電力電子技術(shù)在電氣工程中的應(yīng)用

劉婉旭， 王春北， 趙 可

（遼寧郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司， 遼寧 沈陽 110179）

引言

隨著我國現(xiàn)代化社會(huì)建設(shè)的深入發(fā)展，將電力電子技術(shù)應(yīng)用到電氣工程中，是建設(shè)電氣工程項(xiàng)目的未來發(fā)展趨勢。通過對電力電子技術(shù)進(jìn)行有效應(yīng)用，能夠有效提高電氣工程的安全性及穩(wěn)定性，使電氣工程運(yùn)行中的問題得到及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決，使電氣工程的運(yùn)行質(zhì)量得到有效提升，進(jìn)而提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益。對電力電子技術(shù)在電氣工程中的應(yīng)用進(jìn)行分析，有利于找出更好的辦法，將電力電子技術(shù)運(yùn)用到電氣工程中，充分發(fā)揮電力電子技術(shù)在電氣工程中的作用，為電氣工程建設(shè)行業(yè)的發(fā)展提供有利支持。

1 電力電子技術(shù)的發(fā)展歷程

1）晶閘管時(shí)代。電力電子技術(shù)都是為工廠開發(fā)大功率服務(wù)，比較常用的是50 Hz交流發(fā)電機(jī)，直到發(fā)電廠將交流電改成直流電，以此滿足工廠的用電需求。而功率較大的硅整流器和晶閘管就是為此而出現(xiàn)的，能夠?yàn)楣I(yè)生產(chǎn)提供充足的直流電電力，并逐漸進(jìn)入到晶閘管整流時(shí)代。

2）逆變時(shí)代。為解決能源危機(jī)，國家制定了各種環(huán)保發(fā)展計(jì)劃，推動(dòng)工業(yè)生產(chǎn)使用交流電，為此科學(xué)家開發(fā)出自關(guān)斷零部件，將其投入到工業(yè)生產(chǎn)中，通過將直流電轉(zhuǎn)換成交流電，實(shí)現(xiàn)能源節(jié)約的作用，正式進(jìn)入到逆變時(shí)代。

3）變頻時(shí)代。由于逆變技術(shù)的工作效率較低，集成電路被研發(fā)出來，為工業(yè)生產(chǎn)提供了更高的供電效率。隨著變頻時(shí)代的到來，電力電子零件的開發(fā)環(huán)境更復(fù)雜，不同零件的關(guān)聯(lián)性也更強(qiáng)，在一定程度上增強(qiáng)了功能，使電力電子技術(shù)的發(fā)展更加高頻化[1]。

2 電力電子技術(shù)在電氣工程中的應(yīng)用優(yōu)勢

2.1 應(yīng)用范圍較廣操作簡單

在我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)和人口數(shù)量不斷增長的情況下，我國對電力能源的需求顯著提高，尤其是各行各業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模逐漸擴(kuò)大，導(dǎo)致我國出現(xiàn)較嚴(yán)重的電能供應(yīng)矛盾，對我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展造成一定影響。由于電力系統(tǒng)的涉及面較廣，且整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，一旦某個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，很容易影響到整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，進(jìn)而影響到我國人民的正常用電，不利于電力行業(yè)的持續(xù)發(fā)展。但是在電力電子技術(shù)的應(yīng)用條件下，能夠有效解決這一問題，使電氣系統(tǒng)的安全性及穩(wěn)定性得到有效提高[2]。同時(shí)，將電力電子技術(shù)應(yīng)用到電氣工程中，整個(gè)過程的操作也比較簡單，能夠有效提高工作效率，使電氣系統(tǒng)處于更加穩(wěn)定的運(yùn)行環(huán)境中，為我國人民提供更好的電能供應(yīng)服務(wù)。

2.2 有利于提高電氣工程的整體性能

在電氣系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，需要考慮到的影響因素較多，比如系統(tǒng)本身的技術(shù)問題，比如與電力相關(guān)的其他技術(shù)，若是無法對其進(jìn)行有效處理，勢必會(huì)影響到電氣系統(tǒng)的正常運(yùn)行。將電力電子技術(shù)應(yīng)用到電氣工程中，能夠有效提高操作效率，降低操作時(shí)間，進(jìn)而減少了操作失誤的發(fā)生率，使整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加科學(xué)和有效。同時(shí)，在電力電子技術(shù)的發(fā)展中，其本身也更加科學(xué)，充分發(fā)揮其功能效用，能夠不斷提高電氣工程的整體性能，使電氣工程的整體結(jié)構(gòu)更加合理，為電力工程的穩(wěn)定運(yùn)行提供有利基礎(chǔ)[3]?？傊?，電力電子技術(shù)在電氣工程中的應(yīng)用價(jià)值較高，應(yīng)積極提高對電力電子技術(shù)的重視性，加強(qiáng)對電力電子技術(shù)的應(yīng)用研究，使電力電子技術(shù)在電氣工程中的作用得到充分發(fā)揮。

3 電力電子技術(shù)在電氣工程中的具體應(yīng)用

3.1 有源電力濾波器

作為一種用于動(dòng)態(tài)抑制諧波、補(bǔ)償無功的電力裝置，有源電力濾波器的本質(zhì)就是一種變頻器，該電力裝置可以劃分為指令電流檢測電路、補(bǔ)償電流發(fā)生電路等兩個(gè)部分。其中指令電流檢測電路能夠?qū)⒇?fù)載電流中的基波分量電流和諧波電流分量分離出來，并充分發(fā)揮其反極性作用，抵消負(fù)載中相應(yīng)的電流，使電網(wǎng)中的電流僅存在基波電流，比如常見的瞬時(shí)無功功率就是對該原理的運(yùn)用[4]。同時(shí)，一般有源電力諧波器都是由PWM逆變器所構(gòu)成，本身就具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)、多樣補(bǔ)償?shù)戎T多特點(diǎn)，能夠有效減少電網(wǎng)中存在的阻抗力，降低電網(wǎng)阻抗對功率補(bǔ)償?shù)呢?fù)面影響，為諧波電流的抑制和研究提供有利條件。

3.2 靜止無功補(bǔ)償裝置

在我國工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展背景下，對大功率電力的需求逐漸提高，對電網(wǎng)電力輸送提出了更高要求，需要采取有效措施提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性，保障功率變化的安全性。面對這種情況，就必須要充分利用靜止無功補(bǔ)償裝置，通過該裝置對沖擊性負(fù)荷進(jìn)行無功補(bǔ)償，使電網(wǎng)電力輸送的穩(wěn)定性得到有效保障，使電力輸送系統(tǒng)的安全性和運(yùn)行效率得到有效提高。通過無功補(bǔ)償能夠提高電力系統(tǒng)及其負(fù)載的相關(guān)功率因數(shù)，使電力系統(tǒng)中的功率損耗得到有效減少，使電網(wǎng)輸送時(shí)的電壓更加穩(wěn)定，進(jìn)而降低供電安全問題的發(fā)生率，提高供電效率。就目前來看，靜止型無功補(bǔ)償裝置包括了靜止同步補(bǔ)償器、晶閘管投切電容器、可控串聯(lián)補(bǔ)償裝置和晶閘管控制電抗器等等。其中靜止同步補(bǔ)償器的工作原理就是利用并聯(lián)形式，將自換相橋式電流聯(lián)結(jié)到電網(wǎng)，通過調(diào)節(jié)輸出電壓對無功電流進(jìn)行吸收和發(fā)出，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的無功補(bǔ)償。其中晶閘管投切電容器具有平滑投切、響應(yīng)快速、無機(jī)磨損和綜合補(bǔ)償效果高等各項(xiàng)優(yōu)勢，能夠?qū)﹄娋W(wǎng)中可能出現(xiàn)的沖擊電流進(jìn)行抑制。其中可控串聯(lián)補(bǔ)償裝置能夠?qū)崿F(xiàn)電控器和電容器之間的并聯(lián)，通過調(diào)節(jié)晶閘管導(dǎo)通角對電抗器電流進(jìn)行調(diào)整，使補(bǔ)償裝置的基頻等效電抗得到改變。

3.3 高壓直流輸電技術(shù)

將高壓直流輸電技術(shù)應(yīng)用到電氣工程中，能夠利用電子換流器對發(fā)電廠輸出的交流電進(jìn)行轉(zhuǎn)化，使其能夠成為直流電，之后利用電網(wǎng)將直流電輸送給各個(gè)受電端，在直流電到達(dá)受電端之后，利用電子換流器將其轉(zhuǎn)化成交流電，并借助輸電線路將其輸送給用電用戶。由于高壓直流輸電過程的傳輸功率高于直流電，且高壓直流電的輸送對線路要求較低，整個(gè)輸送過程的安全性及穩(wěn)定性較高，這就使得許多從業(yè)人員熱衷于采用長距離輸電、高電壓大容量、異步聯(lián)網(wǎng)等各種輸電技術(shù)。在高壓直流輸電技術(shù)的應(yīng)用過程中，對輸電線路的要求較低，整個(gè)電能輸送過程的損耗較少，既能夠保證輸電線路的安全運(yùn)行，也能夠?qū)崿F(xiàn)不同額定頻率電網(wǎng)的相互聯(lián)結(jié)。就目前來看，高壓直流輸電工程都是根據(jù)直流聯(lián)絡(luò)線，將其劃分為同極聯(lián)絡(luò)線、單極聯(lián)絡(luò)線和雙極聯(lián)絡(luò)線等直流輸電系統(tǒng)。

4 結(jié)語

為充分發(fā)揮電力電子技術(shù)在電氣工程中的作用，使電氣工程的工作效率及質(zhì)量得到有效提高，應(yīng)準(zhǔn)確把握電力電子技術(shù)在電氣工程中的應(yīng)用優(yōu)勢，根據(jù)電氣工程的實(shí)際情況對有源電力濾波器、靜止無功補(bǔ)償裝置、高壓直流輸電技術(shù)進(jìn)行合理運(yùn)用，使電力電子技術(shù)在電氣工程中的作用得到充分發(fā)揮，為電氣工程建設(shè)事業(yè)的發(fā)展提供有利支持。