综述现代电力电子技术在电力系统中的发展现状
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摘 要：现代电力电子技术的发展十分迅速，在生产、生活各个领域内应用十分广泛。本论文主要从电力电子技术的发展历史开始介绍，讲述了现代电力电子技术在发电侧、输电侧以及用户侧的应用，对比了未使用电力电子器件以及使用了电力电子器件之后对于电力系统运行性能、经济效益差异，并展望未来电力电子技术发展的趋势。
关键词：电力电子技术;发展现状;变频器
1 电力电子技术的起源与发展
电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整电子产品流器件，其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代，促进了电力电子技术在许多新领域的应用。上世纪六十年代至七十年代，大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用，开启了电力电子技术的整流时代，电解、牵引、传动等工业得到飞速发展。七十年代到八十年代，交流电机的变频调速技术发展迅速。变频调速技术是将直流电逆变为0～100赫兹的交流电，GTR和GTO的大规模使用将电力电子技术带入到了逆变时代，但当时的逆变还只停留在低频范围内。八十年代，由于计算机的发展，大规模集成电路向着超大规模集成电路迅速迈进，因此电力人们想到了将将集成电路与高电压、大电流结合到一起。于是，IGBT和MOSFET应运而生。由此完成了传统电力电子技术向现代电力电子技术跨越。之后，现代电力电子技术与计算机通信设备相结合，应用到了我们生活中的方方面面。
2 现代电力电子技术的发展现状
现代电力电子技术利用大功率电力电子器件对电能进行变换和控制，以期针对不同的负载而得到最佳形势的电能，从而提高电能的质量和使用效率，改善电网的稳定性。现代电力电子技术应用在电能的各个阶段，从电能的产生、传输、分配、消费各个环节对电能进行改善。
2.1 现代电力电子技术在发电侧的发展应用
以我公司为例。我公司配有三台西门子9F级燃机发电机，额定功率300MW，机端电压20kV，额定电流10189A，采用自并励方式。与汽轮发电机不同，燃机发电机启机过程中没有蒸汽来推动发电机转子旋转。那么推动转子大轴的动力源自哪里呢？这就用用到电力电子技术了。我厂配有2套SFC变频启动装置。工作原理为，将厂用电整流为直流电流，经SFC逆变为低频交流电（0～35Hz）输送至发电机定子线圈，建立低频旋转磁场。此时给发电机转子绕组通入直流电源，转子将会以低频方式缓慢旋转，SFC通过调频来提高转子转速，直至燃气点火维持转子自持转速。
SFC启动与传统蒸汽推动启动比较：利用传统蒸汽推动转子方式也可完成机组启动任务，但相比于SFC启动方式劣势在于会耗费大量天然气，无形中增加机组启动成本。且燃机依靠燃烧天然气作为能量来源，天然气的燃烧效率与空气的配比以及天然气调节门有密切关系。现场实际操作中，调节门的调节为机械控制，其精密度相对于电子控制有明显的劣势。故应用电力电子技术，使用SFC变频启动装置对于燃机发电机来讲既经济又高效，便于控制。
2.2 现代电力电子技术在输电侧的发展应用
现代电力电子技术在输电侧应用十分广泛，其中最具代表性的要输柔性交流输电技术FACTS和高压直流输电技术HVCD。
2.2.1 柔性交流输电技术
柔性交流输电技术主要用于提高电网输送能力和改善电网运输性能。柔性交流输电技术发展至今，控制器已有数十种之多。例如：SVC、SVG、STATCOM等等。将这些设备投入输电网中，可以为输电网补充无功功率，防止系统因电压降落而造成大面积停电。相比于传统的并联电容补偿方式，SVC向系统补偿的无功功率不会因系统电压降落而大幅减少，具有明显优势。
2.2.2 高压直流输电技术
高压直流输电技术将电能以直流电的方式传输。相比于传统的交流运输方式，直流传输具备以下优点：
（1）线路走廊比交流运输窄。直流架空线路只需要两条线路即可完成电能的运输。相比于交流的最少三根线路，可节省工程预算。
（2）相同电压和导线截面积下，运输的极限功率大。
（3）可以连接不同频率的电网。例如我国台湾岛电网为60Hz频率，就可以通过建设换流站的方式将台湾岛的电网接入我国电网。
2.3 现代电力电子技术在负荷侧的发展应用
现代电力电子技术在负荷侧的应用极其之多。最为百姓熟知的要输变频空调。变频空调相比于工频空调具备能耗低、噪声小、寿命长的特点。随着电力电子技术的不断发展，变频空调的价格越来越亲民。工业方面，变频器的投入使用十分广泛。许多电厂的泵与风机的电机多采用變频器调节控制，既可以减少启动时启动电流，也可降低启动瞬间对机械的冲击。目前现代电力电子技术应用的一个热门领域是电动汽车。我国是电动汽车保有量最大的国家。给电动汽车充电的充电桩就必须采用电力电子器件。在将来，随着电动汽车的普及率越来越高以及电力市场的开放程度越来越深入，电动汽车有望参与电网进行削峰填谷，提高电网运行的经济效益。
3 结论
现代电力电子技术近年来在我国得到了迅速发展，发展领域遍布方方面面。虽然在很多方面我们已经取得了很大的进步，但在电力电子器件的制造工艺上与发达国家还存在一定差距。展望未来，我国的电力电子技术在发展和应用方面会更加深入，随着消费者需求的不断提升，电力电子设备会越来越多，性能会越来越好。
参考文献：
[1]王鹏凯.基于电力电子技术在电力系统中的应用研究[J].中国战略新兴产业，2018（16）：119.
[2]张速江.电路系统中电力电子技术的应用分析[J].山东工业技术，2018（08）：189.
[3]王钢.电力电子设备在电力系统中的应用研究[J].山东工业技术，2018（06）：137-138.
[4]鲁武林.电子技术的发展与应用研究[J].科技风，2018（03）：71.
[5]王海军.电力电子技术的发展及应用[J].河南科技，2017（23）：21-22.
[6]王震，占江山，罗运成.电力电子技术领域的现状和展望[J].计算机与数字工程，2005（07）：16-20.
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