電子電工技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

申菲

（三門峽社會管理職業(yè)學(xué)院（三門峽技師學(xué)院） 河南省三門峽市 472000）

基于我國計算機、電子信息等技術(shù)的發(fā)展，促使電子電工技術(shù)在電力系統(tǒng)領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。相較于傳統(tǒng)電力技術(shù)應(yīng)用，電子電工技術(shù)與電力系統(tǒng)的有機融合，能夠?qū)崿F(xiàn)以不同調(diào)控方式進行不同用電環(huán)節(jié)的有效控制，在進一步提升電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性、可靠性的基礎(chǔ)上，達到電力系統(tǒng)處理優(yōu)化的目的。正因此，探討電力系統(tǒng)中電子電工技術(shù)的應(yīng)用，對于推動我國電力系統(tǒng)的集成化、自動化、智能化發(fā)展至關(guān)重要。

1 電子電工技術(shù)特點分析

1.1 集成化

集成化特點的體現(xiàn)主要是以計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為載體，進行系統(tǒng)中儀器器件的合并整合，通過系統(tǒng)集成來達到消除系統(tǒng)無法環(huán)境的目的，進一步提升電力系統(tǒng)中一二級設(shè)備的運行穩(wěn)定性。針對電力系統(tǒng)的集成化處理，其主要模式體現(xiàn)為：

（1）以二級緩存設(shè)備為載體進行一級處理器的放置，以此達到系統(tǒng)集成處理的目的[1]。

（2）并聯(lián)供電以器件單元為單位進行集成處理。

（3）將以單元為單位的器件安設(shè)于原有基片中。

分析以往電力系統(tǒng)中電工技術(shù)的應(yīng)用，其系統(tǒng)各器件安裝均呈現(xiàn)出獨立、分離的狀態(tài)，而借助電子電工技術(shù)的應(yīng)用，則實現(xiàn)以高度集中形式在基片中進行器件安裝，通過電路集成化來提升電力系統(tǒng)運行效率。

1.2 高頻化

高頻化是指電力系統(tǒng)在以電子電工技術(shù)的應(yīng)用為基礎(chǔ)實現(xiàn)高頻化運行，而要想實現(xiàn)系統(tǒng)高頻化運行，需要以電力系統(tǒng)的集成化處理為前提[2]。例如電力系統(tǒng)中調(diào)速電路與變頻器中，針對其開關(guān)速率的控制以及對高承受力的處理，可以采用絕緣柵雙極型晶體管來達到高頻化運行的目的。也正因高頻化運行的實現(xiàn)，在顯著優(yōu)化電力系統(tǒng)運行效率的前提下，實現(xiàn)對電子器件運行故障的控制提供保障。

1.3 全控化

電子電工技術(shù)在電力系統(tǒng)中應(yīng)用呈現(xiàn)出全控化特點，在實際運行期間，可實現(xiàn)以自關(guān)斷的形式進行器件的控制，通過對半控型普通晶閘管的應(yīng)用來進一步提升電力設(shè)備的自控效果。對于自關(guān)斷器件而言，進行電子電工技術(shù)的合理是實現(xiàn)全控化功能的關(guān)鍵所在，也是提升其電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的關(guān)鍵所在[3]。相較于傳統(tǒng)復(fù)雜電路元器件而言，依托于電子電工技術(shù)的電路系統(tǒng)不僅實現(xiàn)對復(fù)雜電路的簡化，亦可以達到系統(tǒng)全控制的目的[4]。

1.4 高效化

高效化特點是指其電力系統(tǒng)與電子電工技術(shù)的融合，可以在保證其系統(tǒng)穩(wěn)定運行的前提下，實現(xiàn)對設(shè)備運行效率的顯著提升[5]。其導(dǎo)通消耗因其電阻降壓的應(yīng)用而實現(xiàn)有效控制。而電力系統(tǒng)高效化的實現(xiàn)，離不開對電力系統(tǒng)全控化、高頻化的發(fā)展。實際運行期間，其電力系統(tǒng)運行損耗會因開關(guān)損壞率的降低而得到有效控制，并促使其電力系統(tǒng)始終處于穩(wěn)定運行的態(tài)勢。

2 電力系統(tǒng)中電子電工技術(shù)應(yīng)用作用分析

得益于電子電工技術(shù)的有效應(yīng)用，促使其電力系統(tǒng)運行得到顯著的優(yōu)化與革新，分析在實際系統(tǒng)運行期間電子電工技術(shù)的實際作用，體現(xiàn)為：

2.1 有助于實現(xiàn)電能使用效率優(yōu)化

電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行前提下，借助對電子電工技術(shù)應(yīng)用來實現(xiàn)相關(guān)器件的全控化，進一步提升其器件利用率[5]。在實際運行期間，通過對集成化、全控化功能特點的體現(xiàn)，實現(xiàn)對器件損耗的優(yōu)化控制，并做到對不同器件運行時間的合理搭配，實現(xiàn)在全控化的背景下進行器件損耗的合理縮減，進而達到電能利用率提升的目的。

2.2 有助于實現(xiàn)機電一體化

機電一體化的發(fā)展離不開對電子電工技術(shù)的應(yīng)用，以電力系統(tǒng)為載體進行自動化設(shè)備的合理應(yīng)用，實現(xiàn)以自動化方式進行電力系統(tǒng)有效控制，在保證其系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠運行的同時，避免因人為控制環(huán)節(jié)過多而增大出現(xiàn)人為失誤現(xiàn)象的發(fā)生概率。同時，電力系統(tǒng)相關(guān)配備設(shè)備的運行，可以通過對電子電工技術(shù)的合理應(yīng)用來維持穩(wěn)定運行的發(fā)展態(tài)勢，確保其電力系統(tǒng)運行符合其用戶需求。

2.3 有助于實現(xiàn)電力設(shè)備輕量化

現(xiàn)階段我國電力設(shè)備發(fā)展受到電子電工技術(shù)影響而朝著輕量化的方向持續(xù)發(fā)展，實際運行期間，以電力系統(tǒng)為載體進行電子電工技術(shù)應(yīng)用，需在滿足系統(tǒng)集成化、全控化需求的前提下，結(jié)合對基片荷載的分析進行器件的輕量化生產(chǎn)。而通過對以往復(fù)雜電路、設(shè)備的有效簡化，一方面可以實現(xiàn)對電力系統(tǒng)傳統(tǒng)運行模式的優(yōu)化，另一方面則可以以高效率、高頻率的形式進行系統(tǒng)優(yōu)化控制[6]。

3 電力系統(tǒng)中電子電工技術(shù)的應(yīng)用

3.1 電子電工技術(shù)應(yīng)用于發(fā)電環(huán)節(jié)

電力系統(tǒng)發(fā)電環(huán)節(jié)中多種設(shè)備涉及到對電子電工技術(shù)的應(yīng)用，能夠在優(yōu)化設(shè)備運行性能的同時，實現(xiàn)對電力系統(tǒng)發(fā)電性能的顯著提升。

3.1.1 靜止勵磁控制

現(xiàn)階段電力系統(tǒng)中對于靜止勵磁的應(yīng)用較為常見，不僅在運行可靠性、結(jié)構(gòu)簡單、造價低等方面存在顯著優(yōu)勢，亦可以通過晶閘管整流自并勵形式來實現(xiàn)對系統(tǒng)運行的優(yōu)化。同時，其系統(tǒng)運行的調(diào)節(jié)因中間慣性的消除達到快速性調(diào)節(jié)的目的，確保發(fā)電機組運行遵循其科學(xué)控制規(guī)律[7]。以某艦船電力系統(tǒng)為例，其發(fā)電機系統(tǒng)應(yīng)用涉及到對靜止勵磁裝置的設(shè)置，相較于傳統(tǒng)感應(yīng)控制的應(yīng)用，靜止勵磁的應(yīng)用做到對發(fā)電機運行效率低下、電壓調(diào)節(jié)受限、功率因數(shù)低下等問題的有效消除。同時，發(fā)電機運行轉(zhuǎn)速因轉(zhuǎn)子機械的高強度而得到提升，并通過對結(jié)構(gòu)構(gòu)成、體積縮減來達到成本控制的目的。該系統(tǒng)將兩套繞組以定子為載體進行布設(shè)，具體分為虛的輔助勵磁繞組與相整流繞組。其中整流繞組的直流負載供電依托于M相自勵電容的應(yīng)用，通過整流后實現(xiàn)對系統(tǒng)高效供電。而輔助勵磁繞組則依托于整流橋輸出電壓來達到勵磁調(diào)節(jié)的目的，并通過靜止式自動勵磁調(diào)節(jié)器實現(xiàn)對無功功率的提供。

3.1.2 變速恒頻勵磁

變速恒頻勵磁多應(yīng)用于風(fēng)力、水力發(fā)電中，針對水力發(fā)電而言，水頭壓力與流量的控制直接影響到發(fā)電效率，其機組轉(zhuǎn)速會因水頭的大幅度變化而發(fā)生轉(zhuǎn)變。針對風(fēng)力發(fā)電而言，則是受到風(fēng)速的直接影響，其以風(fēng)速的三次方計算可確定風(fēng)力發(fā)電效率[8]。同時，受到風(fēng)速變化的影響，風(fēng)車捕捉風(fēng)能會出現(xiàn)不同程度的變化。而要想實現(xiàn)對發(fā)電效率的最佳獲取，可以以轉(zhuǎn)子勵磁電流頻率的合理調(diào)節(jié)來達到機組變速運行的目的，促使其輸出頻率在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速疊加的前提下達到恒定的狀態(tài)。需注意，要想最大化發(fā)揮出變速恒頻勵磁在水利、風(fēng)力發(fā)電中的最大作用，需以變頻電源技術(shù)的應(yīng)用為前提。

3.1.3 太陽能發(fā)電控制系統(tǒng)

我國能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整離不開對太陽能資源的開發(fā)與利用，而要想實現(xiàn)對太陽能的大規(guī)律、大規(guī)模發(fā)電，需要以直流電轉(zhuǎn)化交流電的形式進行并網(wǎng)系統(tǒng)或獨立系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的控制。所以為確保其太陽能發(fā)電效率達到預(yù)期要求，需要結(jié)合對逆變器的應(yīng)用來實現(xiàn)對交流電的有效轉(zhuǎn)換[9]。需注意，逆變器的應(yīng)用需要滿足最大功率需求?？v觀現(xiàn)階段各國對太陽能發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用與開發(fā)，其中日本主要以并網(wǎng)系統(tǒng)為太陽能發(fā)電基礎(chǔ)，我國則以獨立系統(tǒng)為主發(fā)展太陽能發(fā)電技術(shù)。

3.2 電子電工技術(shù)應(yīng)用于輸電環(huán)節(jié)

現(xiàn)階段電網(wǎng)系統(tǒng)運行，得益于電力電子器件的應(yīng)用實現(xiàn)其運行穩(wěn)定性的進一步提升。分析當(dāng)前電力輸電環(huán)節(jié)中電子電工技術(shù)的應(yīng)用，具體包括：

3.2.1 輕型直流輸電、直流輸電技術(shù)應(yīng)用

目前我國電力系統(tǒng)中對直流輸電技術(shù)的應(yīng)用較為常見，在控制靈活性、輸電容量、穩(wěn)定性等方面優(yōu)勢顯著，并且直流輸電技術(shù)面對不同頻率系統(tǒng)能夠發(fā)揮出較大作用，具體包括在海底電纜、遠距離傳輸?shù)确矫娴膽?yīng)用。自瑞典首次進行晶閘管換流試驗開展后，直流輸電領(lǐng)域開始重視對電子電工技術(shù)的應(yīng)用。合理將晶閘管換流閥應(yīng)用于電力系統(tǒng)直流輸電中，能夠在保證輸電可靠性的前提下，實現(xiàn)對輸電效率的顯著優(yōu)化。截止到目前，全世界范圍內(nèi)代表性直流輸電功能囊括伊泰普直流輸電工程、新英格蘭直流輸電工程、上海直流輸電工程、三峽直流電輸出工程等。

而在直流輸電技術(shù)持續(xù)升級與創(chuàng)新的背景下，輕型直流輸電技術(shù)逐漸走進人們的視野。在實際電力系統(tǒng)輸電過程中，其電子器件換流器可借助IGBT 來實現(xiàn)有效關(guān)斷，并且其無交流電源轉(zhuǎn)化過程中存在的負荷點送電問題，可以通過對脈寬調(diào)制技術(shù)的應(yīng)用來有效解決。

3.2.2 柔性交流輸電技術(shù)

柔性交流輸電技術(shù)又稱為FACTS 技術(shù)，得益于電子電工技術(shù)發(fā)展促使FACTS 技術(shù)在電力系統(tǒng)輸電環(huán)節(jié)得到有效應(yīng)用。在實際系統(tǒng)輸電過程中，F(xiàn)ACTS技術(shù)合理應(yīng)用可以起到靈活調(diào)節(jié)輸電功率、輸電系統(tǒng)阻抗控制的作用，進而在保證其輸電效率的前提下，實現(xiàn)對交流輸電穩(wěn)定性的優(yōu)化。縱觀現(xiàn)階段電力系統(tǒng)輸電中FACTS 設(shè)備的應(yīng)用，具體包括：

（1）晶閘管控制移相器。設(shè)備功能體現(xiàn)為電壓、暫態(tài)的穩(wěn)定，以串聯(lián)接入方式為主；

（2）晶閘管控制串聯(lián)電抗器。設(shè)備功能體現(xiàn)為暫態(tài)、電壓、電流的控制，且具備故障電流抑制的功能，以串聯(lián)方式為主；

（3）靜止無功補償器。主要功能體現(xiàn)為無功補償、電壓與暫態(tài)穩(wěn)定等，以串聯(lián)方式為主；

（4）晶閘管控制電壓限制器。主要功能體現(xiàn)為電壓穩(wěn)定、無功控制、暫態(tài)穩(wěn)定等，以并聯(lián)形式為主；

（5）靜止同步補償器。主要功能體現(xiàn)為電流控制、暫態(tài)穩(wěn)定、故障電流抑制等，以并聯(lián)形式為主。

3.3 電子電工技術(shù)應(yīng)用于配電環(huán)節(jié)

縱觀現(xiàn)階段電力系統(tǒng)中配電環(huán)節(jié)的開展，盡管其配電質(zhì)量可以滿足當(dāng)前系統(tǒng)運行需求，但是在電能質(zhì)量控制、供電可靠性等方面仍需優(yōu)化完善[10]。而要想實現(xiàn)對電能質(zhì)量控制效果的提升，需做到對不同瞬態(tài)波動與干擾的有效抑制，并保證其電能質(zhì)量控制滿足諧波、電壓、不對稱度等方面的需求。而得益于電子電工技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，促使DFACTS 技術(shù)在系統(tǒng)配電環(huán)節(jié)發(fā)揮出巨大作用。其電能控制通過應(yīng)用DFACTS 技術(shù)可提升其控制效果。對于DFACTS 設(shè)備而言，在原理、結(jié)構(gòu)等方面與FACTS 技術(shù)存在類似。不同DFACTS 設(shè)備在配電環(huán)節(jié)中的應(yīng)用，可以發(fā)揮出不同的作用與功能，如靜止無功補償器其作用是對系統(tǒng)受到無功影響的抑制；動態(tài)電壓恢復(fù)器作用體現(xiàn)為對不平衡、高次諧波等影響的有效抑制；有源濾波器作用體現(xiàn)為對諧波電流、電壓的補償；靜止同步補償器作用體現(xiàn)為對負荷產(chǎn)生的無功、高次諧波等進行有效抑制。在實際系統(tǒng)輸配電過程中，DFACTS 設(shè)備應(yīng)用具備低成本、效果顯著等特點，并且隨著電力系統(tǒng)的廣泛普及，其DFACTS 設(shè)備應(yīng)用同樣呈現(xiàn)出廣泛應(yīng)用的態(tài)勢。

4 結(jié)束語

綜上所述，現(xiàn)階段我國電力系統(tǒng)發(fā)展，在發(fā)電、輸電、配電等環(huán)節(jié)均涉及到對電子電工技術(shù)的有效應(yīng)用。盡管其電力系統(tǒng)運行因電子電工技術(shù)應(yīng)用而得到優(yōu)化與升級，但是仍有些許問題亟待優(yōu)化與完善，所以需繼續(xù)加大對電子電工技術(shù)研究與開發(fā)，在充分掌握當(dāng)前電力系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀的前提下，進行電子電工技術(shù)深度應(yīng)用，進一步推動我國電力系統(tǒng)領(lǐng)域的集成化、智能化、自動化發(fā)展。