電力電子技術在電力系統中的應用

劉建東

(江蘇省靖江中等專業學校,江蘇靖江214500)

電力電子技術在電力系統中的應用

劉建東

(江蘇省靖江中等專業學校,江蘇靖江214500)

信息時代的大背景下，計算機應用的范圍不斷擴展，在電力系統中，電力電子技術的不斷升級與更新，也讓電力系統的技術日新月異。技術的更新促進了電力系統對于電力電子技術應用情況的關注，本文淺談當下電力電子技術在電力系統中的應用情況。

電力電子技術；電子系統；應用

前言

電力系統是社會發展與經濟平穩運行的基礎，電力系統的技術革新不僅意味著電力服務的提升，同時也代表著能源的進一步優化與利用率的提高。當下，電力電子技術在電力系統中的應用已經成為了推進電力系統發展的主要力量。從我國情況來說，電力系統通信網絡可以排得上當下專用通信網規模第一，且發展完善的網絡，在此基礎上成形的電信網絡也就代表了當下電力電子技術在電力系統中應用的范本。由此可知，電力電子技術的在電力系統的應用前景與發展情況直接決定了電力系統的未來。

1、綜述電力電子技術在電力系統中的發展歷史

第一只晶閘管是上世紀50年代末期問世的，以此為出發點，電力電子技術的發展逐漸加快。從傳統的電能變換與控制入手，從旋轉變流機組和靜止離子變流器進入了各類電力電子器件所構建成的變流器時代。從電力二極管與晶閘管(SCR)代表的第一代電力電子器件，到組合若干個電力電子器件加以輔助元件構成的模塊形成的第二代電力電子器件，再到集成了驅動、控制、保護與功率器件的功率集成電路（PIC）的第三代電力電子器件。40多年來，電力電子技術的發展一直是所有國家高科技競爭領域的最激烈區域，電力電子技術的發展決定了國家電力系統的可靠性與穩定性，也就決定了國家發展與社會發展的當下與未來。

2、電力電子技術在電力系統中的應用

隸屬于電工技術的分支，電力電子技術包括了強電技術與弱電技術兩方面。作為影響社會發展與工業基礎的技術，電力電子技術在國民經濟中的巨大影響力不需多言，從總體上來分，電力電子技術在電力系統中的應用可歸納為：電能生產環節上的應用，電能輸配環節上的應用、電能存儲環節上的應用和電力通訊上的應用。可以說，電力電子技術在電力系統中的應用是貫徹其整個系統的。

2.1 電力電子技術在電力系統生產環節中的應用

從發電系統上來說，電力電子技術的應用主要集中在對發電機等設備進行的技術革新。通過對大型發電子的運行特性進行分析與技術攻關，電力電子技術已經可以做到對其進行靜止勵磁控制。而在水力發電機與風力發電機方面，則可以做到變速恒頻勵磁。特別是對發電機風機水泵的變頻調速的技術應用，有效地提升了發電效率與穩定性。詳細來說，對于發電環節的機組勵磁控制與變頻調速，改變了過去需要依靠勵磁機才能完成這一控制的狀況，簡化了設備流程，應用靜止勵磁對發電機組實現了快速高效調節。而晶閘管整流在自并勵靜止勵磁中的應用，有著結構簡單，性能穩定，可靠且造價低廉的優勢。這些技術在電力系統發電環節的應用，有力地推進了技術的升級改造，提高了發電效率與系統運行穩定性，降低了發電成本。

在水力發電與風力發電方面，變頻電源的應用主要是作用于轉子，通過調整轉子來達到調節勵磁電流頻率，進而實現動態調整水力風力發電最大功率的目的。保證最大功率始終處于穩定有效范圍，并能實現消除風速變化帶來的頻差。而對于水力發電過程中，水源頭壓力不同而造成的差異，單位時間內水力流動速度帶來的影響，都會直接影響水力發電機組的發電狀態與效率。可以說，變頻電源的應用完美地解決了以上問題，是電力電子技術在電力發電系統中應用的優質案例。而在火電廠，發電環節中風機水泵耗電量直接影響了其發電效率。經統計，火電廠的風機水泵耗電量占去了廠用電的65%。變頻調速則直接解決了這個問題，它通過調整發動機組轉動時的勵磁頻率，實現發電機組電流頻率同轉速的目標，也就實現了發電機組時刻處于最大功效運作的目標。目前來說，能夠生產出高壓大容量變頻器的企業還在少數，但可以預見，在不久的將來，這將成為電力系統的必然技術設備配備。而由此帶來的發電效率與運行狀態優化也將進一步提升電力系統發電環節的質量。

基于此，在高壓電與低壓電轉換的過程中，電力電子技術的應用主要體現在使用風機水泵變頻機替代原有變頻器。從應用來說，目前這一技術還屬于初步應用階段，但其應用前景與未來價值非常吸引人。太陽能發電控制機組也成為了電力生產環節的一個發展方向，在太陽能發電機組工作時，由于發電機組自身所需要的電力相對較多，這部分損耗直接拉低了發電機組的工作效率。這也就意味著，太陽能發電機組在進行電能轉換時，大功率的電流轉換器自身運轉所需要的電能已經影響到了其電力生產效率。目前電力電子技術在這方面主要是把太陽能電池陣列直流電轉換為交流電，通過配備最大功率跟蹤功能的逆變器，來實現降低太陽能發電機組自身電能損耗的目的。考慮到不同國家與地區的實際情況，電力電子技術在這方面的應用所采用的規格與標準也不同，目前我國是選用10-15W獨立系統。

2.2 電力電子技術在電力系統輸配環節中的應用

就當下來說，電力電子技術在電力系統輸配環節中的應用主要是：柔性交流電技術、高壓直流電技術與靜止無功補償器的應用上。

2.2.1 柔性交流輸電技術

通過電力電子技術與控制技術的兩相結合，對電力系統輸配過程中的電壓、參數（如線路阻抗）、相位角、功率潮流的不間斷調節控制技術即為柔性交流輸電技術。這一技術的主要作用在于大幅度降低在電能輸送過程中的損耗，眾所周知，解決了電能輸送過程中的大量損耗，直接就能提升電能應用的效率。再加上柔性交流輸電技術還能提高系統的輸電穩定性，這一技術也成為了電力電子技術在電力系統中應用的范例。

2.2.2 高壓直流輸電技術

這一技術屬于最近關注度非常高的電力電子應用技術。其主要的作用在于，使用該技術后，在同等技術條件下，輸送電能的損耗遠低于交流所造成的損耗。從技術層面上分析，這是由于直流的狀態下，電流穩定，沒有變化，也就沒有了相應的電抗壓降，整個輸送過程中的整體壓降也就小了。在實際應用上，通過對直流輸電線路首尾兩端接入大功率的晶閘管、半控型器件相控整流和有源逆變器這三種設備都是以三相全控橋電路作為基本工作單元。這一安裝設計也就形成了一個三相橋變換器串并聯組合成的復合結構變換器，在此之下，眾多晶閘管串聯后組成了每個三相橋變換器中的三相上下橋臂。這一技術投資低，且運行穩定性非常高，甚至完全不需要考慮是否穩定這一問題，所以這一技術的應用前景非常廣闊。

2.3 電力電子技術在電力系統中電信通訊方面的應用

目前所通用的電力通信技術可分為：微波電力通信技術、無線擴頻電力通信技術、電力載波電力通信技術與光纖通信技術。總體來說，電力通信承接了語音、數據、寬帶、辦公自動化與IP等電信服務，同時還決定了是否能保護自動裝置、保障設備運行安全與是否能提供完成電力市場化的所有需要數據。可以說，電信通訊方面的應用水平，決定了電力系統的自動化程度，也屬于電力電子技術在電力系統中應用的重要部分。目前來說，要想實現更好的電力系統自動化，面對越來越復雜的管網與通訊安全要求，電力電子技術在電力通信方面需要達到穩定可靠與高效的服務要求。從整體性能上相比，只有現代光纖技術可以滿足以上要求，并能有效帶領電力系統向數字化技術轉變。基于此，電力電子技術在光纜與SDH傳統上的通信設備技術革新與升級意義非凡。

眾所周知，電力系統分為生產電、輸送電、分配電與消費電四大塊。電網本身的民生服務性質，造成了電網網絡覆蓋大江南北各個角落。電力網絡的復雜與全面覆蓋性，讓其成為了重要的網絡運輸載體，從上世紀七八十年代開始，電力特種光纜就已出現。這種光電復合式光纜最初只是在電力桿塔上作為傳輸信號的載體，但人們發現這類光纜安全性大，難以被破壞，同時運行穩定，可直接在當前的電力系統桿塔上進行安裝，施工成本低。自此以后，逐漸發展出光纖通訊。

發展到今天，目前特種光纖主要是應用的OPGW與ADSS技術，借力于電力系統本身的線路，實現了頻率資源、路由協調、電磁兼容等方面的優化，有著強大的應用優勢。如對于OPGW而言，在超過110kV檔距較大（250M以上）的高壓線路上非常適用，外層應用鎧包裝，不會受高壓電蝕與降解影響，維護操作簡易，機械強度高。但考慮到OPGW光纖在安裝時必須全線停電，所以不能在原有的線路上直接加裝，而應在電路規劃設計時，就直接一次性到位。當然，OPGW也有其短板，如使用過程中無法適應過大的電路，否則容易短路，越大的電流條件下，OPGW用的良導體鎧裝越多，由此帶來的成本直接約束了其應用范圍。

ADSS光纜為介質自承光纜，其應用主要集中在在220kV、110kV、35kV電壓等級線路上。與特種光纖相比，ADSS可以有效地滿足電力輸電，垂度小的要求。一般來說，標準配置下的ADSS光纜有144芯。其主要性能特點在于其內光纖張力從理論上來說為0，這也就意味著絲毫不能有拉扯。同時ADSS不具備導電特性，所以可以在線路完成后進行后期加裝，不需要斷電。作為一種玻璃絲材質的光纜，其伸縮率可適應的溫差范圍很大，哪怕是在極限溫度下，依然具有非常優越的光學特性。直徑小，質量小，耐電蝕的ADSS光纜可以有效降低高壓感應電場對于光纜的電腐蝕作用，使用壽命長。由于其質量小，其所受到的冰與風的作用力也小，對桿塔的影響力也相應更小。在實際應用中，ADSS所具備的新型材料與外形設計，使其光滑阻力小的特點更為突顯，空氣動力特性更為優越，是構建電力通訊系統中的重要部分。

3、結束語

綜上所述，電力系統在生產電，輸送電，配置電與消費電的過程中，電力電子技術功不可沒。越來越發達的電力系統對于電力電子技術的要求也越來越高，兩相促進下，電力電子技術的發展將越來越快。在可預見的將來，電力電子技術必然成為促進電力系統升級換代的關鍵技術，電力系統也將在電力電子技術的支撐下，更為高效，更為可靠地擔當起為經濟與社會發展保駕護航的重任。

[1]姜建國.喬樹通.郜登科.電力電子裝置在電力系統中的應用[J].電力系統自動化.2014（03）.

[2]余紅.電力電子技術在電力系統中的應用[J].煤炭技術.2012（10）.

[3]李偉，林麗，向超.電力電子技術在電力系統中應用[J].中小企業管理與科技（中旬刊），2015（03）.

（編輯 文新梅）

The Application of Power Electronics Technology in Power System

LIUJiandong
(Specialized SecondarySchool,Jingjiang214500，China)

Under the background of the information age,the range of computer applications is expanding.In power systems, power electronics technology continues to upgrade and update,which also makes the power system technology advances.The renewal of technology encourages power system to pay attention to power electronics technology applications.The article brieflytalks about the application ofelectronic technologyin electric power systemapplication.

power electronics technology；electronic systems；application

G712

B

1672-0601（2015）06-0119-03

劉建東(1970-)，男，江蘇省靖江市，畢業于江蘇廣播電視大學，本科，實驗師。研究方向：應用電子技術的理論和實踐教學的改進，計算機硬件維修，電力電子技術的應用等。