電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

王佳偉

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

一、引言

有關(guān)電力電子技術(shù)，不只囊括傳統(tǒng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，而且結(jié)合了具體情況加以適當(dāng)調(diào)整，在電力系統(tǒng)來(lái)中其自身重要性的體現(xiàn)愈發(fā)明顯。通過(guò)電力電子技術(shù)可對(duì)電力系統(tǒng)有關(guān)資源優(yōu)化配置并合理利用，充分應(yīng)用電能資源。通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)電力電子技術(shù)的改造實(shí)現(xiàn)新型的機(jī)電一體化，切實(shí)保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。與此同時(shí)，在電力電子技術(shù)支撐下的機(jī)電設(shè)備實(shí)現(xiàn)了變頻與高頻化，且伴隨電力電子技術(shù)的有效發(fā)展，也推動(dòng)著電力系統(tǒng)的智能化。

二、電力系統(tǒng)中有關(guān)電力電子技術(shù)的具體應(yīng)用

（一）靜止同步補(bǔ)償器（如圖1所示）

該設(shè)備在電力系統(tǒng)中屬于一種并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償裝置。在具體應(yīng)用中可以吸收或是發(fā)出無(wú)功功率，而且其輸出參數(shù)是系統(tǒng)中能夠控制的特殊參數(shù)值。基于功能視角分析，靜止同步補(bǔ)償器也可以作為無(wú)功電流源，其主要是由于在構(gòu)成上這一電力系統(tǒng)設(shè)備和無(wú)功電流源較為相似，內(nèi)部電流會(huì)伴隨變化的負(fù)荷電流而發(fā)生變化。同樣因?yàn)樵撎匦裕谝欢ǔ潭壬细淖兞穗娏飨到y(tǒng)當(dāng)中的電流損失，減少損失的實(shí)際電流量并提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。從應(yīng)用功能上來(lái)看。電力系統(tǒng)應(yīng)用靜止同步補(bǔ)償器，有助于穩(wěn)固電力系統(tǒng)。針對(duì)補(bǔ)償效果，其可以補(bǔ)償電力系統(tǒng)中的損耗，具有相對(duì)明顯的實(shí)際補(bǔ)償效果。電流狀態(tài)在具體補(bǔ)償環(huán)節(jié)中始終是變化的，在該模式下的無(wú)功電流源具有較好的電力系統(tǒng)補(bǔ)償效果。由此可見。靜止同步補(bǔ)償器應(yīng)用于電力系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償。至于控制方面，無(wú)功電流可以隨意控制，可是無(wú)功電流并非一成不變，主要是依據(jù)具體的電力系統(tǒng)情況發(fā)生需求性變化。相比其他補(bǔ)償器這一變化的重要性十分顯著，可讓補(bǔ)償器具有更理想的控制性。

（二）應(yīng)用于新能源發(fā)電

風(fēng)力、水力、核能與太陽(yáng)能均是我國(guó)當(dāng)前常見的新能源發(fā)電模式。因?yàn)榈責(zé)崮芘c潮汐能發(fā)電所占比重相對(duì)較小，文章將不對(duì)其進(jìn)行探討。例如在水力發(fā)電與風(fēng)力發(fā)電時(shí)，通過(guò)電力電子技術(shù)可讓發(fā)電環(huán)節(jié)所涉及的設(shè)備更為可靠、穩(wěn)定地運(yùn)行。在早期所運(yùn)用的水輪機(jī)其主要是通過(guò)機(jī)械液壓實(shí)現(xiàn)調(diào)速，不僅簡(jiǎn)易可靠而且可以完成基本調(diào)速，這種技術(shù)在19世紀(jì)獲得大力推廣，與此同時(shí)，作為機(jī)械液壓調(diào)節(jié)中心技術(shù)的離心擺技術(shù)，技術(shù)需要消耗大量電能而且效率偏低，可如果擁有調(diào)頻變速技術(shù)，則能將耗電量有效降低而且提升其運(yùn)行效率，最大限度提升電能轉(zhuǎn)化比。而對(duì)于調(diào)頻技術(shù)而言需要調(diào)頻器的支持，若從調(diào)節(jié)效果來(lái)看，超調(diào)量偏大、基調(diào)過(guò)渡較長(zhǎng)，執(zhí)行指令信號(hào)緩慢等。相比機(jī)械調(diào)速，電氣調(diào)速幾乎不存在類似問(wèn)題，現(xiàn)階段低壓調(diào)頻技術(shù)發(fā)展得相對(duì)成熟，在市場(chǎng)中出現(xiàn)很多調(diào)頻產(chǎn)品，可以有效解決水力發(fā)電過(guò)程中的水泵運(yùn)行效率低的問(wèn)題。有關(guān)太陽(yáng)能發(fā)電，其也被稱之為光伏發(fā)電。太陽(yáng)能電池板能發(fā)出電壓在20V左右的直流電，此時(shí)則應(yīng)借助電力電子當(dāng)中的BOOST電路實(shí)現(xiàn)升壓進(jìn)而逆變?yōu)榻涣麟姟Ｍㄟ^(guò)微機(jī)對(duì)電網(wǎng)相位變化進(jìn)行跟蹤，對(duì)電流輸出幅值大小進(jìn)行調(diào)整。降低電網(wǎng)出現(xiàn)的波動(dòng)。

（三）應(yīng)用于系統(tǒng)節(jié)能

當(dāng)今社會(huì)存在嚴(yán)重能源緊張問(wèn)題，采取先進(jìn)現(xiàn)代化電力電子技術(shù)助力電力系統(tǒng)節(jié)能，在社會(huì)綠色持續(xù)性發(fā)展方面具有積極作用。所謂電氣節(jié)能，其主要指的是在電氣設(shè)備運(yùn)行中應(yīng)用電力電子技術(shù)，實(shí)現(xiàn)節(jié)約資源、提升資源應(yīng)用率的方式。從而滿足社會(huì)發(fā)展針對(duì)資源提出的具體需求。基于企業(yè)發(fā)展視角分析，應(yīng)用電力電子節(jié)能技術(shù)，在一定程度上能減少企業(yè)用電費(fèi)用的支出。基于民眾視角出發(fā)，在電力系統(tǒng)中應(yīng)用自動(dòng)節(jié)能技術(shù)，究其本質(zhì)屬于惠民工程，不僅可以為民眾提供優(yōu)質(zhì)電力服務(wù)而且能減少家庭支出的電費(fèi)，為人們提供更好的用電環(huán)境。例如，空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能，在三星空調(diào)中所運(yùn)用的電力電子節(jié)能技術(shù)，就呈現(xiàn)十分理想的電力節(jié)能性能，其依據(jù)常規(guī)的空調(diào)啟動(dòng)技術(shù)，運(yùn)用Turbo特保強(qiáng)力制冷（制熱）技術(shù)，可以快速穩(wěn)定空調(diào)啟動(dòng)。三星空調(diào)在使用Turbo功能后的再啟動(dòng)階段可縮短40%左右的溫度設(shè)定達(dá)到時(shí)間，而且可以將“回流空調(diào)”戰(zhàn)略全面啟動(dòng)。將數(shù)碼控制獨(dú)立送風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)用在空氣回流控制系統(tǒng)中，這一系統(tǒng)可以依據(jù)風(fēng)力強(qiáng)弱及時(shí)調(diào)節(jié)。另外，其中的三維出風(fēng)系統(tǒng)也轉(zhuǎn)變了以往壁掛式空調(diào)模型，一方面增加了空調(diào)送風(fēng)距離，一方面也提高了空調(diào)使用效率。最重要的是這項(xiàng)技術(shù)的研發(fā)，還可以使用在航天、汽車等相關(guān)領(lǐng)域。

（四）有源濾波器（如圖2所示）

電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)的配電環(huán)節(jié)中體現(xiàn)著較強(qiáng)的使用價(jià)值，其中最具代表性的莫過(guò)于有源濾波器的應(yīng)用。因?yàn)橛捎谟性礊V波器能夠?qū)崿F(xiàn)補(bǔ)償無(wú)功與動(dòng)態(tài)抑制諧波，應(yīng)用這種類型的電力電子設(shè)備能有效解決以往電力系統(tǒng)中在配電方面存在的問(wèn)題，而且還可以依據(jù)諧波實(shí)際狀況加以有效調(diào)整。體現(xiàn)更強(qiáng)大的無(wú)功補(bǔ)償效果。在實(shí)際使用過(guò)程中，有源濾波器需進(jìn)行電源供電。這樣也可以結(jié)合自己的有關(guān)程序?qū)τ行?dòng)態(tài)補(bǔ)償加以設(shè)定，和以往固定補(bǔ)償模式相比，這種設(shè)備體現(xiàn)著更突出的應(yīng)用價(jià)值。同時(shí)，在配電網(wǎng)整體穩(wěn)定運(yùn)行方面有源濾波器的應(yīng)用也表現(xiàn)一定的應(yīng)用價(jià)值，如讓配電更具穩(wěn)定性、提高電力服務(wù)質(zhì)量等，可以為用電客戶創(chuàng)造更好的用電條件。在我國(guó)電力配電系統(tǒng)中擁有廣闊前景。

（五）高壓直流輸電技術(shù)

不僅可以通過(guò)柔性交流輸電技術(shù)（FACTS）應(yīng)用在輸電系統(tǒng)運(yùn)行中有效控制整個(gè)輸電過(guò)程，同樣也可以通過(guò)高壓直流輸電技術(shù)對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，其依然可以呈現(xiàn)相對(duì)理想的節(jié)能高效水平。應(yīng)用這一技術(shù)應(yīng)首先通過(guò)換流閥轉(zhuǎn)變電流，讓原本的交流電變?yōu)橹绷麟姡诖嘶A(chǔ)上有效傳輸直流電，由于采取相同的高壓輸送模式，在這一過(guò)程中也會(huì)呈現(xiàn)可觀的節(jié)能效果。在實(shí)際應(yīng)用高壓直流輸電技術(shù)時(shí)，還能表現(xiàn)出一定的穩(wěn)定性，幾乎不受到來(lái)自干擾因素的威脅，不僅有利于電網(wǎng)互聯(lián)而且具有更突出的作用效益;有效應(yīng)用該技術(shù)還可以有效控制電流，滿足各個(gè)區(qū)域具體供電需求，在提高可控性的同時(shí)提高輸電效果;對(duì)于線路布置而言，應(yīng)用這一輸電模式同樣可以節(jié)省線路布置。也可以提高經(jīng)濟(jì)性。

三、電力系統(tǒng)應(yīng)用電力電子技術(shù)的前景設(shè)想

現(xiàn)下，電力電子技術(shù)已大范圍應(yīng)用在電力系統(tǒng)諸多環(huán)節(jié)中，不僅讓電力系統(tǒng)更加穩(wěn)定，而且能對(duì)電能質(zhì)量加以改善，未來(lái)電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用需關(guān)注以下兩點(diǎn)：

（一）調(diào)節(jié)電能質(zhì)量

關(guān)于電力電子技術(shù)，其中的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置以及功率因素調(diào)節(jié)能有效限制系統(tǒng)諧波，對(duì)于用戶需要的無(wú)功加以補(bǔ)償，從而確保電網(wǎng)的電能質(zhì)量始終處在穩(wěn)定狀態(tài)。現(xiàn)階段，我國(guó)一些電網(wǎng)提出通過(guò)SVG強(qiáng)化電壓穩(wěn)定性，以最近電壓逼近或是載波移相的方法對(duì)電網(wǎng)中存在的諧波進(jìn)行抑制。上述方面依然處在理論階段，文章認(rèn)為在未來(lái)必然會(huì)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用于實(shí)際。

（二）革新變壓器

我國(guó)現(xiàn)下的變壓器主要是工頻變壓器，可是這種變壓器實(shí)際效率偏低，需要由專人進(jìn)行檢修。但是高頻變壓器不僅質(zhì)量輕而且體積小，效率也更高，能采取相應(yīng)的故障監(jiān)測(cè)技術(shù)，在一定程度上有利于降低人力資源與物質(zhì)資源的投入。高頻變壓器是必然發(fā)展趨勢(shì)。以當(dāng)前我國(guó)所持有的技術(shù)，電網(wǎng)中低頻變壓器依然處在十分重要的位置，特別是功率較大的電力變壓器，但伴隨高速發(fā)展的IGBI有望改善這一狀況。等到未來(lái)技術(shù)成熟便能將高頻變壓器徹底取替工頻變壓器。

四、結(jié)論

電力電子技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展，針對(duì)我國(guó)電力系統(tǒng)建設(shè)而言起到里程碑式的作用。基于不斷進(jìn)步的電力技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)，其也在不斷汲取新技術(shù)的優(yōu)勢(shì)從而推動(dòng)自身發(fā)展。但因?yàn)楫?dāng)前仍處在發(fā)展過(guò)程中，所以電力電子技術(shù)應(yīng)用于電力系統(tǒng)中的效果與預(yù)先設(shè)計(jì)要求存在一定差距。怎樣在電力系統(tǒng)中讓電力電子技術(shù)充分發(fā)揮作用，應(yīng)著眼于技術(shù)自身與電子設(shè)備的優(yōu)化革新，積極探索和不斷發(fā)展電力電子技術(shù)，助力于電力生產(chǎn)質(zhì)量的提高，將對(duì)生產(chǎn)成本投入讓電力系統(tǒng)獲得更多經(jīng)濟(jì)效益。