電力電子技術(shù)在電路系統(tǒng)中的應(yīng)用

王 強(qiáng)，王志勇

(長春理工大學(xué)光電信息學(xué)院，長春 130000)

電力電子技術(shù)在電路系統(tǒng)中的應(yīng)用

王 強(qiáng)，王志勇

(長春理工大學(xué)光電信息學(xué)院，長春 130000)

電力電子技術(shù)在我國工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展較為廣泛，對(duì)于交通運(yùn)輸中的電氣化鐵道、電動(dòng)汽車、航天、航空等有所應(yīng)用，冶金工業(yè)、電化學(xué)工業(yè)等工業(yè)中也常見電力電子技術(shù)，而在電力系統(tǒng)中，高壓直流輸電、電子裝置電源等是電力電子技術(shù)在電路系統(tǒng)中的應(yīng)用。電力電子技術(shù)的主要作用是優(yōu)化電能的使用，通過電力電子技術(shù)對(duì)電能的處理，使電能的使用合理、節(jié)約，實(shí)現(xiàn)電能使用的最佳化。

直流輸電；電力電子技術(shù)；發(fā)電機(jī)

電力電子技術(shù)經(jīng)過幾十年的發(fā)展歷程，如今已經(jīng)走向成熟階段。微機(jī)的出現(xiàn)在一定程度上給電力電子技術(shù)帶來了巨大的沖擊，微機(jī)的發(fā)展對(duì)電力電子裝置控制系統(tǒng)、故障檢測等方面有一定的幫助。同時(shí)，微電子技術(shù)、光纖技術(shù)等發(fā)展，在我國電力電子器件中較為常見，這也是電力電子技術(shù)發(fā)展成熟的最基本表現(xiàn)。在不斷的發(fā)展變化中，柔性交流輸電的定義在在電力系統(tǒng)中引起了不小的轟動(dòng)。電力電子技術(shù)給傳統(tǒng)設(shè)備發(fā)行、電能質(zhì)量控制等方面也提供了便捷。

1 電力電子技術(shù)的應(yīng)用

電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用源于20世紀(jì)80年代的柔性交流輸電的提出，此后，相繼有電力電子設(shè)備不斷出現(xiàn)。

1.1 在發(fā)電環(huán)境中的應(yīng)用

電路系統(tǒng)中，電機(jī)組的設(shè)備應(yīng)用是電力系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。要想提升電力電子技術(shù)的使用效率，改變?cè)O(shè)備本身的運(yùn)動(dòng)特性非常重要。

1.2 大型發(fā)電機(jī)的靜止勵(lì)磁控制

目前，在各大電力系統(tǒng)廣泛應(yīng)用的靜止勵(lì)磁主要采用晶閘管整流自并勵(lì)方式。這項(xiàng)系統(tǒng)本身具有快速調(diào)節(jié)性能，可以忽略對(duì)勵(lì)磁機(jī)的中間慣性環(huán)節(jié)，可為先進(jìn)的控制規(guī)律提供良好的控制效果。

1.3 水力、風(fēng)力發(fā)電機(jī)的變速恒頻

社會(huì)的快速發(fā)展給人類生活帶來了巨大變化，因?yàn)榭茖W(xué)技術(shù)的發(fā)展使人們的生活和工作內(nèi)容更加豐富，在各行各業(yè)不斷發(fā)展的同時(shí)，能源也在不斷消耗，環(huán)境污染給當(dāng)前的社會(huì)環(huán)境帶來威脅，可再生綠色能源的風(fēng)能是為我國能源繼續(xù)發(fā)展而出現(xiàn)的能源，與此同時(shí)，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)在社會(huì)熱點(diǎn)話題中也逐漸占據(jù)主要部分。在風(fēng)電場的電力系統(tǒng)中，水頭壓力和流量是對(duì)勵(lì)磁水力發(fā)電的有效功率的考驗(yàn)，機(jī)組轉(zhuǎn)速發(fā)生變化與水產(chǎn)學(xué)研的變化幅度有關(guān)。風(fēng)力發(fā)電中，風(fēng)車可以隨風(fēng)能的轉(zhuǎn)速而變化，此時(shí)，風(fēng)力發(fā)電的有效功率與風(fēng)速的三次方成正比。通過機(jī)組的變速運(yùn)動(dòng)和調(diào)整轉(zhuǎn)子勱磁電流的頻率可以獲得最大的功率。

1.4 發(fā)電廠風(fēng)機(jī)水泵的變頻調(diào)速

節(jié)能環(huán)保并降低消耗是全社會(huì)發(fā)展的方向，在我國，60%～70%的發(fā)電量為電動(dòng)機(jī)用電量。風(fēng)機(jī)、水泵等應(yīng)用的傳統(tǒng)方法是在調(diào)節(jié)出口和入口的擋板、閥門開關(guān)來控制給風(fēng)量和水量，這種輸出功率在擋板截流過程中會(huì)出現(xiàn)能源消耗。但是，發(fā)電廠風(fēng)機(jī)水泵的變頻調(diào)速可以有效節(jié)約電能。目前，國內(nèi)外的一些生產(chǎn)廠家對(duì)高壓大容量變頻器設(shè)計(jì)和生產(chǎn)能力還相對(duì)較少，這項(xiàng)設(shè)計(jì)的研究是我國各高等院校及企業(yè)關(guān)心的話題。

2 在輸電環(huán)境中的應(yīng)用

在電力電子器件的發(fā)展中，硅片的出現(xiàn)是高壓輸電系統(tǒng)發(fā)生重大改變的主要媒介，而且，硅片對(duì)整個(gè)電力網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行也起到了極大的促進(jìn)作用。

2.1 直流輸電和輕型直流輸電技術(shù)

輸電容量大、控制調(diào)節(jié)靈活、穩(wěn)定性好是直流輸電的特點(diǎn)，在高壓直流輸電中，遠(yuǎn)距離輸電、海底電纜輸電和不同頻率系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)有一定的優(yōu)勢。

2.2 柔性交流輸電(FACTS)技術(shù)

柔性交流輸電是在20世紀(jì)80年代后期出現(xiàn)的，這一技術(shù)的出現(xiàn)有效實(shí)現(xiàn)了交流輸電功率的高度控制。進(jìn)入20世紀(jì)90年代以后，電力系統(tǒng)工程中采用了柔性交流輸電，這項(xiàng)技術(shù)在早期就得到廣泛應(yīng)用，因?yàn)樵O(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，控制也較為方便，而且成本低。

3 在配電環(huán)節(jié)中的應(yīng)用

配電系統(tǒng)要解決的關(guān)鍵問題就是怎樣加強(qiáng)供電的整體穩(wěn)定性和可靠性，進(jìn)而達(dá)到提高電能質(zhì)量的作用。對(duì)電能質(zhì)量控制時(shí)，不僅要滿足對(duì)電壓、頻率和不對(duì)稱度等要求以外，還要控制各種瞬態(tài)的干擾。電力電子技術(shù)以及現(xiàn)代控制技術(shù)在配電系統(tǒng)中的應(yīng)用是在各項(xiàng)技術(shù)手段都成熟的基礎(chǔ)上發(fā)展的一種電能質(zhì)量控制技術(shù)。

4 在節(jié)能環(huán)節(jié)的運(yùn)用

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

節(jié)能環(huán)節(jié)是整個(gè)電路系統(tǒng)運(yùn)行中重要的組成部分。在節(jié)電方面，技術(shù)人員常用的技術(shù)手段就是調(diào)速技術(shù)，這是變負(fù)荷電動(dòng)機(jī)的另一種存在方式。要想使電動(dòng)機(jī)的節(jié)電相對(duì)完善，就要將兩者有機(jī)的結(jié)合。在我國，煤礦等相關(guān)部門以及社會(huì)生活中使用交流調(diào)速比較廣泛，風(fēng)機(jī)等變負(fù)荷機(jī)械運(yùn)用調(diào)速控制來代替擋風(fēng)板，通過使用發(fā)現(xiàn)，其效果有非常顯著的提升。近年來，在計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展中，給人們的生產(chǎn)和生活都提供了有力保障，在節(jié)能環(huán)節(jié)的運(yùn)用上，電力電子技術(shù)的范圍較為廣泛，在實(shí)際應(yīng)用中，通過變速調(diào)整進(jìn)行節(jié)能環(huán)保，這種方式成本低且對(duì)國家大力倡導(dǎo)的綠色電網(wǎng)是一種新的創(chuàng)新。

4.2 減少無功損耗，提高功率因數(shù)

在電路系統(tǒng)，變壓器和交流異步電動(dòng)機(jī)是電氣設(shè)備中的感性負(fù)載，在實(shí)際應(yīng)用過程中，設(shè)備有沒有運(yùn)行，都會(huì)消耗無功功率。基于此，保證電能質(zhì)量時(shí)，無功電源和有功電源都是設(shè)備中不可或缺的部分。在電力系統(tǒng)中要保持無功平衡，不然，會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)的電壓出現(xiàn)降低現(xiàn)象，從而造成設(shè)備的損壞，還有可能引起電壓崩潰，造成大面積的停電事故，如果電氣設(shè)備的無功容量不足，技術(shù)人員要及時(shí)增加無功補(bǔ)償設(shè)備，達(dá)到提高設(shè)備功率的目的。

5 結(jié)語

在科技不斷進(jìn)步與發(fā)展的進(jìn)程中，我國已經(jīng)全面進(jìn)入現(xiàn)代化社會(huì)，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展為現(xiàn)代信息社會(huì)做出巨大的貢獻(xiàn)，在社會(huì)各行各業(yè)都在廣泛應(yīng)用電力電子技術(shù)的同時(shí)，電力電子技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)迎來嶄新的春天，電力電子技術(shù)給人們帶來的便捷是過去傳統(tǒng)技術(shù)所不能比擬的，所以，電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，在一定程度上滿足了人們的生活需要，為我國能源的節(jié)約提供了有力保障。

[1] 杜欣慧，宋建成. 淺談《電力電子技術(shù)》課程教學(xué)[C]//第五屆全國高校電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)教學(xué)改革研討會(huì)論文集(1)，2008.

[2] 李建麗，李黎黎. 風(fēng)力發(fā)電與電力電子技術(shù)[C]//福建省科協(xié)第六屆學(xué)術(shù)年會(huì)節(jié)能與可再生能源分會(huì)?？?006.

[3] 徐武雄. 淺談《電力電子技術(shù)》課程教學(xué)改革[C]//第五屆全國高校電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)教學(xué)改革研討會(huì)論文集(1)，2008.

[4] 王兆安，劉進(jìn)軍，陳守良. 電力電子技術(shù)學(xué)科發(fā)展綜述[C]//電氣技術(shù)發(fā)展綜述，2004.

[5] 王莉，嚴(yán)杰，龔春英，等. 電力電子技術(shù)教學(xué)軟件的開發(fā)[C]//第二屆全國高校電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)教學(xué)改革研討會(huì)論文集(下冊(cè))，2004.

[6] 甫拉提·阿不力米提，王兆安，王秀麗. 電力電子技術(shù)在風(fēng)力分頻發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用[C]//2008中國電工技術(shù)學(xué)會(huì)電力電子學(xué)會(huì)第十一屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文摘要集，2008.

[7] 王偉，李偉，馬景蘭，等. 基于CDIO的“電力電子技術(shù)”課程教學(xué)改革與探索[C]//第六屆全國高等學(xué)校電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)教學(xué)改革研討會(huì)論文集(上冊(cè))，2009.

[8] 陳新，謝少軍. 電力電子技術(shù)課程教學(xué)與網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)[C]//第三屆全國高等學(xué)校電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)教學(xué)改革研討會(huì)論文集，2005.

[9] 馮垛生. 國外高校電力電子技術(shù)教育的現(xiàn)狀和改革趨勢[C]//第三屆全國高等學(xué)校電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)教學(xué)改革研討會(huì)論文集，2005.

[10] 楊君，石勇，楊旭，等. 單相交直流變頻電路實(shí)驗(yàn)裝置的研制[C]//第一屆全國高校電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)教學(xué)改革研討會(huì)論文集，2002.

Applicationofpowerelectronicsincircuitsystem

WANG Qiang, WANG Zhi-yong

(College of Optoelectronic Information, Changchun University of Science and Technology, Changchun 130000, China)

Power electronics technology is widely developed in China’s industrial field, which has applications in electrified railways, electric vehicles, aerospace and aviation in transportation. Power electronics technology is also common applied in industries such as metallurgical and electrochemical industry. In power system, HVDC and electronic device power supply are the applications of power electronic technology in the circuit system. The main role of power electronics technology is to optimize the use of electrical energy through the power electronics technology, and achieve the optimal use of electrical energy.

DC transmission; Power electronic technology; Generator

TN303

B

1674-8646(2017)20-0076-02

2017-08-15

王強(qiáng)(1985-)，男，本科，助教；

王志勇(1983-)，男，本科，助教。