電力技術在電力系統中的應用分析

酒泉鋼鐵（集團）有限責任公司供應鏈管理分公司 江雨津

二十世紀五十年代，晶閘管的發明極大地促進了電子電力技術發展效果，從而使其在傳統的晶閘管技術的基礎上進行了一系列的創新研究，最后研制出了可控硅整流器，這對電力系統的驅動技術來說，是一個巨大的進步。電能轉化和可控也使得我國電力系統發展有了一次質的飛躍，在后續進程中也進入到了電力電子變流器時代發展。

隨著電力技術的開發和應用，電力系統得到了極大的發展。功率二極管和可控硅是第一代功率電子設備，第一代功率電子設備的優點是體積更小、能耗更低，迅速替代了傳統的整流器，為進一步完善和發展電子功率技術打下了堅實的基礎。二極管的問世使整個電路的性能得到了極大的提高，其存在既可減少電力消耗，又可增加電力利用率。隨著第三代電子設備的出現，功率電子設備在尺寸、結構等方面都有了較大的提高。第三代產品將電路、驅動、控制、功率器件等集成到一起，制造出了功率集成電路，雖然功率比以前低了不少，但也讓電子電力技術進入了全新的研究領域。

1 電子電力技術在電力系統中的關鍵技術

1.1 靜止無功補償裝置

靜態無功補償主要用于改善電網的穩定性、改善電能質量、抑制閃變等諸多方面。靜態無功補償設備包括可控硅控制反應器（TCR）、可控硅投切電容（TSC）、可控串聯補償（TCSC）等。當兩個并聯的可控硅與一個電抗器串聯時，就構成了TCR的單相結構，通過對可控硅的觸控延遲角度的變化，可使電抗器的電流幅度發生變化，從而實現對電抗器的基本無功進行連續調節。TCR采用了以三相AC電壓調節電路為基礎的三角聯接方式。

TSC具有無機磨損、快速響應、平滑投切和綜合補償等綜合性能，其利用其中的小電感器來抑制進入電網時產生的脈沖電流。TSC具有更快速的調整度來降低所有諧波的補償。該方法采用電抗器將自換相橋電路與電網結合，從而實現對整流橋電路的交流電壓的相位和振幅進行調整，使其能夠產生符合要求的無功電流。

1.2 高壓直流輸電技術

以可控硅技術為基礎，可將HVDC技術應用于輸電系統，而在此之前可控硅一直被用于傳輸系統的直流電輸中，而后來的GTO等功率傳輸控制器則是基于可控硅，在這種情況下很少使用交流變換變壓器。直流聯絡線按單層聯絡線、雙極聯絡線、同極聯絡線、背靠背四種不同的輸電線路。

1.3 智能電網應用關鍵技術

智能化網絡發展。隨著我國經濟的快速發展，人民的生活質量發生了巨大的改變，電力供給的質量和穩定性也隨之提高。隨著電力網絡的不斷發展，電力系統的應用范圍也日益廣泛。要實現不同區域、不同層次的電力網的統一調度，單靠現有的電力調度自動化系統已不可能，尤其是隨著電力市場的逐步發展，電力調度自動化的工作將會變得十分困難。在未來發展過程中電力調度自動化的發展趨勢是網絡化的。利用網絡技術和數據分析技術，收集和分析電網的運行數據，確保電網調度自動化系統能夠實現遠程集中調度，使電網的運行更加穩定和安全，滿足市場發展的需要。

智能化技術分析。通過對電網用戶、電網設備、電網運行情況的實時監測，保證電網的穩定性和經濟性，從而達到最大限度地提高電網運行效率，提高電網運行效率。智能電網應用先進的電氣設備。如故障限制器、人性化交流輸電設備、儲能控制設備、智能保護設備等，這些設備都可與其他技術相結合，進而以智能化技術保障其電網的穩定運行，提升其可靠性。利用系統控制技術，可迅速地對電網的故障進行診斷，并根據專家系統的分析，提出相應的解決辦法。該控制系統根據電網的有關設備進行數據處理，并對其進行計算，從而實現配電、變電自動化、繼電保護、電網智能化等方面的綜合應用。

智能化運行發展。隨著智能化技術的飛速發展，電力調度系統的運作也要向著智能化的方向發展，以適應未來的發展趨勢。通過智能技術，可將整個電網的運行動態等多種信息整合起來，從而實現電網的智能化監控。根據監控結果實現了電網的最優控制，同時還可對電網的運行進行預警，對電網的故障進行分析和處理，從而保證電網的安全。這種方法能在一定程度上改善電力系統的運行效率，成為今后電力調度的發展方向[1]。

1.4 電力系統中的太赫茲技術

電力系統中的電纜一般都是埋在地下的，因此在進行故障定位時往往會遇到一些困難。利用太赫茲探測器，不僅可探測碳板、塑料、沙塵等，還可探測厚墻、干燥土層等。因此切需開發一種能夠通過對太赫茲波靈敏度進行檢測的便攜式太赫茲探測器。利用太赫茲技術進行網絡通訊，能有效地解決電力系統中大量的數據傳送問題，減少網絡數據的傳送費用，減少了數據的發送時間。太赫茲技術能夠提供及時、可靠、高效、靈敏的數據傳送服務，滿足電網的復雜結構要求，能夠在惡劣的條件下進行全天候的通訊。保證電力網通訊的通訊品質。

1.5 電力系統柔性化的支撐技術

自上個世紀之交我國電網發生了一系列重大的變革。隨著可再生能源的大規模接入，長距離輸電在我國的發展中起著舉足輕重的作用。隨著電網安全、可靠性和供電品質的不斷提高，對其數量和質量的靈活、高效的管理成為了迫切的需求。下述主要分析“柔性電力技術”這一概念。該技術目前得到了廣泛的認可，并在如今，“雙高”電力體系（高比例再生能源發電、高比例電力電子設備）、電力電子化發電等被普遍接受。

柔性電力技術是以電能的產生、輸送和應用為基礎，實現電能的迅速、準確地實現電能總量和形式控制。它在直流輸電技術、柔性交流輸電技術以及配網電網中的電能品質監控中起到了關鍵作用。這一技術的實施主要集中在儲能技術、信息處理和控制技術等方面。

1.5.1 電力電子器件技術的發展與應用

柔性功率技術的關鍵在于功率電子學發展，而功率電子學包括器件、電路和系統三個層面，器件的開發與運用是其基礎控制。未來功率電子設備的發展方向是電壓大、電流大、功率低、開關速度快，但這種特點很難在單一設備中得到充分的體現。當前，隨著新材料、設備不斷地對現有設備進行組合，可充分利用各種設備優勢，從而產生了各種各樣的功率電子設備。功率電子設備的性能提高有賴于材料和工藝的不斷進步。寬禁帶半導體是未來電能控制領域的一項重要技術。寬禁帶半導體材料的綜合性能和制程良率已成為研究的重點。

1.5.2 換流電路及其發展

柔性功率技術的應用主要包括多種功率轉換和控制。電力的產生、輸送和相關的電力裝置的控制線路，包括各種形式的AC和DC的變換。AC功率可是具有不同幅值、頻率或相位的AC，而DC功率可是幅度不同的DC。換流器的發展主要可分成以下三個階段：

整流器時代。整流器是一種把交流電通過相控變換成直流電的設備，其應用領域主要有電解、牽引和直流驅動。大功率整流器可把工頻交流電轉換為直流電，這種技術在上世紀六七十年代得到了迅速發展，成為了第一個發展時期。這一時期還開創了以可控硅為基礎的直流傳輸技術。

逆變器時代。逆變器是把直流電流轉換成交流電流的裝置，自20世紀80年代起，由于變頻器的廣泛使用，門極可關式可控硅（GTO）、大功率逆變晶體管、大型功率晶體管（GTR）等已逐漸成為功率電子設備的主流。這些裝置的研制和應用推動了電源型直流輸出、靜態無功動態補償等方面的發展。

變頻器時代。隨著單片機技術和復合變換器技術的不斷發展，電動機驅動技術進入了一個新的發展階段。變頻調速技術的發展，標志著電力電子技術可方便、準確地進行各種不同的電能交換。高電壓大容量變頻器的研制成功為采用模塊式組合的電力電子設備實現大功率轉換提供了技術支持。模塊化多電平技術是一種新型的變頻器[2]。

1.5.3 儲能技術

傳統電能的利用始終要堅持“供需平衡”的基本原理，而靈活電能技術理念使得電能質量的靈活控制和轉換成為了能源技術中主要的要求。以下將介紹一些柔性技術中的能量儲存技術。

抽水蓄能技術是一種將電能和水力能量轉化為能量的儲能技術，廣泛應用于電網調峰、調頻、調相、應急備用、黑啟動等領域。常規的抽水蓄能功率可達到數十萬千瓦，壽命達到30年以上。采用電力電子技術，以變頻調速技術，可達到75%的節能效果。變速抽水蓄能裝置調節范圍寬、調節精度高、功率響應速度快，能夠充分滿足電力系統的調頻和大型可再生能源系統的運行調節。

飛輪儲能是一種利用轉動物體的動能儲存能量的技術。飛輪能量密度高，可達到25年的使用壽命，高的轉換效率達到90%，比抽水蓄能技術更好。但其持續放電時間只有一分鐘，且能量密度很小，是一種典型的電力存儲技術。

蓄能技術是一種把電能轉換成化學能并儲存起來，利用時再把化學能轉換成電能。由于直接轉換為化學能的電能是以直流方式進行，所以交流直流轉換是此類儲能系統中的一個關鍵環節。蓄能技術具有高效、低噪聲、低污染、無規模效應、瞬態特性好、負載跟蹤性能強、成本低等特點。但由于蓄能系統中存在著大量的交流、直流轉換和控制等問題，使得系統的復雜程度大大提高。容量大、化學工藝復雜的大容量電池儲能系統也對城市設施的安全管理提出了新的要求。

超導儲能（SMES）是指通過在超導線圈中流動的電流，將其作為一種磁場來儲存電力，這一方法源自于發現和應用超導現象。超導技術已廣泛用于電力系統，如超導發電機、超導變壓器、超導電纜、超導限流器和SMES等。與其它儲能技術相比目前只有少數中小規模的SMES在商用運營[3]。

2 電力技術在電力系統中的應用分析

電子電力技術在發電環節的應用。采用電子電力技術，將大型發電機組的勵磁機更換為靜態勵磁控制，可迅速調整發電機的轉速，有效地提高發電機的運行效率；在節能等方面，采用變頻調速設備取代傳統的變頻調速機組。將變速恒頻勵磁技術用于水力、電力發電機組，采用電子技術調節水力、風力發電的功率，使水力發電效率最大化，采用能量存儲技術調節水力、風力發電的不穩定性，然后以電力技術進行電力系統的并網傳輸，可提高能源利用率。另外，在分布式電源中實現無縫并網，也是基于電子電力技術來實現其利用效能，可縮短電網和用戶的距離，增加用戶使用的安全性[4]。

電子電力技術在輸電環節的應用。通過對電能進行精確、迅速的控制，實現了對切換裝置的切換，依據可控硅換流閥的應用，從而使其在HVDC中得到應用，極大地降低了交流變換變壓器的使用量，實現了對電流變換裝置的移動性，降低了發電企業的生產成本，增強了中、大電流變換裝置的競爭能力。另外該技術在短距離傳輸中的應用也是可行的；柔性直流輸電技術是電力技術與控制技術的結合，通過對電網的有關參數進行調節，以保證線路的安全和合理的損失。

電子電力技術在配電環節的應用。在配電網中，采用電功率技術和FACTS技術是影響配電網安全運行的關鍵因素。用戶電力技術能夠保證配電系統的安全、穩定、高品質，而FACT技術能夠增強電網的控制性能，提高傳輸容量[5]。

3 結語

我國正處于經濟社會高速發展時期，電力供應是社會建設的基礎。電子電力技術將直接影響著社會經濟的發展，在節約用能等方面也關乎電力系統運行各個環節。在此，為促進我國社會經濟不斷發展，應依據各項功能努力創設電子電力技術。