試析電力工程中技術(shù)在智能電網(wǎng)建設(shè)中的應(yīng)用

王雪鳳

[摘 要]對智能電網(wǎng)的建設(shè)現(xiàn)狀以及發(fā)展的趨勢進(jìn)行了分析，闡述了我國智能電網(wǎng)的技術(shù)特點(diǎn)。由于智能電網(wǎng)具有數(shù)字化、信息化等重要特點(diǎn)，因此電力工程技術(shù)是智能電網(wǎng)建設(shè)的重要手段。 本文中主要針對這類電氣自動(dòng)化技術(shù)和其電力工程技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用進(jìn)行了探討。

[關(guān)鍵詞]電力工程技術(shù)；電氣自動(dòng)化；智能電網(wǎng)；建設(shè)；應(yīng)用

一、電力工程中電氣自動(dòng)化技術(shù)

1. 全控型電力電子開關(guān)逐步取代半控型晶閘管 50 年代末出現(xiàn)的晶閘管標(biāo)志著運(yùn)動(dòng)控制的新紀(jì)元。它是第一代電子電力器件，在我國至今仍廣泛用于直流和交流傳動(dòng)控制系統(tǒng)。由于目前所能生產(chǎn)的電流/電壓定額和開關(guān)時(shí)間的不同，各種器件各有其應(yīng)用范圍。 GTR 的二次擊穿現(xiàn)象以及其安全工作區(qū)受各項(xiàng)參數(shù)影響而變化和熱容量小、過流能力低等問題，使得人們把主要精力放在根據(jù)不同的特性設(shè)計(jì)出合適的保護(hù)電路和驅(qū)動(dòng)電路上，這也使得電路比較復(fù)雜，難以掌握。 MOS 控制晶閘管（ MCT ）是一種在它的單胞內(nèi)集成了 MOSFET的品閘管，利用M OS 門來控制品閘管的開通和關(guān)斷，具有晶閘管的低通態(tài)電壓降，但其工作電流密度遠(yuǎn)高 IGBT和 GTR ，在理論上可制成幾千伏的阻斷電壓和幾十千赫的開關(guān)頻率，且其關(guān)斷增益極高。

2. 變換器電路從低頻向高頻方向發(fā)展隨著電力電子器件的更新，由它組成的變換器電路也必然要換代。應(yīng)用普通晶閘管時(shí)，直流傳功的變換器主要是相控整流，而交流變頻船動(dòng)則是交一直一交變頻器。當(dāng)電力電子器件進(jìn)入第二代后，更多是采用PWM 變換器了。采用PWM方式后，提高了功率因數(shù)，減少 了高次諧波對電岡的影響，解決了電動(dòng)機(jī)在低頻區(qū)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)問題。

3. 交流調(diào)速控制理論日漸成熟 1971 年，德國學(xué)者 F ， Blaschke 發(fā)表論文闡明了交流電機(jī)磁場定向即矢量控制的原理，為交流傳動(dòng)高性能控制奠定了理論基礎(chǔ)。矢量控制的基本思想是仿照直流電動(dòng)機(jī)的控制方式，把定子電流的磁場分量和轉(zhuǎn)矩分量解耦開來，分別加以控制。它需要檢測轉(zhuǎn)子磁鏈的方向，且其性能易受轉(zhuǎn)子參數(shù)，特別是轉(zhuǎn)子回路時(shí)間常數(shù)的影響。加上矢量旋轉(zhuǎn)變換的復(fù)雜性，使得實(shí)際的控制效果難于達(dá)到分析的結(jié)果。 1985 年德國魯爾大學(xué)的 Depenbrock 教授首次提出了直接轉(zhuǎn)矩控制的理論，接著 1987 年又把它推 廣到弱磁調(diào)速范圍。大致來說，直接轉(zhuǎn)矩控制，用空間矢量的分析方法，直接在定子坐標(biāo)系下分析計(jì)算與控制電流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩。采用定子磁場定向，借助于離散的兩點(diǎn)式調(diào)節(jié)（Band 一 Band 控制）產(chǎn)生 PWM 信號(hào)，直接對逆變器的開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行最佳控制，以獲得轉(zhuǎn)矩的高動(dòng)態(tài)性能。

4. 通用變頻器開始大量投入實(shí)用從產(chǎn)品來看，第一代是普通功能型 U / F 控制型，多采用 16 位 CPU ，第二代為高功能型 U /F 型，采用 32位DSP或雙 16 位CPU 進(jìn)行控制，采用了磁通補(bǔ)償器、轉(zhuǎn)差補(bǔ)償器和電流限制拄制器.具有挖土機(jī)和“無跳閘”能力，也稱為“無跳閘變頻器”。這類變頻器目前占市場份額最大。第三代為高動(dòng)態(tài)性能矢量控制型。

5. 單片機(jī)、集成曳路及工業(yè)控荊計(jì)算機(jī)的發(fā)展以 MCS-51為代表白 8 位機(jī)雖然仍占主導(dǎo)地位，但功能簡單，指令集短小，可靠性高，保密性高，適于大批量生產(chǎn)的 PIC系列單片機(jī)及CMS97C系列單片機(jī)等正在推廣，而且單片機(jī)的應(yīng)用范圍已開始擴(kuò)展至智能儀器儀表或不太復(fù)雜的工業(yè)控制場合以充分發(fā)揮單片機(jī)的優(yōu)勢另外，單片機(jī)的開發(fā)手段也更加豐富。在集成電路方面，需要重點(diǎn)說明的是集成模擬乘法器和集成鎖相環(huán)路及集成時(shí)基電路在自動(dòng)控制系統(tǒng)中運(yùn)用很廣。

二、智能電網(wǎng)概述

目前，全世界范圍內(nèi)的氣候變化越來越頻繁，且由于人口的劇增，能源的供應(yīng)也越來越緊缺，因此，智能電網(wǎng)在全球中不斷地被關(guān)注。在幾年前，美國政府為了恢復(fù)經(jīng)濟(jì)的良好運(yùn)行，將智能電網(wǎng)的建設(shè)作為核心策略，來解決由于能源引起的危機(jī)，并利用它來促進(jìn)其他產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。在我國，智能電網(wǎng)的建設(shè)更是一項(xiàng)緊急的任務(wù)。

三、電力工程技術(shù)在智能電網(wǎng)建設(shè)中的總體應(yīng)用

第一，電源領(lǐng)域的應(yīng)用。電力工程技術(shù)能夠?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)的各種設(shè)備提供不同的電源。具體包括直流、變頻以及恒頻的交流電源等。例如，在蓄電池充電中，一般是采用直流電源，在變電所的操作中，既可以采用直流電源，也能用交流電源，而在大型或者小型的計(jì)算機(jī)中，可以采用高頻的開關(guān)電源。

第二，輸電中的應(yīng)用。由于智能電網(wǎng)要求具有較高質(zhì)量的電能以及較為穩(wěn)定的電網(wǎng)工作狀態(tài)，而實(shí)現(xiàn)這些要求需要電力工程技術(shù)中的諧波抑制技術(shù)以及無功補(bǔ)償技術(shù)的支持和配合。另外，電力工程中也不斷出現(xiàn)新的裝置，這些功能和智能電網(wǎng)的建設(shè)要求相符合，因此，能夠在智能電網(wǎng)建設(shè)中加以應(yīng)用。

第三，發(fā)電中的應(yīng)用。電力工程技術(shù)是一種現(xiàn)代的新技術(shù)，它通過電力和電子設(shè)備，實(shí)現(xiàn)電能的轉(zhuǎn)化以及控制，大大降低了能量的消耗量，同時(shí)還能減少機(jī)電設(shè)備的使用，工作效率也因而提高。

四、電力工程技術(shù)在智能電網(wǎng)建設(shè)中的具體應(yīng)用

第一，電能的質(zhì)量優(yōu)化技術(shù)。該技術(shù)在智能電網(wǎng)建設(shè)中的應(yīng)用，需要建立在電能的質(zhì)量等級劃分以及評估方法體系的完善的基礎(chǔ)上，對供用電的接口所具備的經(jīng)濟(jì)性能進(jìn)行分析，從而建立起用戶經(jīng)濟(jì)性以及技術(shù)等級這兩個(gè)評估體系，并借助法律法規(guī)的不斷完善，來促使智能電網(wǎng)的建設(shè)往經(jīng)濟(jì)且優(yōu)質(zhì)的方向發(fā)展。

第二，柔性交流輸電技術(shù)。該技術(shù)是將清潔度高的新能源等輸入電網(wǎng)中的主要技術(shù)，它是在微處理以及微電子技術(shù)，電力技術(shù)、電子技術(shù)以及相關(guān)的通信和控制技術(shù)的基礎(chǔ)上形成的能夠?qū)涣鬏旊妼?shí)現(xiàn)靈活控制的技術(shù)。

第三，高壓直流輸電技術(shù)。當(dāng)前的直流輸電系統(tǒng)中，很多環(huán)節(jié)都采用交流電，但是輸電過程是用直流電的。采用該技術(shù)能夠利用控制換流器，實(shí)現(xiàn)整流或者逆變的工作狀態(tài)。能夠應(yīng)用在遠(yuǎn)距離或者近距離直流輸電工程中，還能為一些孤立的地域例如海島供電。

第四，能源轉(zhuǎn)換技術(shù)。未來社會(huì)中的能源發(fā)展方向應(yīng)該是實(shí)現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)能源。也就是將能源的消耗量以及對環(huán)境的排放和污染控制在最低水平上，低碳經(jīng)濟(jì)能源的核心是在能量的轉(zhuǎn)換上采用先進(jìn)技術(shù)對其進(jìn)行創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)能源的高效利用。目前，太陽能與風(fēng)能等自然能源已經(jīng)成了世界上利用最多的用于能量轉(zhuǎn)換的能源。

五、電力工程技術(shù)在智能電網(wǎng)中的重要意義

在電力系統(tǒng)方面，能夠降低總發(fā)電所需要的燃料費(fèi)用，這樣就能夠在一定程度上降低成本，減少建設(shè)投資，電網(wǎng)的輸送效率也會(huì)有所提升。

在用電客戶方面，可以提供比較便捷的服務(wù)，不僅終端能源的利用效率大大的提高，而且電量消費(fèi)也能夠節(jié)約利用，供電可靠性和穩(wěn)定性也會(huì)大幅度的提高，電能的質(zhì)量也會(huì)有所改善。

在環(huán)境與節(jié)能方面，可以在提高能源轉(zhuǎn)換效率，節(jié)能減排的同時(shí)，促進(jìn)清潔能源的創(chuàng)新與開發(fā)，除此之外土地的整體利用率也會(huì)有所提升。

其他方面，主要就是對我國社會(huì)生活以及國家經(jīng)濟(jì)的有利影響，能夠促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展，同時(shí)拉動(dòng)就業(yè)，緩解就業(yè)壓力，有利于社會(huì)的穩(wěn)定。能源供應(yīng)方面也能夠保障其安全性，能源轉(zhuǎn)換效率也會(huì)有所提高，交通運(yùn)輸壓力就會(huì)相應(yīng)的減輕。

實(shí)際上我國還是一個(gè)發(fā)展中國家，就技術(shù)而言，還需要有很大的提升，所以在經(jīng)濟(jì)全球化的今天要真正的發(fā)展技術(shù)，提高我國的智能電網(wǎng)建設(shè)質(zhì)量，就需要充分利用經(jīng)濟(jì)全球化這把雙刃劍，充分利用國際國內(nèi)兩種市場兩種資源，有效地規(guī)避不利因素來發(fā)展自己。只有電力工程技術(shù)不斷地發(fā)展和創(chuàng)新，才能夠促進(jìn)我國電力事業(yè)的進(jìn)步。當(dāng)然專業(yè)性的人才也是必不可少的，不僅要加強(qiáng)我國的教育事業(yè)，培養(yǎng)動(dòng)手能力比較強(qiáng)，理論知識(shí)比較豐富的實(shí)干人才，同時(shí)也要引進(jìn)國外具有豐富經(jīng)驗(yàn)的國際人員，為我國的智能電網(wǎng)建設(shè)提供比較新鮮的元素，促進(jìn)我國智能電網(wǎng)的健康發(fā)展。

六、結(jié)束語

眾所周知，電氣自動(dòng)化技術(shù)是當(dāng)今世界最活躍、最充滿生機(jī)、最富有開發(fā)前景的綜合性學(xué)科與眾多高新技術(shù)的合成。其應(yīng)用范圍十分廣泛，幾乎滲透到國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門，隨著我國科技技術(shù)的發(fā)展，電氣自動(dòng)化技術(shù)也隨之提高。本文通過對智能電網(wǎng)在我國建設(shè)中的發(fā)展趨勢及特點(diǎn)的分析，提出了電力工程在智能電網(wǎng)建設(shè)中的重要應(yīng)用，對在智能電網(wǎng)建設(shè)中的總體應(yīng)用、具體技術(shù)應(yīng)用以及關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了探討。通過實(shí)例表明，電力工程技術(shù)的應(yīng)用，對于促進(jìn)智能化電網(wǎng)的建設(shè)，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)以及提高經(jīng)濟(jì)效益具有重要作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]《中國智能電網(wǎng)基本特征及其技術(shù)進(jìn)展評述》，?？?，薛峰，楊衛(wèi)東，《電力系統(tǒng)自動(dòng)化》2009年17期