電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

【摘要】隨著現(xiàn)代化社會科學(xué)、新技術(shù)、新設(shè)備以及新材料的不斷進步和飛越，電力電子技術(shù)在數(shù)量和質(zhì)量上都有了本質(zhì)上的提升，電子電力技術(shù)對現(xiàn)代化電網(wǎng)發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，將來一定會在電網(wǎng)發(fā)展中占據(jù)更大的發(fā)展優(yōu)勢和發(fā)展?jié)摿?，并為電子網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展帶來革命性的改變。筆者就應(yīng)用學(xué)視角對電力電子技術(shù)進行了個方面分析，包括近來發(fā)展的光傳輸技術(shù)、電力通信的現(xiàn)狀、未來電力發(fā)展的需求和電力特種光纜的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】電力電子技術(shù)；電力系統(tǒng)；應(yīng)用；現(xiàn)代化

電力系統(tǒng)的出現(xiàn)至今，極大地改善了全世界生產(chǎn)發(fā)展能力、生產(chǎn)方式以及生活質(zhì)量，工業(yè)生產(chǎn)的效率不斷提高促進了全球社會生產(chǎn)力水平的極大提高。電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的運用使得電力系統(tǒng)的運行更加有效率，工作質(zhì)量也得到了提高，隨著現(xiàn)代化科技和材料設(shè)備的發(fā)展，先進便捷的科學(xué)技術(shù)在社會生產(chǎn)的各個方面都得到了極大的應(yīng)用。電力電子技術(shù)的滲透和應(yīng)用使電力系統(tǒng)自工程進入了現(xiàn)代化發(fā)展時期，不僅極大地提高了電力系統(tǒng)工作的效率和工作質(zhì)量，而且節(jié)約了以往電力系統(tǒng)的運營花銷。電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用是建立在計算機信息技術(shù)基礎(chǔ)上的一項工程，它不僅需要完備的計算機知識算法體系，更要求工作人員具備高超的計算機技術(shù)知識掌握能力作為條件。我國在電力電子技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用進程中是比較早的國家，現(xiàn)階段我國的電力通信系統(tǒng)做得十分出色，已經(jīng)發(fā)展成比較完善的現(xiàn)代化電力網(wǎng)絡(luò)。電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中起著決定性的重要作用，因此，本文就近來發(fā)展的光傳輸技術(shù)、電力通信的現(xiàn)狀、未來電力發(fā)展的需求和電力特種光纜的應(yīng)用四大方面進行研究。

一、電力電子技術(shù)在電力網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

電力電子技術(shù)作為新時代發(fā)展所研制出的新一代電工技術(shù)，是由強電技術(shù)與弱電技術(shù)相結(jié)合演化發(fā)展而來的。這種新型的電力電技術(shù)不僅對國家生產(chǎn)力產(chǎn)生了巨大的變革沖擊，更是為國內(nèi)人民的生活帶來了極大的影響?，F(xiàn)階段，電力電子技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)涉及到種種領(lǐng)域的各個方面，包括電能力的生產(chǎn)環(huán)節(jié)、電能的輸送環(huán)節(jié)和電能的存儲工作等，基本上遍布于電力系統(tǒng)的各個方面。

1.電力電子技術(shù)在發(fā)電系統(tǒng)中的作用

電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)的發(fā)電環(huán)節(jié)中的運用主要是依靠其對發(fā)電機等設(shè)備相關(guān)性能和主要特征的改善以加快系統(tǒng)的功率調(diào)節(jié)。主要包括大型發(fā)電機的靜止勵磁控制、水利和風(fēng)力發(fā)電機的變速恒頻勵磁、發(fā)電廠風(fēng)機水泵的調(diào)頻控制等等。電力電子技術(shù)在此環(huán)節(jié)中應(yīng)用了晶閘管整流在自并勵靜止勵磁中結(jié)構(gòu)的簡易、可靠的性能以及低劣的價格等優(yōu)點，保證了電力電子技術(shù)的發(fā)展和受用。在水力發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電方面，則利用了變頻電源來調(diào)整電子勵磁的轉(zhuǎn)動頻率，進而調(diào)整水力風(fēng)力發(fā)電的最大有效功率，使其長期保證在穩(wěn)定的變頻范圍內(nèi)，逐漸減少甚至最終消除風(fēng)力等自然因素對發(fā)電轉(zhuǎn)動頻率和功率的影響。水電廠內(nèi)的風(fēng)機水泵一般情況下耗電量巨大，幾乎占整個發(fā)電廠用電量的百分之六十五，很容易造成電力能源的損失和浪費，但是使用電力電子技術(shù)中的變頻調(diào)速就可以一定程度上避免這種情況，但是目前國內(nèi)能夠承擔(dān)起這種技術(shù)，生產(chǎn)高壓大功率變頻器的廠家屈指可數(shù)，而對于新能源發(fā)電中的太陽能發(fā)電系統(tǒng)來說，太陽能電池陣列直流電轉(zhuǎn)換成交流電的工作重點就是具備據(jù)大功率跟蹤功能的逆變器，根據(jù)不同國家和地區(qū)，涉筆的規(guī)模以及參數(shù)可能會有所變化，對于我國來說采用的是10-15KW的獨立系統(tǒng)。

2.電力電子技術(shù)在電力傳輸系統(tǒng)中的作用

現(xiàn)階段我國運用的柔性交流輸電技術(shù)是將電力電子技術(shù)與現(xiàn)代控制技術(shù)相結(jié)合的，對電力系統(tǒng)的相關(guān)電壓、參數(shù)、相位角和功率潮流進行不間斷控制的調(diào)節(jié)技術(shù)。這種技術(shù)能夠在一定程度上減少電力能源輸送過程中的損耗，極大地提高了電力系統(tǒng)輸送環(huán)節(jié)的穩(wěn)定性。近年來對于高壓輸電的技術(shù)部分，受關(guān)注的還要輸高壓直流輸電技術(shù)。遠距離高壓直流輸電可以解決很大一部分的問題。在同樣的電力能源輸送條件下，高壓直流輸電比交流輸電的損耗小得多，因為直流電不需要電流變化，就減少了電抗壓降，整體壓降也就隨之下降，因此，線路投資花費低，且電力輸送穩(wěn)定性極高，幾乎不會出現(xiàn)穩(wěn)定方面的問題。目前情況下，直流輸電線路的首末端需要接入大功率的晶閘管，半控型器件和相控整流以及有源逆變器，以三相全控橋電路作為基本單元。

二、電力系統(tǒng)中的幾大電力電子技術(shù)

1.靜止無功補償裝置

靜止動態(tài)型的無功補償裝置主要應(yīng)用于提高輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性、提高電能質(zhì)量、對沖擊性的負荷進行無功補償以及閃變抑制等方面。靈活交流輸電系統(tǒng)從根本上改變了以前交流電網(wǎng)只能靠速度緩慢、不直接或者精確性低下的設(shè)備進行機械控制的情況。靜止無功補償裝置對于提升輸電系統(tǒng)的輸電功率和潮流控制能力，對電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的保證和改善，改善系統(tǒng)的震蕩現(xiàn)狀等方面起著重要的作用?，F(xiàn)階段，常見的靈活交流輸電系統(tǒng)包括：靜止無功補償器（SVC）、靜止同步補償器（STATCOM）、可控串聯(lián)補償器（TCSC）、晶閘管控制移相器（TCPST）、統(tǒng)一潮流控制器（UPFC）、動態(tài)電壓調(diào)節(jié)器（DVR）、超導(dǎo)儲能系統(tǒng)（SMES）、不間斷電源（UPS）、統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器（UPQC）等。無功功率補償能夠供電系統(tǒng)和負荷的功率參數(shù)，減少設(shè)備的容量，降低功率的損耗、穩(wěn)定受電端和電網(wǎng)的電壓。

2.高壓直流輸電技術(shù)

所謂高壓直流輸電技術(shù)就是通過一定的轉(zhuǎn)換器將高壓電場輸出的交流電轉(zhuǎn)換成直流電，再通過輸電線路將直流電輸送到接收電端，再將直流電變化成交流電以供用戶使用。高壓直流電的優(yōu)點是：電能輸送功率大、線路造價低下、控制性能優(yōu)越等。高壓直流輸電技術(shù)是現(xiàn)階段針對高電壓大承載量、異網(wǎng)聯(lián)入、長距離電能輸送等工程具有很大可行性的技術(shù)。高壓直流輸電技術(shù)以其特殊的線路造價以及性能優(yōu)勢，很好的擺脫了交流輸電中對穩(wěn)定性的要求問題。

3.有源電力濾波器

有源電力濾波器的基本制造思路是從補償對象當(dāng)中進行對諧波電流分量的檢測，由補償裝置產(chǎn)生一個和此份量大小相等但極性相反的補償電流分量，抵消諧波電流分量從而是流入電網(wǎng)的電流只含基波分量，瞬時無功功率理論為它的理論基礎(chǔ)。具有動態(tài)響應(yīng)速度快、補償功能的多元化、補償特性不受電網(wǎng)阻抗影響等特點，成為了抑制諧波的重要發(fā)展方向之一。

三、光纖傳輸與電力特種光纜的應(yīng)用

現(xiàn)階段采用的無線傳輸技術(shù)主要包括微薄、無線擴頻、電力載波以及通信光纜，電力通信不僅僅承擔(dān)著大多數(shù)人眼中理解的電話語音通信、IP業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)、寬帶等業(yè)務(wù)，更承擔(dān)著電力生產(chǎn)專業(yè)的相關(guān)任務(wù)。電力通信的自動化程度同時反映了現(xiàn)代化電力電子技術(shù)的科技含量。這些業(yè)務(wù)都需要穩(wěn)定可靠高效率的傳輸來支持，而光纖傳輸正能滿足這一點需求。近年來，通信早已轉(zhuǎn)向數(shù)字通信技術(shù)方面，因此光纜和SDH傳輸技術(shù)和通信設(shè)備就倍受重視。

目前的特種光纖主要采用的是比較先進的OPGW和ADSS技術(shù)，依靠系統(tǒng)本身已有的線路資源，靈活耐用，且能夠具有很大的主動權(quán)。其中OPGW適用條件有：高壓、大檔距，維護簡易、搞機械強度，對高壓電蝕和降解無影響，建設(shè)的一次性規(guī)劃、避免短路的發(fā)生。而介質(zhì)自承光纜ADSS在220KV、110KV和35KV條件下均可以得到廣泛的使用。特種光纖不能滿足的電力輸電線跨度小、垂度小的要求，介質(zhì)自承光纜ADSS都可做到，不僅不會造成電力損失，還具有穩(wěn)定的光學(xué)特性。我國的特種光纜運用起于1985年，葛洲壩水電站引進第條OPGW光纜；1990年，西安供電局引進第一條AD-LASH光纜在地上進行捆綁；1995年青島白山電廠引進第一條ADSS光纜；再到2006年深圳老虎坑電廠引進第一條OPCC光纜。從2006年開始，我國的特種光纜制造工作開始大范圍普及。

綜上所述，人類的認識發(fā)展是永無止境的，隨著科學(xué)技術(shù)的進步，電力電子技術(shù)器件在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用也一定會不斷完善，不斷探索出新的技術(shù)使用經(jīng)驗和設(shè)備器件支持，新的電力電子技術(shù)也一定會不斷出現(xiàn)在我們面前。與此同時，電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展中的應(yīng)用也越來向多元化、現(xiàn)代化、智能化和高標準化發(fā)展，可以想到，在未來的時間內(nèi)，電力電子技術(shù)會以更加完善的形式應(yīng)用在電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展中。

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作者簡介：路紅娟（1966—），女，江蘇宜興人，大學(xué)本科，高級工程師，無錫工藝職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息系教師，研究方向：電力電子技術(shù)、電子測量及檢測技術(shù)。