電子電工技術(shù)在電力系統(tǒng)中的運用

白云飛

（新疆庫爾勒中泰石化有限責任公司，新疆 庫爾勒 841000）

0 引 言

20世紀末，計算機技術(shù)的高速發(fā)展促進了各行業(yè)的根本性變革。電力系統(tǒng)中，傳統(tǒng)電工技術(shù)受新興電子技術(shù)的影響，逐漸形成了一套系統(tǒng)完整的電子電工技術(shù)。電子電工技術(shù)是一種新興電力技術(shù)，內(nèi)涵豐富且表現(xiàn)形式多樣，在電力系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。實踐發(fā)現(xiàn)，電子電工技術(shù)在我國電力系統(tǒng)的運行、電力設(shè)備的控制以及電網(wǎng)系統(tǒng)的技術(shù)升級等方面都表現(xiàn)出關(guān)鍵作用。

1 電子電工技術(shù)概述

電子電工技術(shù)是傳統(tǒng)電工技術(shù)與新興電子技術(shù)有機融合的產(chǎn)物，涵蓋了電子電力器件應(yīng)用、電力設(shè)備控制及電氣工程等，在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中的運用廣泛。電子電工技術(shù)具有高頻化、全控化及集成化的特點，有效改變了傳統(tǒng)電工技術(shù)中電氣部件的分立模式，將所有單元設(shè)備集成到一個基片，顯著提升了整個電力系統(tǒng)的運行效率。例如，傳統(tǒng)電力晶體管可在10 kHz頻率正常操作，而絕緣柵雙極型晶體管則可在超過10 kHz頻率的條件下正常運行。此外，電子設(shè)備極大地影響電力系統(tǒng)的運行質(zhì)量與運行效率?；陔娮蛹夹g(shù)的現(xiàn)代電子元件較之傳統(tǒng)電子元件有明顯優(yōu)勢。例如，現(xiàn)代電子元件取代傳統(tǒng)半控制晶閘管，不僅有效提升了電力系統(tǒng)的運行效率，還大大簡化了系統(tǒng)內(nèi)的電路設(shè)計。

2 電子電工技術(shù)的作用

電子電工技術(shù)廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)中的發(fā)電、輸電及配電等環(huán)節(jié)，并發(fā)揮了關(guān)鍵作用。電子電工技術(shù)的作用主要體現(xiàn)在以下四個方面。第一，全面提升電力系統(tǒng)的運行安全性和穩(wěn)定性。電子電工技術(shù)的應(yīng)用能使電力系統(tǒng)實現(xiàn)高度集成化，從而使各類電力資源得到優(yōu)化配置，進而有效提升系統(tǒng)的運行效率。第二，有效避免人為錯誤的發(fā)生，同時更大程度地保證操作人員的安全。電子電工技術(shù)的應(yīng)用能實現(xiàn)電氣設(shè)備控制的智能化，從根本上降低系統(tǒng)各運行環(huán)節(jié)中人為工作的比重，顯著提升操作的穩(wěn)定性與人員的安全性。第三，為電力系統(tǒng)的第二次技術(shù)革命提供動力。電子電工技術(shù)在應(yīng)用實踐中不斷發(fā)展與進步，尤其是微電子技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，促進了電力系統(tǒng)的技術(shù)革命。第四，有效降低電能損耗。傳統(tǒng)電工技術(shù)在發(fā)電與輸電的過程中難免會造成電能損耗，而電子電工技術(shù)則大大降低了電力系統(tǒng)運行中的能源損耗[2]。

3 電力系統(tǒng)中電子電工技術(shù)的應(yīng)用要點

3.1 發(fā)電環(huán)節(jié)的應(yīng)用

電力系統(tǒng)中，發(fā)電環(huán)節(jié)是技術(shù)含量較高的一個環(huán)節(jié)，由多個結(jié)構(gòu)復雜的設(shè)備和發(fā)電組組成，要求相關(guān)技術(shù)人員具備設(shè)計、操作及管理維護發(fā)電設(shè)備的綜合能力。電子電工技術(shù)在發(fā)電環(huán)節(jié)中發(fā)揮了重要作用。（1）規(guī)模型發(fā)電機的靜止勵磁技術(shù)，如圖1所示。規(guī)模型發(fā)電機的靜止勵磁技術(shù)以晶閘管整流自并勵模式實現(xiàn)對發(fā)電設(shè)備的控制，無需勵磁機的介入，不僅提升了系統(tǒng)可靠性，而且有效控制了成本。目前，這項技術(shù)已被廣泛應(yīng)用。（2）變頻調(diào)速技術(shù)。目前，風機水泵發(fā)電系統(tǒng)已被廣泛應(yīng)用，然而其發(fā)電過程中的電耗量要比傳統(tǒng)火電設(shè)備高出六成以上，可應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)有效減低設(shè)備能耗?，F(xiàn)階段，低壓變頻技術(shù)已發(fā)展相當完備，為最大程度發(fā)揮風機水泵設(shè)備的性能，需進一步深入研究高壓變頻技術(shù)[1]。

圖1 發(fā)電機勵磁系統(tǒng)示意圖

3.2 輸電環(huán)節(jié)的應(yīng)用

電力系統(tǒng)中，輸電環(huán)節(jié)的作用更為關(guān)鍵。電子電工技術(shù)在輸電環(huán)節(jié)的應(yīng)用，可保障電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定安全運行。（1）直流輸電技術(shù)?，F(xiàn)階段，我國電力系統(tǒng)中直流輸電有高壓直流輸電和輕型直流輸電兩種類型。高壓直流輸電是用晶閘管、逆變器及控制器件在輸電線路兩端組成一個基本電路單元，具備穩(wěn)定性和靈活性，非常適合大規(guī)模、長距離的電能傳輸，如圖2所示；輕型直流輸電技術(shù)主要是通過脈寬調(diào)制技術(shù)實現(xiàn)無源逆變的目的，從而確保電能被輸送到無交流電源負荷點處。此技術(shù)解決了直流輸電中的實際問題，并大大降低了直流輸電中的電能損耗。（2）柔性交流輸電技術(shù)（FACTS）。柔性交流輸電是對傳統(tǒng)交流輸電的優(yōu)化與升級，其核心是彈性補償技術(shù)，通過對發(fā)電與傳輸系統(tǒng)相位和電壓的控制，有效提升輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并大大降低輸電過程中的能耗。

圖2 高壓直流輸電系統(tǒng)原理圖

3.3 配電環(huán)節(jié)中的應(yīng)用

配電環(huán)節(jié)的主要功能是通過對電能質(zhì)量的控制確保供電的安全與穩(wěn)定，是整個電力系統(tǒng)中非常重要的環(huán)節(jié)。電子電工技術(shù)的應(yīng)用在很大程度上提升了供電質(zhì)量，有效解決了電壓、諧波方面的問題，確保了供電的安全性與穩(wěn)定性。（1）電子電工變壓器。以往的工頻配電變壓器存在諸多缺陷，供電性能不佳，并且體積龐大的變壓器會對環(huán)境造成一定污染。新興電子電工變壓器能有效彌補工頻變壓器的性能缺陷，可利用電子變換技術(shù)轉(zhuǎn)化能量的方式大大提升供電質(zhì)量，并且不會對環(huán)境造成污染。（2）FACTS技術(shù)，如表1所示。通過加裝電力電子裝置來加強對電壓、電流及傳輸功率的可控性，所以FACTS技術(shù)不僅在輸電環(huán)節(jié)有極大的應(yīng)用價值，而且在配電環(huán)節(jié)也發(fā)揮了相當關(guān)鍵的作用。一旦電力系統(tǒng)運行不穩(wěn)定，相關(guān)技術(shù)人員便可通過對電子設(shè)備的測試去發(fā)現(xiàn)故障和解決故障。

表1 FACTS技術(shù)配電系統(tǒng)裝置及其功能示意表

3.4 節(jié)能環(huán)節(jié)的應(yīng)用

電力作為基礎(chǔ)性的能源產(chǎn)業(yè)，應(yīng)利用新興電子電工技術(shù)在保證安全、穩(wěn)定供電的前提下，盡可能地減少各類能源的損耗。（1）變負荷電動機。電動機的運行會產(chǎn)生大規(guī)模能量損耗，而變負荷電動機則可調(diào)控運行速率，減少定子的銅損耗率，節(jié)省電量。雖然變負荷電動機能實現(xiàn)持續(xù)性的無級調(diào)速效果，但是具有成本投入大和易產(chǎn)生污染的缺點，仍需相關(guān)人員進行深入研究。（2）配置無功補償裝置。變壓器與電動機是電力系統(tǒng)中最重要的基礎(chǔ)設(shè)備，同時也是耗能最大的設(shè)備。電力系統(tǒng)能維持無功平衡是保障設(shè)備安全、保證供電質(zhì)量的先提條件，但此過程也會造成大量能源損耗。通過配置無功補償裝置，能提升相關(guān)設(shè)備的功率因數(shù)，進而實現(xiàn)節(jié)能效果[3]。

4 結(jié) 論

電是后物質(zhì)文明時代的“火”，對人類生存與發(fā)展的重要性不言而喻。電力電子科技的發(fā)展為電力系統(tǒng)的全面優(yōu)化與升級提供了支持，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)當緊跟時代步伐，認真學習電子電工技術(shù)的相關(guān)知識，在工作實踐中大膽創(chuàng)新，從而全面推動我國電力事業(yè)的發(fā)展。