電力電子技術(shù)在電氣控制中的應(yīng)用

林海濤

（上海津旭電力設(shè)計有限公司，上海 200023）

0 引 言

隨著信息技術(shù)的不斷更新，先進電子科學(xué)技術(shù)給人們的生活帶來了極大方便。電子科學(xué)技術(shù)在電氣控制領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。作為電氣控制關(guān)鍵的電氣自動化控制系統(tǒng)，可以在電氣設(shè)備運行時起到有效的控制作用?？茖W(xué)技術(shù)越來越發(fā)達，電氣控制系統(tǒng)中也不斷加入新成員，如最先進的控制元件和應(yīng)用軟件等。將先進成員運用到電氣控制系統(tǒng)中不僅提高了系統(tǒng)可靠性，而且使作業(yè)流程更加簡潔，提高了企業(yè)的生產(chǎn)效益。

1 電力電子技術(shù)的概念及現(xiàn)狀

1.1 電力電子技術(shù)的概念

電力系統(tǒng)中普遍使用的一種電子技術(shù)是電力電子技術(shù)，可控制和轉(zhuǎn)換電力系統(tǒng)中的電子元件，最終達到提高電力系統(tǒng)工作效率的目的。制造技術(shù)和變流技術(shù)是電力電子技術(shù)的主要構(gòu)成要素。此外，整個電氣控制中，電子技術(shù)的存在也十分必要。電子學(xué)、電工原理及自動化控制技術(shù)相互作用構(gòu)成了電力電子技術(shù)。電力電子技術(shù)可以控制電氣設(shè)備，可以檢測電氣系統(tǒng)中的電路數(shù)據(jù)，記錄信息，發(fā)生故障時進行報警功能，還可以對任何一種生產(chǎn)工藝的電力設(shè)備運行狀況進行實時監(jiān)控[1]。

1.2 電力電子技術(shù)的現(xiàn)狀

電力電子技術(shù)在發(fā)展方面可以分為兩個階段，分別是電子器件的制造和電力電子在電路中的具體應(yīng)用。科學(xué)技術(shù)的推動下，電子器件的制造和電力電子在電路中的應(yīng)用都得到較好的發(fā)展。電子器件的發(fā)展主要由三個階段組成，分別是不可控制型階段、半控制型階段和全控制型階段。目前，電力電子技術(shù)在電氣控制方面已經(jīng)進入了自動化控制階段。新興的智能化技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于電氣控制。智能化技術(shù)主要是控制下降的時間、魯棒性的變化以及響應(yīng)的時間，電氣系統(tǒng)運行中，智能化技術(shù)可以監(jiān)測和調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)。在電氣自動化系統(tǒng)中建設(shè)反饋機制的目的是有故障發(fā)生時可以及時地進行自我調(diào)節(jié)。此外，智能化技術(shù)還降低了對人力的需求?，F(xiàn)階段，電力電技術(shù)已經(jīng)具備了構(gòu)成先進功率集成于電力的資格。雖然到目前為止電力電子技術(shù)的電功率還沒有足夠大，但是我國的電力電子技術(shù)具有很大的發(fā)展?jié)撃堋?/p>

2 電力電子技術(shù)在電氣控制中的具體應(yīng)用

電力電子技術(shù)在電氣控制中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下方面：在電路中裝設(shè)軟開關(guān)控制裝置、形成電路保護、高壓直流輸電技術(shù)及PWM控制技術(shù)等[2]。為了提高電力系統(tǒng)的可靠程度，可以用電力電子技術(shù)對電路進行有效監(jiān)控，也可通過電力電子技術(shù)來了解電子元件的運行狀態(tài)。

2.1 軟開關(guān)控制裝置中的應(yīng)用

隨著電子技術(shù)和電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)需要越來越高的電磁兼容和效率，并對電力裝置的使用質(zhì)量提出了更高要求。老舊的電力系統(tǒng)在節(jié)省空間方面選擇使用開關(guān)來對變壓器和電容進行控制。雖然該方法節(jié)省了使用空間，但是在損耗程度方面卻產(chǎn)生了較大影響，還會對電路產(chǎn)生額外的電磁干擾。為了解決噪音和損耗問題，使用了軟開關(guān)控制裝置。目前，很多電力系統(tǒng)都選擇利用軟開關(guān)來進行控制，當(dāng)開關(guān)的頻率高于1 MHz時，軟開關(guān)的性能最佳。

2.2 電路保護裝置

電氣控制系統(tǒng)中，電路保護裝置具有十分重要的作用。電路保護裝置就是當(dāng)電力電子電路發(fā)生故障時，可以對電路進行及時保護。通常，能夠起到保護作用的裝置有快速熔斷器和電流繼電器。電子技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展，許多電力電子元件都開始向高功率化和小型化轉(zhuǎn)變，此時使用老舊的電路保護裝置將無法很好地起到保護作用。在電路中加過電流可以起到保護電路的作用。電力電子技術(shù)還可以對反饋信息進行檢測，如果檢測到有過電流的存在，便會做出自動斷電的舉動，以保護電路和電子元件。

2.3 電力電子技術(shù)支持下的靜止無功補償裝置

電網(wǎng)功率的需求變化隨著用電需求的增加而增加。但是頻繁的功率變換和增加帶有沖擊性的負荷都會降低電網(wǎng)的穩(wěn)定性，對電網(wǎng)電路中的低頻振蕩產(chǎn)生不利影響。安裝靜音無功補償裝置可以改善這一情況，通過調(diào)節(jié)電力系統(tǒng)中和負載相關(guān)的因數(shù)來減低功率損耗，并且還可以將電路電壓控制在一個穩(wěn)定范圍內(nèi)，以提升電力質(zhì)量。

2.4 電力電子技術(shù)支持下的有源電力濾波器

有源電力濾波器可以對電路中的補償原件進行檢測，目的是將諧波電流分離出來，同時補償裝置會產(chǎn)生一種可以與諧波電流抗衡的分量電流，在進行一系列的抵消作用后，電網(wǎng)中的諧波電流便不復(fù)存在，只剩下基波電流。反應(yīng)快、補償功能具有多樣性是濾波器的特點，可以降低電網(wǎng)阻抗產(chǎn)生的影響。所謂的電力濾波器具體是指指令電流運算電路和補償電路發(fā)生裝置，主要作用是能夠?qū)o功電流和諧波分量進行分離檢測。

2.5 電力電子技術(shù)支持下的高壓直流輸電技術(shù)

目前，發(fā)電廠主要都是輸出交流電壓，但是輸出過程中會產(chǎn)生大量電量損耗，將耗費較龐大的費用。因此，多數(shù)情況下都會使用直流輸電。對于一些電壓較高、容量無限且要遠距離進行傳輸?shù)那闆r，選擇直流輸電是最佳的方式。直流輸電技術(shù)就是將交流電變?yōu)橹绷麟姷倪^程。一般都先將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?，以便高效傳輸。用戶使用時將傳輸?shù)闹绷麟娸斔偷礁鱾€變電站，再經(jīng)過一次轉(zhuǎn)變將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姟?/p>

2.6 PWM控制技術(shù)

PWM控制技術(shù)主要是調(diào)節(jié)帶脈沖的寬度，以獲得一個與之相應(yīng)的波形，然后對其進行控制的一種技術(shù)[3]。面積等效是PWM技術(shù)的使用原理。當(dāng)面積相等、窄脈沖形狀不同的情況發(fā)生時，若想要輸入一個相同的響應(yīng)波，可以添加一個慣性環(huán)節(jié)。電路中，除了一些具有超大功率的特殊裝置外，基本上都會用到PWM控制技術(shù)。

3 電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1 在發(fā)電環(huán)節(jié)的應(yīng)用

電力系統(tǒng)進行發(fā)電時會涉及到各種各樣的設(shè)備。電力電子技術(shù)通過改善運行設(shè)備在發(fā)電環(huán)節(jié)的特征，從而對如下設(shè)備進行控制與改進。

第一，在大型電廠中使用發(fā)電機組的靜止勵磁系統(tǒng)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，靜止勵磁系統(tǒng)中經(jīng)常使用的勵磁機環(huán)節(jié)逐漸被電力電子技術(shù)所取代。這一技術(shù)的工作原理主要是運用晶閘管進行整流，其優(yōu)點是使用成本低，性能較高且建構(gòu)簡單，被廣泛應(yīng)用于全世界范圍內(nèi)的大型電力系統(tǒng)[4]。此外，電力系統(tǒng)的運行效率也得到了顯著提高。

第二，太陽能發(fā)電控制系統(tǒng)。我國的戰(zhàn)略目標是發(fā)展新能源，太陽能作為新能源的一種自然被列入到了戰(zhàn)略目標。電力電子技術(shù)在太陽能發(fā)電系統(tǒng)中起到的主要作用是對太陽能進行能源轉(zhuǎn)化。即電力電子技術(shù)就是一個大型的功率轉(zhuǎn)換器。

3.2 在節(jié)能方面的應(yīng)用

在節(jié)能方面的主要表現(xiàn)為對電能使用率的提高和變負荷電動機調(diào)速的運行。電廠發(fā)生能源耗損是因為在能源發(fā)生變化時發(fā)電機組不能在同一時間做出相應(yīng)反應(yīng)。為了節(jié)約能源，變負荷電動機可以及時調(diào)節(jié)速度，但是也帶來了許多弊端，如使用成本較高和使用范圍太小等。

4 電力電子技術(shù)在電氣控制中應(yīng)用的意義

4.1 促進相關(guān)工作的順利展開

隨著人們對電力需求的日益高漲，傳統(tǒng)電力系統(tǒng)已無法滿足要求，故障問題相繼產(chǎn)生，帶來了許多安全隱患。相關(guān)工作人員應(yīng)該以身作則，致力于減少安全隱患。為使電力系統(tǒng)能夠穩(wěn)定發(fā)展，可以在電力系統(tǒng)中添加電力電子技術(shù)，不僅降低了工作人員的工作量，而且提高了電力系統(tǒng)的管理效率。

4.2 提升電子技術(shù)系統(tǒng)的適應(yīng)能力

電力電子技術(shù)具有極高的適應(yīng)能力，應(yīng)用時可以使工作人員的操作過程更加方便。對于電氣控制，電力電子技術(shù)不僅能夠降低工作人員的工作壓力，而且能夠提高工作人員的工作效率，促進了電力企業(yè)的發(fā)展。

5 電力電子技術(shù)在電氣控制中的產(chǎn)生負面影響以及解決方案

5.1 產(chǎn)生的負面影響

（1）設(shè)備故障問題。為了節(jié)省經(jīng)費，部分老化的變壓器還在最新的牽引供電技術(shù)上使用，從而導(dǎo)致故障頻繁發(fā)生。高電壓、強電流的運輸線路中，如果變壓器無法正常工作，將導(dǎo)致整個階段線路無法正常供電，直接影響人們的正常用電。

（2）運行管理不完善。運行管理不完善，將導(dǎo)致諸多問題。最大的問題是不穩(wěn)定的電壓造成的負面影響，會給整個供電線路帶來額外的工作，多處設(shè)備節(jié)點將不堪重負發(fā)生故障或嚴重破損，嚴重降低了牽引供電設(shè)備的安全穩(wěn)定性能。

5.2 解決方案

（1）加大對設(shè)備故障的整治力度。聘請專業(yè)的工程師，定期檢驗，排查是否有不合格裝置存在或可能發(fā)生的故障。遇到破損的裝置，及時更換或維修，從而降低了設(shè)備發(fā)生故障的頻率，保證電流運輸?shù)木€路穩(wěn)定性。有關(guān)部門應(yīng)加大重視程度，組成小組，分別考察故障多發(fā)線路，尋找發(fā)生故障原因，徹底根治故障頻發(fā)問題。對于一些老化但尚能使用的部件或設(shè)備，應(yīng)盡早處理更換，保障電流在線路中正常通行。

（2）優(yōu)化運行管理手段。即使全面地解決了各方面的問題，保障了牽引供電設(shè)備的正常運行供電，也不可掉以輕心，應(yīng)隨時監(jiān)管整個設(shè)備的安全性與可靠性。雖然最新技術(shù)的全面研發(fā)和使用過程中，技術(shù)的革新與材料的換代已經(jīng)司空見慣，并越來越好，但是仍有很多外部或者內(nèi)部因素時刻影響整個線路系統(tǒng)的正常供電。政府需加大力度，支持相關(guān)人員的培養(yǎng)，使用高新技術(shù)實現(xiàn)自動化管理，達到隨時監(jiān)控的目的。例如，采用視頻檢測和遠程控制手段，做到隨時監(jiān)控線路狀況，保證設(shè)備正常運行。

6 結(jié) 論

隨著電力電子技術(shù)的逐漸發(fā)展，其在電氣控制系統(tǒng)中的應(yīng)用也越來越廣泛，且發(fā)揮了較顯著的作用。相關(guān)人員應(yīng)加大電力電子技術(shù)在電氣控制中應(yīng)用的研究力度，將電力電子技術(shù)的優(yōu)勢發(fā)揮到極致，促進電力控制行業(yè)的發(fā)展。