電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

張普

摘 要隨著電力系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，電力電子技術(shù)越來(lái)越被重視，是實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的重要技術(shù)手段。電子電力技術(shù)的發(fā)展為我國(guó)巨大的用電量和電力系統(tǒng)的建設(shè)提供了良好的技術(shù)應(yīng)用平臺(tái)，提高了我國(guó)電力供應(yīng)系統(tǒng)水平。本文主要研究了電力電子技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程和該技術(shù)在電力系統(tǒng)中的具體應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】電力電子技術(shù) 電力系統(tǒng) 發(fā)展 應(yīng)用

電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛，主要研究?jī)?nèi)容是電力變換，變換和控制電能是為了更好的使用電能，為人們更好供應(yīng)電力。換句話講就是電力電子技術(shù)通過(guò)計(jì)算機(jī)將強(qiáng)弱電進(jìn)行組合，是囊括計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子電路技術(shù)以及電力控制技術(shù)的服務(wù)性技術(shù)。接下來(lái)就將詳細(xì)介紹電力電子技術(shù)發(fā)展進(jìn)程以及具體應(yīng)用。

1 電力電子技術(shù)發(fā)展進(jìn)程

1.1 電力電子技術(shù)的產(chǎn)生

電力電子技術(shù)是在20世紀(jì)50年代晶閘管的出現(xiàn)而形成的一種技術(shù)，可以分為器件的制造技術(shù)和電路的變流技術(shù)。隨著晶閘管的廣泛應(yīng)用，人們?cè)诰чl管的基礎(chǔ)上生成了新的裝置—可控硅整流裝置，這個(gè)裝置的產(chǎn)生標(biāo)志著電力系統(tǒng)技術(shù)的又一次跨越，是電力電子技術(shù)產(chǎn)生的標(biāo)志。自此步入了電力電子器件的變流器時(shí)代。

1.2 電力電子器件的發(fā)展

電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)發(fā)展中前途無(wú)限，電力電子器件主要分為三代。接下來(lái)就對(duì)每一代電力電子器件的發(fā)展以及特點(diǎn)進(jìn)行具體的介紹。第一代電力電子器件又稱半控型，主要以電力二極管和晶閘管為代表，特點(diǎn)就是體積小、耗能低。第一代電力電子器件在電力電子技術(shù)發(fā)展初期作出了巨大貢獻(xiàn)，迅速擊敗了傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中的老式整流器，為電力電子技術(shù)的發(fā)展提供了很好的基礎(chǔ)。尤其是電力二級(jí)管能夠較好的改善電路性能，且能降低電路損耗和提高電源使用率。現(xiàn)在整流二極管種類(lèi)很多，功能也有所不一樣。第二代電力電子器件又稱為全控型，其特點(diǎn)就是具備自動(dòng)關(guān)斷能力，如可以關(guān)斷晶閘管。同時(shí)和第一代半控型電力電子器件相比，提高了開(kāi)關(guān)速度，可以運(yùn)用于開(kāi)關(guān)頻率較高的電路中。第三代電力電子器件產(chǎn)生于上世紀(jì)末，屬于復(fù)合型，其特點(diǎn)是體積更小，結(jié)構(gòu)更緊湊。第三代電力電子器件將幾種電力器件相結(jié)合形成電子模塊，方便了電力器件的使用，也為后來(lái)集成電路的產(chǎn)生打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。隨著集成電路的出現(xiàn)，標(biāo)志著電力電子技術(shù)向著高頻化、模塊化、智能化等方向邁進(jìn)。

以上是電力電子器件發(fā)展經(jīng)歷的三個(gè)階段，使得電力電子技術(shù)向著高頻技術(shù)的現(xiàn)時(shí)代發(fā)展，在電力系統(tǒng)中占據(jù)越來(lái)越重要的地位。另外在電力電子技術(shù)發(fā)展時(shí)，增加了節(jié)能環(huán)保、智能化的特點(diǎn)。

2 電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的具體應(yīng)用

2.1 在發(fā)電環(huán)節(jié)的應(yīng)用

由于電力系統(tǒng)發(fā)電過(guò)程中涉及多種設(shè)備，而電力電子技術(shù)在發(fā)電環(huán)節(jié)的應(yīng)用就是體現(xiàn)在改善這些運(yùn)行設(shè)備的特性，對(duì)以下幾種發(fā)電設(shè)備進(jìn)行控制和改善。

2.1.1 大型電廠發(fā)電機(jī)組中的靜止勵(lì)磁系統(tǒng)

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，逐漸取代了靜止勵(lì)磁中勵(lì)磁機(jī)環(huán)節(jié)，采用晶閘管整流，具有建構(gòu)簡(jiǎn)單、高性能低成本的優(yōu)點(diǎn)，被世界各地大型電力系統(tǒng)廣泛采用。同時(shí)對(duì)于電力系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，省去了勵(lì)磁機(jī)這個(gè)中間環(huán)節(jié)，使得靜止勵(lì)磁能夠更好的調(diào)節(jié)自身，提高電力系統(tǒng)的運(yùn)作效率。

2.1.2 變速恒頻勵(lì)磁

水頭的壓力和流量決定著水力發(fā)電的有效功率，機(jī)組的最佳轉(zhuǎn)速隨著水頭的發(fā)生而變化。而在風(fēng)力發(fā)電技術(shù)中，其有效發(fā)電功率與風(fēng)速的三次方成正比，當(dāng)風(fēng)速發(fā)生變化時(shí)，風(fēng)車(chē)捕捉最大風(fēng)能的轉(zhuǎn)速就會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。因此，為了產(chǎn)生最大的有效功率，可以改變發(fā)電機(jī)組的勵(lì)磁電流的頻率，通過(guò)電力電子技術(shù)，使得電流頻率和轉(zhuǎn)速保持一致，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)組最大功效的運(yùn)作。其應(yīng)用的代表技術(shù)就是變速恒頻勵(lì)磁技術(shù)。

2.1.3 太陽(yáng)能發(fā)電控制系統(tǒng)

太陽(yáng)能作為一種新型能源，發(fā)展太陽(yáng)能發(fā)電是整個(gè)國(guó)家的戰(zhàn)略目標(biāo)，而電力電子技術(shù)在太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中應(yīng)用較為突出，其在太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中的主要的作用就是將太陽(yáng)能發(fā)電產(chǎn)生的電能進(jìn)行轉(zhuǎn)化，換句話說(shuō)就是一個(gè)大功率的轉(zhuǎn)換器。

2.2 在輸電線路中的應(yīng)用

電力電子技術(shù)在輸電線路上的應(yīng)用主要通過(guò)三種技術(shù)體現(xiàn)出來(lái)的，包括柔性交流輸電技術(shù)、高壓直流輸電技術(shù)和靜止無(wú)功補(bǔ)償器。

2.2.1 柔性交流輸電技術(shù)

這種技術(shù)產(chǎn)生于20世紀(jì)80年代，其主要內(nèi)容是可以在輸電線路的重要部位進(jìn)行電力電子控制，對(duì)輸電系統(tǒng)中的一些參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷幕蛘{(diào)節(jié)電能，合理分配輸電線路中的電能功率，從而降低了輸電過(guò)程中的電能損耗和輸送成本，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.2.2 高壓直流輸電技術(shù)

該技術(shù)主要以晶閘管為代表，其具有輸電容量大、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，尤其適用于遠(yuǎn)距離輸電和海底電纜輸電等輸電線路。在晶閘管運(yùn)用于直流輸電技術(shù)之后，也相繼出現(xiàn)了一些電力輸送控制器，為電力輸送降低了成本，提高了調(diào)節(jié)靈活性。

2.2.3 靜止無(wú)功補(bǔ)償器

它被廣泛應(yīng)用于負(fù)荷補(bǔ)償和輸電線補(bǔ)償，該技術(shù)的作用是控制大功率輸電網(wǎng)絡(luò)中的電壓，進(jìn)而提高輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和阻尼。

2.3 在配電過(guò)程中的應(yīng)用

電力電子技術(shù)在配電過(guò)程中的應(yīng)用，它在這一環(huán)節(jié)主要作用就是提高電力資源的質(zhì)量，滿足配電的頻率、電壓以及阻止配電過(guò)程中電能不穩(wěn)定性的波動(dòng)。主要體現(xiàn)在兩種技術(shù)方面，包括用戶電力技術(shù)和FACTS技術(shù)。用戶電力技術(shù)主要解決配電過(guò)程中的突發(fā)問(wèn)題，保證配電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，保證電力能源質(zhì)量。FACTS技術(shù)主要針對(duì)電能的輸送能力和控制力。

2.4 在電力系統(tǒng)節(jié)能方面的應(yīng)用

電力電子技術(shù)在在電力系統(tǒng)節(jié)能方面的應(yīng)用，有提高電能使用率和變負(fù)荷電動(dòng)機(jī)調(diào)速運(yùn)行兩個(gè)方面。電廠產(chǎn)生能源損耗的現(xiàn)象是由于發(fā)電機(jī)組不能配合能源變化時(shí)產(chǎn)生的，通過(guò)變負(fù)荷電動(dòng)機(jī)對(duì)運(yùn)行轉(zhuǎn)速的調(diào)整，能夠達(dá)到節(jié)能的目的。但是該項(xiàng)技術(shù)在我國(guó)處于研究和摸索階段，因此也存在一部分缺點(diǎn)：成本高，適用于中大型電廠。而對(duì)于其它的一些電廠，可以采用電力電子技術(shù)，在配電輸送電力系統(tǒng)中增加可控設(shè)備，對(duì)電能進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)控，確保電力的質(zhì)量和安全。

3 總結(jié)

電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，為我國(guó)的電力系統(tǒng)建設(shè)和發(fā)展起到了不可替代的作用，是一種里程碑的建樹(shù)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的日益成熟，電力電子技術(shù)也在不斷的發(fā)展進(jìn)步，但是在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用并沒(méi)有發(fā)揮到最大價(jià)值，因此在運(yùn)用電力電子技術(shù)時(shí)，應(yīng)當(dāng)不斷創(chuàng)新和探索新的技能，更好的促進(jìn)電力系統(tǒng)發(fā)展。

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保定華創(chuàng)電氣有限公司 河北省保定市 071000