電工電子技術在電力系統的應用與研究

崔贏允

天津市公用技師學院 天津 300380

近年來,我國科學技術水平顯著提升,各類新型技術手段在諸多行業領域中被廣泛應用,特別是電子技術著力推動了信息化發展的步伐,同樣也在一定程度上帶動了我國整體經濟發展的速度。基于此,本文主要針對電工電子技術進行深入探究,著重分析該技術在電力系統中的應用,希望能夠以電工電子技術為突破口,進一步實現電工電子技術與各類新興產業之間的有效融合,全面推動社會發展和經濟進步。

1 電工電子技術在電力系統應用的必要性

當前我國電力系統的技術革新和發展速度越來越快,特別是隨著我國綜合競爭實力和科學技術水平的提升,電工電子技術實現了智能化和自動化發展,與各類微電子技術進行有效結合[1]。在電力系統中應用電工電子技術能夠進一步推動我國電力系統機電一體化水平的提升,促進電力系統技術革新和二次發展。相比于電力系統之前的機電水平,應用電工電子技術能夠著力實現更高水平的機電一體化效果,確保各類電力系統的運行信息能夠被全面收集、匯總并進行可靠的傳輸與處理,此種電力信息傳輸和監控模式能夠實現對現有電力系統的運行狀態進行更加精準、有效的監測與控制,保障電力系統的平穩正常運轉,提高電力系統的整體運行效率水平。因此深入探究電工電子技術的應用范圍和新型應用領域,對電工電子技術的發展和整個技術領域的更新和進步有重要的意義和價值。

2 電工電子技術在電力系統的應用分析

2.1 發電環節

在電力系統的運行過程中,發電環節是電力系統運行的基礎所在,能夠直接影響未來輸電和配電的整體質量效果。發電環節涉及了諸多發電設備,而且設備的運行效果同樣也會直接影響電力系統的運轉情況,發電環節之中著重應用電工電子技術,特別是在原有的設備基礎上,實現運行效率和運行水平的優化,促進發電環節各類設備充分發揮其作用。例如,在過模型發電機中所應用的靜止勵磁技術等等可以應用到電工電子技術,此類技術不僅能夠確保電力系統發電過程的安全平穩運行,同時也能大幅度降低發電環節的成本投入。在電力系統中廣泛應用電子技術,能夠進一步節約勵磁設備的大規模應用,減少了設備的運轉消耗,同時也能在原有電力系統運行和發電速度的基礎上,全面提升調節速度水平,確保靜止勵磁技術同樣具備勵磁機械設備的控制功能,有效提高控制效率和水平。除此之外,變頻調速技術同樣也可以應用到電工電子技術進行優化和革新,變頻調速技術相比之下能夠有效減少發電環節中各類機械設備的能源消耗,特別是在發電過程中所廣泛應用的風機水泵（圖1）等,在設備運行過程中難免會出現一定的消耗,而應用變頻調速技術可以有效降低此類能量消耗,實現節能減排和可持續發展的作用[2]。相比于原有的發電系統運行狀態,在變頻調速技術的推動和影響之下,風機水泵能夠進一步降低能量的消耗,同時也能進一步促進電力系統現有發電環節功能的完善與可持續發展。

圖1 變頻調速技術在風機水泵中的應用

通過圖1可以看出,在風機水泵運行的過程中,對變頻調速技術進行應用,需要首先設置好控制監視系統,以及操作臺,并將兩者相互連接。此后,則需要利用PLC與兩者相互連接,并同時連接變頻器與旋轉編碼器等設備。通過上述方式,可有效提高風機水泵運行的可靠性。

2.2 輸電環節

電力系統的輸電環節是直接影響電力系統運行效果的關鍵要素,因此將電工電子技術廣泛應用于電力系統的輸電階段,要始終強化電力系統運行的平穩性和安全性,切實提高電網運行整體水平和效率。在輸電環節之中,直流輸電和交流輸電技術為最主要的電工電子技術類型之一。首先在直流輸電技術中,此種技術類型在操作方面更加簡單便捷,安全性和穩定性更強,但是在相對傳統的電力系統運行過程中,往往需要進行大規模的輸電,但是此種輸電模式同樣也會導致出現過多的無功損耗,因此通過電工電子技術中的直流輸電技術,能夠有效避免大規模輸電狀態下的無功損耗問題出現。特別是在很多偏遠山區地區,其所處的地理環境、地質要素等條件相對復雜,因此應用電工電子技術中的直流輸電技術,能夠切實打破地域環境對于輸電環節的限制與制約,讓輸電技術的應用范圍更加廣泛,對周邊復雜環境的適應能力更強,也正因如此直流輸電技術在我國大規模輸電工程和遠距離輸電工程中應用越發廣泛。除此之外,在交流輸電技術中,雖然部分電力系統的運行過程中也存在一定的交流系統,但是其整體電工電子技術應用并不廣泛,所以交流輸電技術能夠在以往的基礎上進行優化升級和改進,并在輸電系統運行過程中充分發揮作用和價值,進一步降低輸電環節過程中的各類能量損耗問題,確保電力系統的安全平穩運行。

2.3 配電環節

電力系統的配電環節需要為廣大人民群眾生活以及工業生產等各領域提供必要的電力能源,因此需要切實保障電能供應環節的安全、可靠性,在配電環節之中可以廣泛應用電工電子技術以進一步保障電力能源的整體質量水平,真正實現更好地為人民群眾的日常生產和生活提供更加穩定的電力能源[3]。例如在配電環節中,電力系統的運行需要滿足電壓和諧波等多層次需求,如果單純依靠傳統的輸電技術和基礎,則會在操作和配備效率方面受到一定影響,因此應用電工電子技術能夠進一步實現標準化的電壓和諧波需求,避免電力系統在配電環節中出現過多的電力損耗,同時也能避免整個電力系統出現瞬間波動的問題,避免對電網正常輸電環節造成影響。

在配電系統中,安全運行可分多個等級,不同的等級,其危險程度存在一定差異。具體如下:

（1）當設備處于正常運行狀態時,則判定為系統正處于安全運行的過程中。此時,無需對其進行處理。

（2）如設備處于警戒狀態,則表明不安全。此時,表明系統處于預防性控制狀態,需要警惕是否可能發生風險。

（3）如設備處于緊急狀態,則代表危險。上述問題的發生,通常與外界干擾有關。在干擾的作用下,電壓、頻率,以及潮流越界等情況極容易出現異常,從而導致設備出現故障。

（4）當系統崩潰后,認定為系統處于解列狀態。當故障解除后,方視為系統處于回復狀態。

3 以無功補償為例電工電子技術的具體應用對策

在電力系統中無功補償裝置,主要為了平衡電力系統的電力負荷,確保電力系統的平穩運行,無功補償裝置能夠將現有電力系統以及電網中的多余無功功率進行全面的吸收,全面降低供電設備的能源損耗問題,有效延長設備的使用周期。電工電子技術在無功補償的自動化控制中有其獨特的應用優勢,主要體現在以下三個方面的應用領域。

3.1 機械式接觸設備

以無功補償的形式進行自動化控制需要,有兩種決定方式,分別在于開關和并聯電容器開發接觸形式,不同的模式會導致輸入補償在初始電壓方面相對較低,甚至接近于零,但是一旦出現網絡合閘會突然發生電壓激增的問題,使得電容器發生涌流問題,并進一步導致更為嚴重的負面影響。因此在無功補償自動化控制中,應用電工電子技術可以從機械式接觸設備的運用出發,避免電壓出現大幅度下降或短路等多方面問題,有效減少諸多行業領域的損失,在進行電工電子技術應用時,可以以接觸器的形式對電容器組進行涌流控制,確保涌流控制更加高效有序。

3.2 無觸點晶閘管

在輸電過程中,電容器的涌流向相對普遍,雖然已經能夠被有效控制,但是一旦發生涌流問題,則會造成異常嚴重的后果,不僅會導致觸器的觸頭位置出現粘接和損毀,同樣也會導致電容器的失效,難以進行正常應用。因此人們通過無觸點晶閘管的形式進行涌流現象的處理,其最主要特征在于當電壓為零的狀態情況下,電流可以應用可控硅進行自動斷開,避免電網出現拉弧現象,同樣也能夠減少各類損壞問題,進一步增加電容器的使用壽命[4]。但是在實際應用過程中無觸點晶閘管仍舊存在較多缺陷和隱患,因此可以應用電工電子技術進行革新和優化,讓電容器能夠有效平衡熱能,避免出現高溫故障問題以及諧波電流等現象。

3.3 負荷開關

無功補償自動控制系統中負荷開關的重要作用越發凸顯,主要將可控硅的開關與交流接觸上實現并聯,當電網以及輸電線路中電流為零的狀態,負荷開關會自動斷開電壓,確保各類用電設備的安全有效,在負荷開關的應用過程中主要有接通和斷開兩種模式,但是不論是哪種模式,都可以通過負荷開關有效控制電流的涌流問題。因此在電網設計以及無功補償自動控制中,應用電工電子技術可以進一步提高負荷開關的應用水平,將負荷開關進行精細化處理,有效平衡功率因數和低壓補償問題。例如可以應用單向分布負荷開關,此種負荷開關能夠有效平衡功率差因素,但是在實際應用過程中,供電企業也可以有效節約成本,綜合采用不同形式的復合開關接線方法,并綜合應用電工電子技術提高電網系統的運行水平和運行效率。

總結:總而言之,在我國現階段的發展進程中,電工電子技術以其獨特的優勢和價值,在電力系統以及其他相關領域中應用范圍不斷拓展,電工電子技術在應用過程中甚至能夠替代規模和體積過大、能源消耗過大的機械設備類型,有效實現能源的轉化,提高資源的利用效率。希望能夠通過本文的研究,全面推動我國電工電子技術的發展以及應用范圍拓展。