電子電工技術在電力系統中的運用

白云飛

（新疆庫爾勒中泰石化有限責任公司，新疆 庫爾勒 841000）

0 引 言

20世紀末，計算機技術的高速發展促進了各行業的根本性變革。電力系統中，傳統電工技術受新興電子技術的影響，逐漸形成了一套系統完整的電子電工技術。電子電工技術是一種新興電力技術，內涵豐富且表現形式多樣，在電力系統中應用廣泛。實踐發現，電子電工技術在我國電力系統的運行、電力設備的控制以及電網系統的技術升級等方面都表現出關鍵作用。

1 電子電工技術概述

電子電工技術是傳統電工技術與新興電子技術有機融合的產物，涵蓋了電子電力器件應用、電力設備控制及電氣工程等，在現代電力系統中的運用廣泛。電子電工技術具有高頻化、全控化及集成化的特點，有效改變了傳統電工技術中電氣部件的分立模式，將所有單元設備集成到一個基片，顯著提升了整個電力系統的運行效率。例如，傳統電力晶體管可在10 kHz頻率正常操作，而絕緣柵雙極型晶體管則可在超過10 kHz頻率的條件下正常運行。此外，電子設備極大地影響電力系統的運行質量與運行效率。基于電子技術的現代電子元件較之傳統電子元件有明顯優勢。例如，現代電子元件取代傳統半控制晶閘管，不僅有效提升了電力系統的運行效率，還大大簡化了系統內的電路設計。

2 電子電工技術的作用

電子電工技術廣泛應用于電力系統中的發電、輸電及配電等環節，并發揮了關鍵作用。電子電工技術的作用主要體現在以下四個方面。第一，全面提升電力系統的運行安全性和穩定性。電子電工技術的應用能使電力系統實現高度集成化，從而使各類電力資源得到優化配置，進而有效提升系統的運行效率。第二，有效避免人為錯誤的發生，同時更大程度地保證操作人員的安全。電子電工技術的應用能實現電氣設備控制的智能化，從根本上降低系統各運行環節中人為工作的比重，顯著提升操作的穩定性與人員的安全性。第三，為電力系統的第二次技術革命提供動力。電子電工技術在應用實踐中不斷發展與進步，尤其是微電子技術的發展與應用，促進了電力系統的技術革命。第四，有效降低電能損耗。傳統電工技術在發電與輸電的過程中難免會造成電能損耗，而電子電工技術則大大降低了電力系統運行中的能源損耗[2]。

3 電力系統中電子電工技術的應用要點

3.1 發電環節的應用

電力系統中，發電環節是技術含量較高的一個環節，由多個結構復雜的設備和發電組組成，要求相關技術人員具備設計、操作及管理維護發電設備的綜合能力。電子電工技術在發電環節中發揮了重要作用。（1）規模型發電機的靜止勵磁技術，如圖1所示。規模型發電機的靜止勵磁技術以晶閘管整流自并勵模式實現對發電設備的控制，無需勵磁機的介入，不僅提升了系統可靠性，而且有效控制了成本。目前，這項技術已被廣泛應用。（2）變頻調速技術。目前，風機水泵發電系統已被廣泛應用，然而其發電過程中的電耗量要比傳統火電設備高出六成以上，可應用變頻調速技術有效減低設備能耗。現階段，低壓變頻技術已發展相當完備，為最大程度發揮風機水泵設備的性能，需進一步深入研究高壓變頻技術[1]。

圖1 發電機勵磁系統示意圖

3.2 輸電環節的應用

電力系統中，輸電環節的作用更為關鍵。電子電工技術在輸電環節的應用，可保障電網系統的穩定安全運行。（1）直流輸電技術。現階段，我國電力系統中直流輸電有高壓直流輸電和輕型直流輸電兩種類型。高壓直流輸電是用晶閘管、逆變器及控制器件在輸電線路兩端組成一個基本電路單元，具備穩定性和靈活性，非常適合大規模、長距離的電能傳輸，如圖2所示；輕型直流輸電技術主要是通過脈寬調制技術實現無源逆變的目的，從而確保電能被輸送到無交流電源負荷點處。此技術解決了直流輸電中的實際問題，并大大降低了直流輸電中的電能損耗。（2）柔性交流輸電技術（FACTS）。柔性交流輸電是對傳統交流輸電的優化與升級，其核心是彈性補償技術，通過對發電與傳輸系統相位和電壓的控制，有效提升輸電系統的穩定性，并大大降低輸電過程中的能耗。

圖2 高壓直流輸電系統原理圖

3.3 配電環節中的應用

配電環節的主要功能是通過對電能質量的控制確保供電的安全與穩定，是整個電力系統中非常重要的環節。電子電工技術的應用在很大程度上提升了供電質量，有效解決了電壓、諧波方面的問題，確保了供電的安全性與穩定性。（1）電子電工變壓器。以往的工頻配電變壓器存在諸多缺陷，供電性能不佳，并且體積龐大的變壓器會對環境造成一定污染。新興電子電工變壓器能有效彌補工頻變壓器的性能缺陷，可利用電子變換技術轉化能量的方式大大提升供電質量，并且不會對環境造成污染。（2）FACTS技術，如表1所示。通過加裝電力電子裝置來加強對電壓、電流及傳輸功率的可控性，所以FACTS技術不僅在輸電環節有極大的應用價值，而且在配電環節也發揮了相當關鍵的作用。一旦電力系統運行不穩定，相關技術人員便可通過對電子設備的測試去發現故障和解決故障。

表1 FACTS技術配電系統裝置及其功能示意表

3.4 節能環節的應用

電力作為基礎性的能源產業，應利用新興電子電工技術在保證安全、穩定供電的前提下，盡可能地減少各類能源的損耗。（1）變負荷電動機。電動機的運行會產生大規模能量損耗，而變負荷電動機則可調控運行速率，減少定子的銅損耗率，節省電量。雖然變負荷電動機能實現持續性的無級調速效果，但是具有成本投入大和易產生污染的缺點，仍需相關人員進行深入研究。（2）配置無功補償裝置。變壓器與電動機是電力系統中最重要的基礎設備，同時也是耗能最大的設備。電力系統能維持無功平衡是保障設備安全、保證供電質量的先提條件，但此過程也會造成大量能源損耗。通過配置無功補償裝置，能提升相關設備的功率因數，進而實現節能效果[3]。

4 結 論

電是后物質文明時代的“火”，對人類生存與發展的重要性不言而喻。電力電子科技的發展為電力系統的全面優化與升級提供了支持，相關技術人員應當緊跟時代步伐，認真學習電子電工技術的相關知識，在工作實踐中大膽創新，從而全面推動我國電力事業的發展。