電力電子技術(shù)在電力生產(chǎn)中的應(yīng)用

陳雷 黃宇文

摘?要：隨著科技的發(fā)展，技術(shù)的進(jìn)步，人們對(duì)節(jié)約能源以及環(huán)境保護(hù)的需求日益提高，電力電子技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用起到了關(guān)鍵性的作用。

關(guān)鍵詞：電力電子;UPS;直流系統(tǒng);變頻器

1 緒論

電力電子技術(shù)是研究電能的變換和利用的技術(shù)，是弱電與強(qiáng)電的橋梁。由于電力電子技術(shù)迅速發(fā)展，新器件、新集成電路不斷涌現(xiàn)，新型設(shè)備也不斷涌現(xiàn)和更新，應(yīng)用領(lǐng)域在不斷擴(kuò)大。電力電子技術(shù)在電動(dòng)機(jī)調(diào)速、電氣控制、交直流供電電源、發(fā)輸配電、照明控制、家用電器等諸多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，尤其在電力生產(chǎn)中研究應(yīng)用占有很重要的位置，在電力生產(chǎn)節(jié)能、控制、調(diào)節(jié)等環(huán)節(jié)起著重要作用。

2 在電力生產(chǎn)過程中的應(yīng)用

2.1 交流不停電電源UPS

發(fā)電企業(yè)交流不停電電源UPS輸出為220V不接地單相正弦電源，為發(fā)電機(jī)組的DCS系統(tǒng)、DAS系統(tǒng)、FSSS系統(tǒng)、測(cè)量?jī)x表及重要執(zhí)行機(jī)構(gòu)如電動(dòng)執(zhí)行器、電磁閥等負(fù)荷，提供與其他廠用低壓交流系統(tǒng)隔離、可靠的獨(dú)立交流電源。

2.1.1 UPS系統(tǒng)組成

UPS系統(tǒng)的主要組成部分為：整流器、逆變器、旁路變壓器、靜態(tài)開關(guān)、手動(dòng)旁路開關(guān)和相應(yīng)二次控制部分，其中一次系統(tǒng)中的各種期間均采用電力電子器件。

2.1.2 UPS系統(tǒng)組成

UPS系統(tǒng)的正常工作電源由主回路提供，即交流輸入經(jīng)整流器、逆變器后，通過靜態(tài)開關(guān)輸送至負(fù)載側(cè)，另有直流輸入電源逆變作為第一備用電源，交流旁路電源為第二備用電源。

2.1.3 UPS不同條件下的運(yùn)行方式

（1）常用運(yùn)行方式，即三相交流工作電源供電時(shí)，能提供電壓品質(zhì)穩(wěn)定的單相電源;一般情況下輸入端會(huì)配置有隔離變壓器，防止雜波影響系統(tǒng)電源質(zhì)量。

（2）當(dāng)交流工作失去時(shí)，由直流輸入電源（一般為蓄電池）接入交流工作電源整流器后，經(jīng)過逆變器并濾波后，通過靜態(tài)旁路開關(guān)提供品質(zhì)穩(wěn)定的單相電源。

（3）如果交流工作電源及直流電源均失去，或者逆變器出現(xiàn)故障時(shí)，二者均不能正常供電，此時(shí)由交流旁路電源（一般為兩相380V）通過變壓器調(diào)壓至220V后，通過靜態(tài)旁路開關(guān)為負(fù)載供電。

（4）若整個(gè)系統(tǒng)中的靜態(tài)開關(guān)故障或檢修時(shí)，此時(shí)為確保UPS系統(tǒng)負(fù)載不失去電源，可投入手動(dòng)旁路開關(guān)為負(fù)載供電，同時(shí)對(duì)靜態(tài)開關(guān)進(jìn)行隔離，用以檢修或更換。

2.2 廠用直流系統(tǒng)

直流電源系統(tǒng)是電力企業(yè)廠用電源系統(tǒng)中重要的組成部分，主要用于控制設(shè)備及應(yīng)急設(shè)備供電，其對(duì)電源品質(zhì)及可靠性要求非常高。

直流電源系統(tǒng)主要用于高壓電氣設(shè)備的遠(yuǎn)程控制、信號(hào)回路，繼電保護(hù)設(shè)備、自動(dòng)裝置及其他一些重要的直流應(yīng)急負(fù)荷（如事故潤(rùn)滑/密封油泵、直流事故照明和不停電電源直流電源等）的供電。

直流系統(tǒng)由蓄電池組及配套充電柜組成，蓄電池組與充電裝置并聯(lián)運(yùn)行，向所有直流負(fù)載供電。充電柜由若干個(gè)直流充電單元組成，使用了大量的電力電子元器件;直流系統(tǒng)在選擇配置充電時(shí)一般以十小時(shí)放電電流作為標(biāo)準(zhǔn)，并考慮一定的冗余，即1000安時(shí)的蓄電池，會(huì)選擇100安培的直流充電柜，并考慮多配置1到2個(gè)充電單元作為備用。

2.3 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)

交流同步發(fā)電機(jī)在工作時(shí)主要依靠一個(gè)穩(wěn)定持續(xù)的磁場(chǎng)，持續(xù)一定的速率切割導(dǎo)線，從而產(chǎn)生持續(xù)不斷的電能，這套提供穩(wěn)定可靠磁場(chǎng)的設(shè)備即為勵(lì)磁系統(tǒng)。勵(lì)磁系統(tǒng)是交流同步發(fā)電機(jī)正常工作的基礎(chǔ)，同時(shí)也是影響電能品質(zhì)的重要因素，它的可靠運(yùn)行對(duì)整個(gè)電網(wǎng)都有很大的影響。目前大型發(fā)電機(jī)組的勵(lì)磁系統(tǒng)應(yīng)用最為廣泛的是機(jī)端自并勵(lì)三相橋式全控靜止勵(lì)磁系統(tǒng)，這種勵(lì)磁方式結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，可靠性高。

該系統(tǒng)通過發(fā)電機(jī)出口配置的勵(lì)磁變壓器降壓，將較低的交流電源通過可控硅整流器整流、濾波，形成穩(wěn)定可靠的直流勵(lì)磁電流，通過碳刷接入發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)工作所需的穩(wěn)定、強(qiáng)大磁場(chǎng)。此系統(tǒng)對(duì)電力電子器件的要求是容量大，同時(shí)對(duì)可靠性和散熱性能也有很高的要求。

2.4 高壓變頻器

高壓變頻器是應(yīng)用現(xiàn)代電力電子技術(shù)、電力拖動(dòng)技術(shù)以及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)等研制開發(fā)的高效節(jié)能型產(chǎn)品，它采用了先進(jìn)的輸入切分技術(shù)、優(yōu)化的串聯(lián)多重疊加技術(shù)、獨(dú)特的單相橋式逆變技術(shù)、優(yōu)秀的光纖傳導(dǎo)技術(shù)、完善的過電壓保護(hù)技術(shù)、波形連續(xù)變換技術(shù)以及遠(yuǎn)程通訊控制技術(shù)等。

發(fā)電企業(yè)風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)變頻器較多采用高壓變頻器，以達(dá)到經(jīng)濟(jì)節(jié)能、快速調(diào)節(jié)的效果。一般情況下為通用的獨(dú)立式高壓變頻器，主要控制異步交流電動(dòng)機(jī)的速度和轉(zhuǎn)矩，以實(shí)現(xiàn)工作設(shè)備在適應(yīng)系統(tǒng)需要的前提下，達(dá)到最優(yōu)的節(jié)能效果;同時(shí)，變頻調(diào)速裝置也在重載拖動(dòng)的特定場(chǎng)合可以為電機(jī)提供軟啟動(dòng)功能，但現(xiàn)階段已逐步淘汰。

3 結(jié)語

本文只闡述了電力電子技術(shù)在電力生產(chǎn)中最具有代表性的典型應(yīng)用，實(shí)際上電力電子技術(shù)在電力生產(chǎn)中的應(yīng)用遠(yuǎn)不止如此，電力電子技術(shù)為電力生產(chǎn)的安全，高效、穩(wěn)定、節(jié)能的控制中發(fā)揮著非常重要的作用。