电力电子技术在电力系统中的应用及发展

龙源期刊网电力电子技术在电力系统中的应用及发展作者：张辉夏鹏鹤来源：《装饰装修天地》2016年第02期摘要：电力系统是电力电子技术应用的一个重要领域。电子设备和电力电子系统逐步投入运行，大幅度提高了电力系统的稳定水平，产生巨大效益。本文概要介绍电力电子技术在国内的发展现状，电子技术在电力系统各个环节中的应用及对电力电子技术在电力系统中应用的发展趋势进行剖析。关键词：电力电子技术;电力系统;应用与发展电力电子技术发展迅速，现在已经可以对电能直接进行高效的控制，对电能进行变换，还可以对电力系统进行电量调整。电力电子技术的出现使得人们可以更加有效地利用当前的有限的电力资源来获得更大的经济效益，其在电力系统中的应用是现代电力系统发展的需要和必然趋势。一、电力电子技术的发展现状在当代电力系统中，电力半导体器件和组合装置运用很多，大到在高低压直流输电中用到的换流器，小到家用电器产品电视机中的开关电源、手机电池充电器，当然还有在工业中应用广泛的调压调速变频器、大功率整流器、调压和调功器等，其广泛应用在电力系统各个器件和各个不同的电压等级中。该技术的特点较多，包括控制灵活、反应快速、控制准确、运行可靠等。将电子技术运用到电力系统中不仅可以改善电能控制质量、提高输电运行能力、改善和提高电网运行的可靠性、稳定性和控制的灵活性还可以降低输电线路电能损耗。在我国的输电系统中，虽然已有一些变电站使用了SVC，而且容量都比较大，但是所用的均为进口，型式为TCR与TSC的组合器件或单独的开关投切电容器组。在国内工业中应用的TCR装置有很多，其中绝大部分容量都在10MVAR，然而让人想不到的是其中国产的还不到一半。低压的380V供电系统中，有不少各类国产的TCR无功补偿装置在投入运行。但是至今仍然没有一套我国自主研发的SVC投入到我国的高压输电和变电系统中运行。考虑到SVC在电力系统中的重要性，预计在最近几年时间里，国内的SVC研制并将其投入到输电领域、配电领域以及工业的运用都将会遇到前所未有的发展。二、电力电子技术的应用状况现在从发电、输电和配电三个环节分别阐述电子技术在电力系统的应用状况：1.发电环节龙源期刊网电力系统的发电环节涉及发电机组的多种设备，电力电子技术的应用以改善这些设备的运行特性为主要目的。1.1大型发电机的静止励磁控制。静止励磁采用晶闸管整流自并励方式，具有结构简单、可靠性高及造价低等优点，被世界各大电力系统广泛采用。由于省去了励磁机这个中间惯性环节，因而具有其特有的快速性调节，给先进的控制规律提供了充分发挥作用并产生良好控制效果的有利条件。1.2发电厂风机水泵的变频调速。发电厂的厂用电率平均为8%，风机水泵耗电量约占火电设备总耗电量的65%，且运行效率低。使用低压或高压变频器，实施风机水泵的变频调速，可以达到节能的目的。低压变频器技术已非常成熟，国内外有众多的生产厂家，并有完整的系列产品，但具备高压大容量变频器设计和生产能力的企业不多，国内有不少院校和企业正抓紧联合开发。1.3太阳能发电控制系统。开发利用无穷尽的洁净新能源———太阳能，是调整未来能源结构的一项重要战略措施。大功率太阳能发电，无论是独立系统还是并网系统，通常需要将太阳能电池阵列发出的直流电转换为交流电，所以具有最大功率跟踪功能的逆变器成为系统的核心。日本实施的阳光计划以3～4kW的户用并网发电系统为主，我国实施的送电到乡工程则以10～15kW的独立系统居多，而大型系统有在美国加州的西门子太阳能发电厂（7.2MW）等。2.输电环节2.1柔性交流输电技术（FACTS）。柔性的交流输电技术是上世纪八十年代后期出现的新技术，近年来在世界上发展迅速。柔性交流输电技术是电力电子技术与现代控制技术结合，以实现对电力系统电压、参数（如线路阻抗）、相位角、功率潮流的连续调节控制，从而大幅度提高输电线路输送能力和提高电力系统稳定水平，降低输电损耗。传统的调节电力潮流的措施，如机械控制的移相器、带负荷调变压器抽头、开关投切电容和电感、固定串联补偿装置等，只能实现部分稳态潮流的调节功能，而且，由于机械开关动作时间长、响应慢，无法适应在暂态过程中快速柔性连续调节电力潮流、阻尼系统振荡的要求。因此，电网发展的需求促进了柔性交流输电这项新技术的发展和应用。它的功能都是通过快速、精确、有效地控制电力系统中一个或几个变量（如电压、功率、阻抗、短路电流、励磁电流等），从而增强交流输电或电网的运行性能。2.2高压直流输电技术（HVDC）。1970年世界上第一项晶闸管换流阀试验工程在瑞典建成，取代了原有的汞弧阀换流器，标志着电力电子技术正式应用于直流输电。近年来，直流输电技术又有新的发展，轻型直流输电采用IGBT等可关断电力电子器件组成换流器，应用脉宽调制技术进行无源逆变，解决了用直流输电向无交流电源的负荷点送电的问题，同时大幅度简化设备，降低造价。3.配电环节龙源期刊网配电系统迫切需要解决的问题是如何加强供电可靠性和提高电能质量。电能质量控制既要满足对电压、频率、谐波和不对称度的要求，还要抑制各种瞬态的波动和干扰。电力电子技术和现代控制技术在配电系统中的应用，即用户电力（CP）技术。用户电力技术（CP）和FACTS技术是快速发展的姊妹型新式电力电子技术。采用FACTS的核心是加强交流输电系统的可控性和增大其电力传输能力;发展CP的目的是在配电系统中加强供电的可靠性和提高供电质量。CP和FACTS技术的共同基础是电力电子技术，各自的控制器在结构和功能上也相同，其差别仅是额定电气值不同，目前二者已逐渐融合于一体，即所谓的DFACTS技术。具有代表性的用户电力技术产品有：动态电压恢复器（DVR），固态断路器（SSCB），故障电流限制器（FCL），统一电能质量调节器（PQC）等。三、电力电子技术在电力系统中应用的发展趋势按照当前的形势来看，最具有可靠性的电子技术是电力电子技;术在未来的发展中的新热点。电力电子技术采用了技术先进的表面贴装，将存流器件、触发器、主要电源等几种器件集成在一起，具有多重功能，大大的缩小了电力电子装置的重量和体积，同时也降低了损耗和成本，提高了工作的效率。而新型材料又是电力电子器件发展的基础，所以新型材料的发展也是电力电子技术发展的一个瓶颈。近些年来，出现了碳化硅等新型半导体材料。其中，用SIC制作的器件和理想元器件特别接近。还有，随着大、小功率集成电路等新型器件的大量涌现，智能功率、高压等集成电路的制作工艺和制作技术必定是未来几年乃至几十年电力电子半导体技术的研究的热点。为了让社会更好的运用新器件的优良性能，为了满足诸如波形产生、驱动电路控制、电路实时保护等方面的要求，只有通过研制新材料，改进新工业技术，不断创造出快速性能更加完善、人工智能化程度更高、工业使用更加方便的新型高速控制芯片。四、结束语电力电子技术的发展肯定是当前一段时间和未来重点研究的热点。电力电子器件的发展直接影响着电力电子技术的发展，电力电子技术的供电电源、电机调速、电力配电等几个方面获得了相当广泛的应用。无论是对于传统的工业，还是一些高技术的技术产业的发展都至关重要，电力电子技术是提高这些相关行业的水平技术的重要手段，同时也是经济发展迅速的前提。电力电子技术的快速增长、高速度的发展，使其成为了新时代最重要的高端技术之一。参考文献：[1]曾岳南，邓则名，章云，陈林康.电力电子与电力传动实验教学[J].实验室研究与探索，2013，（S1）.[2]张选利，蔡金锭，刘庆珍.人工智能在电力电子电路故障诊断中的应用[J].福州大学学报（自然科学版），2013，（03）.[3]金萍，张庆范，崔纳新.电力电子快速同步分析方法与应用[J].龙源期刊网实验室研究与探索，2014，（02）.