現代電子技術在電力系統中的應用研究

任大新 張靜安

摘 要：作為傳統電力行業與信息產業結合橋梁的現代電子技術隨著電力技術的發展、信息技術的進步，能極大地推動電力系統向現代化、自動化發展的轉變，意義重大，為此，文章主要分析現代電子技術在電力系統中的應用。

關鍵詞：現代電子技術；電力系統；應用

1 現代電子技術概述

作為用于電力領域內的新興電子技術的現代電力電子技術，經過多年的發展，已經廣泛應用于電能質量控制、新能源開發、民用及傳統設備發行等領域內，該技術以功率半導體器件、電路技術、計算機技術、現代控制技術為技術平臺，呈現出全控化、集成化、高頻化和高效率化等特點及優勢，為電力系統的自動化、智能化、機電一體化的實現奠定了基礎，并發揮著重要作用。

一方面，提高電能適用效率。根據相關研究表明，利用現代電子技術能優化10%～40%的電能[ 1 ]，且不影響電力系統的正常工作，進一步促進了電能資源的優化及結構的合理，并在成為節能減排等政策及項目主要推廣的一項技術。另一方面，推動電力系統及行業的轉型發展。隨著電力行業的發展，現代技術的進步，傳統的電力系統及行業只有積極應用現代技術，轉變發展方式，才能促進其持續健康發展，而現代電力技術的應用能促進其轉型發展的實現：（1）促進電力系統及產業的升級改造。為了更好地利用計算機等技術保障電力系統的安全穩定性，通過采用現代電子技術處理和改造機電設備，建立信息技術與機電設備結合的橋梁，進而為電力系統的自動化、機電一體化等的發展奠定基礎。（2）豐富電力系統的機電設備的功能。利用現代電子技術的高頻化和變頻化技術，打破傳統電力系統機電設備的工頻率的不足，縮小機電設備體積的同時，提高其高頻化和變頻化技術，降低甚至避免噪音，提高響應速度和電力系統運行效率。同時，推動電力系統的職能化發展。自動化、智能化、機電一體化是電力系統及行業在知識經濟時代發展的必然要求，而現代電子技術的應用，通過將微電子技術、電力電子技術、信息處理等有機的結合并應用到包括機電設備、電網等電力系統各環節工作的運行中，不僅是電力系統及行業創新的發展模式，也極大的推動了其向智能化、自動化等的過渡發展。（3）完善管理，提高效益。現代電子技術推動電力系統及行業的轉型發展，提高機電設備及系統整體工作效益，降低能源浪費，在很大程度上控制了成本，提高了運行的安全性，有利于經濟和社會等效益的實現。

2 現代電子技術在電力系統中的應用分析

現代電子技術憑借著技術優勢，進而能促進電力系統的能源利用效率，完善運營及管理，降低成本，增加經濟效益，已經廣泛的應用到電力系統的各個環節，現主要根據電力系統的運行結構進行如下介紹。

2.1 現代電子技術在電力系統發電環節的應用

電力系統的發電主要依靠各種發電機組及設備，而此環節對現代電子技術的運用主要是為了進一步檢測和保證發電機組及設備的功能及質量，適當的完善，改善發電機組及設備的工作效率，其應用主要體現在靜止勵磁技術和變速恒頻勵磁技術的運用上：

（1）靜止勵磁控制技術。勵磁機、靜止勵磁技術和變速恒頻勵磁技術是勵磁技術發展的3個階段，目前靜止勵磁技術在各大型發電機組中的運用最廣，并過渡到微機勵磁和數字技術自動化調節勵磁電流等發展上，主要利用晶閘管整流自并勵方式，采用可控硅整流元件代替直流勵磁機及其換向器等來實現，能在保障輸出頻率的同時，代替和省略勵磁機在勵磁控制的操作，優化流程和結構，減少了外界干擾和工作量，提高了調節的速率，降低了成本，而且效果更穩定，操作更便捷，發電機組及設備的質量控制更容易掌握和調整。

（2）變速恒頻勵磁。電廠發電機組對變速恒頻勵磁的應用需要根據不同類型的發電形式來分析，對于水力發電機組及設備而言，其水頭壓力和流量直接決定發電功率，并有水頭的變化幅度較大，機組的最佳轉速變隨之發生變化的關系，而風力發電機組的有效功率與風速的三次方成正比，風車捕捉最大風能的轉速隨風速而變化。鑒于此，為了可以利用變速恒頻勵磁技術調整轉子勵磁電流的頻率和輸出頻率恒定，確保電流頻率與轉速的一致，進而獲得發電機組及設備的最大有效功率。

（3）變頻調速器。隨著現代電子技術的進步和完善，變頻調速不僅技術日趨完善且應用更為廣泛，尤其是風機水泵上。根據相關數據顯示現階段，發電廠的廠用電率平均為8%，風機水泵耗電量約占火電設備總耗電量的65%，嚴重影響了發電機組及系統的效率，且增加了成本，而利用變頻調速技術，例如最為常用的低壓變頻器（主要用于中小容量風機水泵及壓縮機）、高壓變頻器（主要用于中大容量風機水泵及壓縮機），利用自動變頻降低風機水泵的能量損耗，減少能量耗損，提高節能，控制成本，發揮發電機組及系統的最大效率。需要注意的是目前低壓變頻器及其技術相對成熟，而高壓大容量變頻器發展相對緩慢，需要投入更多的精力加以研發。

2.2 現代電子技術在電力系統輸電環節的應用

現代電子技術在電力系統輸電環節的運用，尤其是高壓輸電系統，極大地推動了電力系統輸電的變革，具體如下：

（1）直流輸電技術。隨著現代電子技術的發展進步，晶閘管的被發明和應用，利用晶閘管換流閥進行直流電的輸送在很大程度上減少了交直轉換變壓器的應用，并降低了成本，提高了電能效率，隨后，GTO，IGBT等可操作電力輸送控制器等層出不窮，輕型直流輸電（主要利用脈寬調制技術）和高壓直流輸電等技術不斷完善，進一步實現無交流電源的負荷點送電，并表現出輸電容量大、穩定性好、易于控制與調節、更加靈活等特點，且能很好的適用于海底電纜輸電等復雜地質及自然環境條件下的輸電工程，另外，還能滿足遠距離及大容量輸電系統的要求。

（2）柔性交流輸電技術。柔性交流輸電技術是指電力電子技術與現代控制技術結合來改造傳統交流電力系統，并通過將電力電子控制裝置安置在輸電線路的重要部位來加強對發電-輸電系統的電壓和相位以及對電力系統電壓、參數（如線路阻抗）、相位角、功率潮流等的連續、快速、精確、有效地控制和調節，進而實現穩定電壓、控制電流、抑制故障、抑制諧波、暫態穩定、無功補償等功能，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，是目前交流電研究的重點。其中，采用的柔性交流輸電控制器包括有靜止無功補償器、靜止調相機、靜止快速勵磁器、串聯補償器等。均能進一步增強交流輸電或電網的運行性能，提高電力系統整體運行的安全及穩定。

2.3 現代電子技術在電力系統配電環節的應用

現代電子電力技術用于電力系統的配電環節中主要致力于解決電能質量和供電可靠性的如何提高的難題，且確保能降低各種瞬態的波動及干擾，并很好的滿足電能波動對諧波、電壓和頻率的要求，現階段，主要依靠用戶電力技術（DFACTS技術）的抑制負荷所產生的無功、諧波、不對稱、閃變、不平衡等功能的發揮來實現。同時，可以利用DFACTS 技術設備產品，尤其是價格較低廉的電力電子變壓器等電力電子器件代替傳統的工頻配電系統變壓器，在保障電能質量控制的同時，避免因傳統變壓器大而笨重、維護困難、副方電壓不能恒定維持、波形畸變而導致諧波的出現以及負載波動對網側產生不利影響消極因素，并在配電網的控制、電能質量和可靠性的改善等方面有更好的表現。

2.4 現代電子技術在電力系統綠色節能中的應用

一方面，現代電力電子技術在電力系統綠色節能中的應用主要體現在變負荷電動機的調速技術和電動機本身技術的應用，在其運用中，保證電力系統生產更大有用功效電能的同時極大的促進了電力系統的節能減耗，且已在冶金、礦山、風機以及社會生活中得到應用。以國外常用的風機、水泵等發電機組及設備利用變頻調速技術來改善和控制風、水等流量，提高有效電能的生產，降低消耗，節能，且表現出較高的有效率和精度、調速范圍廣、可以連續無級調速的優勢，有研究證明其省電量高達30%，但需要加強在其應用中產生的高次諧波對電網有污染及投入成本較高的不足。另一方面，還能很好的減少無功損耗，提高功率因數。在電氣設備中，作為感性負載的變壓器和交流通渠道異步電動機等設備運行過程中既要消耗有功功率，又要消耗無功功率，且這種無功電源與其他有功電源同樣是維持電力系統，保障電能質量的重要因素，不可或缺，而利用現代電力電子技術和適時增加無功補償電氣設備等措施的實施能很好的維持電力系統的平衡，降低和避免因電壓降低或電壓崩潰等導致的損壞設備、降低功率因數，甚至大范圍停電及電力系統盤崩潰等嚴重后果。

3 結語

作為發展前景廣闊的現代電力電子技術，能提高發電供電和配電的可靠性，并促進電力系統的節能減排，意義重大。隨著新技術和新工藝的不斷發展，電力電子技術在電力系統中應用必將越來越廣泛，最終迎來發展的黃金階段。

[參考文獻]

[1]萬鑫.電力電子技術在電力系統中的應用及發展[J].電子世界，2012（3）：69-71.

[2]韋林，廖慧昕，易干洪.電力電子技術在電力系統中的應用研究[J].數字技術與應用，2012（10）：97-98.

[3]周永朝，李夢華.現代電力電子技術在電力系統中的應用分析[J].科技致富向導，2011（36）：413，357.

[4]張銘.電力電子技術在電力系統中的應用淺析[J].內蒙古石油化工，2010（8）：176-177.

[5]林雄金.電力電子技術發展及其在電力系統中的應用探討[J].通訊世界，2013（21）：124-125.

[6]王燕.電力電子技術及其在電力系統中的應用及發展[J].電子制作，2014（5）：254.

Application of Modern Electronic Technology in Electric Power System

Ren Daxin， Zhang Jingan

（Henan Mechanical and Electrical Engineering College， Xinxiang 453003， China）

Abstract： As a traditional power industry and information industry， combined with modern electronic technology bridge with the power of technology， advances in information technology， can greatly promote the transformation of the power system to the modernization and automation of development of great significance， this paper mainly analysis of modern electronic technology in the power system.

Key words： modern electronic technology； power system； application