電力電子技術(shù)在電氣工程中的應(yīng)用

鄧長(zhǎng)林

摘要：當(dāng)今社會(huì)正在處在一個(gè)信息技術(shù)不斷更新發(fā)展的時(shí)期，電子科技技術(shù)的飛速發(fā)展給人們的日常生活帶來了很大的便利，同時(shí)廣泛應(yīng)用于電氣控制中，電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)是電氣控制的一個(gè)主要系統(tǒng)，目前，在電氣控制領(lǐng)域中電子技術(shù)對(duì)電氣設(shè)備的正常運(yùn)行可以進(jìn)行有效的控制。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種新型的控制元件和應(yīng)用軟件不斷應(yīng)用于電氣控制系統(tǒng)中，提升了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性，精簡(jiǎn)了作業(yè)流程。

關(guān)鍵詞：電力電子技術(shù)；電氣控制；應(yīng)用；

1.引言

電力電子技術(shù)現(xiàn)已在電力領(lǐng)域中的應(yīng)用非常廣泛，不僅涉及到電力學(xué)、電子學(xué)和控制理論等方面，尤其是80年代后期，絕緣柵極雙極型晶體管的興起，標(biāo)志著電力電子技術(shù)開始進(jìn)入以復(fù)合型器件為主的時(shí)代，各種新型安全型復(fù)合控件不斷涌現(xiàn)。在21世仍以迅猛的速度發(fā)展，并同計(jì)算機(jī)技術(shù)共同服務(wù)于人類社會(huì)的各個(gè)方面。本文主要從電流保護(hù)技術(shù)、PWM控制技術(shù)、無功補(bǔ)償技術(shù)、高壓直流輸電技術(shù)、有源電力濾波器技術(shù)五個(gè)方面來論述電力電子技術(shù)在電氣工程中的應(yīng)用，同時(shí)闡述電力電子技術(shù)在電氣工程中的重要意義。

2.電子技術(shù)在電氣工程中的應(yīng)用

2.1電氣控制系統(tǒng)中過電流保護(hù)技術(shù)

電氣控制系統(tǒng)中的過電流保護(hù)。電力電子電路在出現(xiàn)運(yùn)行故障之后會(huì)出現(xiàn)過電流的現(xiàn)象。針對(duì)這種問題的解決以往采用的是盡快切斷熔斷器、直流快速斷路器以及電流繼電器的方式來保護(hù)電力電子主要電路。但是現(xiàn)階段的電力電子器件變得越來越小，功率性能越來越大，傳統(tǒng)的保護(hù)系統(tǒng)裝置無法再起到作用。因而，為了減少過電流的現(xiàn)象，人們開始關(guān)注自動(dòng)去除驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)方式。具體是指通過設(shè)置專門的過電流保護(hù)電子電路，對(duì)檢測(cè)過電流之后及時(shí)發(fā)出、調(diào)節(jié)或者驅(qū)動(dòng)電路。

2.2變速恒頻勵(lì)磁技術(shù)

在風(fēng)力發(fā)電的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，其轉(zhuǎn)子勵(lì)磁的應(yīng)用，使得發(fā)生的電流跳轉(zhuǎn)頻率的選擇，可以通過變頻電源來運(yùn)作，從而使其功率的發(fā)揮得以最大化，從而避免一些因?yàn)轱L(fēng)速問題而產(chǎn)生的頻率差，以免風(fēng)力發(fā)電的穩(wěn)定差不能夠被有效實(shí)現(xiàn)和發(fā)揮。在正常運(yùn)行的情況下，

系統(tǒng)中的變速恒頻控制是在電機(jī)的定子電路中實(shí)現(xiàn)的。由于風(fēng)速的不斷變化，風(fēng)力機(jī)和發(fā)電機(jī)也隨之變速運(yùn)行。發(fā)電機(jī)發(fā)出的頻率變化的交流電首先通過整流器變換成直流電，然后通過逆變器變換為恒定頻率的交流電接入電網(wǎng)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.3 PWM控制技術(shù)

PWM（Pulse Width Modulation）控制技術(shù)就是對(duì)脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制的技術(shù)，即通過對(duì)一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來等效的獲得所需要的波形（含形狀和幅值）；面積等效原理是PWM技術(shù)的重要基礎(chǔ)理論；一種典型的PWM控制波形SPWM：脈沖的寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波形稱為SPWM波。開關(guān)電源一般都采用脈沖寬度調(diào)制（PWM）技術(shù)，由于其開關(guān)器件工作在高頻通斷狀態(tài)，高頻的快速瞬變過程本身就是一電磁騷擾（EMD）源，它產(chǎn)生的EMI信號(hào)有很寬的頻率范圍，又有一定的幅度，其特點(diǎn)是頻率高，效率高，功率密度高，可靠性高。

2.3靜態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)

SVC技術(shù)即靜態(tài)無功補(bǔ)償器，用于新型固態(tài)開關(guān)，該設(shè)備顯著的特點(diǎn)就是基本元件晶閥管，在替代機(jī)械開關(guān)的情況下，用控制電抗器和控制電容器的方式完善輸電導(dǎo)納的功能，從而實(shí)現(xiàn)頻繁且快速地改變輸電系統(tǒng)的導(dǎo)納功能的目的，具有速度快、周期短的特點(diǎn)。靜止無功補(bǔ)償器主要的四種形式之一就是可控硅控制空芯電抗器型（SVC），因其有反應(yīng)迅速且靈敏、運(yùn)行可靠、價(jià)格便宜、使用范圍廣、等特性，所以在工業(yè)較發(fā)達(dá)國(guó)家的工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用，這已經(jīng)發(fā)展成為主流形式，一般情況下，SVC由可變的或者是固定的電容器支路和系統(tǒng)中可控支路進(jìn)行并聯(lián)而組成的，可分為TCR、TSC和TCT以及SSR這四種類型，TCR型的SVC反應(yīng)速度是最快的，運(yùn)行可靠，隨著SVR技術(shù)優(yōu)勢(shì)進(jìn)一步的普及，其在工業(yè)生產(chǎn)用電方面和輸電配電領(lǐng)域必將得到全面的發(fā)展和推廣。

2.4電網(wǎng)智能配電技術(shù)

智能配電網(wǎng)就是以配電網(wǎng)高級(jí)自動(dòng)化技術(shù)為基礎(chǔ)，通過應(yīng)用和融合先進(jìn)的測(cè)量和傳感技術(shù)、控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息與通信等技術(shù)，利用智能化的開關(guān)設(shè)備、配電終端設(shè)備，在堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)架構(gòu)和雙向通信網(wǎng)絡(luò)的物理支持以及各種集成高級(jí)應(yīng)用功能的可視化軟件支持下，電力電子技術(shù)將CP技術(shù)和FACTS技術(shù)融合，增大傳輸電力的能力、提升FACTS技術(shù)的思想核心和交流輸電系統(tǒng)的核心，由此可見，F(xiàn)ACTS與CP技術(shù)合為一體是電子電力技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，以實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)在正常運(yùn)行狀態(tài)下完善的監(jiān)測(cè)、保護(hù)、控制、優(yōu)化和非正常運(yùn)行狀態(tài)下的自愈控制，最終為電力用戶提供安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的電力供應(yīng)和其它附加服務(wù)。

2.5有源電力濾波器技術(shù)

有源濾波器電力電子裝置是基于動(dòng)態(tài)抑制諧波的電力電子設(shè)備，以諧波的大小變化為依據(jù)進(jìn)行無功補(bǔ)償，有源電力濾波器通過電源裝備來提供運(yùn)行的動(dòng)力，對(duì)傳統(tǒng)的濾波器進(jìn)行了功能的補(bǔ)充，提高了電力控制的效率，從根本上實(shí)現(xiàn)了電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。有源電力濾波器通過電源來提供動(dòng)力，對(duì)電力系統(tǒng)諧波進(jìn)行補(bǔ)償，取代了傳統(tǒng)的固定補(bǔ)償?shù)姆绞?，?shí)現(xiàn)了真正的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。有源電力濾波器通過保證電力系統(tǒng)諧波的穩(wěn)定性，進(jìn)而保證了電力系統(tǒng)運(yùn)作的穩(wěn)定，電力電子技術(shù)的有源電力濾波器在電力系統(tǒng)的無功補(bǔ)償方面得到了廣泛的應(yīng)用。有源電力濾波器系統(tǒng)構(gòu)成原理圖如圖1所示。

3.電力電子技術(shù)應(yīng)用在電氣工程中的重要意義

電力電子技術(shù)是在計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)化控制技術(shù)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)電能間互相轉(zhuǎn)換的這一功效，因此，電力電子技術(shù)不僅可以提高電氣系統(tǒng)的工作效率以及強(qiáng)化電氣系統(tǒng)的自控能力，更能提升電氣系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量，以便更好的服務(wù)于強(qiáng)電工業(yè)，對(duì)電氣工程具有重要意義，主要體現(xiàn)在以下幾方面：

3.1有效提高電氣系統(tǒng)的自動(dòng)智能化程度

電力電子器件的不斷開發(fā)和應(yīng)用為電力電子技術(shù)提供更為廣闊的發(fā)展空間，有效促進(jìn)電氣系統(tǒng)向自動(dòng)智能化方向發(fā)展，而模糊控制和智能化控制的飛速發(fā)展又為電力電子器件的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3.2工作效率高且性能較好

電子電為技術(shù)的操作與傳統(tǒng)電氣技術(shù)相比，有更加方便的優(yōu)勢(shì)，傳統(tǒng)操作空間相對(duì)狹窄造成操作十分困難，對(duì)于工作進(jìn)程起到了阻礙，影響工作效率，電子電為技術(shù)的出現(xiàn)使工作人員的效率得到了顯著提高，簡(jiǎn)單的操作方式與開闊的空間減小了工作壓為的同時(shí)也避免了過多的操作失誤，電氣的運(yùn)行故障也不再頻繁出現(xiàn)。因其極具科學(xué)性的技術(shù)構(gòu)造使電子電為技術(shù)的性能十分穩(wěn)定與良好，它的優(yōu)越性造就了業(yè)界良好口碑，在電氣工程乃至社會(huì)各領(lǐng)域都得到廣泛應(yīng)用于認(rèn)可，為適應(yīng)社會(huì)的發(fā)展使電氣工程的進(jìn)步得到推動(dòng)，電子電為科技在其中的應(yīng)用的必不可少的。

3.3發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢(shì)，完善的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和管理模式

電力電子技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，刷新廠企業(yè)管理者的發(fā)展觀，不僅為企業(yè)發(fā)展提供先進(jìn)的技術(shù)支持，更能重新審視企業(yè)運(yùn)行的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和管理模式，為順應(yīng)時(shí)代發(fā)展趨勢(shì)，企業(yè)管理者不得不制定符合時(shí)代特征的管理模式，開發(fā)新型產(chǎn)業(yè)，從而為企業(yè)持續(xù)發(fā)展提供充足保障。

3.4增加經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益

由于電力電子技術(shù)的大功率特點(diǎn)，可以有效提高電力電子器件和電氣系統(tǒng)的工作效率以及電能轉(zhuǎn)換效率，還可以節(jié)約資源和能源，更能為公眾提供安全、可靠的電力資源，可以說對(duì)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益兩方而具有深遠(yuǎn)的意義。

4.結(jié)語(yǔ)

電力電子技術(shù)隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步不斷發(fā)展變化，其在電氣控制中的應(yīng)用越來越廣泛，并占有重要的作用，在人們生活中已成為密不可分的一部分，所以電力電子技術(shù)的一系列研究對(duì)于電氣工程的發(fā)展具有深遠(yuǎn)的意義。通過分析電力電子技術(shù)在電氣工程中的應(yīng)用，我們可以總結(jié)出，這項(xiàng)技術(shù)能否更穩(wěn)更快的發(fā)展對(duì)于電氣工程起到?jīng)Q定性的作用，作為電力電子研究人員要不斷的研究、創(chuàng)新，才能在實(shí)際應(yīng)用中充分發(fā)揮電力電子技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，更好的服務(wù)于強(qiáng)電工業(yè)，不斷探索更加符合社會(huì)發(fā)展需求的技術(shù)方法，使電力電子技術(shù)在電氣工程方面的應(yīng)用發(fā)展做出貢獻(xiàn)。