大容量，由于电平数可以很多，网侧和输出侧谐波很低，若采用四象限整流，并与现代电机控制理论结合，高性能四象限大容量交流电机变频调速将成为可能，其在交流传动领域的应用将很是乐观。
    （3）可电压自平衡的多电平系统不需要大量的变压器，结构紧凑，功率因数高，无电磁干扰，损耗低，在多电平逆变器实现的领域上引起了广泛的关注和应用。
    同时，随着电力电子装置等非线性设备在电力系统、工业、交通（电气化铁路）及家电中大量应用，交直流电网中的无功和谐波污染日益严重。采用高压多电平大容量电力电子装置构成的无功补偿和电力有源滤波器及其相关技术补偿电网中的无功，并治理谐波，是无功补偿和电力滤波技术的发展趋势。因此大容量电力电子变换器的研究，对电力系统的发展也具有重要意义。
    张学：请您谈谈高压大容量变频器在节能应用中的潜力？
    李教授：近5年来高压变频器在控制节能中的应用十分广泛，效果非常明显，一般在15-30%的节能额度。
    交流调速技术在风机、水泵装备多的行业得到普遍接受，电压380V以下的低压变频器更是广泛使用。但是在电力、钢铁、有色金属、水泥、煤矿、水处理等工业应用领域，随着企业规模化，大功率的传动机械，大功率风机、大功率水泵占主要地位，例如：电力工业的给水泵、引风机；钢铁工业的高炉除尘风机、鼓风机、炼钢制氧机；石油化工生产用的注水泵、压缩机等；煤矿的排水泵和排风扇以及城市自来水厂的供水泵等等，驱动电机都是400—40000kW，3-10kV的大功率高压交流电动机。这些设备由于设计的余量，或因弹性产能及工艺负载的变化，缺少调速的手段，每天都在大量地浪费电能，俗称耗电的“电老虎”。 因此，高压多电平大容量交流电机变频调速节能装置的研制和发展成为了近年来非常受关注的热点。它不但可以显著降低我国工业单产能耗，还是各种电力机车、城市地铁和轻轨等现代交通工具的核心关键技术。众所周知，发展这些高速公共交通工具也能降低我国的环境污染。
    其次，在传统工业技术改造等场合，大容量交流调速技术也得到迅速推广应用，并逐步取代直流调速技术，占主导地位。在轧钢，造纸，水泥，煤炭，铁路，船舶等工业领域中已经广泛使用大中容量交流电机调速系统。此时，交流调速系统的应用不但达到节能的目的，还可实现整个系统的性能最佳，改善工艺条件，并大大提高生产效率和产品质量。
    随着用户的信任，国产变频器在各个行业应用越来越广，拿利德华福来说，已经应用到5600kW的容量，技术方面已经实现无速度空间矢量控制的高性能。最近，8000kW的调试工作已经完成，这些都是多种技术和工艺的突破，具有里程碑意义！做产业服务于用户，要提供给最实用的，取得最高投入产出比。
    张学：请您谈谈高压变频技术未来的发展方向和产业前景。
    李教授：开发高性能的大容量变频器将是这个领域下一步的发展方向。高性能主要体现在容量更大、动态响应更快，稳态精度更高，低速力矩更大。主要应用于高速列车、舰船和轧钢过程等，它的用途就不仅仅是节能，而且起到多拉快跑、提高生产效率的作用。国外几家大公司，如ABB、西门子、阿尔斯通，它们已经具有很成熟的高性能大容量变频技术了，而国内还尚处于研究阶段。要想把这种技术产品化需要非常大的投资，但一旦成功了利润也很可观。同时，对于整个行业的发展也是件好事，如果在关键项目上总采用国外产品，核心技术还是掌握在别人手中。采用国产产品还可以降低采购和服务成本，为国家节约大量的资金。
    高压大容量电力电子变换技术尤其是变频技术已在我国工业拖动领域中体现出了节电、高性能的优势，其进一步的延伸可为我国形成新的生产力和经济增长点，其发展前景与计算机信息产业、通讯行业并驾齐驱，具有巨大的市场前景。如果说二十世纪为电气时代的话，那么人类在二十一世纪无疑将进入信息时代，作为这一时代重要标志的计算机是第一次电子革命——大规模集成电路的产物。但集成电路本身是弱电，不能直接控制和驱动电气时代工业革命的主力——电机及各种电力设备。以功率集成器件为代表的电力电子技术所具有的独特的弱电控制强电的作用，使其成为信息产业和传统产业之间的一个必不可少的桥梁，必将形成一个庞大的产业。在器件、线路或控制技术任一领域出现突破，均会使系统性能进一步提高，成本进一步下降，从而产生巨大的经济效益，有人称其为第二次电子革命。正如工业社会中的拖拉机使从事农业生产的人数大大减少一样， 电力电子技术加计算机控制构成的交流电机变频调速传动系统已广泛应用在数控机床，加工中心及机器人生产线中，并实现了整个工厂的全面自动化，从而使人类从繁重的传统工业劳动中解放出来。
    以大功率集成器件为代表的电力电子技术所具有的独特的弱电控制强电的作用，使其成为信息产业和传统产业之间的一个必不可少的接口，必将形成一个庞大的产业。近十年内，制造业的中心地位，使电力电子和变频调速的企业将可能大规模的向发展中国家转移，考虑到交流传动领域研究工作的技术难度和我国人力资源的优势，对于我们中国来说，这是一个很好的机遇，如果我们抓住这个机会，再利用本身的市场有利条件，有可能在我国形成电力电子和变频调速技术制造业的中心，使我国工业上一个新的台阶。
    张学：目前在高压大容量变频器行业里，国产品牌对比于国外品牌已经有了明确的市场和地位，请您就产业发展谈谈您的观点？
    李教授：国内产品已从无到有，形成业内一支有竞争力的力量，逐渐有了分争天下的趋势，但是困难和问题也是很明显的，值得深思。
    目前，低压变频器及开关电源企业遍地开花，有些经过残酷竞争开始被国外收购，资本在发挥指挥棒的作用，弱小的民营产业有些难以经受弱肉强食的市场经济的洗礼，被大量投资的国营企业和有很强融资能力的企业并购。如果有好的激励机制和法人治理结构，民营的公众企业也可以吸纳人才、整合技术成果、形成优势产业，也会成长为实力强大的跨国大企业，国外一些大企业100多年的发展证明了这一点。你们利德华福公司就是有一定好的机制，投资者有好的产业投资理念，才有今天国内第一、走向国际的成就。
    我国大中容量交流调速系统的研制工作起步较晚，过去很多必需的场合均为国外产品所占领，价格昂贵。确实有很长的时间国外在高性能大容量交流电机传动技术的研究和应用方面是有着绝对优势的。在国外，百万伏安（VA）级的高压逆变器早已有产品投入市场，并应用于电力机车，船舰电力推进，轧钢，造纸及供水等系统中，交流电机变频调速技术及其产品已成为一些工业发达国家的先导产业。
    国内的高压变频技术产业化研究大约是从20世纪90年代中后期开始发展起来的。1998年，我们在北京重型电机厂几百千瓦的高压电机在变频器的带动下首次平滑运转，是一个国产化技术研发实现的开始，是一个里程碑！
    国内大约已经有十几家企业有能力生产高压变频器，国产品牌占市场的一半以上。在多电平高压变频器这个技术的研发和推 广应用上，我们是占了一些先机的，做得比日本和欧洲都不晚。更重要的是，我们在研究的同时，就与有关企业合作，致力于技术的产品化。事实证明，中国人很聪明，只要环境政策稳定，踏踏实实的去做，总是能够有些结果的。
    在我国，变频器技术方面的研究过去一直都是高校和研究院所做得比较多，但是和产业总有些脱节。其原因有两个，一是最近十年研究机构大量地转向生产、转向应用，对基础理论研究不太感兴趣，一些很有实力的大院大所，包括军工单位，由于经济收入和资金投入导向问题，兴趣转向应用，或者转向一些更现实的任务，前期研究投入的力量不足，和高校接不上去，另外好多单位的骨干力量都走了。
    第二个是民营企业的发展还不够，没有快速地发展壮大，以前华为公司下面的安圣电气实力已经很不错了，但被外国公司收购，其他的民营企业研发方面的投入都不够，人才奇缺，特别是关键核心的技术人才，管理人才、销售人才都缺。要想突破，当然寄希望这些后起的民营企业，如果他们能加强研发投入，是有可能在最近几年有所突破的。我和国内民营企业打交道非常多，发现都是这个问题，人才不足造成研发的停顿，或者是好不容易有所进展，核心人才又被别人挖走了。我认为市场和管理我们都可以做得很好，甚至比国外企业还好，但关键的突破口还是在研发，没有自己强大的研发力量，别说赶超国外同行，就是人家把源程序给你，你都看不懂，更何谈吸收、创新！
    市场竞争会逼迫国内企业往前走，要么做大，要么被别人吃掉。我在90年代就提出一个观点，就是国内企业要么实现产品化上批量，要么上容量搞大功率，要么性能上高精度，反正你得做出点自己的技术特色，才能占有一定的市场，否则就只有拼价格了，既做得累，又没有更光明的前途。另外，国内企业缺乏持续发展的稳定性，分裂太快，几个人掌握了一定技术就独立办个公司，目标仅仅限于创一个新的品牌，能赢得几千万的产值，没有雄心和野心把企业做大做强。企业家要有做大企业的胸怀，有多大的胸怀才能干多大的事业，否则，将来又要走中国家电等其它产业的老路，在低层次上打价格战。
    国家竞争力体现在产业综合配套上，我们在主要芯片、大电容、新兴功率开关器件等主要部件还难以国产化。在将来我希望器件能做到国产化，目前器件主要是由日本（东芝、三菱）和德国（西门子）的企业在生产，他们既生产器件，又生产变频器，最好的器件我们难以得到。我们现在使用竞争对手的器件，相当于上战场时子弹在自己的对手手中，形成提高产业竞争力的一个瓶颈。
    另外一个困难是投资门槛。现在要进入高压变频领域的企业很多，主要是高压变频技术经过十多年的发展，已经比较成熟、公开了，技术准入门槛降低了。但是，这个行业的资金门槛并没有降低。一台高压变频器光成本就要几十万甚至上百万，如果要留10台存货，至少需要上千万的流动资金。利德华福之所以现在做的比较好，就是因为一开始的时候就一次性投入了4000万元，以支撑在不赚钱的时候也可以继续搞研发，直到发展成了今天的规模。
    困难与希望同在，挑战与机遇共存。客观的说，国内在多电平高压变频这个技术的研发和推广应用上，是占了一些先机的。更重要的是，我们在研究的同时，就与企业合作，致力于技术的产品化。十多年前我们刚开始研究高压变频技术的时候，很多人认为技术难度太大，不可能搞成，但事实证明，我国的科研和企业还是做出了相当的成绩，国内企业在高压大容量逆变器的研制生产上的成果是有目共睹的，以利德华福为首的几个国内企业不断改善产品的技术和售后服务，以高性能价格比、配套服务完善、供货周期短、维护及时的优势，在国内大容量变频的市场稳步上升。而国际上具有生产、研制新型大功率变频调速装置能力的均是世界知名的大电气公司，由于他们在电力电子和变频技术发展的过程中一直是按部就班进行的，市场惯性和企业本身的庞大机构使得他们不会马上转产全新的产品。我国是一个新兴的发展中国家，包袱不大，可以马上转入最新技术的开发和利用，借鉴别人的经验，跨过他们已经走过的路程。在最新领域的研究取得成果的基础上尽快产业化，可大大缩短与先进国家的差距，在某些方面甚至还可以超过他们。
    成功的企业需要全方位综合能力的建设， 把人才组织、激励制度与企业文化的形成、质量管理、客户服务等都要修炼好。企业能力建设是循环往复持续不断的，不同阶段遇到不同问题，要有长期规划。从长远看，高性能、大容量交流电机调速技术产业规模化的时机业已成熟，国内只要在体制改革、生产管理和经营决策、产品营销与系统服务等方面走上轨道，其发展前途很光明。
    张学：除去工业拖动等常见的领域，电力电子在其他领域也有好的应用前景，请您谈谈。
    李教授：我目前比较关注两个方面。
    一是高速铁路和地铁，当前我国正大力开展城市化建设，轨道交通和城际高速铁路的建设是发展重点，如果能够抓住这个时机，开发出适合电力机车的大容量交流调速系统，不但可以填补国内空白，还可以创造巨大的经济效益。我对这个方向很感兴趣，我们和其它单位合作做的产品，有些已经在北京的地铁车辆厂试运行，最近和大连电力机车厂的合作项目也已完成。但是，离高速列车在中国大地真正跑起来还有一定距离。如果把在国外大公司的同学召集回来，我国的技术力量不比任何一家国外大公司差，搞出中国特色的高速列车应该也是完全可能的。
还有全电化的船舶及军舰，美国和英国已经有了全电化的军舰，我国海军也在探讨这方面的事，启动了一些项目，将来船舶要全电化驱动，包括民用、军用船舶、核潜艇等都要走这条道，我极力想促进海军部门合作进行这方面的研究和探讨。
    第二个我最感兴趣的是风力发电变频器系统的开发及产业化问题，它的市场需求是很大的，目前基本全部控制都进口，购买和维护成本都高，耗费大量国家投资，国产化意义重大。
    张学：根据“国际可再生能源大会”的信息，2020年全国风电装机容量达到2000万千瓦，约占全国电力总装机的2％，风电电量约占1％。2020年风电装机目标可能调整为3000万千瓦，请您对风能装机容量的增长给电力电子技术带来的机会，以及针对研究室与清能华福的研究合作，谈谈国产化的状况？
    李永东：在国际上，风能是最先成熟应用的清洁可再生新能源，中国政府规定5大电力公司都要占有5%的新能源装机容量，这为风力发电的商业应用提供很大的市场空间，现在控制系统部分完全依赖进口，为风力发电变频控制系统的国产化提供了机遇和挑战。
    根据已知的信息，我国风能资源丰富，开发潜力巨大。现有风能资源储量是根据全国900多个陆地上气象站离地10米高度资料进行估算的。经初步估算，全国陆地上离地10米高度层上风能资源总储量约32.26亿千瓦，可开发和利用的陆地上风能储量有2.53亿千瓦。包括海上，我国可用于风力发电的风场总装机容量超10亿千瓦，约相当于50座三峡电站的装机容量。
东南沿海及其附近岛屿是风能资源丰富地区，有效风能密度大于或等于200W/m2的等值线平行于海岸线；沿海岛屿有效风能密度在300W/m2以上，全年中风速大于或等于3m/s的时数约为7000～8000h，大于或等于6m/s的时数为4000h。新疆北部、内蒙古、甘肃北部也是中国风能资源丰富地区，有效风能密度为200～300W/m2，全年中风速大于或等于3m/s的时数为5000h以上，全年中风速大于或等于6m/s的时数为3000h以上。
    我国风电产业处于起步阶段，未来发展空间大。“十一五”期间全国新增风电装机容量约300万千瓦，平均每年新增60万千瓦。2010年底累计装机约400万千瓦，2020年全国风电装机容量达到2000万千瓦，约占全国电力总装机的2％，风电电量约占1％。以后随着化石燃料资源减少，常规电力成本将持续增加。而风电随着技术进步，装机规模的不断扩大，市场竞争能力继续提高，发展将更快。
    2006年，全国已建成约80个风电场，装机总容量达到约230万千瓦，比2005年新增装机100多万千瓦，增长率超过80％。从对我国风力发电装机规模的统计可以看出，随着《可再生能源法》及相关配套措施的出台，我国风电事业发展已经步入快车道。根据我国风电规划，2010年装机容量将达到500万千瓦，2020年装机容量将达到3000万千瓦，我们认为，随着风电技术的日益成熟，这一目标有望提前达成。未来几年，我国风电事业呈现出加速上升的态势。
    据统计，截止到2007年7月，风电整机制造企业有40家，合资7家，独资4家。无论从现有装机容量还是新增装机容量看，国外制造商占据我国风电设备市场中主要的市场份额。风力发电机组主要零部件如发电机、叶片、齿轮箱、塔架等已经国产化并实现量产，按大型风机的核心配件偏航装置、电控系统等仍然依赖国外供给，不同企业也是机遇中存在差异。
    未来相当长的时间内，风电设备制造业具有较高的投资价值，具体到子行业而言，塔架等子行业的技术含量不高，容易国产化，虽然市场容量较大利润不高。风机整机制造、叶片两个子行业因为产品供不应求，呈现出一定的供不应求的局面。电机、齿轮箱、电控、偏航控制等子行业具有一定的技术壁垒，市场空间巨大，急需开发新技术和产品化。
    按照2020年新增2000万千瓦计算，每台1500千瓦计算，约有13000多套控制系统需要供应，如果每套80万元计算，有100多亿元的产值，市场空间很大，机遇很好。目前控制系统有ABB、GE、丹麦MITA、奥地利Wingdtec等公司，国外产品价格高，维护成本更高，给企业运营加重了负担。我们与清能华福合作已经开发出QHVERT--DFIG双馈异步风力发电机变频系统，它基于双DSP的全数字化矢量控制策略，可实现宽范围的变速恒频发电。目前，已经给相关单位提供了7套测试平台。通过利德华福的产业化组织，可以支持国内风机成套企业进行本地化生产和配套服务。
    张学：李教授，新年将至，请您对利德华福的员工们说几句。
    李永东：希望利德华福公司能“乘长风，破万里浪！” 在国家“节能减排”政策的推动下，取得更好的成绩！在激烈的市场竞争中，不进则退，只有通过超常发展，不断研发创新，提高竞争力，并走向国际化，才能取得成功，成为中国电气行业的骄傲。希望公司在姜总的带领下，取得产品开发、生产和销售的全面丰收。愿广大青年人，包括清华大学的毕业生们，用自己的专业能力开拓出中国自己的产品和朝阳产业！

    李永东简历：清华大学教授、博士生导师，电机变频控制领域的专家。1982年毕业于哈尔滨工业大学电气工程系工业电气自动化专业，随后被国家选拔公派赴法国留学。1987年在法国图卢兹国家理工学院电气工程及自动化系获博士学位，1988年初回国，在清华大学电机工程系从事博士后研究。1990年留校任教至今，1991年破格聘任为副教授，1996年破格聘任为教授，1999年聘为博士生导师，2002年被聘任为法国图卢兹国家理工学院客座教授。目前任中国电工技术学会高级会员，电力电子学会副理事长，中国自动化学会电气自动化专委会副主任委员，电控装置及系统专委会副主任委员。李教授长期从事全数字化交流电机控制及伺服系统的理论和应用研究，尤其是在高压大容量异步电机变频调速，交流电机矢量控制及其数字化实现和无速度传感器运行等方面提出自己的控制方法和理论，受到国内外同行的高度评价。2003年获中达学者基金委员会颁发的中达学者(Delta Scholar)荣誉称号。参加和组织国内电力电子及电气自动化领域的学术会议, 担任大会主席多次, 并作大会特邀报告。多次参加国际电力电子会议，并作大会报告两次，担任技术委员会主席一次，担任分会场主席多次。曾赴日本横滨国立大学电机及计算机系，美国弗吉尼亚州立大学，加拿大魁北克大学，香港理工大学讲学及合作研究。