山東中實(shí)易通集團(tuán)有限公司 常立望
電子電力技術(shù)是一種新型電力系統(tǒng)技術(shù),從概念上講,電子電力技術(shù)是指將信息技術(shù)和電氣技術(shù)相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)電能的有效控制、傳輸及利用,從而提高電能使用效率的先進(jìn)的技術(shù)。從功能上講,以信息技術(shù)為基礎(chǔ)是其本質(zhì)特征。其包括以下四個(gè)基本要素,第一是通過信息處理手段,使各種物理量之間的聯(lián)系得到充分表達(dá)。第二是通過各種通信方式,實(shí)現(xiàn)信息的傳遞。第三是采用各種檢測和控制裝置,實(shí)現(xiàn)信息的獲取和轉(zhuǎn)換。第四是通過各種計(jì)算方法和軟件,對(duì)所獲得的信息進(jìn)行分析、判斷,并做出相應(yīng)的控制。
根根據(jù)不同的劃分方法,可將現(xiàn)代電子電力的類型分為,按用途分類:如用于輸配電系統(tǒng)中的變流設(shè)備,用于用電系統(tǒng)的配網(wǎng)自動(dòng)化設(shè)備,以及用于發(fā)電系統(tǒng)中的發(fā)電廠監(jiān)控系統(tǒng)和電廠計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等。通常來說,電子電力技術(shù)的分類見表1。
表1 電子電力技術(shù)分類表
電子電力技術(shù)是一種通過使用電力電子器件,達(dá)到對(duì)電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù)。電能變換是指在輸入和輸出的過程中,將電壓電流以及頻率,相位和相數(shù)中的一項(xiàng)進(jìn)行改變。其中,單相半波可控制流帶電阻負(fù)載的工作情況如圖1所示,其中的電壓與電流成正比例關(guān)系,兩者的變化波形是一樣的。
圖1 能流開關(guān)模型圖
當(dāng)晶閘管承受正向陽極的電壓,形成施加觸發(fā)脈沖止的電角度,用α表示,這個(gè)電角度也被叫做觸發(fā)角或者是控制角,并用θ表示晶閘管在一個(gè)電源周期中通態(tài)的電角度。直流輸出的電壓平均值為:Ud=1/2π∫πα√2U2sinωtd(ωt)=√2U2/2π(1+cosα)=0.45U21+cosα/2,VT的α移相的范圍為180°,其中通過對(duì)觸發(fā)脈沖的控制相位來控制直流的輸出電壓的大小變化,這種方式稱為相位控制方式。
對(duì)資源的優(yōu)化配置,不僅是對(duì)新資源進(jìn)行優(yōu)化分配,其中也包括對(duì)舊設(shè)備的最大限度的利用。人們所熟悉的柔性交流輸電技術(shù),可以通過對(duì)已有的電網(wǎng)設(shè)施的應(yīng)用,達(dá)到對(duì)可再生資源的優(yōu)化,如水電以及核電的運(yùn)輸輸送。通過這樣的方式可以最大限度地將資源進(jìn)行利用,有效實(shí)現(xiàn)降低成本的目的,同時(shí)還有一定的環(huán)保作用。
我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)在發(fā)展過程中存在的問題主要是資源的分布情況不均勻,這種情況如果在隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展中無法得到解決,將會(huì)激化資源供求之間的矛盾,甚至?xí)霈F(xiàn)一系列的效應(yīng),引發(fā)更多的社會(huì)問題。而應(yīng)用這種電能。通過這樣的傳輸方式,在一定程度上可實(shí)現(xiàn)電能的均勻分配,進(jìn)一步優(yōu)化資源,有效緩解我國電能的供求矛盾,穩(wěn)定社會(huì)的發(fā)展,保障經(jīng)濟(jì)的高質(zhì)量發(fā)展,這樣對(duì)電網(wǎng)的優(yōu)化,在實(shí)踐中的效果是非常可觀的。
目前,在我國智能電網(wǎng)的建設(shè)中,即使對(duì)電子電力技術(shù)的應(yīng)用較為廣泛,但在實(shí)際的應(yīng)用中還是存在一些問題,如缺少完善對(duì)相應(yīng)的應(yīng)用進(jìn)行評(píng)估的體系。為實(shí)現(xiàn)電子電力技術(shù)的有效應(yīng)用,安全是不容忽視的關(guān)鍵問題,在建設(shè)智能電網(wǎng)的過程中,安全性也具有重要的意義。結(jié)合我國目前的電網(wǎng)構(gòu)架可發(fā)現(xiàn),有較多需要優(yōu)化和完善的地方。如在輸電和配電的問題上,有較多的不足和問題。為此,在建設(shè)智能電網(wǎng)的實(shí)際工作中,要靈活開發(fā)交流輸電的裝置。并要加強(qiáng)對(duì)電網(wǎng)構(gòu)架的完善。在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的進(jìn)程中,對(duì)電力的需求也在不斷增加,因此智能電網(wǎng)的建設(shè)也符合社會(huì)發(fā)展的需求,是電力系統(tǒng)的主要發(fā)展趨勢。
此外,電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)也會(huì)變得越來越復(fù)雜。加上我國部分地區(qū)自然災(zāi)害頻發(fā),如地質(zhì)災(zāi)害和氣候?yàn)?zāi)害等,這也對(duì)智能電網(wǎng)的建設(shè)增加了難度。這就需要在建設(shè)智能電網(wǎng)的過程中,有效應(yīng)用先進(jìn)的電子電力技術(shù),強(qiáng)化對(duì)電力系統(tǒng)的控制,以及對(duì)電網(wǎng)構(gòu)架的優(yōu)化,進(jìn)一步確保電網(wǎng)輸電和配電的安全性。
電力電網(wǎng)的運(yùn)行隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的提高而有更高的要求,在傳輸過程中,電能的質(zhì)量一直都是關(guān)注的焦點(diǎn)問題。通過對(duì)電子電力技術(shù)的有效應(yīng)用,可進(jìn)一步保證電網(wǎng)的穩(wěn)定供電。對(duì)電能資源的質(zhì)量的提升具有重要的意義,有效滿足社會(huì)發(fā)展的需求。在目前的電網(wǎng)建設(shè)中,對(duì)電子電力器件系統(tǒng)的控制器的應(yīng)用較為廣泛。此外,在通信技術(shù)的控制和保護(hù)下,可進(jìn)一步提高電網(wǎng)的自適應(yīng)和恢復(fù)能力。同時(shí),微網(wǎng)和能量存儲(chǔ)的技術(shù),也可以使用戶有更多的選擇,對(duì)建設(shè)高效的智能電網(wǎng)具有重要意義。
柔性交流輸電技術(shù)的發(fā)展,是將可持續(xù)發(fā)展理念作為基礎(chǔ),強(qiáng)調(diào)對(duì)風(fēng)能以及電能等新能源的充分利用。智能電網(wǎng)的建設(shè)比較注重新能源以及清潔性,柔性交流輸電技術(shù)不僅具備電子電力的控制性能,其還將現(xiàn)代微電子以及通信技術(shù)有效融合,并進(jìn)一步發(fā)展,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)交流輸電的整個(gè)過程進(jìn)行有效控制這一目的,并且可對(duì)輸電的動(dòng)態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)的掌握,這一技術(shù)可有效保證電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。目前,在我國建設(shè)智能電網(wǎng)的過程中,高壓輸電系統(tǒng)通常是建設(shè)基礎(chǔ),在建設(shè)中對(duì)這一輸電技術(shù)的應(yīng)用過程中,要對(duì)新能源與清潔能源之間的隔離以及介入進(jìn)行綜合分析。
目前,在我國柔性交流輸電系統(tǒng)中主要應(yīng)用的是換流器,其大多數(shù)采取的是自換相模式,通過獨(dú)立控制的方法,該技術(shù)在偏遠(yuǎn)地區(qū)的供電中,適用性更強(qiáng),對(duì)電網(wǎng)的整體傳輸能力有很強(qiáng)的提升作用。柔性交流輸電技術(shù)融合發(fā)展了交流與控制技術(shù),可調(diào)節(jié)和控制各項(xiàng)電力的參數(shù),將輸送電力過程中的線損降到最低,確保輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
互動(dòng)式交直流混合微電網(wǎng)是將交直流兩種不同的能源形式有機(jī)結(jié)合起來的微網(wǎng),該微網(wǎng)由多個(gè)微型電源組構(gòu)成,能夠同時(shí)向多個(gè)用戶提供有功或無功電源。
在智能電網(wǎng)的建設(shè)中,對(duì)電子電力技術(shù)較為常用的應(yīng)用技術(shù)就是智能開關(guān)。該技術(shù)可對(duì)指定位置的電流電壓進(jìn)行控制,使其閉合或者切斷,可起到保護(hù)系統(tǒng),避免出現(xiàn)過流的現(xiàn)象,同時(shí)可避免漏電的現(xiàn)象發(fā)生,進(jìn)一步確保電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定和安全。
高壓變頻技術(shù)也是一種較為常用的技術(shù),目前這一技術(shù)的應(yīng)用不僅在電網(wǎng)中應(yīng)用,且在日常生活中也被廣泛應(yīng)用[1]。由于現(xiàn)代電力系統(tǒng)的運(yùn)行模式為大容量、高頻率,因此為了保證整個(gè)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行,需要通過電壓控制的方式,對(duì)輸電和用電設(shè)備的端電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測,從而確保各設(shè)備端電壓不超過額定值,防止發(fā)生故障或事故時(shí),出現(xiàn)大面積停電現(xiàn)象。這一技術(shù)可幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)降電能消耗的目的,可有效節(jié)約電能,對(duì)帶能資源進(jìn)行優(yōu)化配置。不僅有保護(hù)環(huán)境減少污染的作用,還有降低企業(yè)的運(yùn)行成本,提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)收益的作用。
在我國目前的發(fā)展市場中,高壓變頻技術(shù)的應(yīng)用潛力較大。這一技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)就是有較強(qiáng)的節(jié)電率,最高可達(dá)30%。但這一技術(shù)也有一定的缺點(diǎn),就是應(yīng)用的成本較高。以500kW的高壓變頻器為例,其參數(shù)如下:輸出電流0~35A;額定輸入電壓10kV,允許變化的范圍-20%~+15%;額定輸入頻率50Hz,允許變化的范圍-10%~+10%;諧波<3%。
直流電在直流輸電系統(tǒng)中,一般只存在輸電的環(huán)節(jié)中,交流電依然是主要的形式,存在在發(fā)電和用電的環(huán)節(jié)中。在整個(gè)輸電線路的送端中,交流系統(tǒng)的交流電,在經(jīng)過換流站的環(huán)節(jié)時(shí),換流變壓器的作用下,被輸送到整流器中,這在一過程中,高壓交流電可以轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏褐绷麟?,并最終在直流的輸電線路中進(jìn)行輸送。輸電線路將直流電輸送到受端換流站中的逆變器,這個(gè)過程中,高壓直流電又被轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏航涣麟?。在直流輸電系統(tǒng)中控制換流器的作用下,可以工作于整流或者是逆變中。在輕型直流輸電系統(tǒng)中,組成換流器的,一般采用的是可關(guān)斷的器件,這樣可以提高中型直流輸電工程,在完成較短輸送距離的輸電任務(wù)中的競爭力。
通過實(shí)時(shí)監(jiān)測負(fù)荷,動(dòng)態(tài)調(diào)整無功功率,從而改善電壓質(zhì)量。根據(jù)負(fù)荷特性,可以將無功補(bǔ)償分為感性無功補(bǔ)償和無功就地平衡兩類。無功補(bǔ)償是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)平衡的重要手段之一,目前大部分配網(wǎng)系統(tǒng)均采用靜止補(bǔ)償方式。靜止補(bǔ)償一般由變電站、線路等負(fù)荷側(cè)設(shè)備完成,需要大量的無功功率進(jìn)行支撐。如果將部分負(fù)荷轉(zhuǎn)移至用戶側(cè),一方面可減少線路損耗,另一方面也可有效降低用戶的線損[2]。
能耗低,污染低以及排放量低是社會(huì)發(fā)展的重要方向,其中最關(guān)鍵的就是能量轉(zhuǎn)換以及儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用??梢宰畲笙薅壤蔑L(fēng)能以及太陽能等可再生能源。目前,我國已經(jīng)掌握風(fēng)力發(fā)電組變流器的控制技術(shù),對(duì)風(fēng)電場的并網(wǎng)技術(shù)的大規(guī)模開發(fā)和有效運(yùn)行,將逐漸成為電網(wǎng)未來的發(fā)展方向。隨著新能源的快速發(fā)展,光伏發(fā)電和風(fēng)電逐漸成為主要的發(fā)電量,然而,其巨大的能量密度卻難以有效利用。
為了解決這一問題各國均提出了各種儲(chǔ)能方案。其中,抽水蓄能電站因其具有投資少、見效快及可再生等特點(diǎn),受到廣泛青睞。利用儲(chǔ)能技術(shù)對(duì)間歇式用電進(jìn)行削峰填谷,從而提高系統(tǒng)效率。抽水蓄能的優(yōu)勢在于,其可調(diào)節(jié)性更強(qiáng),且具有大容量特點(diǎn),適合作為備用電源。能量轉(zhuǎn)換的技術(shù)在智能電網(wǎng)的建設(shè)中,主要的應(yīng)用是風(fēng)能和太陽能,通過大規(guī)模的間歇性電源以及微網(wǎng)等,采用并網(wǎng)運(yùn)行的方式,對(duì)可再生資源進(jìn)行利用。
是指通過控制電源電壓的波動(dòng)范圍使輸出電壓穩(wěn)定在某一值的技術(shù)??煽卮a(bǔ)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)無觸點(diǎn)穩(wěn)壓電路的基礎(chǔ),也是電力電子裝置中不可缺少的一種技術(shù)。可控串補(bǔ)技術(shù)利用串補(bǔ)器實(shí)現(xiàn)多臺(tái)并聯(lián)電機(jī)的功率控制。串補(bǔ)器的功能是把各相繞組的交流電壓按一定的比例進(jìn)行分配。當(dāng)某相繞組發(fā)生故障時(shí),串補(bǔ)器將故障相的電壓降低到零。當(dāng)其他正常相的繞組有電流通過,則該相繞組的電壓就會(huì)升高到原來的值,從而保證整個(gè)電網(wǎng)中的電壓和頻率不變,使設(shè)備免受損壞。
在電力系統(tǒng)中,為了維持系統(tǒng)的正常運(yùn)行,要求系統(tǒng)中的各部分之間必須有一定的聯(lián)系,即要有無功功率的傳送。因此,無功補(bǔ)償裝置是電力系統(tǒng)中不可缺少的重要設(shè)備之一。目前,我國的無功補(bǔ)償方式主要有晶閘管的投切式、晶閘管的復(fù)合式、靜止同步電動(dòng)機(jī)和電磁閥投切式。由于晶閘管的投切式和無功自動(dòng)調(diào)節(jié)技術(shù)的應(yīng)用,提高了電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率。
綜上所述,隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速增長以及電力的發(fā)展,智能電網(wǎng)的建設(shè)和發(fā)展,也是未來電力發(fā)展的主要方向,而在智能電網(wǎng)的建設(shè)中,電子電力技術(shù)的應(yīng)用可以有效提升電網(wǎng)的運(yùn)行質(zhì)量。