綜述現(xiàn)代電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的發(fā)展現(xiàn)狀

楊濤

摘 要：現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展十分迅速，在生產(chǎn)、生活各個(gè)領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用十分廣泛。本論文主要從電力電子技術(shù)的發(fā)展歷史開始介紹，講述了現(xiàn)代電力電子技術(shù)在發(fā)電側(cè)、輸電側(cè)以及用戶側(cè)的應(yīng)用，對(duì)比了未使用電力電子器件以及使用了電力電子器件之后對(duì)于電力系統(tǒng)運(yùn)行性能、經(jīng)濟(jì)效益差異，并展望未來電力電子技術(shù)發(fā)展的趨勢。

關(guān)鍵詞：電力電子技術(shù);發(fā)展現(xiàn)狀;變頻器

1 電力電子技術(shù)的起源與發(fā)展

電力電子技術(shù)起始于五十年代末六十年代初的硅整電子產(chǎn)品流器件，其發(fā)展先后經(jīng)歷了整流器時(shí)代、逆變器時(shí)代和變頻器時(shí)代，促進(jìn)了電力電子技術(shù)在許多新領(lǐng)域的應(yīng)用。上世紀(jì)六十年代至七十年代，大功率硅整流管和晶閘管的開發(fā)與應(yīng)用，開啟了電力電子技術(shù)的整流時(shí)代，電解、牽引、傳動(dòng)等工業(yè)得到飛速發(fā)展。七十年代到八十年代，交流電機(jī)的變頻調(diào)速技術(shù)發(fā)展迅速。變頻調(diào)速技術(shù)是將直流電逆變?yōu)?～100赫茲的交流電，GTR和GTO的大規(guī)模使用將電力電子技術(shù)帶入到了逆變時(shí)代，但當(dāng)時(shí)的逆變還只停留在低頻范圍內(nèi)。八十年代，由于計(jì)算機(jī)的發(fā)展，大規(guī)模集成電路向著超大規(guī)模集成電路迅速邁進(jìn)，因此電力人們想到了將將集成電路與高電壓、大電流結(jié)合到一起。于是，IGBT和MOSFET應(yīng)運(yùn)而生。由此完成了傳統(tǒng)電力電子技術(shù)向現(xiàn)代電力電子技術(shù)跨越。之后，現(xiàn)代電力電子技術(shù)與計(jì)算機(jī)通信設(shè)備相結(jié)合，應(yīng)用到了我們生活中的方方面面。

2 現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

現(xiàn)代電力電子技術(shù)利用大功率電力電子器件對(duì)電能進(jìn)行變換和控制，以期針對(duì)不同的負(fù)載而得到最佳形勢的電能，從而提高電能的質(zhì)量和使用效率，改善電網(wǎng)的穩(wěn)定性?，F(xiàn)代電力電子技術(shù)應(yīng)用在電能的各個(gè)階段，從電能的產(chǎn)生、傳輸、分配、消費(fèi)各個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)電能進(jìn)行改善。

2.1 現(xiàn)代電力電子技術(shù)在發(fā)電側(cè)的發(fā)展應(yīng)用

以我公司為例。我公司配有三臺(tái)西門子9F級(jí)燃機(jī)發(fā)電機(jī)，額定功率300MW，機(jī)端電壓20kV，額定電流10189A，采用自并勵(lì)方式。與汽輪發(fā)電機(jī)不同，燃機(jī)發(fā)電機(jī)啟機(jī)過程中沒有蒸汽來推動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。那么推動(dòng)轉(zhuǎn)子大軸的動(dòng)力源自哪里呢？這就用用到電力電子技術(shù)了。我廠配有2套SFC變頻啟動(dòng)裝置。工作原理為，將廠用電整流為直流電流，經(jīng)SFC逆變?yōu)榈皖l交流電（0～35Hz）輸送至發(fā)電機(jī)定子線圈，建立低頻旋轉(zhuǎn)磁場。此時(shí)給發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組通入直流電源，轉(zhuǎn)子將會(huì)以低頻方式緩慢旋轉(zhuǎn)，SFC通過調(diào)頻來提高轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，直至燃?xì)恻c(diǎn)火維持轉(zhuǎn)子自持轉(zhuǎn)速。

SFC啟動(dòng)與傳統(tǒng)蒸汽推動(dòng)啟動(dòng)比較：利用傳統(tǒng)蒸汽推動(dòng)轉(zhuǎn)子方式也可完成機(jī)組啟動(dòng)任務(wù)，但相比于SFC啟動(dòng)方式劣勢在于會(huì)耗費(fèi)大量天然氣，無形中增加機(jī)組啟動(dòng)成本。且燃機(jī)依靠燃燒天然氣作為能量來源，天然氣的燃燒效率與空氣的配比以及天然氣調(diào)節(jié)門有密切關(guān)系?，F(xiàn)場實(shí)際操作中，調(diào)節(jié)門的調(diào)節(jié)為機(jī)械控制，其精密度相對(duì)于電子控制有明顯的劣勢。故應(yīng)用電力電子技術(shù)，使用SFC變頻啟動(dòng)裝置對(duì)于燃機(jī)發(fā)電機(jī)來講既經(jīng)濟(jì)又高效，便于控制。

2.2 現(xiàn)代電力電子技術(shù)在輸電側(cè)的發(fā)展應(yīng)用

現(xiàn)代電力電子技術(shù)在輸電側(cè)應(yīng)用十分廣泛，其中最具代表性的要輸柔性交流輸電技術(shù)FACTS和高壓直流輸電技術(shù)HVCD。

2.2.1 柔性交流輸電技術(shù)

柔性交流輸電技術(shù)主要用于提高電網(wǎng)輸送能力和改善電網(wǎng)運(yùn)輸性能。柔性交流輸電技術(shù)發(fā)展至今，控制器已有數(shù)十種之多。例如：SVC、SVG、STATCOM等等。將這些設(shè)備投入輸電網(wǎng)中，可以為輸電網(wǎng)補(bǔ)充無功功率，防止系統(tǒng)因電壓降落而造成大面積停電。相比于傳統(tǒng)的并聯(lián)電容補(bǔ)償方式，SVC向系統(tǒng)補(bǔ)償?shù)臒o功功率不會(huì)因系統(tǒng)電壓降落而大幅減少，具有明顯優(yōu)勢。

2.2.2 高壓直流輸電技術(shù)

高壓直流輸電技術(shù)將電能以直流電的方式傳輸。相比于傳統(tǒng)的交流運(yùn)輸方式，直流傳輸具備以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）線路走廊比交流運(yùn)輸窄。直流架空線路只需要兩條線路即可完成電能的運(yùn)輸。相比于交流的最少三根線路，可節(jié)省工程預(yù)算。

（2）相同電壓和導(dǎo)線截面積下，運(yùn)輸?shù)臉O限功率大。

（3）可以連接不同頻率的電網(wǎng)。例如我國臺(tái)灣島電網(wǎng)為60Hz頻率，就可以通過建設(shè)換流站的方式將臺(tái)灣島的電網(wǎng)接入我國電網(wǎng)。

2.3 現(xiàn)代電力電子技術(shù)在負(fù)荷側(cè)的發(fā)展應(yīng)用

現(xiàn)代電力電子技術(shù)在負(fù)荷側(cè)的應(yīng)用極其之多。最為百姓熟知的要輸變頻空調(diào)。變頻空調(diào)相比于工頻空調(diào)具備能耗低、噪聲小、壽命長的特點(diǎn)。隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，變頻空調(diào)的價(jià)格越來越親民。工業(yè)方面，變頻器的投入使用十分廣泛。許多電廠的泵與風(fēng)機(jī)的電機(jī)多采用變頻器調(diào)節(jié)控制，既可以減少啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)電流，也可降低啟動(dòng)瞬間對(duì)機(jī)械的沖擊。目前現(xiàn)代電力電子技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)熱門領(lǐng)域是電動(dòng)汽車。我國是電動(dòng)汽車保有量最大的國家。給電動(dòng)汽車充電的充電樁就必須采用電力電子器件。在將來，隨著電動(dòng)汽車的普及率越來越高以及電力市場的開放程度越來越深入，電動(dòng)汽車有望參與電網(wǎng)進(jìn)行削峰填谷，提高電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié)論

現(xiàn)代電力電子技術(shù)近年來在我國得到了迅速發(fā)展，發(fā)展領(lǐng)域遍布方方面面。雖然在很多方面我們已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步，但在電力電子器件的制造工藝上與發(fā)達(dá)國家還存在一定差距。展望未來，我國的電力電子技術(shù)在發(fā)展和應(yīng)用方面會(huì)更加深入，隨著消費(fèi)者需求的不斷提升，電力電子設(shè)備會(huì)越來越多，性能會(huì)越來越好。

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