電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

鐘建新

【摘??要】現(xiàn)代科技中的電力電子技術(shù)可以顯著提高電力系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量。我國(guó)的電力電子技術(shù)已經(jīng)正式進(jìn)入智能化發(fā)展階段，能有效將電子信息與器具功率結(jié)合，實(shí)現(xiàn)微電子與電力電子的一體化處理?；趯?shí)踐研究，在此對(duì)電力電子技術(shù)特點(diǎn)、在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中的應(yīng)用情況進(jìn)行分析，僅供參考。

【關(guān)鍵詞】電力電子;電力系統(tǒng);應(yīng)用

引言

現(xiàn)代控制技術(shù)為人們的生產(chǎn)生活提供了強(qiáng)大動(dòng)力，而材料與器件的發(fā)展則為電力電子技術(shù)的進(jìn)步提供有效幫助，并開始在社會(huì)行業(yè)中取得廣泛應(yīng)用。一些專家學(xué)者根據(jù)現(xiàn)有的研究、應(yīng)用結(jié)果判斷，電子學(xué)下一個(gè)應(yīng)用范疇?wèi)?yīng)當(dāng)是現(xiàn)代工業(yè)設(shè)備領(lǐng)域與電網(wǎng)領(lǐng)域，能夠帶來第二次電子革命。

1電力電子技術(shù)特點(diǎn)

從電子技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀來看，其作用特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1.1集成化

在電子器件的集成化發(fā)展過程中，通過將多個(gè)單元器件并聯(lián)起來，集中布置在一個(gè)基片上，可以為電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)和安裝提供方便，同時(shí)也有利于實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)集中控制。

1.2高頻化

目前使用的電子器件工作頻率越來越高，從幾千赫茲到幾萬赫茲，可以適應(yīng)實(shí)際電網(wǎng)中的工作需求，促進(jìn)運(yùn)行速度的提升。

1.3智能化

許多電子器件已經(jīng)具備本地存儲(chǔ)和控制功能，比如電氣開關(guān)的自關(guān)斷功能、電氣元件故障的自診斷功能等。通過采用智能化電子器件，能夠提升電力系統(tǒng)的運(yùn)行安全性，第一時(shí)間將故障設(shè)備和線路切除，防止故障影響擴(kuò)大。目前還有一些先進(jìn)的電子器件通過采用智能算法，也具備了一定的自恢復(fù)能力，并支持遠(yuǎn)程診斷、控制等功能。

1.4節(jié)能化

電子技術(shù)的主要功能就是對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行變化和控制，可以降低系統(tǒng)運(yùn)行能耗。同時(shí)電子器件自身的能耗水平也逐漸下降，而且在新能源發(fā)電的接入過程中，也發(fā)揮著重要作用。

2在電力系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用

自二十世紀(jì)末出現(xiàn)FACTS概念之后，電子技術(shù)開始廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，并獲得全社會(huì)的關(guān)注，各類設(shè)備開始積極引進(jìn)電子技術(shù)，其中最為成功的便是電子技術(shù)在HVDC中的應(yīng)用。

2.1發(fā)電環(huán)節(jié)

電力系統(tǒng)發(fā)電環(huán)節(jié)中的各類設(shè)備，是應(yīng)用電子技術(shù)的重要環(huán)節(jié)，只有積極對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行改善，才能最大程度保證應(yīng)用效果。

（1）安全性較高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉是大型發(fā)電及靜止勵(lì)磁的主要特點(diǎn)，閘管整流并自勵(lì)能夠有效控制靜止勵(lì)磁，這種控制方式被廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)的電力系統(tǒng)中。出現(xiàn)這種情況的主要原因是因?yàn)閯?lì)磁機(jī)設(shè)備直接去掉了中間存在慣性的部分。因此，該設(shè)備表現(xiàn)出較為明顯的快速性、調(diào)節(jié)性，能有效提高控制效果，充分發(fā)揮該設(shè)備的性能作用。

（2）變速恒頻勵(lì)磁常會(huì)用于風(fēng)力以及水力發(fā)電機(jī)上。水力發(fā)電機(jī)中運(yùn)轉(zhuǎn)的有效功率主要來自于水頭的壓力與流量，如果水頭的變化較為顯著，機(jī)組最佳轉(zhuǎn)速也會(huì)隨之出現(xiàn)一定變化。風(fēng)力發(fā)電機(jī)有效功率實(shí)際上和風(fēng)速三次方數(shù)值息息相關(guān)，兩者之間成正比關(guān)系，風(fēng)車運(yùn)轉(zhuǎn)過程中能夠捕捉到的最大風(fēng)能會(huì)隨著風(fēng)速的變化而變化。為保證機(jī)組能順利實(shí)現(xiàn)變速運(yùn)行，保證有效功率最大化輸出，可以對(duì)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流頻率進(jìn)行一定改版，使其能與轉(zhuǎn)子自身的轉(zhuǎn)速、實(shí)際輸出頻率一致。

綜上所述，變頻電源是電力電子技術(shù)在發(fā)電環(huán)節(jié)應(yīng)用的核心技術(shù)內(nèi)容。

2.2節(jié)電方面

（1）電動(dòng)機(jī)節(jié)電的方向主要表現(xiàn)為以下兩點(diǎn)：第一，挖掘電動(dòng)機(jī)自身存在的節(jié)電潛力;第二，結(jié)合調(diào)速技術(shù)有效改善變負(fù)荷電動(dòng)機(jī)。這兩者相結(jié)合能有效促進(jìn)電動(dòng)機(jī)節(jié)電功能的完善化。目前，交流調(diào)速技術(shù)在礦山、冶金等行業(yè)電力系統(tǒng)中的應(yīng)用范圍非常廣闊。

（2）電氣設(shè)備均為感性負(fù)載，設(shè)備在運(yùn)行過程中，不但會(huì)消耗有功功率，還有一部分功率以無功的形式表現(xiàn)。無功電源、有功電源是確保電能質(zhì)量關(guān)鍵性環(huán)節(jié)，因此，應(yīng)當(dāng)酌情決定是否安裝無功補(bǔ)償設(shè)備，使設(shè)備功率因數(shù)得到提升。

2.3輸電環(huán)節(jié)

（1）隨著通信行業(yè)的進(jìn)步，通信電源也隨之而發(fā)展。通信設(shè)備的電源電壓不同，集成電路種類也不同。只有從中間母線電壓變換成為運(yùn)行過程中需要的各類直流電壓，才能最大程度縮小運(yùn)行中的損耗。

（2）DC/DC變換器能夠?qū)⒐潭ㄖ绷麟妷恨D(zhuǎn)變?yōu)樽儎?dòng)直流電壓，主要應(yīng)用與地鐵列車、無軌電車變速控制上。該技能的使用能使地鐵列車、無軌電車的運(yùn)行平穩(wěn)快速。利用直流斬波器替代原本的變阻器，能節(jié)約最少30%，能有效調(diào)節(jié)電壓，還能有效控制、抑制電網(wǎng)側(cè)諧波電流噪音。

（3）較大的輸電容量是直流輸電、輕型直流輸電顯著優(yōu)勢(shì)，調(diào)節(jié)性、控制性也占優(yōu)勢(shì)，穩(wěn)定性能較為突出。海底電纜輸電與遠(yuǎn)距離輸電是電壓直流輸電的特有優(yōu)勢(shì)，能夠利用不同頻率的系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。

2.4配電環(huán)節(jié)

配電系統(tǒng)當(dāng)下急需解決以下兩個(gè)問題：第一，能否可靠提供電力;第二，如何加強(qiáng)便能夠提高電能的質(zhì)量。只有及時(shí)抑制各類瞬態(tài)的波動(dòng)和其中存在的各種干擾，才能有效控制電能質(zhì)量，還能最大程度滿足頻率和諧波、電壓不對(duì)稱度的具體需求。DFACTS能有效考核控制電能質(zhì)量，也是現(xiàn)代控制技術(shù)以及電子技術(shù)在電力配電方面的主要應(yīng)用技術(shù)。由于DFACTS是基于FACTS發(fā)展而來，其原理、結(jié)構(gòu)與功能均相似與FACTS，因此，DFACTS的使用范圍會(huì)不斷擴(kuò)大。而電子器件價(jià)格的低廉化發(fā)展會(huì)推動(dòng)FACTS設(shè)備產(chǎn)品進(jìn)入快速發(fā)展階段。

結(jié)束語

電力電子技術(shù)主要通過采用各種電力電子器件，對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行變換和控制，達(dá)到改善系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)及電能質(zhì)量的目的。其本身屬于電氣自動(dòng)化領(lǐng)域的基礎(chǔ)學(xué)科，對(duì)于當(dāng)前智能電網(wǎng)建設(shè)有直接影響。通過合理運(yùn)用電子技術(shù)、加快相關(guān)研究成果的轉(zhuǎn)化，可以進(jìn)一步提升智能電網(wǎng)運(yùn)行水平。

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（作者單位：黑龍江龍煤鶴崗礦業(yè)有限責(zé)任公司新陸煤礦機(jī)電科）