電力電子技術(shù)在電氣控制中的應用分析

李 濤

（壽光港有限公司，山東濰坊 262700）

0 引言

在當前信息化的背景下，電力電子技術(shù)給人們的生產(chǎn)生活提供了極大便利，同時也在電氣控制的應用方面獲得了一些良好成果。電氣控制系統(tǒng)能有效控制電氣設(shè)備，為其穩(wěn)定運行提供可靠保障。并且在計算機的幫助下，將一些開發(fā)出來的先進軟件和控制元件應用到電氣控制系統(tǒng)中，既保證了系統(tǒng)的正常高效運轉(zhuǎn)，同時也簡化了相關(guān)工作的流程內(nèi)容，有利于人們獲得更多的經(jīng)濟效益。

1 電力電子技術(shù)的概念及現(xiàn)狀

在電力系統(tǒng)的整體構(gòu)成中，電子技術(shù)是一項較為常見的技術(shù)內(nèi)容，其主要是對系統(tǒng)中的電子元件進行控制和轉(zhuǎn)換，進而提升電力系統(tǒng)工作效率。電子學、電工原理和自動化控制技術(shù)等聯(lián)合在一起，構(gòu)成了電力電子技術(shù)的整體框架和內(nèi)容，而制造技術(shù)和變流技術(shù)是電力電子技術(shù)的核心內(nèi)容。利用電力電子技術(shù)不僅能實現(xiàn)電氣設(shè)備的有效控制，還可以對系統(tǒng)的電路參數(shù)信息展開全面檢測并做綜合記錄和整理，在出現(xiàn)故障問題的時候進行提示預警，全天候監(jiān)控每個電子設(shè)備的工作狀態(tài)。

電力電子技術(shù)包括兩方面內(nèi)容：電子器件制造和電力電子在電路中的實際運用。隨著科技水平的不斷提高，電子器件制造和電力電子的實際運用獲得了十足的進步和發(fā)展?，F(xiàn)在電力電子技術(shù)在電氣控制領(lǐng)域的應用正處在自動化控制階段，一些智能化水平較高的技術(shù)也在不斷加強和電氣控制的結(jié)合。在電氣系統(tǒng)工作狀態(tài)下，智能化技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的監(jiān)測和調(diào)節(jié)功能。而針對電氣自動化系統(tǒng)建設(shè)的反饋機制，主要起到應對突發(fā)情況并快速展開調(diào)節(jié)和修復的作用。與此同時，智能化技術(shù)的應用也減輕了人員的工作強度，緩解了人力資源緊缺的問題。目前我國的電力電子技術(shù)已經(jīng)初步完成了構(gòu)成功率集成于電路的目標，盡管在電功率方面還有所不足，但是其發(fā)展前景依然非常廣闊。

2 電力電子技術(shù)的特點

（1）集成化。電力電子技術(shù)具有顯著的集成化特點，具體來講，人們需要在借助多個單元設(shè)備的基礎(chǔ)上，才能實現(xiàn)電力電子技術(shù)得到正常應用。同時電力電子技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)了與計算機技術(shù)的有效融合，并進一步拓展為電工電子技術(shù)，在實際生產(chǎn)活動中促進了多個行業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展，其高頻、高效率等先進之處也在應用中得到了體現(xiàn)。

（2）全控化。電力電子技術(shù)的全控化特點也是人們關(guān)注的重點，其在控制方面進行了高度創(chuàng)新和升級，在部分具有自旋轉(zhuǎn)功能的電子器件上得到了良好體現(xiàn)。并且隨著電力電子技術(shù)應用和推廣力度的不斷加強，半可控普通晶閘管逐漸退出了應用領(lǐng)域，其對電力電子技術(shù)的發(fā)展將具有更加重要的意義。

3 電力電子技術(shù)在電氣控制中的具體應用

3.1 在軟開關(guān)控制裝置中的應用

電力電子技術(shù)和電力系統(tǒng)的改進和創(chuàng)新，使得系統(tǒng)對電磁兼容和效率的標準變得逐漸的嚴格，具有增強的針對性，因此人們需要在電力裝置的輕量化和便捷化方面做出重大突破和發(fā)展，傳統(tǒng)電力系統(tǒng)對變壓器等設(shè)備占用空間大小情況進行優(yōu)化和完善工作主要是通過開關(guān)來實現(xiàn)的，但是在這個過程中，對開關(guān)實施高頻率的轉(zhuǎn)換操作會造成巨大的損耗，并降低開關(guān)的使用壽命，對電路效率的有效提高造成明顯制約。同時還會產(chǎn)生電磁干擾的問題，進而對電力系統(tǒng)的正常運行造成影響。但是利用軟開關(guān)控制裝置能夠避免這個問題，在減噪和降低損耗方面具有很大的作用。根據(jù)相關(guān)試驗數(shù)據(jù)顯示，在開關(guān)頻率超過1 MHz 的時候，系統(tǒng)的整體性能會達到最佳水平。為了改進和提升電力系統(tǒng)性能，可以將簡單電路做串并聯(lián)處理，構(gòu)成組合電路系統(tǒng)，同時促進軟開關(guān)控制裝置進一步應用和發(fā)展。軟開關(guān)控制裝置已經(jīng)有了以下發(fā)展趨勢：一是軟開關(guān)控制裝置在信息技術(shù)領(lǐng)域有著一定的應用和普及，拓撲數(shù)量也在快速提升；二是諧振電路在開關(guān)頻率大于1 MHz 的情況下，其性能水平有著良好表現(xiàn)；第三，軟開關(guān)控制裝置可以借助串并聯(lián)、級聯(lián)完成電路的整合目的，在許多方面都有著很好的應用效果，發(fā)展前景較為廣闊。

3.2 在電路保護裝置中的應用

電路保護裝置（如快速熔斷其和電流繼電器等）是電氣控制系統(tǒng)中不可或缺的一部分，在電路出現(xiàn)異常情況或電力故障時，可以起保護作用。隨著人們對電力電子技術(shù)應用的不斷成熟，人們的研究重點放在了電子器件的小型化和高功能功率化方面。此外，電力電子技術(shù)還能對反饋的信息數(shù)據(jù)進行綜合分析，發(fā)現(xiàn)過電流時會自動做出斷電操作，到達保護電路和電子器件的目的。

3.3 在靜止無功補償裝置中的應用

電網(wǎng)功率會隨著電力系統(tǒng)供電量的增加而增大，然而當功率調(diào)節(jié)過于頻繁和增加附有沖擊性負荷的時候，會在一定程度上影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性，并對電路中的低頻振蕩產(chǎn)生一定干擾。為了解決這一問題，可以采用加裝靜止無功補償裝置的方法，適當調(diào)整電力系統(tǒng)的負載影響因素，進而實現(xiàn)降低功率損耗的目的。同時將電路中的電壓數(shù)值保持在合理范圍內(nèi)，保障電力供應的穩(wěn)定性。

3.4 有源電力濾波器

有源電力濾波器是指指令電流運算電路和補償電路發(fā)生裝置這兩部分內(nèi)容，具有反應迅速和補償功能較多的特點，可顯著減少電網(wǎng)阻抗的影響程度。利用有源電力濾波器，能夠有效實現(xiàn)電路補償元件的檢測和分析工作，進而將其中的諧波電流作分離處理，補償裝置產(chǎn)生一種能夠和諧波電流相抵抗的分量電流，從而達到消除諧波電流、只留下基波電流的目的。

3.5 在高壓直流輸電技術(shù)中的應用

現(xiàn)階段在電力供電系統(tǒng)中，利用交流電壓輸出方式會造成大量電能的損耗和浪費，需要投入大量的成本和資源對其進行維護。所以一般都會采用直流輸電的方式，特別是在高電壓、高電量和遠距離輸電的情況下，直流輸電是最合適的方法。高壓直流輸電技術(shù)的核心內(nèi)容就是將交流電轉(zhuǎn)換成直流電，將其輸送到變電站，然后再借助變電站轉(zhuǎn)換成交流電，供生活和生產(chǎn)活動使用。

3.6 在PWM 控制技術(shù)中的應用

在PWM（Pulse Width Modulation，對脈沖的寬度進行調(diào)制）控制技術(shù)方面，電力電子技術(shù)得到了充分體現(xiàn)。PWM 控制技術(shù)的主要內(nèi)容是通過對脈沖寬度進行合理調(diào)節(jié)來獲取對應的波形信息。面積等效原理是PWM 技術(shù)的重要依據(jù)，就是在控制力的影響下，確保形狀不同、面積相等的窄脈沖在某一階段中，能夠和最終的相應波保持高度的一致性。出現(xiàn)這種情況的原因主要是，PWM 逆變器裝置的電流與電壓諧波分量造成的轉(zhuǎn)矩脈沖對固定轉(zhuǎn)子產(chǎn)生了一定作用，并因此限制了逆變器工作頻率。由于PWM 控制技術(shù)本身的適用性特點，在逆變電路中得到了廣泛的應用。

4 電力電子技術(shù)在電氣控制中存在的問題和解決措施

4.1 存在的問題

（1）設(shè)備的故障問題。變壓器由于使用時間過長而出現(xiàn)了老化現(xiàn)象，而使用的是最新的牽引供電技術(shù)，導致故障率提高。在高電壓和強電流輸電線路中，變壓器具有重要作用，其出現(xiàn)問題后將會影響正常供電。

（2）運行管理方面的問題。其中最突出的就是電壓不穩(wěn)定造成的負面影響問題，不僅會增加供電線路的整體工作強度，造成多處位置設(shè)備的超負荷運轉(zhuǎn)和損傷，還會影響電力系統(tǒng)內(nèi)中牽引供電設(shè)備的性能穩(wěn)定。

4.2 解決措施

（1）加強對設(shè)備故障的檢測和解決力度。在利用電力電子技術(shù)展開電氣控制過程中，需要安排專門的技術(shù)人員那對電力系統(tǒng)的各裝置做定期的維護和故障排查工作。對于已經(jīng)出現(xiàn)損壞的裝置要技術(shù)進行維修和更換，保證設(shè)備的正常運行和電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。相關(guān)部門應提高對其重視程度，組織專門人員加強對故障多發(fā)路段的檢查力度，出現(xiàn)的故障問題要及時找到原因并制定合理的解決措施。對于老化或達到規(guī)定使用年限的電子器件和設(shè)備應及時做更換處理，保證電力系統(tǒng)中電流通過的順利性。

（2）優(yōu)化運行管理模式。在對各項故障問題進行技術(shù)解決并確保牽引供電設(shè)備的正常工作之后，人們還需要對電力系統(tǒng)的各項工作內(nèi)容和設(shè)備展開全面監(jiān)督管理。即使當前的電力電子技術(shù)在電氣控制工作中取得了一定的成果，但一些綜合因素對電力系統(tǒng)運行的影響和干擾是無法徹底消除的，這時只能在人員和技術(shù)方面尋找突破點，加強對其相關(guān)措施和政策的落實和實施，利用先進的自動化技術(shù)做好管理工作，為電力系統(tǒng)線路和設(shè)備的正常運行提供可靠保障。

5 電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)的應用前景

5.1 變壓器的改革

現(xiàn)階段我國使用的變壓器還是以工頻變壓器為主，但是工頻變壓器具有占地面積大、工作效率低以及維修條件苛刻等缺點。但是在電力電子技術(shù)中運用的變壓器具有效率高和占地面積小等特點，并且不需要指定專人才能進行維護和修理工作，在器件故障問題監(jiān)測技術(shù)的支持下，能夠有效降低成本資源的投入。變壓器實現(xiàn)高頻化是未來研究的主要方向，然而根據(jù)當前的技術(shù)水平，變壓器主要還是以低頻為主，特別是對大功率變壓器處理工作，但是通過對絕緣柵雙極型晶體管的不斷研究和試驗，此問題可以得到順利解決。

5.2 電能質(zhì)量調(diào)節(jié)

電力電子技術(shù)中的功率因素調(diào)節(jié)和無功補償裝置的使用，能夠?qū)ο到y(tǒng)中的諧波起到一定的限制作用，可以判斷用戶的實際情況展開無功補償，進而確保電能質(zhì)量的可靠性。同時還有借助SVG（Static Var Generator，靜止無功發(fā)生器）增強電網(wǎng)電壓的運行穩(wěn)定性的實際案例，利用載波移相和最近電壓逼近的手段對電網(wǎng)諧波進行有效限制。這些先進的知識和技術(shù)尚且處于理論階段，其真實作用還有待考察。

6 結(jié)語

在先進科學技術(shù)做支撐的前提下，電力電子技術(shù)實現(xiàn)了快速發(fā)展，在電氣控制等很多領(lǐng)域得到了廣泛應用。在電力工程中，電力電子技術(shù)可以有效保證工作的質(zhì)量和效率，推動電氣系統(tǒng)朝著智能化和自動化的方向不斷發(fā)展，為電氣工程的建設(shè)和相關(guān)技術(shù)的創(chuàng)新研究工作提供保障。