淺談電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

沈重

【摘 要】隨著我國(guó)電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，許多新型的結(jié)構(gòu)器件和材料也不斷的出現(xiàn)在了人們生活當(dāng)中，而且在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的支撐下來(lái)，人們也對(duì)這些先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)進(jìn)行了適當(dāng)?shù)膬?yōu)化，從而有效的提高了電力電子技術(shù)的使用功能。本文通過(guò)對(duì)電力電子技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹，討論了電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用，以供相關(guān)人士參考。

【關(guān)鍵詞】電力電子技術(shù)；電力系統(tǒng)；發(fā)電機(jī)組

0.前言

目前，在我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的過(guò)程中，由于電力電子技術(shù)可以有效的提高機(jī)械設(shè)備的工作效率，實(shí)現(xiàn)其設(shè)備運(yùn)行的自動(dòng)化控制管理，因此受人們的青睞，并被人們廣泛的應(yīng)用到各個(gè)行業(yè)當(dāng)中。而且隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們也將許多先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)應(yīng)用到其中，使其電力電子技術(shù)的使用功能更加的完善。下面我們就對(duì)電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹。

1.電力電子技術(shù)的概述

1.1電力電子技術(shù)的內(nèi)容

在當(dāng)前我國(guó)電力電子技術(shù)發(fā)展的過(guò)程中，人們也已經(jīng)將電力電子技術(shù)作為一門(mén)新興的科學(xué)技術(shù)廣泛的應(yīng)用在我國(guó)電力行業(yè)當(dāng)中，它主要是通過(guò)電力電子器件來(lái)對(duì)電能進(jìn)行有效的控制，從而使得電力系統(tǒng)功率增大，提高其運(yùn)行效果。目前人們根據(jù)其功能的不同將電力電子技術(shù)分成電力電子器件制造技術(shù)和變流技術(shù)這兩種，而且隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，電力電子技術(shù)也已經(jīng)成為了當(dāng)代電氣工程和自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)技術(shù)中的基礎(chǔ)課程。

1.2電力電子技術(shù)技術(shù)的作用

1.2.1優(yōu)化電能

在電能供應(yīng)的過(guò)程中，電力電子技術(shù)可以通過(guò)對(duì)電力的優(yōu)化處理，使得電力的利用率得到明顯的提高，使其人們?cè)趯?duì)電能進(jìn)行使用的過(guò)程中，使用性能達(dá)到最大化。其中在我國(guó)一些制造工業(yè)中，電力電子技術(shù)的應(yīng)用，不僅可以有效的降低了我國(guó)制造工藝的生產(chǎn)水平，還有著良好的節(jié)能作用。

1.2.2有利于傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)的改造

目前，在人類(lèi)社會(huì)發(fā)展的過(guò)程中，人們對(duì)電能質(zhì)量的要求越來(lái)越高，而電力電子技術(shù)的應(yīng)用就大幅度的改善了工業(yè)以及民用用電設(shè)備的電能效果，使得電力資源的質(zhì)量得到明顯的提高。這不僅改造了傳統(tǒng)工業(yè)的生產(chǎn)工藝，提高了工藝生產(chǎn)的工作效率，還有利于我國(guó)機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展。而且在現(xiàn)階段電力電子技術(shù)發(fā)展的過(guò)程中，人們也將網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)應(yīng)用到其中，使得電力電子技術(shù)的質(zhì)量得到了明顯的提升。

1.2.3電力電子技術(shù)的高頻化

為了突破電力設(shè)備的工頻傳統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)我國(guó)電力系統(tǒng)運(yùn)行的高頻化，這樣不僅提高了電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率，還減少了機(jī)電設(shè)備的體積。

1.2.4智能化發(fā)展

隨著我國(guó)電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，人們也將許多先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)應(yīng)用到了電力電子技術(shù)當(dāng)中，這不僅有利于我國(guó)電力電子技術(shù)的改革，還使得電力電子技術(shù)向著多功能智能化的方向發(fā)展，使得電力電子技術(shù)得到了人們更加廣泛的應(yīng)用。

2.電力電子技術(shù)的應(yīng)用

早在上個(gè)世紀(jì)80年代，人們就開(kāi)始將柔性交流輸電的應(yīng)用理念融入到電力電子技術(shù)當(dāng)中，這不僅有效的提高了電力設(shè)備的使用功能，還有利于電力資源質(zhì)量的優(yōu)化。下面我們就對(duì)電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的實(shí)際情況和現(xiàn)狀進(jìn)行介紹。

2.1在發(fā)電環(huán)節(jié)中的應(yīng)用

電力電子技術(shù)的應(yīng)用主要是針對(duì)電力系統(tǒng)發(fā)電環(huán)節(jié)和發(fā)電機(jī)組等電力設(shè)備，在對(duì)其運(yùn)行特征進(jìn)行相應(yīng)的改善，從而使得發(fā)電質(zhì)量得到明顯的提高。

2.1.1大型發(fā)電機(jī)的靜止勵(lì)磁控制

靜止勵(lì)磁采用晶閘管整流自并勵(lì)方式，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高及造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，被世界各大電力系統(tǒng)廣泛采用。由于省去了勵(lì)磁機(jī)這個(gè)中間慣性環(huán)節(jié)，因而具有其特有的快速性調(diào)節(jié)，給先進(jìn)的控制規(guī)律提供了充分發(fā)揮作用并產(chǎn)生良好控制效果的有利條件。

2.1.2水力、風(fēng)力發(fā)電機(jī)的變速恒頻勵(lì)磁

水力發(fā)電的有效功率取決于水頭壓力和流量，當(dāng)水頭的變化幅度較大時(shí)（尤其是抽水蓄能機(jī)組），機(jī)組的最佳轉(zhuǎn)速變隨之發(fā)生變化。風(fēng)力發(fā)電的有效功率與風(fēng)速的三次方成正比，風(fēng)車(chē)捕捉最大風(fēng)能的轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速而變化。為了獲得最大有效功率，可使機(jī)組變速運(yùn)行，通過(guò)調(diào)整轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流的頻率，使其與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速疊加后保持定子頻率即輸出頻率恒定。此項(xiàng)應(yīng)用的技術(shù)核心是變頻電源。

2.1.3發(fā)電廠風(fēng)機(jī)水泵的變頻調(diào)速

發(fā)電廠的廠用電率平均為8%，風(fēng)機(jī)水泵耗電量約占火電設(shè)備總耗電量的65%，且運(yùn)行效率低。使用低壓或高壓變頻器，實(shí)施風(fēng)機(jī)水泵的變頻調(diào)速，可以達(dá)到節(jié)能的目的。低壓變頻器技術(shù)已非常成熟，國(guó)內(nèi)外有眾多的生產(chǎn)廠家，并不完整的系列產(chǎn)品，但具備高壓大容量變頻器設(shè)計(jì)和生產(chǎn)能力的企業(yè)不多，國(guó)內(nèi)有不少院校和企業(yè)正抓緊聯(lián)合開(kāi)發(fā)。

2.2在輸電環(huán)節(jié)中的應(yīng)用

電力電子器件應(yīng)用于高壓輸電系統(tǒng)被稱(chēng)為“硅片引起的第二次革命”，大幅度改善了電力網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行特性。

2.2.1直流輸電（HVDC）和輕型直流輸電（HVDC Light）技術(shù)

直流輸電具有輸電容量大、穩(wěn)定性好、控制調(diào)節(jié)靈活等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于遠(yuǎn)距離輸電、海底電纜輸電及不同頻率系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)，高壓直流輸電擁有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。1970年世界上第一項(xiàng)晶閘管換流器，標(biāo)志著電力電子技術(shù)正式應(yīng)用于直流輸電。從此以后世界上新建的直流輸電工程均采用晶閘管換流閥。

2.2.2 柔性交流輸電（FACTS）技術(shù)

FACTS技術(shù)的概念問(wèn)世于20世紀(jì)80年代后期，是一項(xiàng)基于電力電子技術(shù)與現(xiàn)代控制技術(shù)對(duì)交流輸電系統(tǒng)的阻抗、電壓及相位實(shí)施靈活快速調(diào)節(jié)的輸電技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)交流輸電功率潮流的靈活控制，大幅度提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定水平。

20世紀(jì)90年代以來(lái)，國(guó)外在研究開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)上開(kāi)始將FACTS技術(shù)用于實(shí)際電力系統(tǒng)工程。其輸出無(wú)功的大小，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制方便，成本較低，所以較早得到應(yīng)用。

2.3在配電環(huán)節(jié)中的應(yīng)用

配電系統(tǒng)迫切需要解決的問(wèn)題是如何加強(qiáng)供電可靠性和提高電能質(zhì)量。電能質(zhì)量控制既要滿足對(duì)電壓、頻率、諧波和不對(duì)稱(chēng)度的要求，還要抑制各種瞬態(tài)的波動(dòng)和干擾。電力電子技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)在配電系統(tǒng)中的應(yīng)用，即用戶電力技術(shù)或稱(chēng)DFACTS技術(shù)，是在FACTS各項(xiàng)成熟技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的電能質(zhì)量控制新技術(shù)?？梢詫FACTS設(shè)備理解為FACTS設(shè)備的縮小版，其原理、結(jié)構(gòu)均相同，功能也相似。

2.4在節(jié)能環(huán)節(jié)的運(yùn)用

2.4.1變負(fù)荷電動(dòng)機(jī)調(diào)速運(yùn)行

電動(dòng)機(jī)本身挖掘節(jié)電潛力只是節(jié)電的一個(gè)方面，通過(guò)變負(fù)荷電動(dòng)機(jī)的調(diào)速技術(shù)節(jié)電又是另一個(gè)方面，只有將二者結(jié)合起來(lái)，電動(dòng)機(jī)節(jié)電方較完善。目前，交流調(diào)速在冶金、礦山等部門(mén)及社會(huì)生活中得到了廣泛的應(yīng)用。首先是風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)等變負(fù)荷機(jī)械中采用調(diào)速控制代替擋風(fēng)板或節(jié)流閥控制風(fēng)流量和水流量具有顯著的效果。國(guó)外變負(fù)荷的風(fēng)機(jī)、水泵大多采用了交流調(diào)速，我國(guó)正在推廣應(yīng)用中。

2.4.2減少無(wú)功損耗，提高功率因數(shù)

在電氣設(shè)備中，變壓器和交流異步電動(dòng)機(jī)等都屬于感性負(fù)載，這些設(shè)備在運(yùn)行時(shí)不僅消耗有功功率，而且還消耗無(wú)功（下轉(zhuǎn)第157頁(yè)）（上接第102頁(yè)）功率。因此，無(wú)功電源與有功電源一樣，是保證電能質(zhì)量不可缺少的部分。在電力系統(tǒng)中應(yīng)保持無(wú)功平衡，否則，將會(huì)使系統(tǒng)電壓降低 ，設(shè)備破壞，功率因數(shù)下降，嚴(yán)懲時(shí)會(huì)引起電壓崩潰，系統(tǒng)解裂，造成大面積停電事故。所以，當(dāng)電力網(wǎng)或電氣設(shè)備無(wú)功容量不足時(shí)，應(yīng)增裝無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，提高設(shè)備功率因數(shù)。

3.結(jié)束語(yǔ)

由此可見(jiàn)，目前在我國(guó)電力行業(yè)發(fā)展的過(guò)程中，電力電子技術(shù)已經(jīng)得到了人們的廣泛應(yīng)用，這不僅有效的提高了電力資源的質(zhì)量，還使得電力系統(tǒng)的工作效率大幅度的增加。不過(guò)由于電力電子技術(shù)在使用過(guò)程中，其應(yīng)用技術(shù)并不成熟，因此導(dǎo)致其中存在著許多問(wèn)題，為此電力電子技術(shù)還要在不斷的實(shí)踐過(guò)程中，來(lái)對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)和完善，從而促進(jìn)我國(guó)電力行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

[1]林雪山.電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].黑龍江科技信息，2011（17）.

[2]許昊.電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].沿海企業(yè)與科技，2005（08）.

[3]鄭錦彪.淺談電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用與研究[J].黑龍江科技信息，2007（05）.