現(xiàn)代電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

任大新 張靜安

摘 要：作為傳統(tǒng)電力行業(yè)與信息產(chǎn)業(yè)結(jié)合橋梁的現(xiàn)代電子技術(shù)隨著電力技術(shù)的發(fā)展、信息技術(shù)的進(jìn)步，能極大地推動電力系統(tǒng)向現(xiàn)代化、自動化發(fā)展的轉(zhuǎn)變，意義重大，為此，文章主要分析現(xiàn)代電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代電子技術(shù)；電力系統(tǒng)；應(yīng)用

1 現(xiàn)代電子技術(shù)概述

作為用于電力領(lǐng)域內(nèi)的新興電子技術(shù)的現(xiàn)代電力電子技術(shù)，經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電能質(zhì)量控制、新能源開發(fā)、民用及傳統(tǒng)設(shè)備發(fā)行等領(lǐng)域內(nèi)，該技術(shù)以功率半導(dǎo)體器件、電路技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)為技術(shù)平臺，呈現(xiàn)出全控化、集成化、高頻化和高效率化等特點(diǎn)及優(yōu)勢，為電力系統(tǒng)的自動化、智能化、機(jī)電一體化的實(shí)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)，并發(fā)揮著重要作用。

一方面，提高電能適用效率。根據(jù)相關(guān)研究表明，利用現(xiàn)代電子技術(shù)能優(yōu)化10%～40%的電能[ 1 ]，且不影響電力系統(tǒng)的正常工作，進(jìn)一步促進(jìn)了電能資源的優(yōu)化及結(jié)構(gòu)的合理，并在成為節(jié)能減排等政策及項(xiàng)目主要推廣的一項(xiàng)技術(shù)。另一方面，推動電力系統(tǒng)及行業(yè)的轉(zhuǎn)型發(fā)展。隨著電力行業(yè)的發(fā)展，現(xiàn)代技術(shù)的進(jìn)步，傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)及行業(yè)只有積極應(yīng)用現(xiàn)代技術(shù)，轉(zhuǎn)變發(fā)展方式，才能促進(jìn)其持續(xù)健康發(fā)展，而現(xiàn)代電力技術(shù)的應(yīng)用能促進(jìn)其轉(zhuǎn)型發(fā)展的實(shí)現(xiàn)：（1）促進(jìn)電力系統(tǒng)及產(chǎn)業(yè)的升級改造。為了更好地利用計(jì)算機(jī)等技術(shù)保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性，通過采用現(xiàn)代電子技術(shù)處理和改造機(jī)電設(shè)備，建立信息技術(shù)與機(jī)電設(shè)備結(jié)合的橋梁，進(jìn)而為電力系統(tǒng)的自動化、機(jī)電一體化等的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。（2）豐富電力系統(tǒng)的機(jī)電設(shè)備的功能。利用現(xiàn)代電子技術(shù)的高頻化和變頻化技術(shù)，打破傳統(tǒng)電力系統(tǒng)機(jī)電設(shè)備的工頻率的不足，縮小機(jī)電設(shè)備體積的同時，提高其高頻化和變頻化技術(shù)，降低甚至避免噪音，提高響應(yīng)速度和電力系統(tǒng)運(yùn)行效率。同時，推動電力系統(tǒng)的職能化發(fā)展。自動化、智能化、機(jī)電一體化是電力系統(tǒng)及行業(yè)在知識經(jīng)濟(jì)時代發(fā)展的必然要求，而現(xiàn)代電子技術(shù)的應(yīng)用，通過將微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、信息處理等有機(jī)的結(jié)合并應(yīng)用到包括機(jī)電設(shè)備、電網(wǎng)等電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)工作的運(yùn)行中，不僅是電力系統(tǒng)及行業(yè)創(chuàng)新的發(fā)展模式，也極大的推動了其向智能化、自動化等的過渡發(fā)展。（3）完善管理，提高效益?，F(xiàn)代電子技術(shù)推動電力系統(tǒng)及行業(yè)的轉(zhuǎn)型發(fā)展，提高機(jī)電設(shè)備及系統(tǒng)整體工作效益，降低能源浪費(fèi)，在很大程度上控制了成本，提高了運(yùn)行的安全性，有利于經(jīng)濟(jì)和社會等效益的實(shí)現(xiàn)。

2 現(xiàn)代電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

現(xiàn)代電子技術(shù)憑借著技術(shù)優(yōu)勢，進(jìn)而能促進(jìn)電力系統(tǒng)的能源利用效率，完善運(yùn)營及管理，降低成本，增加經(jīng)濟(jì)效益，已經(jīng)廣泛的應(yīng)用到電力系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)，現(xiàn)主要根據(jù)電力系統(tǒng)的運(yùn)行結(jié)構(gòu)進(jìn)行如下介紹。

2.1 現(xiàn)代電子技術(shù)在電力系統(tǒng)發(fā)電環(huán)節(jié)的應(yīng)用

電力系統(tǒng)的發(fā)電主要依靠各種發(fā)電機(jī)組及設(shè)備，而此環(huán)節(jié)對現(xiàn)代電子技術(shù)的運(yùn)用主要是為了進(jìn)一步檢測和保證發(fā)電機(jī)組及設(shè)備的功能及質(zhì)量，適當(dāng)?shù)耐晟?，改善發(fā)電機(jī)組及設(shè)備的工作效率，其應(yīng)用主要體現(xiàn)在靜止勵磁技術(shù)和變速恒頻勵磁技術(shù)的運(yùn)用上：

（1）靜止勵磁控制技術(shù)。勵磁機(jī)、靜止勵磁技術(shù)和變速恒頻勵磁技術(shù)是勵磁技術(shù)發(fā)展的3個階段，目前靜止勵磁技術(shù)在各大型發(fā)電機(jī)組中的運(yùn)用最廣，并過渡到微機(jī)勵磁和數(shù)字技術(shù)自動化調(diào)節(jié)勵磁電流等發(fā)展上，主要利用晶閘管整流自并勵方式，采用可控硅整流元件代替直流勵磁機(jī)及其換向器等來實(shí)現(xiàn)，能在保障輸出頻率的同時，代替和省略勵磁機(jī)在勵磁控制的操作，優(yōu)化流程和結(jié)構(gòu)，減少了外界干擾和工作量，提高了調(diào)節(jié)的速率，降低了成本，而且效果更穩(wěn)定，操作更便捷，發(fā)電機(jī)組及設(shè)備的質(zhì)量控制更容易掌握和調(diào)整。

（2）變速恒頻勵磁。電廠發(fā)電機(jī)組對變速恒頻勵磁的應(yīng)用需要根據(jù)不同類型的發(fā)電形式來分析，對于水力發(fā)電機(jī)組及設(shè)備而言，其水頭壓力和流量直接決定發(fā)電功率，并有水頭的變化幅度較大，機(jī)組的最佳轉(zhuǎn)速變隨之發(fā)生變化的關(guān)系，而風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的有效功率與風(fēng)速的三次方成正比，風(fēng)車捕捉最大風(fēng)能的轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速而變化。鑒于此，為了可以利用變速恒頻勵磁技術(shù)調(diào)整轉(zhuǎn)子勵磁電流的頻率和輸出頻率恒定，確保電流頻率與轉(zhuǎn)速的一致，進(jìn)而獲得發(fā)電機(jī)組及設(shè)備的最大有效功率。

（3）變頻調(diào)速器。隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的進(jìn)步和完善，變頻調(diào)速不僅技術(shù)日趨完善且應(yīng)用更為廣泛，尤其是風(fēng)機(jī)水泵上。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示現(xiàn)階段，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%，嚴(yán)重影響了發(fā)電機(jī)組及系統(tǒng)的效率，且增加了成本，而利用變頻調(diào)速技術(shù)，例如最為常用的低壓變頻器（主要用于中小容量風(fēng)機(jī)水泵及壓縮機(jī)）、高壓變頻器（主要用于中大容量風(fēng)機(jī)水泵及壓縮機(jī)），利用自動變頻降低風(fēng)機(jī)水泵的能量損耗，減少能量耗損，提高節(jié)能，控制成本，發(fā)揮發(fā)電機(jī)組及系統(tǒng)的最大效率。需要注意的是目前低壓變頻器及其技術(shù)相對成熟，而高壓大容量變頻器發(fā)展相對緩慢，需要投入更多的精力加以研發(fā)。

2.2 現(xiàn)代電子技術(shù)在電力系統(tǒng)輸電環(huán)節(jié)的應(yīng)用

現(xiàn)代電子技術(shù)在電力系統(tǒng)輸電環(huán)節(jié)的運(yùn)用，尤其是高壓輸電系統(tǒng)，極大地推動了電力系統(tǒng)輸電的變革，具體如下：

（1）直流輸電技術(shù)。隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，晶閘管的被發(fā)明和應(yīng)用，利用晶閘管換流閥進(jìn)行直流電的輸送在很大程度上減少了交直轉(zhuǎn)換變壓器的應(yīng)用，并降低了成本，提高了電能效率，隨后，GTO，IGBT等可操作電力輸送控制器等層出不窮，輕型直流輸電（主要利用脈寬調(diào)制技術(shù)）和高壓直流輸電等技術(shù)不斷完善，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)無交流電源的負(fù)荷點(diǎn)送電，并表現(xiàn)出輸電容量大、穩(wěn)定性好、易于控制與調(diào)節(jié)、更加靈活等特點(diǎn)，且能很好的適用于海底電纜輸電等復(fù)雜地質(zhì)及自然環(huán)境條件下的輸電工程，另外，還能滿足遠(yuǎn)距離及大容量輸電系統(tǒng)的要求。

（2）柔性交流輸電技術(shù)。柔性交流輸電技術(shù)是指電力電子技術(shù)與現(xiàn)代控制技術(shù)結(jié)合來改造傳統(tǒng)交流電力系統(tǒng)，并通過將電力電子控制裝置安置在輸電線路的重要部位來加強(qiáng)對發(fā)電-輸電系統(tǒng)的電壓和相位以及對電力系統(tǒng)電壓、參數(shù)（如線路阻抗）、相位角、功率潮流等的連續(xù)、快速、精確、有效地控制和調(diào)節(jié)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定電壓、控制電流、抑制故障、抑制諧波、暫態(tài)穩(wěn)定、無功補(bǔ)償?shù)裙δ埽瑥亩蠓忍岣咻旊娋€路輸送能力和提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定水平，降低輸電損耗，是目前交流電研究的重點(diǎn)。其中，采用的柔性交流輸電控制器包括有靜止無功補(bǔ)償器、靜止調(diào)相機(jī)、靜止快速勵磁器、串聯(lián)補(bǔ)償器等。均能進(jìn)一步增強(qiáng)交流輸電或電網(wǎng)的運(yùn)行性能，提高電力系統(tǒng)整體運(yùn)行的安全及穩(wěn)定。

2.3 現(xiàn)代電子技術(shù)在電力系統(tǒng)配電環(huán)節(jié)的應(yīng)用

現(xiàn)代電子電力技術(shù)用于電力系統(tǒng)的配電環(huán)節(jié)中主要致力于解決電能質(zhì)量和供電可靠性的如何提高的難題，且確保能降低各種瞬態(tài)的波動及干擾，并很好的滿足電能波動對諧波、電壓和頻率的要求，現(xiàn)階段，主要依靠用戶電力技術(shù)（DFACTS技術(shù)）的抑制負(fù)荷所產(chǎn)生的無功、諧波、不對稱、閃變、不平衡等功能的發(fā)揮來實(shí)現(xiàn)。同時，可以利用DFACTS 技術(shù)設(shè)備產(chǎn)品，尤其是價格較低廉的電力電子變壓器等電力電子器件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的工頻配電系統(tǒng)變壓器，在保障電能質(zhì)量控制的同時，避免因傳統(tǒng)變壓器大而笨重、維護(hù)困難、副方電壓不能恒定維持、波形畸變而導(dǎo)致諧波的出現(xiàn)以及負(fù)載波動對網(wǎng)側(cè)產(chǎn)生不利影響消極因素，并在配電網(wǎng)的控制、電能質(zhì)量和可靠性的改善等方面有更好的表現(xiàn)。

2.4 現(xiàn)代電子技術(shù)在電力系統(tǒng)綠色節(jié)能中的應(yīng)用

一方面，現(xiàn)代電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)綠色節(jié)能中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在變負(fù)荷電動機(jī)的調(diào)速技術(shù)和電動機(jī)本身技術(shù)的應(yīng)用，在其運(yùn)用中，保證電力系統(tǒng)生產(chǎn)更大有用功效電能的同時極大的促進(jìn)了電力系統(tǒng)的節(jié)能減耗，且已在冶金、礦山、風(fēng)機(jī)以及社會生活中得到應(yīng)用。以國外常用的風(fēng)機(jī)、水泵等發(fā)電機(jī)組及設(shè)備利用變頻調(diào)速技術(shù)來改善和控制風(fēng)、水等流量，提高有效電能的生產(chǎn)，降低消耗，節(jié)能，且表現(xiàn)出較高的有效率和精度、調(diào)速范圍廣、可以連續(xù)無級調(diào)速的優(yōu)勢，有研究證明其省電量高達(dá)30%，但需要加強(qiáng)在其應(yīng)用中產(chǎn)生的高次諧波對電網(wǎng)有污染及投入成本較高的不足。另一方面，還能很好的減少無功損耗，提高功率因數(shù)。在電氣設(shè)備中，作為感性負(fù)載的變壓器和交流通渠道異步電動機(jī)等設(shè)備運(yùn)行過程中既要消耗有功功率，又要消耗無功功率，且這種無功電源與其他有功電源同樣是維持電力系統(tǒng)，保障電能質(zhì)量的重要因素，不可或缺，而利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)和適時增加無功補(bǔ)償電氣設(shè)備等措施的實(shí)施能很好的維持電力系統(tǒng)的平衡，降低和避免因電壓降低或電壓崩潰等導(dǎo)致的損壞設(shè)備、降低功率因數(shù)，甚至大范圍停電及電力系統(tǒng)盤崩潰等嚴(yán)重后果。

3 結(jié)語

作為發(fā)展前景廣闊的現(xiàn)代電力電子技術(shù)，能提高發(fā)電供電和配電的可靠性，并促進(jìn)電力系統(tǒng)的節(jié)能減排，意義重大。隨著新技術(shù)和新工藝的不斷發(fā)展，電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中應(yīng)用必將越來越廣泛，最終迎來發(fā)展的黃金階段。

[參考文獻(xiàn)]

[1]萬鑫.電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用及發(fā)展[J].電子世界，2012（3）：69-71.

[2]韋林，廖慧昕，易干洪.電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2012（10）：97-98.

[3]周永朝，李夢華.現(xiàn)代電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用分析[J].科技致富向?qū)В?011（36）：413，357.

[4]張銘.電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用淺析[J].內(nèi)蒙古石油化工，2010（8）：176-177.

[5]林雄金.電力電子技術(shù)發(fā)展及其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用探討[J].通訊世界，2013（21）：124-125.

[6]王燕.電力電子技術(shù)及其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用及發(fā)展[J].電子制作，2014（5）：254.

Application of Modern Electronic Technology in Electric Power System

Ren Daxin， Zhang Jingan

（Henan Mechanical and Electrical Engineering College， Xinxiang 453003， China）

Abstract： As a traditional power industry and information industry， combined with modern electronic technology bridge with the power of technology， advances in information technology， can greatly promote the transformation of the power system to the modernization and automation of development of great significance， this paper mainly analysis of modern electronic technology in the power system.

Key words： modern electronic technology； power system； application