電工電子技術(shù)在電力系統(tǒng)的應(yīng)用與研究

崔贏允

天津市公用技師學(xué)院 天津 300380

近年來,我國科學(xué)技術(shù)水平顯著提升,各類新型技術(shù)手段在諸多行業(yè)領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用,特別是電子技術(shù)著力推動了信息化發(fā)展的步伐,同樣也在一定程度上帶動了我國整體經(jīng)濟發(fā)展的速度。基于此,本文主要針對電工電子技術(shù)進行深入探究,著重分析該技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用,希望能夠以電工電子技術(shù)為突破口,進一步實現(xiàn)電工電子技術(shù)與各類新興產(chǎn)業(yè)之間的有效融合,全面推動社會發(fā)展和經(jīng)濟進步。

1 電工電子技術(shù)在電力系統(tǒng)應(yīng)用的必要性

當(dāng)前我國電力系統(tǒng)的技術(shù)革新和發(fā)展速度越來越快,特別是隨著我國綜合競爭實力和科學(xué)技術(shù)水平的提升,電工電子技術(shù)實現(xiàn)了智能化和自動化發(fā)展,與各類微電子技術(shù)進行有效結(jié)合[1]。在電力系統(tǒng)中應(yīng)用電工電子技術(shù)能夠進一步推動我國電力系統(tǒng)機電一體化水平的提升,促進電力系統(tǒng)技術(shù)革新和二次發(fā)展。相比于電力系統(tǒng)之前的機電水平,應(yīng)用電工電子技術(shù)能夠著力實現(xiàn)更高水平的機電一體化效果,確保各類電力系統(tǒng)的運行信息能夠被全面收集、匯總并進行可靠的傳輸與處理,此種電力信息傳輸和監(jiān)控模式能夠?qū)崿F(xiàn)對現(xiàn)有電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行更加精準、有效的監(jiān)測與控制,保障電力系統(tǒng)的平穩(wěn)正常運轉(zhuǎn),提高電力系統(tǒng)的整體運行效率水平。因此深入探究電工電子技術(shù)的應(yīng)用范圍和新型應(yīng)用領(lǐng)域,對電工電子技術(shù)的發(fā)展和整個技術(shù)領(lǐng)域的更新和進步有重要的意義和價值。

2 電工電子技術(shù)在電力系統(tǒng)的應(yīng)用分析

2.1 發(fā)電環(huán)節(jié)

在電力系統(tǒng)的運行過程中,發(fā)電環(huán)節(jié)是電力系統(tǒng)運行的基礎(chǔ)所在,能夠直接影響未來輸電和配電的整體質(zhì)量效果。發(fā)電環(huán)節(jié)涉及了諸多發(fā)電設(shè)備,而且設(shè)備的運行效果同樣也會直接影響電力系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)情況,發(fā)電環(huán)節(jié)之中著重應(yīng)用電工電子技術(shù),特別是在原有的設(shè)備基礎(chǔ)上,實現(xiàn)運行效率和運行水平的優(yōu)化,促進發(fā)電環(huán)節(jié)各類設(shè)備充分發(fā)揮其作用。例如,在過模型發(fā)電機中所應(yīng)用的靜止勵磁技術(shù)等等可以應(yīng)用到電工電子技術(shù),此類技術(shù)不僅能夠確保電力系統(tǒng)發(fā)電過程的安全平穩(wěn)運行,同時也能大幅度降低發(fā)電環(huán)節(jié)的成本投入。在電力系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用電子技術(shù),能夠進一步節(jié)約勵磁設(shè)備的大規(guī)模應(yīng)用,減少了設(shè)備的運轉(zhuǎn)消耗,同時也能在原有電力系統(tǒng)運行和發(fā)電速度的基礎(chǔ)上,全面提升調(diào)節(jié)速度水平,確保靜止勵磁技術(shù)同樣具備勵磁機械設(shè)備的控制功能,有效提高控制效率和水平。除此之外,變頻調(diào)速技術(shù)同樣也可以應(yīng)用到電工電子技術(shù)進行優(yōu)化和革新,變頻調(diào)速技術(shù)相比之下能夠有效減少發(fā)電環(huán)節(jié)中各類機械設(shè)備的能源消耗,特別是在發(fā)電過程中所廣泛應(yīng)用的風(fēng)機水泵（圖1）等,在設(shè)備運行過程中難免會出現(xiàn)一定的消耗,而應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)可以有效降低此類能量消耗,實現(xiàn)節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展的作用[2]。相比于原有的發(fā)電系統(tǒng)運行狀態(tài),在變頻調(diào)速技術(shù)的推動和影響之下,風(fēng)機水泵能夠進一步降低能量的消耗,同時也能進一步促進電力系統(tǒng)現(xiàn)有發(fā)電環(huán)節(jié)功能的完善與可持續(xù)發(fā)展。

圖1 變頻調(diào)速技術(shù)在風(fēng)機水泵中的應(yīng)用

通過圖1可以看出,在風(fēng)機水泵運行的過程中,對變頻調(diào)速技術(shù)進行應(yīng)用,需要首先設(shè)置好控制監(jiān)視系統(tǒng),以及操作臺,并將兩者相互連接。此后,則需要利用PLC與兩者相互連接,并同時連接變頻器與旋轉(zhuǎn)編碼器等設(shè)備。通過上述方式,可有效提高風(fēng)機水泵運行的可靠性。

2.2 輸電環(huán)節(jié)

電力系統(tǒng)的輸電環(huán)節(jié)是直接影響電力系統(tǒng)運行效果的關(guān)鍵要素,因此將電工電子技術(shù)廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)的輸電階段,要始終強化電力系統(tǒng)運行的平穩(wěn)性和安全性,切實提高電網(wǎng)運行整體水平和效率。在輸電環(huán)節(jié)之中,直流輸電和交流輸電技術(shù)為最主要的電工電子技術(shù)類型之一。首先在直流輸電技術(shù)中,此種技術(shù)類型在操作方面更加簡單便捷,安全性和穩(wěn)定性更強,但是在相對傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)運行過程中,往往需要進行大規(guī)模的輸電,但是此種輸電模式同樣也會導(dǎo)致出現(xiàn)過多的無功損耗,因此通過電工電子技術(shù)中的直流輸電技術(shù),能夠有效避免大規(guī)模輸電狀態(tài)下的無功損耗問題出現(xiàn)。特別是在很多偏遠山區(qū)地區(qū),其所處的地理環(huán)境、地質(zhì)要素等條件相對復(fù)雜,因此應(yīng)用電工電子技術(shù)中的直流輸電技術(shù),能夠切實打破地域環(huán)境對于輸電環(huán)節(jié)的限制與制約,讓輸電技術(shù)的應(yīng)用范圍更加廣泛,對周邊復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)能力更強,也正因如此直流輸電技術(shù)在我國大規(guī)模輸電工程和遠距離輸電工程中應(yīng)用越發(fā)廣泛。除此之外,在交流輸電技術(shù)中,雖然部分電力系統(tǒng)的運行過程中也存在一定的交流系統(tǒng),但是其整體電工電子技術(shù)應(yīng)用并不廣泛,所以交流輸電技術(shù)能夠在以往的基礎(chǔ)上進行優(yōu)化升級和改進,并在輸電系統(tǒng)運行過程中充分發(fā)揮作用和價值,進一步降低輸電環(huán)節(jié)過程中的各類能量損耗問題,確保電力系統(tǒng)的安全平穩(wěn)運行。

2.3 配電環(huán)節(jié)

電力系統(tǒng)的配電環(huán)節(jié)需要為廣大人民群眾生活以及工業(yè)生產(chǎn)等各領(lǐng)域提供必要的電力能源,因此需要切實保障電能供應(yīng)環(huán)節(jié)的安全、可靠性,在配電環(huán)節(jié)之中可以廣泛應(yīng)用電工電子技術(shù)以進一步保障電力能源的整體質(zhì)量水平,真正實現(xiàn)更好地為人民群眾的日常生產(chǎn)和生活提供更加穩(wěn)定的電力能源[3]。例如在配電環(huán)節(jié)中,電力系統(tǒng)的運行需要滿足電壓和諧波等多層次需求,如果單純依靠傳統(tǒng)的輸電技術(shù)和基礎(chǔ),則會在操作和配備效率方面受到一定影響,因此應(yīng)用電工電子技術(shù)能夠進一步實現(xiàn)標準化的電壓和諧波需求,避免電力系統(tǒng)在配電環(huán)節(jié)中出現(xiàn)過多的電力損耗,同時也能避免整個電力系統(tǒng)出現(xiàn)瞬間波動的問題,避免對電網(wǎng)正常輸電環(huán)節(jié)造成影響。

在配電系統(tǒng)中,安全運行可分多個等級,不同的等級,其危險程度存在一定差異。具體如下:

（1）當(dāng)設(shè)備處于正常運行狀態(tài)時,則判定為系統(tǒng)正處于安全運行的過程中。此時,無需對其進行處理。

（2）如設(shè)備處于警戒狀態(tài),則表明不安全。此時,表明系統(tǒng)處于預(yù)防性控制狀態(tài),需要警惕是否可能發(fā)生風(fēng)險。

（3）如設(shè)備處于緊急狀態(tài),則代表危險。上述問題的發(fā)生,通常與外界干擾有關(guān)。在干擾的作用下,電壓、頻率,以及潮流越界等情況極容易出現(xiàn)異常,從而導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)故障。

（4）當(dāng)系統(tǒng)崩潰后,認定為系統(tǒng)處于解列狀態(tài)。當(dāng)故障解除后,方視為系統(tǒng)處于回復(fù)狀態(tài)。

3 以無功補償為例電工電子技術(shù)的具體應(yīng)用對策

在電力系統(tǒng)中無功補償裝置,主要為了平衡電力系統(tǒng)的電力負荷,確保電力系統(tǒng)的平穩(wěn)運行,無功補償裝置能夠?qū)F(xiàn)有電力系統(tǒng)以及電網(wǎng)中的多余無功功率進行全面的吸收,全面降低供電設(shè)備的能源損耗問題,有效延長設(shè)備的使用周期。電工電子技術(shù)在無功補償?shù)淖詣踊刂浦杏衅洫毺氐膽?yīng)用優(yōu)勢,主要體現(xiàn)在以下三個方面的應(yīng)用領(lǐng)域。

3.1 機械式接觸設(shè)備

以無功補償?shù)男问竭M行自動化控制需要,有兩種決定方式,分別在于開關(guān)和并聯(lián)電容器開發(fā)接觸形式,不同的模式會導(dǎo)致輸入補償在初始電壓方面相對較低,甚至接近于零,但是一旦出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)合閘會突然發(fā)生電壓激增的問題,使得電容器發(fā)生涌流問題,并進一步導(dǎo)致更為嚴重的負面影響。因此在無功補償自動化控制中,應(yīng)用電工電子技術(shù)可以從機械式接觸設(shè)備的運用出發(fā),避免電壓出現(xiàn)大幅度下降或短路等多方面問題,有效減少諸多行業(yè)領(lǐng)域的損失,在進行電工電子技術(shù)應(yīng)用時,可以以接觸器的形式對電容器組進行涌流控制,確保涌流控制更加高效有序。

3.2 無觸點晶閘管

在輸電過程中,電容器的涌流向相對普遍,雖然已經(jīng)能夠被有效控制,但是一旦發(fā)生涌流問題,則會造成異常嚴重的后果,不僅會導(dǎo)致觸器的觸頭位置出現(xiàn)粘接和損毀,同樣也會導(dǎo)致電容器的失效,難以進行正常應(yīng)用。因此人們通過無觸點晶閘管的形式進行涌流現(xiàn)象的處理,其最主要特征在于當(dāng)電壓為零的狀態(tài)情況下,電流可以應(yīng)用可控硅進行自動斷開,避免電網(wǎng)出現(xiàn)拉弧現(xiàn)象,同樣也能夠減少各類損壞問題,進一步增加電容器的使用壽命[4]。但是在實際應(yīng)用過程中無觸點晶閘管仍舊存在較多缺陷和隱患,因此可以應(yīng)用電工電子技術(shù)進行革新和優(yōu)化,讓電容器能夠有效平衡熱能,避免出現(xiàn)高溫故障問題以及諧波電流等現(xiàn)象。

3.3 負荷開關(guān)

無功補償自動控制系統(tǒng)中負荷開關(guān)的重要作用越發(fā)凸顯,主要將可控硅的開關(guān)與交流接觸上實現(xiàn)并聯(lián),當(dāng)電網(wǎng)以及輸電線路中電流為零的狀態(tài),負荷開關(guān)會自動斷開電壓,確保各類用電設(shè)備的安全有效,在負荷開關(guān)的應(yīng)用過程中主要有接通和斷開兩種模式,但是不論是哪種模式,都可以通過負荷開關(guān)有效控制電流的涌流問題。因此在電網(wǎng)設(shè)計以及無功補償自動控制中,應(yīng)用電工電子技術(shù)可以進一步提高負荷開關(guān)的應(yīng)用水平,將負荷開關(guān)進行精細化處理,有效平衡功率因數(shù)和低壓補償問題。例如可以應(yīng)用單向分布負荷開關(guān),此種負荷開關(guān)能夠有效平衡功率差因素,但是在實際應(yīng)用過程中,供電企業(yè)也可以有效節(jié)約成本,綜合采用不同形式的復(fù)合開關(guān)接線方法,并綜合應(yīng)用電工電子技術(shù)提高電網(wǎng)系統(tǒng)的運行水平和運行效率。

總結(jié):總而言之,在我國現(xiàn)階段的發(fā)展進程中,電工電子技術(shù)以其獨特的優(yōu)勢和價值,在電力系統(tǒng)以及其他相關(guān)領(lǐng)域中應(yīng)用范圍不斷拓展,電工電子技術(shù)在應(yīng)用過程中甚至能夠替代規(guī)模和體積過大、能源消耗過大的機械設(shè)備類型,有效實現(xiàn)能源的轉(zhuǎn)化,提高資源的利用效率。希望能夠通過本文的研究,全面推動我國電工電子技術(shù)的發(fā)展以及應(yīng)用范圍拓展。