電工電子技術在電力系統中的應用

文/王朱勞

電工電子技術是依托計算機技術，以傳統的電工電子技術為基礎而發展而來的，電工電子技術涉及到電工基礎如電路的暫態分析、三相電路、數字邏輯電路基礎、半導體基礎知識等、電子測量技術、電子工程多方面的知識，將其應用在電力系統中可以確保電力系統的穩定運行，提供電力系統的運行效率，保證電力企業的經濟效益，促進我國電力企業的持續、健康發展。因此，應該加強電工電子技術在電力系統中的應用分析研究。

1 電工電子技術的特點

電工電子技術是一項應用性較強的、綜合性的技術，涉及到電力生產過程和電氣制造工程中的多方面知識，應用十分廣泛，該技術具有以下三方面的特點：

1.1 高頻化特性

電工電子技術的高頻化特性可以提高電工工具的工作效率，如可以使導通器件的壓力不斷降低，提高導通管的經濟效益，最大化降低導通管的損耗，尤其是器件正常運行時其運行速率會顯著提高。

1.2 集成化特性

集成化是先進電工電子技術的主要特點，集成化以計算機技術為基礎，可以將多種單元型器件有效并聯在一起形成一個全控型器件，如單片機，更加利于電力系統的獨立、分配運行。

1.3 全控化特性

該特性主要應用于具有較強自斷功能的電氣元件替換中，如替換常規的半控型普通晶閘管，提高電子器件的電子體檢功能，以此保證電力系統的穩定運行。

2 電工電子技術在電力系統中的具體應用分析

2.1 在電力系統發電環節的應用

電力系統的發電運行中需要用到多種機械設備，而通過電工電子技術的應用可以提高這些發電設備的發電效率和運行性能，典型的技術為靜止勵磁技術和變頻調速技術。靜止勵磁技術具有成本低、安全性高的特點，應用該技術后勵磁電源可以直接取自同步發電機機端勵磁變壓器或勵磁變流器，省去勵磁機的應用，縮短了機組主軸長度，當前應用的勵磁系統主要是自并勵勵磁系統，勵磁變壓器并聯在發電機機端，發電機勵磁電流通過自動勵磁調節器控制晶閘管對發電機勵磁電流的控制角進行控制，提高了勵磁電壓的響應速度，確保電力系統的控制效率。而變頻調速技術的應用可以通過調節風機水泵的轉速，顯著降低電力系統風機水泵運行過程中消耗的能耗，節省電力企業的運行成本。此外，大功率轉換器是隨著電工電子技術的發展而產生的，應用大功率轉換器還可以高效轉化太陽能發電產生的電能，進一步提高發電功率。

2.2 在電力系統輸電環節的應用

電工電子技術在電力系統輸電環節的應用主要體現在兩方面：

（1）柔性交流輸電；

（2）高壓直流輸電。

柔性交流輸電技術將微電子技術、通信技術、電力電子技術、微處理技術、控制技術等結合在一起而形成的一種對交流輸電進行控制的新技術，該技術在我國的發展和應用較晚，通過該技術的應用大大降低了電力傳輸的成本，增強了交流電網運行的穩定性。柔性交流輸電系統（FACTS）技術當前已經成為電力輸電過程中應用的必須可少的技術，應用的FACTS裝置主要有可控串聯補償電容器（TCSC）、晶閘管控制的串聯投切電容器（TSSC）、靜止無功補償（STATCOM）、統一潮流控制器（UPFC）、靜止無功補償器（SVC）等。如SVC調控裝置的應用利于控制電網系統與分布式負荷之間的無功交換，進一步降低電網系統的線損和運行的安全穩定性。UPFC統一潮流控制器包括兩個功能單元并聯變換器和串聯變換器，兩個變換器均和同一組電容器進行互聯，形成“背靠背” 的結構，可以實現對電網系統的實時控制及電網接入點的動態無功補償，實時調節電網運行的動態工況。隨著世界電壓等級最高、容量最大的500千伏統一潮流控制器工程在我國蘇州投運，標志著我國在柔性交流輸電技術上實現了全球領先。

高壓直流輸電技術是利用穩定的直流電實現遠距離的直流輸電，在海底電纜輸電中比較常見。高壓直流輸電的核心設備為晶閘管換流閥，晶閘管換流閥是電工電子技術的具體體現， 它取代了部分直變壓器，降低了電力輸送的成本，提高了高壓直流輸電環節過程中各個電流轉換設備的移動性。

2.3 在電力系統配電環節的應用

電能生產之后需要經過輸配電才可以到達用戶終端供用戶使用，通過配電可以確保電力系統的經濟、穩定、高效運行，而電工電子技術的應用可以確保輸配電設備的電壓、電流在正常的范圍內，即使出現不穩定狀態也能及時進行自我調節，避免對用電設施造成損傷。電力系統的輸電設備通常為工頻配電系統變壓器，但是該變壓器體積大、易于污染，影響了供電系統的正常運行，而電工電子技術的應用有效彌補了工頻配電系統變壓器的不足，可以提高電能的轉化和利用，確保配電系統的安全。此外，應用電工電子技術還可以全面、及時監控和諧波，確保電能的正常供應。

2.4 在電力系統節能環節的應用

由于電力系統發電時不可避免會浪費一部分電能，為了降低浪費的電能，可以通過應用變負荷電動機調速技術降低電動機能耗，但是該技術在實際應用中還存在一定的局限性，如投入的成本高、對電力系統產生污染等，還需要對該技術加強后續研究。電工電子技術還可以實現發電及輸配電過程中產生的無效功率的高效補償，可以有效控制無功損耗，維持電力設備的無功平衡，如低高壓變頻器在電力系統中的合理應用，顯著提高了風機水泵運行的效率和節能效果。

3 結束語

通過以上分析可知電工電子技術在電力系統運行中的應用十分重要，因此，電力系統在今后還應該加強電工電子技術的研究，借鑒國外先進的技術以確保我國電力企業的可持續發展，并持續改進其供電質量，提高其供電水平。