電力電子系統(tǒng)在控制技術(shù)中的應(yīng)用策略研究

俞哲恒

摘要：電力電子技術(shù)經(jīng)歷了半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，從以電路技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)、功率半導(dǎo)體器件以及計(jì)算機(jī)技術(shù)為支撐轉(zhuǎn)變?yōu)樵陔娔苜|(zhì)量控制、新能開發(fā)、民用產(chǎn)品等更多的行業(yè)應(yīng)用，有了很大的進(jìn)步，其中，最成功的應(yīng)用于電力系統(tǒng)的大功率電力電子技術(shù)就是直流輸電。加之柔性交流輸電在20世紀(jì)80年代被提出之后，電力電子技術(shù)更是在電力系統(tǒng)中廣受關(guān)注，并且相繼出現(xiàn)了許多種類的設(shè)備。本文主要針對電力電子系統(tǒng)在控制技術(shù)中的應(yīng)用策略進(jìn)行簡要分析。

關(guān)鍵詞：電力電子;系統(tǒng);控制技術(shù);應(yīng)用;策略

1電力電子技術(shù)發(fā)展情況分析

1.1電力電子技術(shù)對電氣控制技術(shù)的重要價(jià)值

現(xiàn)階段，電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大、應(yīng)用水平也在逐漸提升，電力轉(zhuǎn)化與可控系統(tǒng)當(dāng)中的電子構(gòu)件，能夠有效提升電力系統(tǒng)工作質(zhì)量與工作效率。同時(shí)，電力電子技術(shù)對于整個(gè)電器控制領(lǐng)域而言，也具有著直觀決定的重要地位。電工原理、現(xiàn)代電子學(xué)以及智能化、自動(dòng)化的控制技術(shù)，相互依托、相互作用的背景下，共同構(gòu)成了先進(jìn)的電力電子系統(tǒng)。這種系統(tǒng)能夠有效控制各種各樣的電氣設(shè)施，精準(zhǔn)檢驗(yàn)電氣系統(tǒng)當(dāng)中海量的數(shù)據(jù)信息，在發(fā)生問題或故障的過程中，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的實(shí)時(shí)報(bào)警。并且，將電力電子技術(shù)應(yīng)用于電氣控制當(dāng)中，還能達(dá)到對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的動(dòng)態(tài)化監(jiān)督管理，大幅提升電氣控制的整體質(zhì)量。

1.2電力電子技術(shù)發(fā)展情況分析

隨著人類科技水平的不斷提升，電力電子技術(shù)逐漸走進(jìn)現(xiàn)代人視野，也成為相關(guān)學(xué)術(shù)領(lǐng)域重要研究課題。電力電子技術(shù)自誕生以來，大致經(jīng)歷了兩個(gè)發(fā)展時(shí)期，即電子構(gòu)件制造時(shí)期和將電力電子技術(shù)應(yīng)用于電路當(dāng)中的時(shí)期。在技術(shù)水平的不斷推動(dòng)下，電子構(gòu)件制造與電路當(dāng)中的有效應(yīng)用均得以快速發(fā)展。在電子構(gòu)件方面，具體分為三個(gè)主要階段，即不可控、半可控以及全可控?，F(xiàn)階段，電力電子技術(shù)在電氣控制中的應(yīng)用不斷深化，逐漸實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)，甚至智能化的控制。

2電子電工技術(shù)的特點(diǎn)

2.1集成化

電子技術(shù)與電氣技術(shù)的集成，是指以基板為載體，通過互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)，將電氣設(shè)備的多個(gè)單元器件并聯(lián)在一起?，F(xiàn)代電子電氣技術(shù)的集成方式有三種：在傳統(tǒng)的處理器設(shè)備中，二級緩存設(shè)備往往嵌入一級處理器中進(jìn)行集成;在電力系統(tǒng)的單元設(shè)備中，采用聯(lián)合電壓的方式進(jìn)行集成;另一種方法是將單元器件安裝在現(xiàn)有的基板上，整個(gè)電路中沒有其他安裝。一般來說，電子技術(shù)和電氣技術(shù)的綜合特性不同于傳統(tǒng)的電氣技術(shù)，即單元器件分開安裝。在現(xiàn)代電子和電氣技術(shù)中，單元器件常常被選擇在基板上形成高度集中的刻度。

2.2高頻化

為了提高集成器件的速度，電氣電子技術(shù)具有不斷提高電氣設(shè)備工作效率的特點(diǎn)。例如，電力企業(yè)電子電氣技術(shù)的應(yīng)用，使絕緣雙極晶體能夠保持高頻運(yùn)行，大大提高了電子器件的正常運(yùn)行速度。

2.3可持續(xù)化的特點(diǎn)

在將電工電子技術(shù)應(yīng)用之后，使其具有了可持續(xù)化的特點(diǎn)：一方面，電工電子技術(shù)的應(yīng)用，降低了火力、水力、太陽能發(fā)電的困難程度，提高了自然資源發(fā)電的穩(wěn)定性，在未來電力系統(tǒng)對自然環(huán)境的危害會(huì)逐漸降低;另一方面：提高了工作人員的環(huán)保意識(shí)，讓他們認(rèn)識(shí)到可以通過技術(shù)對傳統(tǒng)電力系統(tǒng)進(jìn)行改造，向著環(huán)境友好、可持續(xù)發(fā)展的方向前進(jìn)，在維持群眾用電需求的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步降低對大自然的危害。

2.4全控化

電子電氣技術(shù)的全面控制，是指從傳統(tǒng)的半控共晶閘管發(fā)展到各種自閉裝置，在電力系統(tǒng)設(shè)備功能自主權(quán)方面取得重大突破。各種自閉裝置是實(shí)現(xiàn)電子電氣技術(shù)全面控制的基本裝置之一。與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中復(fù)雜的電子器件換流電路相比，現(xiàn)代電子電氣技術(shù)大大簡化了電力系統(tǒng)中電子器件的內(nèi)部電路。在電子電氣技術(shù)通過完全控制實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的簡化后，電子設(shè)備也通過電子信息技術(shù)在功能上有了重大突破，而電子設(shè)備的全面控制和電力系統(tǒng)的簡化進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

3電力電子系統(tǒng)在控制技術(shù)中的應(yīng)用策略

3.1開關(guān)控制設(shè)備的運(yùn)用

在電力系統(tǒng)復(fù)雜程度、功能性不斷提升的作用下，其電磁兼容水平需求也在隨之增加，對電力設(shè)備質(zhì)量提出更高要求。傳統(tǒng)模式下的電氣系統(tǒng)，為達(dá)到節(jié)省空間的目的，普遍選擇常規(guī)開關(guān)對變壓器實(shí)控制。雖然這種方式能夠有效提升空間利用率，然而其本身也會(huì)對電氣系統(tǒng)造成一定程度的電磁干擾，不利于設(shè)備的正常使用。為解決電磁干擾問題，降低噪聲現(xiàn)象，可以將電力電子系統(tǒng)為核心的軟開關(guān)應(yīng)用其中，在提升電氣設(shè)備可靠性與穩(wěn)定性的同時(shí)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)電氣控制的科學(xué)化發(fā)展。

3.2電路保護(hù)設(shè)備的應(yīng)用

電路保護(hù)設(shè)備作為電氣系統(tǒng)中的重要組成部分，對整個(gè)電氣系統(tǒng)的正常運(yùn)行產(chǎn)生直接影響。當(dāng)電力電子電路出現(xiàn)問題期間，電路保護(hù)設(shè)備能夠?qū)ζ洚a(chǎn)生有效的保護(hù)作用，及時(shí)作出與之相應(yīng)的保護(hù)措施?，F(xiàn)階段，常見的電路保護(hù)設(shè)備包括高效熔斷器、繼電器等等。然而，隨著電子領(lǐng)域技術(shù)水平的不斷提升，電力電子構(gòu)件逐漸向更加輕便、小巧的方向發(fā)展，同時(shí)其功率也變得越來越大。因此，傳統(tǒng)電路保護(hù)設(shè)備已經(jīng)難以滿足當(dāng)下日益提升的要求。將電力電子系統(tǒng)應(yīng)用于電路保護(hù)設(shè)備當(dāng)中，有效結(jié)合電路檢驗(yàn)設(shè)備相關(guān)信息，在檢驗(yàn)到電路電流期間，能夠快速完斷電保護(hù)，大幅提升保護(hù)工作的質(zhì)量和及時(shí)性。

3.3靜態(tài)無功設(shè)備的應(yīng)用

隨著我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展，人民群眾的用電需求不斷增加，對電網(wǎng)功率要求提出巨大挑戰(zhàn)。主要表現(xiàn)在電網(wǎng)當(dāng)中功率變化頻率的提高，對電網(wǎng)可靠性、穩(wěn)定性產(chǎn)生一定程度的負(fù)面影響，使電路當(dāng)中的低頻振蕩難以控制。然而，將以電力電子技術(shù)為核心的靜態(tài)無功補(bǔ)償設(shè)備應(yīng)用其中，能夠大幅增加電力系統(tǒng)負(fù)荷水平，減少功率損耗，實(shí)現(xiàn)電路電壓有效控制，全面提升電力系統(tǒng)的工作質(zhì)量。

3.4高壓直流送電的應(yīng)用

傳統(tǒng)電廠送電類型普遍以交流電為主，然而在交流電的送電過程當(dāng)中，會(huì)出現(xiàn)較為嚴(yán)重的電能消耗，與國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略、生態(tài)發(fā)展戰(zhàn)略不符，并且不利于有效控制的實(shí)現(xiàn)。鑒于此，現(xiàn)代電廠通過高水平的直流送電技術(shù)，將交流電有效轉(zhuǎn)化為直流電，實(shí)現(xiàn)超遠(yuǎn)程、高電壓送電。然后，直流電在經(jīng)過超遠(yuǎn)距離輸送后，抵達(dá)變電站。通過變電站中相關(guān)設(shè)備的處理，再使直流電轉(zhuǎn)化為交流電，為人民群眾的用電提供堅(jiān)實(shí)保障。

3.5輸電環(huán)節(jié)

在遠(yuǎn)距離大容量輸電中，直流輸電技術(shù)能有效避免能耗和無功功率問題，具有輸電操作簡單、安全性高、穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)，即使輸電環(huán)境地理?xiàng)l件復(fù)雜，該技術(shù)的應(yīng)用在保證傳輸穩(wěn)定的同時(shí)，使直流變壓器的頻率大大降低，提高了電流轉(zhuǎn)換設(shè)備的性能，節(jié)約了傳輸成本。換流器、交流閥和晶閘管在高壓直流輸電中的應(yīng)用可以促進(jìn)輸電設(shè)備的改造。在柔性交流傳動(dòng)中，計(jì)算機(jī)與機(jī)械控制技術(shù)相結(jié)合，可以保證功率的穩(wěn)定輸出，減少冗余能耗。目前，電力電子設(shè)備逐漸取代了傳統(tǒng)的電氣開關(guān)設(shè)備，提高了輸電設(shè)備的精度和效率。提高輸電設(shè)備的控制水平，完善輸電系統(tǒng)。電力電子技術(shù)的應(yīng)用有利于降低輸電環(huán)節(jié)的電耗，降低電力企業(yè)的成本損失，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

4結(jié)束語

綜上所述，電力電子系統(tǒng)作為處理電力變換的新興科學(xué)技術(shù)，能夠有效實(shí)現(xiàn)電力功率的轉(zhuǎn)化，其應(yīng)用范圍、應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，成為影響這個(gè)電氣行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵內(nèi)容。雖然，現(xiàn)階段電力電子系統(tǒng)的應(yīng)用水平得到良好發(fā)展，其應(yīng)用成果極為突出，但是其對其的應(yīng)用仍然存在巨大研究空間。相關(guān)領(lǐng)域需要建立科學(xué)發(fā)展觀，在完善現(xiàn)有應(yīng)用方式的基礎(chǔ)上，對其應(yīng)用范圍、應(yīng)用質(zhì)量進(jìn)行不斷探索。