電力電子技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用

山西鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院 郭文花

1 引言

電力電子技術(shù)是現(xiàn)階段進一步實施智能電網(wǎng)計算技術(shù)的具體體現(xiàn)，隨著智能電網(wǎng)計算機化和信息化水平的提高，電力電子技術(shù)的相應(yīng)作用也隨之日趨明顯。本文進一步介紹了電力電子技術(shù)在我國智能電網(wǎng)中的實際應(yīng)用發(fā)展情況，有效體現(xiàn)了電力電子技術(shù)在我國智能電網(wǎng)發(fā)展過程中的重要性。

2 電力電子技術(shù)概述

電力電子技術(shù)包括電力電子設(shè)備和電路兩方面，電力電子設(shè)備和電路是電力電子技術(shù)的兩個主要領(lǐng)域，其發(fā)展經(jīng)歷了三個階段——半可控、完全可控、復(fù)雜可控的發(fā)展過程，并結(jié)合集成電路控制。目前，該型的缺點是功率低，但這是現(xiàn)階段我國電氣工程進一步持續(xù)發(fā)展過程中的一個非常重要的方向，廣泛應(yīng)用于電力電子整流電路中的電路設(shè)計階段，具有一定的普遍性。此外，自20世紀八十年代以來，逆變器電路已成為基本要素，并在電路設(shè)計中得到了廣泛的應(yīng)用，但開關(guān)電路仍占主導(dǎo)地位。電力電子電路向與高頻通信趨勢相反的方向發(fā)展，出現(xiàn)了電路拓撲等形式[1]。

同時，微處理器的數(shù)字控制也在發(fā)展，逐步取代了模擬控制，這也是電力電子技術(shù)發(fā)展的新方向，將電子系統(tǒng)控制技術(shù)推向了一個新的水平。對于遠距離傳輸和大功率傳輸，直流輸電的優(yōu)點很明顯，其功能是通過可控硅器件的功能實現(xiàn)的。靈活的交流輸電也需要電力電子技術(shù)中的相應(yīng)設(shè)備來完成其功能，諧波抑制和反應(yīng)性補償在電力系統(tǒng)中非常重要。晶閘管控制電抗器（TCR）和晶閘管電容器（TSC）是電力電子技術(shù)中補償無功功率的重要機制。新的電力電子設(shè)備，如電源濾波器（APF）和靜態(tài)同步補償器（STATCOM），具有較高的特性，能較好地補償諧波。因此，電子產(chǎn)品在電力電子系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用是非常重要的。

3 電子技術(shù)的發(fā)展與特點

智能電網(wǎng)主要是指在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上結(jié)合、更新和優(yōu)化信息技術(shù)的綜合技術(shù)。同時，以電網(wǎng)建設(shè)的實際要求為目標(biāo)，最大限度實現(xiàn)環(huán)境保護和節(jié)能，提高電網(wǎng)運行的整體穩(wěn)定性。此外，從技術(shù)角度看，根據(jù)我國的實際變化，智能電網(wǎng)的電氣和電子技術(shù)需要全面升級，以符合有關(guān)的建筑標(biāo)準(zhǔn)。

首先，必須減少任何技術(shù)都無法負擔(dān)的環(huán)境污染。此外，在興建智能網(wǎng)絡(luò)的過程中，有關(guān)人員須全面而審慎地考慮實際的技術(shù)指標(biāo)，以確保最佳地滿足和管理環(huán)境需求。其次，智能網(wǎng)絡(luò)在技術(shù)指標(biāo)和技術(shù)診斷上要完全智能化，使智能網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)運行參數(shù)的自動調(diào)整，自動糾正網(wǎng)絡(luò)運行中的故障。至于最聰明的網(wǎng)絡(luò)，必須是高度互動的，才能有效地確保和提高工作效率和質(zhì)量。所謂的互動，不僅僅表現(xiàn)在對智能網(wǎng)絡(luò)各個組成部分的技術(shù)知識上，也需要在客戶機和服務(wù)器之間進行更緊密的系統(tǒng)集成，這大大提高了服務(wù)質(zhì)量。此外關(guān)于技術(shù)應(yīng)用，應(yīng)該強調(diào)的是，可再生資源的雙向自動控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)管理得到充分利用。隨著科學(xué)技術(shù)的進步，許多新材料被用于智能電網(wǎng)，以支持電子產(chǎn)品在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用，其對電子技術(shù)在現(xiàn)代智能網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用具有重要意義，包括材料制造和電子電路轉(zhuǎn)換技術(shù)[2]。

4 電力電子技術(shù)在智能電網(wǎng)中的作用分析

4.1 維護網(wǎng)絡(luò)安全

電網(wǎng)作為必要的基礎(chǔ)設(shè)施，對國家的經(jīng)濟發(fā)展和社會文明的發(fā)展具有重要意義。從目前我國網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢來看，與西方發(fā)達國家相比，其結(jié)構(gòu)較簡單，在該領(lǐng)域建立智能網(wǎng)絡(luò)還存在較大差距。建立智能網(wǎng)絡(luò)的基本保證是安全，但近年來頻繁的氣候異常和自然災(zāi)害對我國電網(wǎng)的安全產(chǎn)生了較大影響，間接確定了智能網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢。電力電子技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用促進了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的有效優(yōu)化，并對電流分布進行調(diào)節(jié)，有效地解決了系統(tǒng)能量傳輸失效的問題。電力電子技術(shù)的應(yīng)用也有助于電力系統(tǒng)的運行，大大提高了網(wǎng)絡(luò)的自維護能力，保證了網(wǎng)絡(luò)的安全穩(wěn)定運行。

4.2 促進網(wǎng)格優(yōu)化

智能網(wǎng)絡(luò)是一個交互式系統(tǒng)，可以實時控制許多變化。智能網(wǎng)絡(luò)是由用戶對能源的需求和環(huán)境的變化驅(qū)動的，這與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的應(yīng)用基礎(chǔ)是一致的。近年來，隨著我國科技的蓬勃發(fā)展，電力電子技術(shù)領(lǐng)域出現(xiàn)了積極的變化和創(chuàng)新。隨著智能網(wǎng)絡(luò)在智能電網(wǎng)中的成功應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)提高了優(yōu)化損耗和誤差分布的效率，同時也對電能質(zhì)量進行了重大創(chuàng)新[3]。

4.3 實現(xiàn)資源的合理分配

能源短缺仍然是阻礙我國經(jīng)濟發(fā)展的一個重大問題，當(dāng)前我國的能源相關(guān)問題日益尖銳，發(fā)電用能問題刻不容緩。電力電子技術(shù)在智能電網(wǎng)建設(shè)中的應(yīng)用不僅有助于現(xiàn)有資源的優(yōu)化配置，但也為環(huán)境保護和資源保護提供了一定的作用和價值。

4.4 電力電子技術(shù)具有一定的穩(wěn)定性

目前，智能網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過程中仍存在較多問題，在當(dāng)前形勢下，在智能電網(wǎng)系統(tǒng)的實際發(fā)展過程中，有效保障其經(jīng)濟效益和社會效益，首先必須確保整個系統(tǒng)更加安全和穩(wěn)定。為在智能網(wǎng)絡(luò)中最大限度地利用電力電子技術(shù)，有關(guān)人員必須從實際的角度制定適當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。

4.5 提高電能輸出質(zhì)量

實際上，由于我國的經(jīng)濟實力和科技進步，各行業(yè)也在加快發(fā)展步伐，大大增加了公眾對電力的需求。智能電網(wǎng)的安全性和可靠性也受到更嚴格的要求，傳統(tǒng)的供電網(wǎng)絡(luò)在過去已經(jīng)不能完全滿足現(xiàn)代實際需求，整個電力供應(yīng)鏈的安全風(fēng)險不斷提高、發(fā)生相關(guān)事故的可能性也不斷增加。進一步應(yīng)用電力電子技術(shù)可以有效地改善這些問題，同時也在一定程度上提高了功率輸出的穩(wěn)定性，不僅提高了智能網(wǎng)絡(luò)運行的安全性和穩(wěn)定性，還可以進一步節(jié)約能源。

5 電力電子技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用分析

5.1 開關(guān)控制單元

傳統(tǒng)的電氣系統(tǒng)使用開關(guān)來節(jié)省變壓器和元件占用的空間，但在切換這些高頻時會發(fā)生太多的損耗，這會對電路效率和一些額外的EMI產(chǎn)生不利影響。軟開關(guān)調(diào)節(jié)器很好地消除了這個缺點，特別是在降低噪音和開關(guān)磨損方面，目前許多電氣系統(tǒng)都采用了軟開關(guān)調(diào)節(jié)器，研究表明當(dāng)開關(guān)頻率超過1MHz時，將多個簡單電路組合成一個組合，在一些情況下提高了電氣系統(tǒng)的性能，擴大了柔性開關(guān)的應(yīng)用。

5.2 智能電網(wǎng)故障保護

故障發(fā)生后，電路都會出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象。過去解決這一問題的方法是盡快斷開保險絲、斷路器和電流繼電器，保護主要電路。但在現(xiàn)階段，電子控制越來越小，功率增加，傳統(tǒng)的保護系統(tǒng)裝置已經(jīng)不起作用。因此，為了減少泄漏現(xiàn)象，可以進一步安裝相對來說比較特殊的電子電流保護電路。一旦檢測到泄漏問題，將進一步及時輸出或調(diào)整相應(yīng)的裝置[4]。

5.3 有源濾波器的應(yīng)用

基于電力電子器件的有源濾波器的應(yīng)用原理是：為了分析電力系統(tǒng)補償元件的工作狀態(tài)，得到相應(yīng)的半光譜波長電流，然后使用補償裝置；光譜波電流產(chǎn)生具有相同分量的電流比較。為了實現(xiàn)譜波電流與產(chǎn)生電流的相互抵消，該方法的應(yīng)用將從根本上避免電力系統(tǒng)中譜波電流的產(chǎn)生，并取代基波電流?；陔娏﹄娮蛹夹g(shù)的有源電力濾波器具有響應(yīng)速度快、抗干擾能力強等優(yōu)點，主要由補償元件和具有控制功能的工作電流電路組成。有源電力濾波器的應(yīng)用可以檢測和分析電力系統(tǒng)隨時間變化的補償電流，實時得到系統(tǒng)的頻譜和無功電流，基本保證了系統(tǒng)的安全，進一步確保電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠。

5.4 高壓直流輸電技術(shù)的應(yīng)用

在現(xiàn)階段，我國大部分電廠主要傳輸交流電壓，但交流電壓傳輸時會發(fā)生大量能量損失。因此，許多發(fā)電廠開始轉(zhuǎn)向應(yīng)用以電力電子技術(shù)為基礎(chǔ)的直流和高壓電流傳輸技術(shù)，從而有效地實現(xiàn)了直流交流重構(gòu)。一般來說，直流輸電方式應(yīng)用于大容量遠程輸電設(shè)備，應(yīng)用了高壓直流輸電技術(shù)，將交流電壓轉(zhuǎn)換為無損耗直流，并通過直流進行轉(zhuǎn)換。在直流情況下，提供更高的服務(wù)質(zhì)量。

5.5 電力電子技術(shù)在配電過程中的應(yīng)用

為了分配優(yōu)質(zhì)的電力資源，配電系統(tǒng)必須在配電過程中滿足頻率和電壓的穩(wěn)定性和影響要求，以及相關(guān)的配電條件，如諧波，電力電子技術(shù)被認為是配電環(huán)節(jié)質(zhì)量控制的一個組成部分。如上所述，F(xiàn)ACTS技術(shù)是一種允許調(diào)節(jié)輸電和提高電壓的技術(shù)，通過在配電網(wǎng)中添加電力電子設(shè)備來實現(xiàn)電流和功率控制[5]。FACTS技術(shù)被進一步開發(fā)用于現(xiàn)階段新的電力電子技術(shù)的分配系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)和工作原理幾乎相同。近年來，電子科技的發(fā)展，面向用戶的FACTS和電力技術(shù)得到了一定程度的完善和集成，最典型的是DFACTS（定制電源）技術(shù)。

5.6 靜態(tài)電抗

隨著能源需求的增加，電網(wǎng)對電力的需求也在增加。電網(wǎng)的頻繁振蕩和一些沖擊負荷的增加對電網(wǎng)的穩(wěn)定性有顯著影響，不利于電流回路的低頻振蕩。靜態(tài)補償裝置可以增加電氣系統(tǒng)的相關(guān)元件和負載，降低電氣系統(tǒng)的功率損耗，調(diào)節(jié)和穩(wěn)定電路中的電壓，同時提高所消耗電能的質(zhì)量。

5.7 柔性電流傳輸技術(shù)

柔性電流傳輸技術(shù)是在電力電子技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新技術(shù)，與其他技術(shù)相結(jié)合，可以靈活、快速地控制開關(guān)和傳輸，該技術(shù)的應(yīng)用可以有效地提高交流電網(wǎng)的穩(wěn)定性。在智能網(wǎng)絡(luò)中，利用現(xiàn)有的傳輸技術(shù)可以有效地控制傳輸系統(tǒng)的一些重要參數(shù)，降低能源企業(yè)的運營成本。此外，應(yīng)用柔性電流傳輸技術(shù)可以控制大流量，有效防止電路級聯(lián)斷開，從而在一定程度上提高智能網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和可靠性。

5.8 加強對整體智能網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)管

智能電網(wǎng)可以理解為能夠適應(yīng)人們?nèi)粘Ｓ秒娦枨蟮恼麄€操作系統(tǒng)，因此在應(yīng)對方面必須有足夠的靈活性，而電力電子技術(shù)是一種相對來說非常有效的手段。在這個階段，可以進一步積極開發(fā)電力和電子相關(guān)技術(shù)，并取得了非常顯著的成果。然而，實際上來說也存在一些不容忽視的問題因此，在應(yīng)對方面必須有足夠的靈活性，而電力電子技術(shù)是一種非常有效的手段。在這個階段，積極開發(fā)電力電子相關(guān)技術(shù)，并取得了非常顯著的成果。然而，也存在一些不容忽視的問題?，F(xiàn)階段我國電網(wǎng)總體結(jié)構(gòu)還比較落后，有很多地方需要改善。因此，對于智能網(wǎng)絡(luò)的整體管理和控制是很重要的。

5.9 增加設(shè)備使用效率

盡管在電力電子技術(shù)領(lǐng)域取得了重大進展，但我國沒有完整的電力電子儀器評估標(biāo)準(zhǔn)。也就是說，不能判斷設(shè)備的可靠性和功能價值。我國目前也在擴大這方面的研究，采用評價標(biāo)準(zhǔn)并研究其價值。但不可否認，這項技術(shù)代表了我國智能電網(wǎng)發(fā)展的技術(shù)飛躍，減少了不必要的損失，提高設(shè)施利用率，促進智能電網(wǎng)的發(fā)展。

6 結(jié)語

目前，世界上不可再生資源的數(shù)量正在減少，地震和全球變暖等極端天氣事件繼續(xù)影響著全體人口的日常能源需求。因此，智能電網(wǎng)改革是大勢所趨。在智能電網(wǎng)中靈活使用先進的電力電子技術(shù)也已成為電網(wǎng)發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)，這不僅保證了智能電網(wǎng)的安全穩(wěn)定，而且進一步鞏固和優(yōu)化了智能電網(wǎng)的環(huán)境，有效利用了可再生資源，為中國能源產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展作出了貢獻。智能電網(wǎng)是我國電網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢，電力電子技術(shù)與智能電網(wǎng)的結(jié)合不僅提高了電網(wǎng)的穩(wěn)定性和智能性，而且滿足了能源用戶對供電質(zhì)量和穩(wěn)定性的需求。隨著電力電子技術(shù)在計算機網(wǎng)絡(luò)中的廣泛應(yīng)用，數(shù)字網(wǎng)絡(luò)正變得越來越數(shù)字化，較大改善了電力公司與用戶之間的互動，使電力公司能夠更好地為客戶服務(wù)。