電力電子技術在電力系統開發方面的應用

高禮增

摘要：電力電子技術是一項以功率半導體器件、電路技術、計算機技術和現代控制技術為主要基礎的平臺技術。在其五十多年的發展歷程中，不斷推動我國傳統產業設備的發行、電能質量控制、新能源開發和民用產品等行業的發展，推廣效益極其優越。本文就我國電力電子技術在電力系統開發方面的應用作如下探討。

關鍵詞：電力電子技術 ；電力系統 ；開發；應用

電力系統實現智能態控制將成為我國電力系統從穩態控制轉向動態控制的必然發展趨勢，實現智能態控制已經被作為電力系統實現完整控制時代的重要標志。要想實現電力系統的開發就離不開電力信息技術，可見電力信息技術在電力系統中的應用之重要。

1 電力系統的概念

電力系統由多個環節組成，其中包括發電、輸電、變電、配電及用電等多個環節。電力系統的運行需要電力系統的一次設備和二次設備，為了保證電力一次設備能夠安全、穩定、可靠的運行，需要對一次設備進行保護、控制，以達到電力系統的高效運行。一些測控裝置、保護裝置、有關的通信設備及計算機監控系統為電力系統的二次設備，二次設備包含了電力系統自動化的主要技術，其中電力信息技術在電力系統中的應用尤為廣泛。

2 電力電子技術電力系統開發方面的具體應用

自上世紀八十年代以來，柔性交流輸送電力能源的概念被提出之后，電力電子技術在我國電力系統中的應用研究被廣泛提升到了一定高度，各種極具電力電子技術特色的電力設備相繼被研發出來。目前，已經有不少關于這方面設備基本原理及應用現狀的研究資料，極大地推廣了電力系統開發方面的應用范圍。以下就談及此方面的一些內容：

（1）在電力系統發電環節開發中的應用。電力系統發電環節一般涉及各種發電機組設備，而電力電子技術的應用主要以改善這些電力設備的運行狀況為目的。根據實踐表明，大型發電機、水力或風力發電機在應用方面極其出色。首先，大型發電機的靜止勵磁控制可采用晶閘管整流自并勵的方式達到這一目的，其明顯的優勢在于結構簡單、可靠性高及造價低等，因此已被世界各國廣泛應用且效果良好。究其原理可以看出由于大型發電機在發電過程中省掉了勵磁機這個中間慣性環節，促使發電機運行具有了自身特有的快速性調節功能，這樣一來大型發電機能夠充分發揮其發電功能，并且在控制規律上也產生了良好的效果。

其次，水力和風力發電機可通過電力電子技術控制器變速恒頻勵磁，水利發電機的有效功率主要由水頭壓力和流量大小決定，水頭壓力變化越大，水利發電機組的最佳轉速也隨之變化。而風力發電的有效功率則于風速的三次方成正比例關系，風力發電機組在捕捉到最大風能時的轉速隨風速大小變化，為了能夠使得風力發電機組的有效功率成最優化的正比例關系，采用以變頻電源為核心技術的電力電子控制系統對機組轉子的勵磁電流頻率進行適宜調整，使其與轉子轉速疊加后能夠保持定子頻率即可輸出恒定頻率。

（2） 在電力系統輸電環節開發中的應用。通常，被稱為“硅片引起的第二次革命”就是指將電力電子器件應用于高壓輸電系統中的革過程，其主要的應用效果是大幅度地改善電力系統網的穩定運行狀況。

（3） 在配電環節開發中的應用。配電系統迫切需要解決的問題是如何加強供電可靠性和提高電能質量。電能質量控制既要滿足對電壓、頻率、諧波和不對稱度的要求，還要抑制各種瞬態的波動和干擾。電力電子技術和現代控制技術在配電系統中的應用，即用戶電力（Custom Power）技術或稱DFACTS技術，是在FACTS各項成熟技術的基礎上發展起來的電能質量控制新技術。可以將DFACTS設備理解為FACTS設備的縮小版，其原理、結構均相同，功能也相似。由于潛在需求巨大，市場介入相對容易，開發投入和生產成本相對較低，隨著電力電子器件價格的不斷降低，可以預期DFACTS設備產品將進入快速發展期。

（4）在節能環節開發的運用。第一，變負荷電動機調速運行。電動機本身挖掘節電潛力只是節電的一個方面，通過變負荷電動機的調速技術節電又是另一個方面，只有將二者結合起來，電動機節電方較完善。目前，交流調速在冶金、礦山等部門及社會生活中得到了廣泛的應用。首先是風機、泵類等變負荷機械中采用調速控制代替擋風板或節流閥控制風流量和水流量具有顯著的效果。國外變負荷的風機、水泵大多采用了交流調速，我國正在推廣應用中。

變頻調速的優點是調速范圍廣，精度高，效率高，能實現連續無級調速。在調速過程中轉差損耗小，定子、轉子的銅耗也不大，節電率一般可達30%左右。其缺點主要為：成本高，產生高次諧波污染電網。

第二，減少無功損耗，提高功率因數。在電氣設備中，變壓器和交流異步電動機等都屬于感性負載，這些設備在運行時不僅消耗有功功率，而且還消耗無功功率。因此，無功電源與有功電源一樣，是保證電能質量不可缺少的部分。在電力系統中應保持無功平衡，否則，將會使系統電壓降低 ，設備破壞，功率因數下降，嚴懲時會引起電壓崩潰，系統解裂，造成大面積停電事故。所以，當電力網或電氣設備無功容量不足時，應增裝無功補償設備，提高設備功率因數。

3 電力信息技術發電系統開發方面的發展趨勢

近幾年來，隨著計算機技術、控制技術及通信技術的飛速發展，現如今的電力系統已經成為一個由計算機技術、控制技術、通信技術及電力裝備組成的綜合體，逐日增大的電力系統信息量滿足了自動化處理信息能力的要求，電力系統的開發需要注意的因素越來越多，可直接觀測的范圍也越來越廣泛，這為我國電力系統的開發打下了良好的基礎。

現如今，我國在電力信息技術在電力系統開發方面的發展趨勢越來越趨向適應化、智能化、最優化；在電力系統中，不管是在設計分析上還是在理論工具上，還是控制手段及研究人員方面都廣泛的應用了電力信息技術，可見這項技術對電力系統的開發應用之廣泛，影響之重大。

總而言之，隨著我國計算機技術、控制技術及通信技術的不斷發展，電力系統就需要進行開發更新，通過對電力信息技術在電力系統中的應用分析，可見電力信息技術在電力系統中的應用已經成為實現電力系統開發不可缺少的重要步驟，電力信息技術在電力系統中的應用十分重要。

參考文獻：

[1]鄭錦彪，淺談電力電子技術在電力系統中的應用與研究[J].黑龍江科技信息.2007.

[2]張建誠，陳志業，梁志瑞 現代電力電子技術在電力系統中的應用.[J]電力情報.1999.

（作者身份證號：130181198510144231）