電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用及發(fā)展

蔣羽鵬

（云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司昆明供電局，云南 昆明 650200）

0 引言

將電力電子技術(shù)應(yīng)用到電力系統(tǒng)之中，不僅能夠?qū)﹄娔苓M(jìn)行控制和變化，而且還能對電量進(jìn)行有效調(diào)節(jié)，甚至獲取最大化的經(jīng)濟(jì)利益，因此，需要對電力系統(tǒng)中應(yīng)用電力電子技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)的研究。本文從以下方面對其進(jìn)行詳細(xì)的闡述。

1 電力電子技術(shù)的發(fā)展

1.1 電力電子技術(shù)的產(chǎn)生

在上個(gè)世紀(jì)中期，晶閘管的誕生，為電力電子技術(shù)的產(chǎn)生提供基礎(chǔ)。從電力電子技術(shù)的角度切入，電力系統(tǒng)中的傳動(dòng)技術(shù)以電力電子技術(shù)為主，并在電力電子技術(shù)和晶閘管的混合作用下，導(dǎo)致可控硅整流裝置被有效產(chǎn)生，表明電力系統(tǒng)傳動(dòng)技術(shù)發(fā)生巨大的變革，即由電能變換控制向變流器方向轉(zhuǎn)變。

1.2 電力電子器件的發(fā)展

電力電子技術(shù)具有舉足輕重的地位，對一代電力電子器件來講，主要代表為晶閘管和電力二極管，該時(shí)期的器件特點(diǎn)以體積相對較小、耗能較低等為主。當(dāng)電力電子技術(shù)被產(chǎn)生之后，由于其優(yōu)勢相對明顯，從而傳統(tǒng)設(shè)備被淘汰，電力電子的推廣得到重要的基礎(chǔ)保障。整流二極管的種類不斷增加，第二代電力電子器件的主要特點(diǎn)為自動(dòng)關(guān)斷能力，能夠使開關(guān)速度得到大幅度的提升，并且可以在高頻率開關(guān)電路中進(jìn)行應(yīng)用[1]。而第三代電力電子器件的出現(xiàn)，在原有的基礎(chǔ)之上，將體積進(jìn)行縮小，結(jié)構(gòu)的緊密度更高。同時(shí)，電子模塊也隨之產(chǎn)生，電力器件發(fā)展和應(yīng)用的便利性得到大幅度提升，并為后續(xù)集成電路的形成提供重要支撐，從而使電力電子技術(shù)向智能化方向進(jìn)行轉(zhuǎn)變。綜上可知，目前對電力電子技術(shù)而言，不斷向高頻處理問題方向進(jìn)行轉(zhuǎn)變，在節(jié)能環(huán)保方面具有更突出的優(yōu)勢[2]。

2 電力系統(tǒng)中電力電子技術(shù)的重要性

在傳統(tǒng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，對技術(shù)進(jìn)行有效的整合，重要性越來越凸顯。重要性主要體現(xiàn)在以下方面：第一，電力電子技術(shù)能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)的資源進(jìn)行合理利用和配置，從而使電能的使用具有明顯的優(yōu)化性；第二，通過對電力電子技術(shù)進(jìn)行有效改造，機(jī)電一體化的目標(biāo)能夠有效實(shí)現(xiàn)，從而保障了電力系統(tǒng)的良好運(yùn)行性。同時(shí)，在電力電子技術(shù)的基礎(chǔ)上，機(jī)電設(shè)備箱高頻和變頻方向進(jìn)行轉(zhuǎn)變；第三，由于電力電子技術(shù)的發(fā)展和改進(jìn)，電力系統(tǒng)向智能化方向進(jìn)行轉(zhuǎn)變[3]。

3 電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1 在輸電環(huán)節(jié)中應(yīng)用電力電子技術(shù)

對電力電子技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用時(shí)具體的切入角度為：第一，直流以及輕型直流輸電技術(shù)，對兩者而言，電力電子技術(shù)優(yōu)勢都體現(xiàn)在輸電量大、穩(wěn)定性強(qiáng)等方面，這些特點(diǎn)在某些應(yīng)用場景中具有顯著的優(yōu)勢，如通過電纜完成在海底內(nèi)的輸電。對直流輸電而言，應(yīng)用技術(shù)以晶閘管觸發(fā)技術(shù)為主，隨著光觸發(fā)晶閘管的應(yīng)用，光電轉(zhuǎn)換的觸發(fā)電路板得到省略，直流輸電中能夠有效應(yīng)用電力電子技術(shù)；第二，柔性交流輸電技術(shù)，當(dāng)被有效應(yīng)用之后，可以使有效控制輸電系統(tǒng)的電壓和功率等目的得以實(shí)現(xiàn)，即全面控制電網(wǎng)，以此來完成輸電線路運(yùn)輸能力明顯提高的任務(wù)，電力系統(tǒng)在靈活性以及穩(wěn)定性方面的優(yōu)勢都相對明顯，電力傳輸?shù)某杀镜玫矫黠@降低[4]。

3.2 在發(fā)電環(huán)節(jié)中應(yīng)用電力電子技術(shù)

將電力電子技術(shù)引入到發(fā)電環(huán)節(jié)之中，具體如下：第一，大型發(fā)電機(jī)的靜止勵(lì)磁控制，勵(lì)磁系統(tǒng)是發(fā)電機(jī)組的主要設(shè)備之一，能夠?qū)?lì)磁進(jìn)行合理化的調(diào)節(jié)，對電力系統(tǒng)來講，主要對晶閘管進(jìn)行應(yīng)用，該晶閘管利用整流自并勵(lì)的方式來對靜止勵(lì)磁進(jìn)行控制。另外，電力電子技術(shù)能夠?qū)?lì)磁機(jī)的中間慣性環(huán)節(jié)進(jìn)行省略，這樣不僅能夠增快調(diào)節(jié)速度，還能夠增強(qiáng)控制的效果；第二，水力、風(fēng)力發(fā)電機(jī)的變速恒頻勵(lì)磁，對水頭壓力和流量來講，能夠直接影響水利發(fā)電的有效功率，隨著水頭幅度的改變，機(jī)組轉(zhuǎn)速也會出現(xiàn)相應(yīng)的改變。從風(fēng)力發(fā)電角度來說，風(fēng)速能夠?qū)τ行Чβ十a(chǎn)生直接的影響，當(dāng)輸出頻率恒定的時(shí)候，就能夠?qū)ψ畲笥行Чβ蔬M(jìn)行獲得；第三，太陽能發(fā)電，又稱為光伏發(fā)電，輸出的電力以直流電為主，但是電壓相對較低，需要對電力電子中的BOOST電力進(jìn)行應(yīng)用，起到一定的升壓效果，之后，對逆變電路進(jìn)行有效因公，可以轉(zhuǎn)化成交流電。另外，可以對微機(jī)進(jìn)行有效利用，能夠?qū)﹄娋W(wǎng)相位的變化進(jìn)行有效跟蹤，這樣不僅能夠?qū)敵鲭娏鞯拇笮∵M(jìn)行有效調(diào)整，還可以對電網(wǎng)的波動(dòng)進(jìn)行有效降低[5]。

3.3 在配電環(huán)節(jié)中應(yīng)用電力電子技術(shù)

對配電系統(tǒng)來講，其面臨的難題為供電的穩(wěn)定可靠性以及電能的質(zhì)量。良好電能指的是能夠?qū)﹄妷?、頻率等要求進(jìn)行有效滿足，并且能夠有效抑制瞬時(shí)波動(dòng)和干擾。在配電環(huán)節(jié)中應(yīng)用電力電子技術(shù)，以電能質(zhì)量控制技術(shù)為主，因?yàn)殡娏﹄娮釉骷膬r(jià)格不斷降低，技術(shù)開發(fā)投入和生產(chǎn)成本也隨之降低，但具有較大的潛在市場，能夠進(jìn)行快速發(fā)展。

3.4 微網(wǎng)并網(wǎng)

由于電力電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，使得微網(wǎng)應(yīng)運(yùn)而生。從相關(guān)規(guī)定中可知，國網(wǎng)需要對微網(wǎng)輸送的電力進(jìn)行接收，并進(jìn)行一定的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償。隨著微網(wǎng)的出現(xiàn)，逆變器的研究也隨之不斷加深，在未來微網(wǎng)能夠?qū)ε潆娋W(wǎng)的組織形式進(jìn)行改變。微網(wǎng)并網(wǎng)逆變器完成分布式電源并網(wǎng)工作時(shí)，具有重要的地位和作用，能夠使分布式電源并網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的可能性大幅度增加。因此，對逆變器技術(shù)也提出更高的要求。從未來的角度來對微網(wǎng)并網(wǎng)逆變技術(shù)發(fā)展情境進(jìn)行分析，能夠?qū)刂品椒ㄟM(jìn)行有效整合，多算法符合控制得以實(shí)現(xiàn)，并且，將能量輸送到公共電網(wǎng)的時(shí)候，電網(wǎng)無功補(bǔ)償和諧波的有效清除等工作得以完成[6]。

3.5 在節(jié)能環(huán)節(jié)中應(yīng)用電力電子技術(shù)

在節(jié)能環(huán)節(jié)中應(yīng)用電力電子技術(shù)，電能的利用率得到明顯提升，并有效調(diào)控變負(fù)荷電動(dòng)機(jī)。當(dāng)電場生產(chǎn)電能的時(shí)，由于發(fā)電能源發(fā)生一定的變化，相關(guān)的模塊無法進(jìn)行有效配合，從而無功功率浪費(fèi)現(xiàn)象屢見不鮮。在對變負(fù)荷電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行速率進(jìn)行合理化的調(diào)控，這樣可以使電力電子技術(shù)更好的應(yīng)用于生產(chǎn)中，并在生產(chǎn)的電能得到有效的提升，以此來提高電力系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量的目的得以實(shí)現(xiàn)。當(dāng)下，由于電力電子技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用時(shí)間相對較短，所以需要進(jìn)行不斷的研究和完善。另外，變負(fù)荷電動(dòng)機(jī)的使用成本非常高，并對電網(wǎng)運(yùn)行效率產(chǎn)生明顯的影響，因此，當(dāng)前只能在大規(guī)模電場中進(jìn)行有效應(yīng)用。

4 電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的未來應(yīng)用前景

4.1 變壓器的改革

當(dāng)前，我國的變壓器以工頻變壓器為主，工頻變壓器的特點(diǎn)為效率相對較低、體積較大、專人進(jìn)行檢修等。對電力電子技術(shù)來講，主要對高頻變壓器進(jìn)行應(yīng)用，該變壓器的特點(diǎn)以效率相對較高、質(zhì)量相對較輕、體積相對較小等為主，對器件故障監(jiān)測技術(shù)進(jìn)行有效應(yīng)用，從而人力成本得到有效的減少，因此，使變壓器向高頻化方向轉(zhuǎn)變。在電網(wǎng)中占據(jù)主導(dǎo)地位的是低頻變壓器，特別在大功率電力變壓器進(jìn)行處理過程中，隨著IGBT的迅猛發(fā)展，該現(xiàn)象得到有效的改善，在未來高頻變壓器對工頻變壓器進(jìn)行取代可以成為現(xiàn)實(shí)。

4.2 電能質(zhì)量調(diào)節(jié)

在電力電子技術(shù)中，為了有效限制系統(tǒng)中的諧波，需要對功率因素調(diào)節(jié)和動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置進(jìn)行有效利用，可以在用戶需求的基礎(chǔ)上，對無功補(bǔ)償進(jìn)行有效完成，從而為電網(wǎng)電能質(zhì)量的穩(wěn)定狀態(tài)得到有效保障。當(dāng)下，有學(xué)者認(rèn)為可以對SVG進(jìn)行有效利用，可以使電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定性得到有效提升，并且在對電網(wǎng)諧波抑制過程中，對載波移相和電壓逼近等方法進(jìn)行有效應(yīng)用。但是該理論仍然處于理論階段，在實(shí)際中進(jìn)行應(yīng)用依據(jù)需要較長時(shí)間[7]。

5 結(jié)語

通過本文的論述可知，將電力電子技術(shù)引入到電力系統(tǒng)中具有一定的意義，不僅使電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性得到提升，而且可以使投入成本和資源損耗得到有效的改善，從而使電力系統(tǒng)的性能得到明顯的提升，進(jìn)而為電力行業(yè)的健康發(fā)展提供基礎(chǔ)保障。