电力电子技术在电力系统中的应用探讨

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　　[摘 要] 电力电子技术是通过电力电子器件控制与变换电能的一门新兴技术，其广泛应用于电力领域。电力电子技术不同于信息电子技术，前者以变换电力为主，而后者主要用于信息处理。笔者详细探讨了电子技术在的发电环节中、输电环节中、配电环节以及节能环节中的应用，从中可以看出电力电子技术,对电力系统的控制和节能起着至关重要的作用。
　　[关键词] 电力电子技术 电力系统 应用
　　
　　0.引言
　　电力电子技术经历了半个世纪的发展历程，目前已在众多领域得到广泛地运用，诸如民用产品、传统产业设备发行以及新能源开发等行业。它将现代控制技术、功率半导体器件、计算机技术和电路技术作为支撑依据已经在国民经济中发挥出不可替代的重要作用，其直接影响着未来输电系统的性能。HVDC――直流输电――是在电力系统中最为成功的电力电子技术。继上世纪八十年，提出了FACTS――柔性交流输电――的概念，从而电力系统中应用电力电子技术引起了众多学者的研究与关注，众多的阐述以及总结有关设备的基本原理层见迭出，相继又产生了各种设备。电力系统是电力电子技术得以充分应用的一个重要领域，因此，探讨电力电子技术在电力系统中的应用具有现实的意义。
　　1.电力电子技术在发电环节中的应用
　　在电力系统的发电环节中，将牵涉到众多种类的发电机组的设备，怎样提高和加强此些设备的运行特性是我们所要达到的目的，而电力电子技术在发电环节中的应用就能够很好的实现这种目的。
　　1.1 大型发电机的静止励磁控制
　　静止励磁的优点是具有较为简单的结构、较高的可靠性，并且造价也不高，其通过晶闸管整流自并励方式已在各大电力系统中普遍的使用。因为对中间惯性环节即励磁机的省去，使得它具备了特有的快速性调节，这样一来，为先进的控制规律提供提供了充分发挥作用，同时控制效果更加良好。
　　1.2 水力、风力发电机的变速恒频励磁
　　水力发电的有效功率主要取决于以下两点：水头压力以及流量。在具有相对大的水头变化幅度的情况下，抽水蓄能机组最佳转速也会随着水头的变化幅度而产生变化。风速的三次方同风力发电的有效功率呈正比，风车捕捉最大风能的转速会随着风速的变化产生变化。因此，机组变速运行，易言之，对转子励磁电流的频率进行调整，让它同转子转速叠加后具有相对恒定的定子频率，进而取得最大的有效功率，电力电子技术在在水力、风力发电机的运用当中，变频电源是技术核心。
　　1.3 发电厂风机水泵的变频调速
　　发电厂的厂用电率平均是8%，在火电设备总耗电量中，风机水泵耗电量大约占到65%，不但具有较大的耗电量，而且运行效率也不高，为了实现节能的目的，在使用高压（低压）变频器的时候能够使风机水泵变频调速，进而降低耗电量。从当前的状况而言，低压变频器技术的成熟性毋庸置疑，在国内乃至国外都有很多的生产厂家，仅是系列产品在一定程度上还不具有完整性。然而能够设计并生产高压大容量变频器的厂家还没有几个，这就需要通过校企合作的方式，进行联合开发，从而达到满足生产需求的目的。
　　2.电力电子技术在在输电环节中的应用
　　2.1高压直流输电技术。 20世纪70年代，在瑞典建成世界上第一项晶闸管换流阀实验工程，从而替代了以前的汞弧阀换流器，这是电力电子技术在直流输电中获得应用的一个里程碑时段。从此之后，在直流输电工程，都以使用晶闸管换流阀为主。近年来，随着科学技术的不断发展，新的直流输电技术通过使用诸如GTO等可关断器和脉宽调制技术，不必采用换流变压器，从而能够让整个换流站搬迁，在较短的输送距离中，这就加强了中型直流输电工程的竞争力。另外，由于使用了可关断的电力电子器件，避免了换流器换相的不成功，加之不存在要求受端系统的容量，所以，能够应用于海上石油平台等这些小系统的供电。将来还能够用于城市配电系统。这些年来，直流输电技术获得了进一步发展，IGBT等可关断电力电子器件组成的换流器被应用在轻型的直流输电器件上，通过脉宽调制技术进行无源逆变，使得直流输电向无交流电源的负荷点送电的难题得到解决，不仅在极大地简化了设备，而且减少了造价成本。
　　2.2柔性交流输电（FACTS）技术。柔性的交流输电技术产生于上世纪八十年代的后期，这些年取得迅速的发展。FACTS是指现代控制技术同电力电子技术相结合，达到连续调节、控制相位角、电压等的目的，进而在很大程度上加强输电线路的输送能力，提升电力系统的可靠性，减少输电过程的损耗量。因为传统的调节电力潮流的手段仅能达到调节局部稳态潮流的作用，加之机械开关的动作时间较长，没有较快的响应，根本不可以适应在暂态过程中快速柔性连续调节和阻尼系统振荡的需求，所以，电网发展的要求使得柔性交流输电（FACTS）技术获得良好的应用与发展，截止目前，柔性交流输电控制器有许多种，且均能对电力系统中变量，例如励磁电流、电压、阻抗以及功率等等进行控制，继而提高交流输电的运行性能。
　　3.电力电子技术在在配电环节中的应用
　　在配电环节，我们亟待解决的问题是加强供电的稳定性以及提高电能质量。应用用户电力技术（Custom Power）亦称DFACTS技术是配电环节应用电力电子技术的最为普遍的技术，它是现代控制技术同电力电子技术的有效结合，配电环节应用用户电力技术的主要手段是通过交流输出电系统，加强供电的稳定性，提高配电的输出能力，并且提升电能质量。此外，在配电环节被普遍运用的电力电子技术还有柔性交流输电即FACTS技术，而用户电力技术可以看做是FACTS设备的缩小版或者姊妹型新技术，其功能原理在前文已进行分析，在此不作赘述。当前，DFACTS技术和FACTS技术已经发展到融合为一体。
　　4.电力电子技术在节能环节的应用
　　4.1变负荷电动机调速运行
　　为了使电力电子技术在在节能环节有所作为，我们就需着手于以下两方面：①电动机自身方面的应用；②变负荷电动机的调速技术的应用。倘若能将两者有机的结合在一起，势必会使电动机的节能获得显著的效果。近年来，风机和水泵在国外大多数采用调速控制，鉴于在国内对其的应用还不够成熟，以及由于变负荷的风机和泵类等采用交流调速替代节流阀（或者挡风板）对水流量、风流量进行控制都能取得良好的效果，并且具有较高的效率和精度，以及较广的调速范围，加之能够连续无级调速，同时在调速过程中具有相对小的转差损耗，节电率能够达到百分之三十，然而采用调速控制虽然有上述优点，却也存在较高的成本以及产生高次谐波的缺点，但这并不会影响其在矿山和冶金等部门的推广。因此，我国对其应加强研究，并需要进一步推广，
　　4.2减少无功损耗，提高功率因数
　　交流异步电动机以及变压器在电气设备中均属于感性负载，其在运行的过程中对无功功率、有功功率都要消耗，所以，同有功电源一样，无功电源是确保电能质量的不可或缺的部分，要在电力系统中维持无功平衡，不然，将导致功率因数的降低，系统电压的下降以及设备的损坏，甚至致使大规模的停电事故的出现，为了杜绝此类事件的产生，我们要在电力网或电气设备无功容量不足时，增装无功补偿设备，提高设备功率因数。
　　5.结束语
　　综上所述，电力电子技术能够在电力系统的众多领域得到广泛地运用，随着现代计算机技术的不断发展，我们应加大电力电子技术的研究力度，使其应用性更加的完善，对电力系统的控制以及节能起到更大的作用，以及最大幅度地提高电力系统的稳定性，从而获得巨大效益。
　　参考文献 ：
　　[1]崔学祖.电力电子技术在电力发展中的新应用[J].能源技术,2006.

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