電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)開(kāi)發(fā)方面的應(yīng)用

高禮增

摘要：電力電子技術(shù)是一項(xiàng)以功率半導(dǎo)體器件、電路技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)為主要基礎(chǔ)的平臺(tái)技術(shù)。在其五十多年的發(fā)展歷程中，不斷推動(dòng)我國(guó)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)設(shè)備的發(fā)行、電能質(zhì)量控制、新能源開(kāi)發(fā)和民用產(chǎn)品等行業(yè)的發(fā)展，推廣效益極其優(yōu)越。本文就我國(guó)電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)開(kāi)發(fā)方面的應(yīng)用作如下探討。

關(guān)鍵詞：電力電子技術(shù) ；電力系統(tǒng) ；開(kāi)發(fā)；應(yīng)用

電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能態(tài)控制將成為我國(guó)電力系統(tǒng)從穩(wěn)態(tài)控制轉(zhuǎn)向動(dòng)態(tài)控制的必然發(fā)展趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)智能態(tài)控制已經(jīng)被作為電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)完整控制時(shí)代的重要標(biāo)志。要想實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)就離不開(kāi)電力信息技術(shù)，可見(jiàn)電力信息技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用之重要。

1 電力系統(tǒng)的概念

電力系統(tǒng)由多個(gè)環(huán)節(jié)組成，其中包括發(fā)電、輸電、變電、配電及用電等多個(gè)環(huán)節(jié)。電力系統(tǒng)的運(yùn)行需要電力系統(tǒng)的一次設(shè)備和二次設(shè)備，為了保證電力一次設(shè)備能夠安全、穩(wěn)定、可靠的運(yùn)行，需要對(duì)一次設(shè)備進(jìn)行保護(hù)、控制，以達(dá)到電力系統(tǒng)的高效運(yùn)行。一些測(cè)控裝置、保護(hù)裝置、有關(guān)的通信設(shè)備及計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)為電力系統(tǒng)的二次設(shè)備，二次設(shè)備包含了電力系統(tǒng)自動(dòng)化的主要技術(shù)，其中電力信息技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用尤為廣泛。

2 電力電子技術(shù)電力系統(tǒng)開(kāi)發(fā)方面的具體應(yīng)用

自上世紀(jì)八十年代以來(lái)，柔性交流輸送電力能源的概念被提出之后，電力電子技術(shù)在我國(guó)電力系統(tǒng)中的應(yīng)用研究被廣泛提升到了一定高度，各種極具電力電子技術(shù)特色的電力設(shè)備相繼被研發(fā)出來(lái)。目前，已經(jīng)有不少關(guān)于這方面設(shè)備基本原理及應(yīng)用現(xiàn)狀的研究資料，極大地推廣了電力系統(tǒng)開(kāi)發(fā)方面的應(yīng)用范圍。以下就談及此方面的一些內(nèi)容：

（1）在電力系統(tǒng)發(fā)電環(huán)節(jié)開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用。電力系統(tǒng)發(fā)電環(huán)節(jié)一般涉及各種發(fā)電機(jī)組設(shè)備，而電力電子技術(shù)的應(yīng)用主要以改善這些電力設(shè)備的運(yùn)行狀況為目的。根據(jù)實(shí)踐表明，大型發(fā)電機(jī)、水力或風(fēng)力發(fā)電機(jī)在應(yīng)用方面極其出色。首先，大型發(fā)電機(jī)的靜止勵(lì)磁控制可采用晶閘管整流自并勵(lì)的方式達(dá)到這一目的，其明顯的優(yōu)勢(shì)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高及造價(jià)低等，因此已被世界各國(guó)廣泛應(yīng)用且效果良好。究其原理可以看出由于大型發(fā)電機(jī)在發(fā)電過(guò)程中省掉了勵(lì)磁機(jī)這個(gè)中間慣性環(huán)節(jié)，促使發(fā)電機(jī)運(yùn)行具有了自身特有的快速性調(diào)節(jié)功能，這樣一來(lái)大型發(fā)電機(jī)能夠充分發(fā)揮其發(fā)電功能，并且在控制規(guī)律上也產(chǎn)生了良好的效果。

其次，水力和風(fēng)力發(fā)電機(jī)可通過(guò)電力電子技術(shù)控制器變速恒頻勵(lì)磁，水利發(fā)電機(jī)的有效功率主要由水頭壓力和流量大小決定，水頭壓力變化越大，水利發(fā)電機(jī)組的最佳轉(zhuǎn)速也隨之變化。而風(fēng)力發(fā)電的有效功率則于風(fēng)速的三次方成正比例關(guān)系，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在捕捉到最大風(fēng)能時(shí)的轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速大小變化，為了能夠使得風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的有效功率成最優(yōu)化的正比例關(guān)系，采用以變頻電源為核心技術(shù)的電力電子控制系統(tǒng)對(duì)機(jī)組轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁電流頻率進(jìn)行適宜調(diào)整，使其與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速疊加后能夠保持定子頻率即可輸出恒定頻率。

（2） 在電力系統(tǒng)輸電環(huán)節(jié)開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用。通常，被稱(chēng)為“硅片引起的第二次革命”就是指將電力電子器件應(yīng)用于高壓輸電系統(tǒng)中的革過(guò)程，其主要的應(yīng)用效果是大幅度地改善電力系統(tǒng)網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行狀況。

（3） 在配電環(huán)節(jié)開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用。配電系統(tǒng)迫切需要解決的問(wèn)題是如何加強(qiáng)供電可靠性和提高電能質(zhì)量。電能質(zhì)量控制既要滿足對(duì)電壓、頻率、諧波和不對(duì)稱(chēng)度的要求，還要抑制各種瞬態(tài)的波動(dòng)和干擾。電力電子技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)在配電系統(tǒng)中的應(yīng)用，即用戶電力（Custom Power）技術(shù)或稱(chēng)DFACTS技術(shù)，是在FACTS各項(xiàng)成熟技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的電能質(zhì)量控制新技術(shù)?？梢詫FACTS設(shè)備理解為FACTS設(shè)備的縮小版，其原理、結(jié)構(gòu)均相同，功能也相似。由于潛在需求巨大，市場(chǎng)介入相對(duì)容易，開(kāi)發(fā)投入和生產(chǎn)成本相對(duì)較低，隨著電力電子器件價(jià)格的不斷降低，可以預(yù)期DFACTS設(shè)備產(chǎn)品將進(jìn)入快速發(fā)展期。

（4）在節(jié)能環(huán)節(jié)開(kāi)發(fā)的運(yùn)用。第一，變負(fù)荷電動(dòng)機(jī)調(diào)速運(yùn)行。電動(dòng)機(jī)本身挖掘節(jié)電潛力只是節(jié)電的一個(gè)方面，通過(guò)變負(fù)荷電動(dòng)機(jī)的調(diào)速技術(shù)節(jié)電又是另一個(gè)方面，只有將二者結(jié)合起來(lái)，電動(dòng)機(jī)節(jié)電方較完善。目前，交流調(diào)速在冶金、礦山等部門(mén)及社會(huì)生活中得到了廣泛的應(yīng)用。首先是風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)等變負(fù)荷機(jī)械中采用調(diào)速控制代替擋風(fēng)板或節(jié)流閥控制風(fēng)流量和水流量具有顯著的效果。國(guó)外變負(fù)荷的風(fēng)機(jī)、水泵大多采用了交流調(diào)速，我國(guó)正在推廣應(yīng)用中。

變頻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)是調(diào)速范圍廣，精度高，效率高，能實(shí)現(xiàn)連續(xù)無(wú)級(jí)調(diào)速。在調(diào)速過(guò)程中轉(zhuǎn)差損耗小，定子、轉(zhuǎn)子的銅耗也不大，節(jié)電率一般可達(dá)30%左右。其缺點(diǎn)主要為：成本高，產(chǎn)生高次諧波污染電網(wǎng)。

第二，減少無(wú)功損耗，提高功率因數(shù)。在電氣設(shè)備中，變壓器和交流異步電動(dòng)機(jī)等都屬于感性負(fù)載，這些設(shè)備在運(yùn)行時(shí)不僅消耗有功功率，而且還消耗無(wú)功功率。因此，無(wú)功電源與有功電源一樣，是保證電能質(zhì)量不可缺少的部分。在電力系統(tǒng)中應(yīng)保持無(wú)功平衡，否則，將會(huì)使系統(tǒng)電壓降低 ，設(shè)備破壞，功率因數(shù)下降，嚴(yán)懲時(shí)會(huì)引起電壓崩潰，系統(tǒng)解裂，造成大面積停電事故。所以，當(dāng)電力網(wǎng)或電氣設(shè)備無(wú)功容量不足時(shí)，應(yīng)增裝無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，提高設(shè)備功率因數(shù)。

3 電力信息技術(shù)發(fā)電系統(tǒng)開(kāi)發(fā)方面的發(fā)展趨勢(shì)

近幾年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)及通信技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)如今的電力系統(tǒng)已經(jīng)成為一個(gè)由計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)及電力裝備組成的綜合體，逐日增大的電力系統(tǒng)信息量滿足了自動(dòng)化處理信息能力的要求，電力系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)需要注意的因素越來(lái)越多，可直接觀測(cè)的范圍也越來(lái)越廣泛，這為我國(guó)電力系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)打下了良好的基礎(chǔ)。

現(xiàn)如今，我國(guó)在電力信息技術(shù)在電力系統(tǒng)開(kāi)發(fā)方面的發(fā)展趨勢(shì)越來(lái)越趨向適應(yīng)化、智能化、最優(yōu)化；在電力系統(tǒng)中，不管是在設(shè)計(jì)分析上還是在理論工具上，還是控制手段及研究人員方面都廣泛的應(yīng)用了電力信息技術(shù)，可見(jiàn)這項(xiàng)技術(shù)對(duì)電力系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用之廣泛，影響之重大。

總而言之，隨著我國(guó)計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)及通信技術(shù)的不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)就需要進(jìn)行開(kāi)發(fā)更新，通過(guò)對(duì)電力信息技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用分析，可見(jiàn)電力信息技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)開(kāi)發(fā)不可缺少的重要步驟，電力信息技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用十分重要。

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（作者身份證號(hào)：130181198510144231）