電力電子技術(shù)在電氣控制中的應(yīng)用分析

李 濤

（壽光港有限公司，山東濰坊 262700）

0 引言

在當(dāng)前信息化的背景下，電力電子技術(shù)給人們的生產(chǎn)生活提供了極大便利，同時(shí)也在電氣控制的應(yīng)用方面獲得了一些良好成果。電氣控制系統(tǒng)能有效控制電氣設(shè)備，為其穩(wěn)定運(yùn)行提供可靠保障。并且在計(jì)算機(jī)的幫助下，將一些開(kāi)發(fā)出來(lái)的先進(jìn)軟件和控制元件應(yīng)用到電氣控制系統(tǒng)中，既保證了系統(tǒng)的正常高效運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)也簡(jiǎn)化了相關(guān)工作的流程內(nèi)容，有利于人們獲得更多的經(jīng)濟(jì)效益。

1 電力電子技術(shù)的概念及現(xiàn)狀

在電力系統(tǒng)的整體構(gòu)成中，電子技術(shù)是一項(xiàng)較為常見(jiàn)的技術(shù)內(nèi)容，其主要是對(duì)系統(tǒng)中的電子元件進(jìn)行控制和轉(zhuǎn)換，進(jìn)而提升電力系統(tǒng)工作效率。電子學(xué)、電工原理和自動(dòng)化控制技術(shù)等聯(lián)合在一起，構(gòu)成了電力電子技術(shù)的整體框架和內(nèi)容，而制造技術(shù)和變流技術(shù)是電力電子技術(shù)的核心內(nèi)容。利用電力電子技術(shù)不僅能實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備的有效控制，還可以對(duì)系統(tǒng)的電路參數(shù)信息展開(kāi)全面檢測(cè)并做綜合記錄和整理，在出現(xiàn)故障問(wèn)題的時(shí)候進(jìn)行提示預(yù)警，全天候監(jiān)控每個(gè)電子設(shè)備的工作狀態(tài)。

電力電子技術(shù)包括兩方面內(nèi)容：電子器件制造和電力電子在電路中的實(shí)際運(yùn)用。隨著科技水平的不斷提高，電子器件制造和電力電子的實(shí)際運(yùn)用獲得了十足的進(jìn)步和發(fā)展。現(xiàn)在電力電子技術(shù)在電氣控制領(lǐng)域的應(yīng)用正處在自動(dòng)化控制階段，一些智能化水平較高的技術(shù)也在不斷加強(qiáng)和電氣控制的結(jié)合。在電氣系統(tǒng)工作狀態(tài)下，智能化技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)功能。而針對(duì)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)的反饋機(jī)制，主要起到應(yīng)對(duì)突發(fā)情況并快速展開(kāi)調(diào)節(jié)和修復(fù)的作用。與此同時(shí)，智能化技術(shù)的應(yīng)用也減輕了人員的工作強(qiáng)度，緩解了人力資源緊缺的問(wèn)題。目前我國(guó)的電力電子技術(shù)已經(jīng)初步完成了構(gòu)成功率集成于電路的目標(biāo)，盡管在電功率方面還有所不足，但是其發(fā)展前景依然非常廣闊。

2 電力電子技術(shù)的特點(diǎn)

（1）集成化。電力電子技術(shù)具有顯著的集成化特點(diǎn)，具體來(lái)講，人們需要在借助多個(gè)單元設(shè)備的基礎(chǔ)上，才能實(shí)現(xiàn)電力電子技術(shù)得到正常應(yīng)用。同時(shí)電力電子技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了與計(jì)算機(jī)技術(shù)的有效融合，并進(jìn)一步拓展為電工電子技術(shù)，在實(shí)際生產(chǎn)活動(dòng)中促進(jìn)了多個(gè)行業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展，其高頻、高效率等先進(jìn)之處也在應(yīng)用中得到了體現(xiàn)。

（2）全控化。電力電子技術(shù)的全控化特點(diǎn)也是人們關(guān)注的重點(diǎn)，其在控制方面進(jìn)行了高度創(chuàng)新和升級(jí)，在部分具有自旋轉(zhuǎn)功能的電子器件上得到了良好體現(xiàn)。并且隨著電力電子技術(shù)應(yīng)用和推廣力度的不斷加強(qiáng)，半可控普通晶閘管逐漸退出了應(yīng)用領(lǐng)域，其對(duì)電力電子技術(shù)的發(fā)展將具有更加重要的意義。

3 電力電子技術(shù)在電氣控制中的具體應(yīng)用

3.1 在軟開(kāi)關(guān)控制裝置中的應(yīng)用

電力電子技術(shù)和電力系統(tǒng)的改進(jìn)和創(chuàng)新，使得系統(tǒng)對(duì)電磁兼容和效率的標(biāo)準(zhǔn)變得逐漸的嚴(yán)格，具有增強(qiáng)的針對(duì)性，因此人們需要在電力裝置的輕量化和便捷化方面做出重大突破和發(fā)展，傳統(tǒng)電力系統(tǒng)對(duì)變壓器等設(shè)備占用空間大小情況進(jìn)行優(yōu)化和完善工作主要是通過(guò)開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，但是在這個(gè)過(guò)程中，對(duì)開(kāi)關(guān)實(shí)施高頻率的轉(zhuǎn)換操作會(huì)造成巨大的損耗，并降低開(kāi)關(guān)的使用壽命，對(duì)電路效率的有效提高造成明顯制約。同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生電磁干擾的問(wèn)題，進(jìn)而對(duì)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行造成影響。但是利用軟開(kāi)關(guān)控制裝置能夠避免這個(gè)問(wèn)題，在減噪和降低損耗方面具有很大的作用。根據(jù)相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，在開(kāi)關(guān)頻率超過(guò)1 MHz 的時(shí)候，系統(tǒng)的整體性能會(huì)達(dá)到最佳水平。為了改進(jìn)和提升電力系統(tǒng)性能，可以將簡(jiǎn)單電路做串并聯(lián)處理，構(gòu)成組合電路系統(tǒng)，同時(shí)促進(jìn)軟開(kāi)關(guān)控制裝置進(jìn)一步應(yīng)用和發(fā)展。軟開(kāi)關(guān)控制裝置已經(jīng)有了以下發(fā)展趨勢(shì)：一是軟開(kāi)關(guān)控制裝置在信息技術(shù)領(lǐng)域有著一定的應(yīng)用和普及，拓?fù)鋽?shù)量也在快速提升；二是諧振電路在開(kāi)關(guān)頻率大于1 MHz 的情況下，其性能水平有著良好表現(xiàn)；第三，軟開(kāi)關(guān)控制裝置可以借助串并聯(lián)、級(jí)聯(lián)完成電路的整合目的，在許多方面都有著很好的應(yīng)用效果，發(fā)展前景較為廣闊。

3.2 在電路保護(hù)裝置中的應(yīng)用

電路保護(hù)裝置（如快速熔斷其和電流繼電器等）是電氣控制系統(tǒng)中不可或缺的一部分，在電路出現(xiàn)異常情況或電力故障時(shí)，可以起保護(hù)作用。隨著人們對(duì)電力電子技術(shù)應(yīng)用的不斷成熟，人們的研究重點(diǎn)放在了電子器件的小型化和高功能功率化方面。此外，電力電子技術(shù)還能對(duì)反饋的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，發(fā)現(xiàn)過(guò)電流時(shí)會(huì)自動(dòng)做出斷電操作，到達(dá)保護(hù)電路和電子器件的目的。

3.3 在靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置中的應(yīng)用

電網(wǎng)功率會(huì)隨著電力系統(tǒng)供電量的增加而增大，然而當(dāng)功率調(diào)節(jié)過(guò)于頻繁和增加附有沖擊性負(fù)荷的時(shí)候，會(huì)在一定程度上影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性，并對(duì)電路中的低頻振蕩產(chǎn)生一定干擾。為了解決這一問(wèn)題，可以采用加裝靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置的方法，適當(dāng)調(diào)整電力系統(tǒng)的負(fù)載影響因素，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)降低功率損耗的目的。同時(shí)將電路中的電壓數(shù)值保持在合理范圍內(nèi)，保障電力供應(yīng)的穩(wěn)定性。

3.4 有源電力濾波器

有源電力濾波器是指指令電流運(yùn)算電路和補(bǔ)償電路發(fā)生裝置這兩部分內(nèi)容，具有反應(yīng)迅速和補(bǔ)償功能較多的特點(diǎn)，可顯著減少電網(wǎng)阻抗的影響程度。利用有源電力濾波器，能夠有效實(shí)現(xiàn)電路補(bǔ)償元件的檢測(cè)和分析工作，進(jìn)而將其中的諧波電流作分離處理，補(bǔ)償裝置產(chǎn)生一種能夠和諧波電流相抵抗的分量電流，從而達(dá)到消除諧波電流、只留下基波電流的目的。

3.5 在高壓直流輸電技術(shù)中的應(yīng)用

現(xiàn)階段在電力供電系統(tǒng)中，利用交流電壓輸出方式會(huì)造成大量電能的損耗和浪費(fèi)，需要投入大量的成本和資源對(duì)其進(jìn)行維護(hù)。所以一般都會(huì)采用直流輸電的方式，特別是在高電壓、高電量和遠(yuǎn)距離輸電的情況下，直流輸電是最合適的方法。高壓直流輸電技術(shù)的核心內(nèi)容就是將交流電轉(zhuǎn)換成直流電，將其輸送到變電站，然后再借助變電站轉(zhuǎn)換成交流電，供生活和生產(chǎn)活動(dòng)使用。

3.6 在PWM 控制技術(shù)中的應(yīng)用

在PWM（Pulse Width Modulation，對(duì)脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制）控制技術(shù)方面，電力電子技術(shù)得到了充分體現(xiàn)。PWM 控制技術(shù)的主要內(nèi)容是通過(guò)對(duì)脈沖寬度進(jìn)行合理調(diào)節(jié)來(lái)獲取對(duì)應(yīng)的波形信息。面積等效原理是PWM 技術(shù)的重要依據(jù)，就是在控制力的影響下，確保形狀不同、面積相等的窄脈沖在某一階段中，能夠和最終的相應(yīng)波保持高度的一致性。出現(xiàn)這種情況的原因主要是，PWM 逆變器裝置的電流與電壓諧波分量造成的轉(zhuǎn)矩脈沖對(duì)固定轉(zhuǎn)子產(chǎn)生了一定作用，并因此限制了逆變器工作頻率。由于PWM 控制技術(shù)本身的適用性特點(diǎn)，在逆變電路中得到了廣泛的應(yīng)用。

4 電力電子技術(shù)在電氣控制中存在的問(wèn)題和解決措施

4.1 存在的問(wèn)題

（1）設(shè)備的故障問(wèn)題。變壓器由于使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而出現(xiàn)了老化現(xiàn)象，而使用的是最新的牽引供電技術(shù)，導(dǎo)致故障率提高。在高電壓和強(qiáng)電流輸電線路中，變壓器具有重要作用，其出現(xiàn)問(wèn)題后將會(huì)影響正常供電。

（2）運(yùn)行管理方面的問(wèn)題。其中最突出的就是電壓不穩(wěn)定造成的負(fù)面影響問(wèn)題，不僅會(huì)增加供電線路的整體工作強(qiáng)度，造成多處位置設(shè)備的超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)和損傷，還會(huì)影響電力系統(tǒng)內(nèi)中牽引供電設(shè)備的性能穩(wěn)定。

4.2 解決措施

（1）加強(qiáng)對(duì)設(shè)備故障的檢測(cè)和解決力度。在利用電力電子技術(shù)展開(kāi)電氣控制過(guò)程中，需要安排專門的技術(shù)人員那對(duì)電力系統(tǒng)的各裝置做定期的維護(hù)和故障排查工作。對(duì)于已經(jīng)出現(xiàn)損壞的裝置要技術(shù)進(jìn)行維修和更換，保證設(shè)備的正常運(yùn)行和電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。相關(guān)部門應(yīng)提高對(duì)其重視程度，組織專門人員加強(qiáng)對(duì)故障多發(fā)路段的檢查力度，出現(xiàn)的故障問(wèn)題要及時(shí)找到原因并制定合理的解決措施。對(duì)于老化或達(dá)到規(guī)定使用年限的電子器件和設(shè)備應(yīng)及時(shí)做更換處理，保證電力系統(tǒng)中電流通過(guò)的順利性。

（2）優(yōu)化運(yùn)行管理模式。在對(duì)各項(xiàng)故障問(wèn)題進(jìn)行技術(shù)解決并確保牽引供電設(shè)備的正常工作之后，人們還需要對(duì)電力系統(tǒng)的各項(xiàng)工作內(nèi)容和設(shè)備展開(kāi)全面監(jiān)督管理。即使當(dāng)前的電力電子技術(shù)在電氣控制工作中取得了一定的成果，但一些綜合因素對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行的影響和干擾是無(wú)法徹底消除的，這時(shí)只能在人員和技術(shù)方面尋找突破點(diǎn)，加強(qiáng)對(duì)其相關(guān)措施和政策的落實(shí)和實(shí)施，利用先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)做好管理工作，為電力系統(tǒng)線路和設(shè)備的正常運(yùn)行提供可靠保障。

5 電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)的應(yīng)用前景

5.1 變壓器的改革

現(xiàn)階段我國(guó)使用的變壓器還是以工頻變壓器為主，但是工頻變壓器具有占地面積大、工作效率低以及維修條件苛刻等缺點(diǎn)。但是在電力電子技術(shù)中運(yùn)用的變壓器具有效率高和占地面積小等特點(diǎn)，并且不需要指定專人才能進(jìn)行維護(hù)和修理工作，在器件故障問(wèn)題監(jiān)測(cè)技術(shù)的支持下，能夠有效降低成本資源的投入。變壓器實(shí)現(xiàn)高頻化是未來(lái)研究的主要方向，然而根據(jù)當(dāng)前的技術(shù)水平，變壓器主要還是以低頻為主，特別是對(duì)大功率變壓器處理工作，但是通過(guò)對(duì)絕緣柵雙極型晶體管的不斷研究和試驗(yàn)，此問(wèn)題可以得到順利解決。

5.2 電能質(zhì)量調(diào)節(jié)

電力電子技術(shù)中的功率因素調(diào)節(jié)和無(wú)功補(bǔ)償裝置的使用，能夠?qū)ο到y(tǒng)中的諧波起到一定的限制作用，可以判斷用戶的實(shí)際情況展開(kāi)無(wú)功補(bǔ)償，進(jìn)而確保電能質(zhì)量的可靠性。同時(shí)還有借助SVG（Static Var Generator，靜止無(wú)功發(fā)生器）增強(qiáng)電網(wǎng)電壓的運(yùn)行穩(wěn)定性的實(shí)際案例，利用載波移相和最近電壓逼近的手段對(duì)電網(wǎng)諧波進(jìn)行有效限制。這些先進(jìn)的知識(shí)和技術(shù)尚且處于理論階段，其真實(shí)作用還有待考察。

6 結(jié)語(yǔ)

在先進(jìn)科學(xué)技術(shù)做支撐的前提下，電力電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)了快速發(fā)展，在電氣控制等很多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。在電力工程中，電力電子技術(shù)可以有效保證工作的質(zhì)量和效率，推動(dòng)電氣系統(tǒng)朝著智能化和自動(dòng)化的方向不斷發(fā)展，為電氣工程的建設(shè)和相關(guān)技術(shù)的創(chuàng)新研究工作提供保障。