淺析電子技術在電力系統中的應用

摘 要:本文簡要介紹了電子技術在電力系統中的重要作用，著重探討電子技術在發電、輸電、配電等環節中的應用。

關鍵詞:電力系統電子技術應用發電輸電配電

中圖分類號:F062.9文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)07(c)-0067-01

電力電子技術是把電子技術、控制技術以及電力技術綜合而發展起來的新興學科，主要是通過電力電子器件對電能進行控制、轉換，已經在國民經濟發展中發揮了巨大的作用，對未來電力系統將產生無法估計的影響。目前，電力電子技術已經廣泛的應用到電力系統的發電、輸電、配電等環節。

1 電力電子技術在電力系統中的重要作用

電力電子技術在電力系統中的重要作用，主要有以下幾點。

1.1 優化電能配置和使用

電力電子技術能夠對電能進行有效的處理，從而使電能的使用得到合理的配置和高效、節約的使用。因此，把電力電子技術廣泛的應用到電力系統中時一項戰略性措施，可以提高節能效果達10%～40%。

1.2 促進傳統產業改造，發展機電一體化的新興產業

發達國家有將近95%的電能要經過電力電子技術處理后再使用，這樣，各種機電設備成為計算機的重要接口，為傳統產業和新興產業采用微電子技術創造了發展條件，成為發揮計算機作用的重要保證。

1.3 促進電力電子技術本身的發展

隨著電力電子技術的廣泛應用，其自身也會有明顯的發展，尤其是電力電子技術的高頻化和變頻技術的發展，能夠有效的促進機電設備向高頻化方向發展，實現最佳的工作效率。

1.4 促進電力電子智能化的進展

信息處理與功率處理的合一在一定程度上能夠使微電子技術與電力電子技術一體化，其發展將有可能引起電子技術的巨大改革。

2 電力電子技術在電力系統中的應用

2.1 發電環節的應用

電力系統的發電環節主要涉及包括發電機組在內的許多機電設備，電力電子技術在此環節的應用主要是改善發電機組等多種設備的運行特性。主要的應用有:

(1)大型發電機的靜止勵磁控制。靜止勵磁因結構簡單、可靠、造價低等優點，已經被世界各大電力系統廣泛應用，靜止勵磁采用的是晶閘管整流自并勵方式，省去了中間慣性勵磁機這個環節，因此能夠快速調節，為先進控制規律的發揮提供了有利條件，能夠產生良好的控制效果。

(2)風力以及水力發電機的變速恒頻勵磁。風力發電的有效功率與風速成正比，風車捕捉最大風能的轉速隨風速的變化而變化。而水力發電的有效功率取決于水頭的壓力和流量。為了獲得最大的有效功率，，應使機組變速運行通過對自勵磁電流頻率的調節，使其與轉子轉速疊加后保持定子頻率即輸出頻率恒定。電力電子技術在風力、水力發電機中的應用技術核心是變頻電源。

(3)發電廠風機水泵的變頻調速。發電廠廠用電率為8%，但是風機水泵耗電量約占火電設備總耗電量的65%，運行效率很低。使用低壓或者高壓變頻器則可以調節風機水泵的變頻，達到節能的目的。

(4)太陽能發電控制系統。太陽能是取之不盡用之不竭的新能源，是未來能源結構的重要戰略措施。太陽能發電，需要將太陽能電池陣列發出的直流電轉變為交流電，所以具有最大功率跟蹤功能的逆變器是太陽能發電系統的核心。

2.2 輸電環節的應用

(1)柔性交流輸電技術。20世紀80年代后期，柔性的交流輸電技術出現。近年來發展迅速。柔性交流輸電技術指電力電子技術與現代控制技術結合，以實現對電力系統電壓、參數(如線路阻抗)、相位角、功率潮流的連續調節控制，從而大幅度提高輸電線路輸送能力和提高電力系統穩定水平，降低輸電損耗。由于傳統的調節電力潮流的措施只能實現部分穩態潮流的調節功能，而且，由于機械開關動作時間長、響應慢，無法適應在暫態過程中快速柔性連續調節電力潮流、阻尼系統振蕩的要求。因此，電網發展的需求促進了柔性交流輸電這項新技術的發展和應用。到目前，FACTS控制器已有數十種，都實現了通過控制電力系統中一個或幾個變量(如電壓、功率、阻抗、短路電流、勵磁電流等)，從而增強交流輸電或電網的運行性能。近年來，柔性交流輸電技術在美國、日本、瑞典、巴西等國重要的超高壓輸電工程中已經得到應用。國內也對FACTS進行了深入的研究和開發。

(2)高壓直流輸電技術。世界上第一項晶閘管換流閥實驗工程于1970年在瑞典建成，取代了原先的汞弧閥換流器，標志著電力電子技術正式在直流輸電中得到應用。此后，世界上的直流輸電工程均采用晶閘管換流閥。隨著技術的發展，新一代的HVDC技術采用GTO、IGBT等可關斷器件，以及脈寬調制等技術，省去了換流變壓器，使得整個換流站可以搬遷，可以使中型直流輸電工程在較短的輸送距離具有強大的競爭力。此外，此外，可關斷器件組成的換流器，因為采用了可關斷的電力電子器件，可避免換相失敗，對受端系統的容量沒有要求，因此可用于向孤立小系統如海上石油平臺、海島等供電，今后還可用于城市配電系統以及用于接入燃料電池、光伏發電等分布式電源。近年來，直流輸電技術取得了新的發展，輕型的直流輸電器件采用IGBT等可關斷電力電子器件組成換流器，應用脈寬調制技術進行無源逆變，解決了用直流輸電向無交流電源的負荷點送電的問題，同時大幅度簡化設備，降低了造價成本。

(3)靜止無功補償器的應用。靜止無功補償器是采用晶閘管為基本元件的固態開關取代了電氣開關，從而實現了快速、頻繁的控制電抗器和電容器的的運行方式進而達到改變輸電系統導納的目的。靜止無功補償器有不同的回路結構，按照控制對象以及控制方式的不同可以分為晶閘管投切電容器、晶閘管投切電抗器以及晶閘管控制電抗器。

2.3 配電環節的應用

配電環節需要解決的首要問題是提高和加強供電的可靠性和電能質量。電力電子技術在配電環節最廣泛應用的技術是用戶電力技術。用戶電力技術是電力電子技術與現代控制技術在配電系統中的有機結合。用戶電力技術在配電環節的應用主要是通過應用于交流輸出電系統，增強供電的可靠性，增大配電的輸出能力，提高電能質量。另一種在配電環節廣泛應用的電力電子技術是FACTS技術。FACTS技術與用戶電力技術是快速發展的姊妹型新技術，者的共同基礎技術是電力電子技術，各自的控制器在結構和功能上也相同。差別在于FACTS技術用于配電環節是主要作用是加強輸電系統的可控性。目前，兩種技術已經發展到融合為一體。

3 結語

電力電子技術可以在電力系統的多個技術領域都得到了廣泛應用。隨著新的元器件的研發以及現代計算機技術、控制技術的發展，電力電子技術的應用性能將更加完善可靠，對電力系統的控制以及節能起到更大的作用。

參考文獻

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[2]崔學祖.電力電子技術在電力發展中的新應用[J].能源技術，2006.