電子電工技術在電力系統中的應用

申菲

（三門峽社會管理職業學院（三門峽技師學院） 河南省三門峽市 472000）

基于我國計算機、電子信息等技術的發展，促使電子電工技術在電力系統領域中得到廣泛應用。相較于傳統電力技術應用，電子電工技術與電力系統的有機融合，能夠實現以不同調控方式進行不同用電環節的有效控制，在進一步提升電力系統運行穩定性、可靠性的基礎上，達到電力系統處理優化的目的。正因此，探討電力系統中電子電工技術的應用，對于推動我國電力系統的集成化、自動化、智能化發展至關重要。

1 電子電工技術特點分析

1.1 集成化

集成化特點的體現主要是以計算機網絡技術為載體，進行系統中儀器器件的合并整合，通過系統集成來達到消除系統無法環境的目的，進一步提升電力系統中一二級設備的運行穩定性。針對電力系統的集成化處理，其主要模式體現為：

（1）以二級緩存設備為載體進行一級處理器的放置，以此達到系統集成處理的目的[1]。

（2）并聯供電以器件單元為單位進行集成處理。

（3）將以單元為單位的器件安設于原有基片中。

分析以往電力系統中電工技術的應用，其系統各器件安裝均呈現出獨立、分離的狀態，而借助電子電工技術的應用，則實現以高度集中形式在基片中進行器件安裝，通過電路集成化來提升電力系統運行效率。

1.2 高頻化

高頻化是指電力系統在以電子電工技術的應用為基礎實現高頻化運行，而要想實現系統高頻化運行，需要以電力系統的集成化處理為前提[2]。例如電力系統中調速電路與變頻器中，針對其開關速率的控制以及對高承受力的處理，可以采用絕緣柵雙極型晶體管來達到高頻化運行的目的。也正因高頻化運行的實現，在顯著優化電力系統運行效率的前提下，實現對電子器件運行故障的控制提供保障。

1.3 全控化

電子電工技術在電力系統中應用呈現出全控化特點，在實際運行期間，可實現以自關斷的形式進行器件的控制，通過對半控型普通晶閘管的應用來進一步提升電力設備的自控效果。對于自關斷器件而言，進行電子電工技術的合理是實現全控化功能的關鍵所在，也是提升其電力系統運行穩定性的關鍵所在[3]。相較于傳統復雜電路元器件而言，依托于電子電工技術的電路系統不僅實現對復雜電路的簡化，亦可以達到系統全控制的目的[4]。

1.4 高效化

高效化特點是指其電力系統與電子電工技術的融合，可以在保證其系統穩定運行的前提下，實現對設備運行效率的顯著提升[5]。其導通消耗因其電阻降壓的應用而實現有效控制。而電力系統高效化的實現，離不開對電力系統全控化、高頻化的發展。實際運行期間，其電力系統運行損耗會因開關損壞率的降低而得到有效控制，并促使其電力系統始終處于穩定運行的態勢。

2 電力系統中電子電工技術應用作用分析

得益于電子電工技術的有效應用，促使其電力系統運行得到顯著的優化與革新，分析在實際系統運行期間電子電工技術的實際作用，體現為：

2.1 有助于實現電能使用效率優化

電力系統穩定運行前提下，借助對電子電工技術應用來實現相關器件的全控化，進一步提升其器件利用率[5]。在實際運行期間，通過對集成化、全控化功能特點的體現，實現對器件損耗的優化控制，并做到對不同器件運行時間的合理搭配，實現在全控化的背景下進行器件損耗的合理縮減，進而達到電能利用率提升的目的。

2.2 有助于實現機電一體化

機電一體化的發展離不開對電子電工技術的應用，以電力系統為載體進行自動化設備的合理應用，實現以自動化方式進行電力系統有效控制，在保證其系統穩定、可靠運行的同時，避免因人為控制環節過多而增大出現人為失誤現象的發生概率。同時，電力系統相關配備設備的運行，可以通過對電子電工技術的合理應用來維持穩定運行的發展態勢，確保其電力系統運行符合其用戶需求。

2.3 有助于實現電力設備輕量化

現階段我國電力設備發展受到電子電工技術影響而朝著輕量化的方向持續發展，實際運行期間，以電力系統為載體進行電子電工技術應用，需在滿足系統集成化、全控化需求的前提下，結合對基片荷載的分析進行器件的輕量化生產。而通過對以往復雜電路、設備的有效簡化，一方面可以實現對電力系統傳統運行模式的優化，另一方面則可以以高效率、高頻率的形式進行系統優化控制[6]。

3 電力系統中電子電工技術的應用

3.1 電子電工技術應用于發電環節

電力系統發電環節中多種設備涉及到對電子電工技術的應用，能夠在優化設備運行性能的同時，實現對電力系統發電性能的顯著提升。

3.1.1 靜止勵磁控制

現階段電力系統中對于靜止勵磁的應用較為常見，不僅在運行可靠性、結構簡單、造價低等方面存在顯著優勢，亦可以通過晶閘管整流自并勵形式來實現對系統運行的優化。同時，其系統運行的調節因中間慣性的消除達到快速性調節的目的，確保發電機組運行遵循其科學控制規律[7]。以某艦船電力系統為例，其發電機系統應用涉及到對靜止勵磁裝置的設置，相較于傳統感應控制的應用，靜止勵磁的應用做到對發電機運行效率低下、電壓調節受限、功率因數低下等問題的有效消除。同時，發電機運行轉速因轉子機械的高強度而得到提升，并通過對結構構成、體積縮減來達到成本控制的目的。該系統將兩套繞組以定子為載體進行布設，具體分為虛的輔助勵磁繞組與相整流繞組。其中整流繞組的直流負載供電依托于M相自勵電容的應用，通過整流后實現對系統高效供電。而輔助勵磁繞組則依托于整流橋輸出電壓來達到勵磁調節的目的，并通過靜止式自動勵磁調節器實現對無功功率的提供。

3.1.2 變速恒頻勵磁

變速恒頻勵磁多應用于風力、水力發電中，針對水力發電而言，水頭壓力與流量的控制直接影響到發電效率，其機組轉速會因水頭的大幅度變化而發生轉變。針對風力發電而言，則是受到風速的直接影響，其以風速的三次方計算可確定風力發電效率[8]。同時，受到風速變化的影響，風車捕捉風能會出現不同程度的變化。而要想實現對發電效率的最佳獲取，可以以轉子勵磁電流頻率的合理調節來達到機組變速運行的目的，促使其輸出頻率在轉子轉速疊加的前提下達到恒定的狀態。需注意，要想最大化發揮出變速恒頻勵磁在水利、風力發電中的最大作用，需以變頻電源技術的應用為前提。

3.1.3 太陽能發電控制系統

我國能源結構的調整離不開對太陽能資源的開發與利用，而要想實現對太陽能的大規律、大規模發電，需要以直流電轉化交流電的形式進行并網系統或獨立系統運行穩定性的控制。所以為確保其太陽能發電效率達到預期要求，需要結合對逆變器的應用來實現對交流電的有效轉換[9]。需注意，逆變器的應用需要滿足最大功率需求。縱觀現階段各國對太陽能發電技術的應用與開發，其中日本主要以并網系統為太陽能發電基礎，我國則以獨立系統為主發展太陽能發電技術。

3.2 電子電工技術應用于輸電環節

現階段電網系統運行，得益于電力電子器件的應用實現其運行穩定性的進一步提升。分析當前電力輸電環節中電子電工技術的應用，具體包括：

3.2.1 輕型直流輸電、直流輸電技術應用

目前我國電力系統中對直流輸電技術的應用較為常見，在控制靈活性、輸電容量、穩定性等方面優勢顯著，并且直流輸電技術面對不同頻率系統能夠發揮出較大作用，具體包括在海底電纜、遠距離傳輸等方面的應用。自瑞典首次進行晶閘管換流試驗開展后，直流輸電領域開始重視對電子電工技術的應用。合理將晶閘管換流閥應用于電力系統直流輸電中，能夠在保證輸電可靠性的前提下，實現對輸電效率的顯著優化。截止到目前，全世界范圍內代表性直流輸電功能囊括伊泰普直流輸電工程、新英格蘭直流輸電工程、上海直流輸電工程、三峽直流電輸出工程等。

而在直流輸電技術持續升級與創新的背景下，輕型直流輸電技術逐漸走進人們的視野。在實際電力系統輸電過程中，其電子器件換流器可借助IGBT 來實現有效關斷，并且其無交流電源轉化過程中存在的負荷點送電問題，可以通過對脈寬調制技術的應用來有效解決。

3.2.2 柔性交流輸電技術

柔性交流輸電技術又稱為FACTS 技術，得益于電子電工技術發展促使FACTS 技術在電力系統輸電環節得到有效應用。在實際系統輸電過程中，FACTS技術合理應用可以起到靈活調節輸電功率、輸電系統阻抗控制的作用，進而在保證其輸電效率的前提下，實現對交流輸電穩定性的優化。縱觀現階段電力系統輸電中FACTS 設備的應用，具體包括：

（1）晶閘管控制移相器。設備功能體現為電壓、暫態的穩定，以串聯接入方式為主；

（2）晶閘管控制串聯電抗器。設備功能體現為暫態、電壓、電流的控制，且具備故障電流抑制的功能，以串聯方式為主；

（3）靜止無功補償器。主要功能體現為無功補償、電壓與暫態穩定等，以串聯方式為主；

（4）晶閘管控制電壓限制器。主要功能體現為電壓穩定、無功控制、暫態穩定等，以并聯形式為主；

（5）靜止同步補償器。主要功能體現為電流控制、暫態穩定、故障電流抑制等，以并聯形式為主。

3.3 電子電工技術應用于配電環節

縱觀現階段電力系統中配電環節的開展，盡管其配電質量可以滿足當前系統運行需求，但是在電能質量控制、供電可靠性等方面仍需優化完善[10]。而要想實現對電能質量控制效果的提升，需做到對不同瞬態波動與干擾的有效抑制，并保證其電能質量控制滿足諧波、電壓、不對稱度等方面的需求。而得益于電子電工技術在電力系統中的應用，促使DFACTS 技術在系統配電環節發揮出巨大作用。其電能控制通過應用DFACTS 技術可提升其控制效果。對于DFACTS 設備而言，在原理、結構等方面與FACTS 技術存在類似。不同DFACTS 設備在配電環節中的應用，可以發揮出不同的作用與功能，如靜止無功補償器其作用是對系統受到無功影響的抑制；動態電壓恢復器作用體現為對不平衡、高次諧波等影響的有效抑制；有源濾波器作用體現為對諧波電流、電壓的補償；靜止同步補償器作用體現為對負荷產生的無功、高次諧波等進行有效抑制。在實際系統輸配電過程中，DFACTS 設備應用具備低成本、效果顯著等特點，并且隨著電力系統的廣泛普及，其DFACTS 設備應用同樣呈現出廣泛應用的態勢。

4 結束語

綜上所述，現階段我國電力系統發展，在發電、輸電、配電等環節均涉及到對電子電工技術的有效應用。盡管其電力系統運行因電子電工技術應用而得到優化與升級，但是仍有些許問題亟待優化與完善，所以需繼續加大對電子電工技術研究與開發，在充分掌握當前電力系統發展現狀的前提下，進行電子電工技術深度應用，進一步推動我國電力系統領域的集成化、智能化、自動化發展。