智能電網中電力電子技術的應用探討

摘要：隨著現代化科學技術的快速發展，電力電子技術在電力系統中發揮著越來越重要的作用，智能電網是我國電力系統的重要發展趨勢，智能電網中電力電子技術的應用，極大地完善了電網的性能，提高了電網的運行效率。電力電子技術滿足了智能電網對自動化和信息化的巨大需求，有效地推動了智能電網的快速發展。本文分析了電力電子技術的主要研究內容；智能電網的優勢和電力電子技術在智能電網中發揮的重要作用，闡述了智能電網中電力電子技術的應用。

關鍵詞：智能電網；電力電子技術；應用

中圖分類號：TM1文獻標識碼：A文章編號：1674-7712 (2014) 08-0000-02

近年來，我國社會主義市場經濟快速發展，各個領域對于電力的需求越來越大，同時我國政府逐漸加大了電網建設，并且在如今的信息化時代背景下，電網建設離不開多種現代化的信息技術，電力電子技術在智能電網中的廣泛應用，不僅優化了電網資源，還有效地保障了電網運行安全，提高了電網的供電質量。因此，隨著現代化科學技術的不斷完善和發展，電力電子技術將會在智能電網中發揮更重要的作用。

一、電力電子技術的主要研究內容

（一）功率半導體元件器

功率半導體元器件也可以成為電力電子元器件，是一種用于電能控制和電能轉換的大功率電力電子元器件，功率半導體元器件可以分為不可控元器件、全控型元器件和半控型元器件[1]。半控型元器件具有非常高的電流和電壓容量，其內部是一種半控型的晶閘管。不可靠元器件內部是一種不可控的電力二極管，其內部結構和工作原理比較簡單，具有很高的可靠性。全控型元器件主要分為兩種：電壓驅動型元器件和電流驅動型元器件。

（二）電力電子電路控制

功率半導體元器件在控制和交換工業電能方面有著非常重要的作用，電力電子電路主要用來控制工業電能，最大程度地降低工業電能的損耗，功率半導體元器件利用不同的開關狀態，降低電力電子電路的損耗，因此電力電子電路也可以被看做是一個重要的開關電路，電力電子電路可以通過微弱的信號控制電能。

（三）電力電子變換電路

功率半導體元器件是電力電子變換電路中最主要的組成部分，電力電子變換電路通過不同的控制方式和拓撲結構，有效地控制和變換電能。通過優化電力電子交換電路的拓撲結構[2]，合理布置電力電子交換電路中各種半導體元器件的位置，改進交換電路設計，降低電力電子變換電路的能源損耗，提高電路的功率因數和頻率。

二、電力電子技術在智能電網中發揮的重要作用

（一）提高智能電網的安全性

當前，電力電子技術快速發展，但是各個領域對于電力電子技術的應用都缺乏完善的評估體系。在智能電網中，電力電子技術在智能電網中所發揮的作用以及電力電子設備在智能電網中的實用性，都是電力系統需要研究的重要問題。電力電子技術在智能電網中的應用，對于智能電網的運行狀態有著非常重要的影響。目前，我國的電網建設還不完善，很多地方的電網系統存在運行缺陷，并且各個領域的快速發展，嚴重考驗著電網的輸配電能力，因此各個地區的電力企業要充分認識到電網建設的重要性，不斷完善電網運行狀態，積極開發和引用大功率交流輸電設備。在如今的信息化時代，智能電網是我國電力系統的重要發展趨勢，智能電網的結構會更加復雜，由于電網長期處于運行狀態，很容易遭遇地質災害、氣候災害和自然災害，嚴重影響智能電網的安全運行，電力電子技術在智能電網中的應用，可以有效完善電網架構，優化供配電系統，快速控制電網的故障范圍，提高智能電網的運行性能和抗故障能力。

（二）改善電能質量

近年來，我國工業水平越來越高，工業的快速發展對于電網的電能質量提出了更高的要求。在我國電力系統中，由于電能質量問題，產生的能量損耗非常大，浪費了大量的電力資源。在智能電網中應用電力電子技術，可以有效改善電網運行狀態，優化電能質量和電能資源，提高電網的輸配電能力。

（三）優化電能資源

近年來，我國電能資源形勢越來越緊張，為了更好地優化我國的電能資源，必須要加大對可再生能源的開發和使用。當前，在我國的西北地區，風能和光能成為一種新型發電模式，雖然風能和光能是一種非常重要的可再生能源，但是其穩定性較差，并且分布很分散。在這個形勢下，我國要加大對電網的建設和改造，構建安全、穩定的智能電網系統，在全國范圍內優化電能資源配置，積極開發大規范的可再生能源發電，實現電能資源的遠距離輸送，將智能電源和能源充分融合，實現智能電網的可持續發展，提高電能資源的利用率。

三、智能電網中電力電子技術的應用

（一）高壓直流輸電技術

在智能電網的輸電系統中，電流由輸電系統轉變為直流電，在用電系統和發電系統轉變為交流電，在系統終端交流電轉化為高壓的直流電，直接流入電網的直流輸電線路中，接著輸電線路中的高壓直流電被輸送到逆變器，高壓直流電經逆變器轉化為交流電，交流電進入環流變壓器[3]，然后被輸送到電力系統中。高壓直流輸電技術在智能電網中的應用，對于提高智能電網的運行狀態發揮著非常重要的作用，高壓直流輸電技術可以保障智能電網快速完成遠距離輸電過程，及時智能電網系統出現運行故障，可以及時調整電能資源調度，迅速控制電網系統的故障范圍，最大程度的降低電網故障頻率。高壓直流輸電技術可以滿足智能電網系統的大功率、遠距離輸電要求，并且提高可再生能源的安全性和穩定性。

例如，我國±660kV寧東-山東直流工程，其單閥耐壓水平可以位列直流輸電工程最前端，輸電線路為的穩定性以及安全性與其他工程相比也更高。±800kV及以上特高壓直流換流閥接地線方式，均為雙12脈動換流閥構成（圖1）。超大容量直流輸電能夠實現的主要原因，是受端存在強大的交流系統，以此來提供強大的換相電流，如果受端負荷過大將會對直流系統的運行穩定性造成影響，是電力電子技術研究的重要方向。

圖1特高壓直流環流站基本接線方式

（二）交流輸電技術

在智能電網中應用交流輸電技術，對于實現智能電網的大規模并網有著非常重要的現實意義，并且提高清潔能源和新能源在智能電網中的比例。交流輸電技術是一種關鍵性的電力電子技術，其融合了電力電子技術、通信技術、自動化控制技術以及微電子技術，靈活擴充智能電網的交流輸電，最大程度地提高智能電網系統的靈敏度和穩定性，確保電能資源在智能電網中快速、穩定的輸送。特高壓輸電是我國智能電網中的重要組成部分，在充分考慮到智能電網的接入情況、清潔能源和可再生能源的利用等情況，交流輸電技術在智能電網中的應用，使智能電網和自動化控制技術相互結合，實現實時的調節和控制智能電網的各項電力參數，降低智能電網的能量損耗，提高智能電網輸送電能的效率，推動智能電網安全、穩定的運行。

（三）智能開關技術

智能開關技術在智能電網中的應用，當系統中的電壓和電流達到一定值時，智能開關技術可以自動完成智能電網電路的閉合和斷開操作。智能開關主要由總電源開關、分開關和殼體三部分組成，總電源開關可以對智能電網進行過電壓和過電流保護，分開關是一種整體結合式的結構，具有防漏電和過流的功能，提高智能電能系統的安全性和可靠性，確保智能電網系統中的各種電力設備穩定運行。近年來，隨著現代化科學技術的快速發展，智能電網取得了顯著的成就，各種智能開關的性能和質量越來越高，并且隨著微電子技術、計算機科學技術以及信息傳感技術越來越數字化和智能化，智能電網系統的運行狀態越來越穩定。

（四）高壓變頻技術

高壓變頻技術最重要的優勢是具有良好的節能效果，但是在智能電網中應用高壓變頻技術也存在一定的問題，高壓變頻技術的運行成本相對較高，并且在智能電網運行過程中，很容易產生交流電的高次諧波。對于我國很多工業用戶來說，在智能電網中應用高壓變頻技術，會取得明顯的節能效果，推動我國工業生產快速實現節能減排。當前，我國有很多高壓變頻設備生產廠家，主要采用多電平變頻技術，同時融合一些其他結構類型的高壓變頻技術，例如三電平技術、混合結構技術等，這些高壓變頻技術具有四象限運行、靈活控制、緊湊結構以及密度工藝等優點，在未來的發展過程中，高壓變頻技術在智能電網中將會發揮更加重要的作用。另外，變頻技術也可應用在發電環節，變頻技術在發電廠風機水泵中的應用，能夠更好的實現節能降耗問題。發電廠用電平均為8%，其中以風機水泵運行可以占據到總量的65%，通過高壓或者低壓變頻器，可以實現風機的變頻調速，能夠節約30%左右的電能。

四、結束語

電力電子技術在智能電網中的應用，極大地提高了電力系統的社會效益和經濟效益，通過深入分析和研究智能電網中電力電子技術的應用，繼續加大對智能電網的投入和建設，推動我國智能電網的可持續發展。

參考文獻：

[1]馬紅歌.電力電子技術在智能電網中的應用[J].數字技術與應用，2013(02):90.

[2]馮建力.淺談電力電子技術在智能電網中的應用[J].科技風，2013(17):102.

[3]田平.先進電力電子技術在智能電網中的應用[J].電子制作，2013(22):182.

[作者簡介]朱鵬（1985.04-），男，教師，本科，學士學位，研究方向：電力電子技術。